Композитный теплоизоляционно-балластный материал на основе древесных отходов

Композитный теплоизоляционно-балластный материал на основе древесных отходов

Реферат

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

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