RU2273620C2 - Peat-wood composition for production of heat-insulating building materials - Google Patents

Abstract

FIELD: building materials industry; production of building materials on the basis of peat-wood raw.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the field of production of building materials and may be used at manufacture of plates, blocks, shells for the heat insulation of residential and industrial buildings and the industrial equipment. The peat-wood composition used for manufacture of the heat-insulating building materials contains (in mass %): in the capacity of the binding material - the dispersed low peat - 20.5-28.5, the saw dust as the filler - 61-73, the waterproofing additive - 3.0-5.0 and the foaming agent - 3.5-6.5 at the water-solid ratio of 2.0-2.4. The technical result: production of the water-repellant homogeneous building material with the low density and the low thermal conductivity.

EFFECT: the invention ensures production of the water-repellant homogeneous building material with the low density and the low thermal conductivity.

2 tbl

Description

Изобретение относится к области производства строительных материалов на основе торфодревесного сырья и может найти применение при изготовление плит, блоков, скорлуп для теплоизоляции жилых, промышленных зданий и промышленного оборудования.The invention relates to the production of building materials based on peat and wood raw materials and may find application in the manufacture of plates, blocks, shells for thermal insulation of residential, industrial buildings and industrial equipment.

Известна композиция для изготовления теплоизоляционного материала для строительных конструкций, включающая торф 20-60%, полифенолгликолевый полимер 34-65%, отвердитель 2-5%, алюминиевую пудру - 2-5%, вспенивающий агент 2-5%. Торф применяется в качестве наполнителя, вяжущим является полифенолгликолевый полимер. Смесь тщательно перемешивают, формуют изделия и подвергают сушке. Прочность на сжатие изделий 2,96-7,41 кг/см², плотность 150-350 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,02-0,05 Вт/м·К. Недостатком этого состава является выход свободного фенола при эксплуатации (авт.св. СССР № 833920. Бюл.№ 20 от 30.05.81), что оказывает вредное воздействие на окружающую среду и здоровье людей.A known composition for the manufacture of thermal insulation material for building structures, including peat 20-60%, polyphenol glycol polymer 34-65%, hardener 2-5%, aluminum powder - 2-5%, foaming agent 2-5%. Peat is used as a filler; the binder is a polyphenol glycol polymer. The mixture is thoroughly mixed, molded products and subjected to drying. The compressive strength of the products is 2.96-7.41 kg / cm ² , the density is 150-350 kg / m ³ , the thermal conductivity is 0.02-0.05 W / m · K. The disadvantage of this composition is the release of free phenol during operation (ed. St. USSR No. 833920. Bull. No. 20 from 05/30/81), which has a harmful effect on the environment and human health.

Известна также сырьевая смесь для изготовления древесно-торфяных строительных материалов, содержащая верховой торф (степень разложения 5-15%) в количестве 10-25 мас.%, древесные отходы 20-40 мас.%, бишофит 6-25 мас.%, алюмохромофосфат 1-3 мас.% и магнезит остальное. Смесь тщательно перемешивают и формуют изделия при 150-160°С и давлении 3-5 МПа. Прочность при сжатии торфяных изделий указанного состава составляет 11,0-18,0 МПа. Недостатком указанных торфяных изделий является их высокая плотность 960-1000 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,11-0,17 Вт/м·К (авт.св. СССР № 2005108. Бюл. № 47-48 от 30.12.93).Also known is a raw mixture for the manufacture of wood-peat building materials, containing horse peat (decomposition degree of 5-15%) in an amount of 10-25 wt.%, Wood waste 20-40 wt.%, Bischofite 6-25 wt.%, Alumochromophosphate 1-3 wt.% And the rest is magnesite. The mixture is thoroughly mixed and molded products at 150-160 ° C and a pressure of 3-5 MPa. The compressive strength of peat products of the specified composition is 11.0-18.0 MPa. The disadvantage of these peat products is their high density of 960-1000 kg / m ³ , the coefficient of thermal conductivity of 0.11-0.17 W / m · K (ed. St. USSR No. 2005108. Bull. No. 47-48 from 12.30.93) .

