КОМПОЗИТНЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННО-БАЛЛАСТНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2015 года по МПК C04B18/26 C04B28/02 

Изобретение относится к области строительства, в частности к материалам, произведенным на основе отходов деревообработки, и может быть использовано для тепловой изоляции и балластировки подводных теплопроводов. Подводная трубопроводная конструкция должна обладать отрицательной плавучестью, прочностью и иметь тепловую изоляцию для снижения потерь транспортируемой тепловой энергии.

Известен теплоизоляционный материал, получаемый путем смешения предварительно обработанного раствором древесного заполнителя, портландцемента, добавки и воды с последующим формованием и твердением, в котором в качестве древесного заполнителя берут технологическую щепу, в качестве раствора для обработки заполнителя используют 30%-ный раствор стекла натриевого в количестве 10% от массы древесного заполнителя, в качестве связующего берут цемент на основе портландцементного клинкера с пределом прочности 40 МПа, предварительно смешанного с добавкой, в качестве которой берут хлорид кальция в порошкообразном состоянии с массовой долей хлористого кальция не менее 90% и в количестве 2% от массы портландцемента, после смешения компонентов с водой в смесь дополнительно вводят техническую пену из водного раствора гидролизата протеинов 1%-ной концентрации (Патент №2493136 РФ, МПК C04B 40/00, C04B 18/26, C04B 20/00. Способ получения теплоизоляционного материала / Зиатдинова Д.Ф., Тимербаев Н.Ф., Сафин P.P., Сафин Р.Г. и др. №2012107547/03; Заявл. 28.02.2012; Опубл. 20.09.2013). Коэффициент теплопроводности материала от 0,142 до 0,153 Вт/(м²*°C), плотность от 305 до 326 кг/м³.

Недостатками данного материала являются большое количество компонентов и их дороговизна, а также низкая плотность, вследствие чего его применение в подводной прокладке трубопроводов усложняет конструкцию, т.к. требует дополнительную балластировку от всплытия.

Наиболее близким по технической сущности является балластный материал, который содержит цемент, заполнитель и воду. При этом в качестве заполнителя он содержит баритовую руду следующих фракций: крупной фракции с размером зерен свыше 5 мм до 25 мм, мелкой фракции с размером зерен свыше 0,16 мм до 5 мм, очень мелкой фракции с размером частиц от 0,01 мкм до 160 мкм. Дополнительно заявляемый балластный материал содержит пластификатор, а именно поликарбоацетил (Патент №2399828 РФ, МПК F16L 58/06, C04B 28/00, C04B 111/20. Балластный материал / Свечкопалов А.П., Шапорин И.И. №2008127272/03; Заявл. 07.07.2008; Опубл. 20.09.2010).

Недостатком данного материала является невозможность его применения в качестве теплоизолятора. Заявленный материал имеет плотность более 3060 кг/м³, следовательно входит в группу тяжелых бетонов. У материалов, входящих в эту группу, коэффициент теплопроводности превышает 1,35 Вт/(м²*°C). По этому показателю, применение таких материалов в качестве теплоизолирующих материалов теплопроводов технико-экономически не оправдано.

Целью изобретения является создание композитного теплоизоляционно-балластного материала с применением отходов деревообработки, обладающего низкой теплопроводностью, отрицательной плавучестью, высокой прочностью, а именно следующими физико-механическими свойствами: коэффициент теплопроводности не выше 0,17 Вт/(м²*°C), плотность не менее 1000 кг/м³, прочность на сжатие по истечении 28 суток не менее 5 МПа.

Указанная цель достигается тем, что заявляемый материал содержит цемент, заполнитель, воду и дополнительно наполнитель. При этом в качестве заполнителя использована баритовая руда с размером частиц от 0,01 до 160 мкм, наполнителя - древесная стружка с размером частиц от 0,5 до 20 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цемент - 17-25

Баритовая руда - 35-56

Древесная стружка - 6-12

Вода - 20-30.

Предлагаемый композитный материал на основе отходов деревообработки позволяет использовать его для подводных теплопроводов в качестве тепловой изоляции и балласта одновременно.

В патентной и научно-технической литературе предложенного состава материала с указанными свойствами и показателями не обнаружено.

С целью осуществления процесса заполнения кольцевого пространства пластичность материала обеспечивается отношением воды к древесной стружке в пределах 2,5-3,5 и размером фракции баритовой руды 0,01 до 160 мкм.

Для обеспечения монолитности материала размер фракций наполнителя должен находиться в интервале 0,5-20 мм.

Примеры составов материала и его характеристики представлены в таблице.

В качестве цемента использован портландцемент марки М400.

Определение средней плотности смесей, коэффициентов теплопроводности и прочности, представленных в таблице, выполнено в соответствии с ГОСТ 12730.1-78, ГОСТ 25380-82 и ГОСТ 10180-90.

Результаты натурных экспериментов, отображенные в таблице, показывают преимущества свойств предлагаемого материала по изобретению.

Таблица № Состав композита, г/мас.% Плотность, кг/м³ Коэффициент теплопроводности, Вт/(м²*°C) Предел прочности при сжатии, МПа   Компоненты         портландцемент 1201/25       1 барит 1881/39 1433,852 0,248 18,52   древесная стружка 384/8         вода 1400/28         Компоненты         портландцемент 1201/18       2 барит 3762/56 1718,593 0,330 25,51   древесная стружка 384/6         вода 1400/20         Компоненты         портландцемент 1201/23       3 барит 1881/35 1090,593 0,17 8,3   древесная стружка 640/12         вода 1600/30         Компоненты         портландцемент 1201/17       4 барит 3762/52 1412,148 0,21 11,01   древесная стружка 640/9         вода 1600/22         Прототип         портландцемент 12-17         поликарбоацетил 0,2-0,3 3060-3400 Нет данных 56-75 5 трибутилофосфат 0,0015         вода 4-10         барит остальное      

Изобретение относится к области строительства, в частности к материалам на основе отходов деревообработки, и может быть использовано для тепловой изоляции и балластировки подводных теплопроводов. Технический результат заключается в повышении прочности, снижении коэффициента теплопроводности, плотности. Композитный материал содержит цемент, заполнитель, воду и дополнительно наполнитель. При этом в качестве заполнителя использована баритовая руда с размером частиц от 0,01 до 160 мкм, наполнителя - древесная стружка размером частиц от 0,5 до 20 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент - 17-25, баритовая руда - 35-56, древесная стружка - 6-12, вода - 20-30. 1 табл.

Композитный теплоизоляционно-балластный материал на основе древесных отходов, содержащий цемент, заполнитель и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве заполнителя баритовую руду с размером частиц от 0,01 до 160 мкм и дополнительно наполнитель - древесную стружку с размером частиц от 0,5 до 20 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цемент 17-25 Баритовая руда 35-56 Древесная стружка 6-12 Вода 20-30