Известна также композиция, содержащая в качестве связующего портландцемент, торф и его производные, древесные отходы и воду в качестве жидкости затворения при следующих соотношениях ингредиентов, мас.%: портландцемент 33-38; древесные отходы торфяных месторождений 20-25; верховой торф 4-12; торфяная вытяжка 1-3; вода 22-42. При этом верховой торф используют со степенью разложения 5-10% и влажностью 55-70%, который вместе с древесными отходами вымачивают предварительно в воднометинольном растворе с концентрацией метанола 6-10 г/л при 80-100°С в течение 2-5 мин. Максимальная прочность композиции составляет 6,41 МПа, коэффициент теплопроводности 0,12 Вт/м·К (авт.св. СССР № 1244122. Бюл. № 26 от 16.07.86).Also known is a composition containing, as a binder, Portland cement, peat and its derivatives, wood waste and water as a mixing liquid in the following ratios of ingredients, wt.%: Portland cement 33-38; wood waste from peat deposits 20-25; high peat 4-12; peat extract 1-3; water 22-42. In this case, peat peat is used with a decomposition degree of 5-10% and a moisture content of 55-70%, which, together with the wood waste, is pre-soaked in a water methanol solution with a methanol concentration of 6-10 g / l at 80-100 ° C for 2-5 minutes . The maximum strength of the composition is 6.41 MPa, the thermal conductivity is 0.12 W / m · K (ed. St. USSR No. 1244122. Bull. No. 26 from 07.16.86).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к описываемой является теплоизоляционная масса по патенту РФ № 2120424. опубл. 20.10.98, БИ № 29. Теплоизоляционная масса имеет следующий состав, мас.% сухого вещества: гранулированный торф 2-50, наполнитель (опилки, костра, соломенная резка) 30-61, связующее (диспергированный торф) 18-42, вода до влажности 76-85%. Недостатком прототипа является сравнительно высокий коэффициент теплопроводности, высокая средняя плотность и низкая прочность.The closest in technical essence and the achieved result to the described is the thermal insulation mass according to the patent of the Russian Federation No. 2120424. publ. 10.20.98, BI No. 29. The thermal insulation mass has the following composition, wt.% Dry matter: granulated peat 2-50, filler (sawdust, bonfire, straw cutting) 30-61, binder (dispersed peat) 18-42, water up to humidity 76-85%. The disadvantage of the prototype is the relatively high coefficient of thermal conductivity, high average density and low strength.

Известно, что в качестве вяжущего при изготовлении строительных материалов использовался верховой торф, например в композициях по авт.св. СССР № 1244122. Бюл. № 26 от 16.07.86, ав.св. СССР № 2005108. Бюл. № 47-48 от 30.12.93, авт.св. СССР № 1794929. Бюл. № 6 от 15.02.93. Верховой торф отличается от низинного более высоким содержанием органических (битуминозных веществ). Поскольку аналогом прототипа является известная теплоизоляционная смесь, включающая в качестве вяжущего битум (авт.св. № 304823), то можно предположить, что в прототипе речь идет о верховом диспергированном торфе как вяжущем для теплоизоляционной массы.It is known that peat was used as a binder in the manufacture of building materials, for example, in compositions according to auth. USSR No. 1244122. Bull. No 26 on 07/16/86, a.s. USSR No. 2005108. Bull. No. 47-48 dated 12.30.93, ed. USSR No. 1794929. Bull. No 6 on 02/15/93. Peat peat differs from lowland with a higher content of organic (bituminous substances). Since the prototype is analogous to the well-known heat-insulating mixture, including bitumen as a binder (ed. St. No. 304823), it can be assumed that the prototype refers to dispersed horse peat as a binder for a heat-insulating mass.

Задача изобретения - используя в качестве торфовяжущего низинный торф, диспергированный в водной среде, получить водостойкий, однородный строительный материал с низкой плотностью и с низким коэффициентом теплопроводности.The objective of the invention is to use as a peat binder lowland peat dispersed in an aqueous medium to obtain a waterproof, uniform building material with a low density and low coefficient of thermal conductivity.

Задача решена следующим образом.The problem is solved as follows.

Общим с известной композицией, принятой за прототип, является наличие в ее составе диспергированного торфа в качестве вяжущего, древесного наполнителя в виде древесных опилок и воды. Но в отличие от прототипа в заявляемой торфодревесной композиции использован в качестве вяжущего - диспергированный в воде низинный торф. Отличается заявляемая композиция еще тем, что она дополнительно содержит гидрофобизирующую и пенообразующую добавки, при следующих соотношениях компонентов, мас.%:In common with the well-known composition adopted for the prototype, is the presence in its composition of dispersed peat as a binder, wood filler in the form of wood sawdust and water. But unlike the prototype, the claimed peat-wood composition was used as a binder - low-lying peat dispersed in water. The claimed composition is also different in that it additionally contains hydrophobizing and foaming additives, in the following ratios of components, wt.%:

Древесные опилкиSawdust 61-7361-73 Низинный торфLowland peat 20,5-28,520.5-28.5 Пенообразующая добавкаBlowing agent 3,5-5,53,5-5,5 Гидрофобизующая добавкаWater-repellent additive   при водотвердом отношенииwith water-solid ratio   (В/Т) 0-2,4(W / T) 0-2.4 3,0-5,03.0-5.0

Торфодревесная композиция отличается от прототипа также тем, что в частном случае в качестве гидрофобизирующей добавки она содержит добавку на основе силансилаксановых соединений (например, "Аквасил"), а в качестве пенообразующей добавки - добавку на основе раствора сбалансированной смеси анионных и неионогенных ПАВ и белковых добавок (например "Биолас").The peat-wood composition also differs from the prototype in that, in a particular case, it contains an additive based on silansilaxane compounds (for example, Aquasil) as a hydrophobizing additive, and an additive based on a solution of a balanced mixture of anionic and nonionic surfactants and protein additives as a foaming additive (for example, Biolas).

Оптимальный состав заявляемой композиции отвечает следующему содержанию компонентов, мас.%:The optimal composition of the claimed composition meets the following content of components, wt.%:

Древесные опилкиSawdust 6767 Низинный торфLowland peat 24,524.5 Пенообразующая добавкаBlowing agent 4,54,5 Гидрофобизующая добавкаWater-repellent additive   при водотвердом отношенииwith water-solid ratio   2-4,02-4.0 4,04.0

Низинные торфа использовались в основном как наполнитель в композициях с минеральными или органическими вяжущими веществами (цемент, гипс, известь, битум, полимеры), например в композициях по авт.св. СССР № 833920. Бюл. № 20 от 30.05.81, авт.св. СССР № 1759813. Бюл. № 33 от 07.09.92. Проведенные экспериментальные исследования показали, что низинный торф отличается от верхового повышенным содержанием минеральных веществ, по составу близких к минералам портландцемента, гидромеханическая активация инициирует вяжущие свойства низинного торфа что обуславливает его более высокую, чем у верхового торфа, адгезию к поверхности древесного заполнителя при твердении в нормальных условиях. Кроме того, низинный торф обладает по сравнению с верховым более низкой гигроскопичностью и водопоглощением, что также сказывается на повышении влагостойкости по сравнению с верховым, высокой степенью разложения, что повышает его биостойкость, большей однородностью гранулометрического состава, значительно меньшей кислотностью (рН 6-8). Исследованиями также установлено, что для повышения прочности строительного материала, содержащего низинный торф как вяжущее, в качестве каркасообразующего компонента эффективнее использовать древесные опилки, а для модифицирования свойств торфодревесного композита в качестве пенообразователя использовать раствор сбалансированной смеси анионных и неионогенных ПАВ и белковых добавок. К таким добавкам относятся широкоизвестные добавки марок: "Биолас", ТЕАС, НЕОПОР и др. Теплоизоляционный торфодревесный композит с использованием пенообразователя приобретает мелкопористую, однородную структуру, что положительно сказывается на теплопроводности материала. В качестве гидрофобизирующей добавки эффективнее использовать "Аквасил", ГКЖ-94 и др. на основе силансилаксановых соединений. Экспериментально установлено, что возможно применение любых других веществ в качестве добавок, которые обладают гидрофобизирующими или пенообразующими свойствами, которые дают необходимый эффект повышения водостойкости и пористости, но приведенные выше группы добавок-модификаторов обладают повышенным сродством к композиту, обеспечивая наилучшие результаты.Lowland peat was used mainly as a filler in compositions with mineral or organic binders (cement, gypsum, lime, bitumen, polymers), for example, in compositions for autogr. USSR No. 833920. Bull. No. 20 dated 05/30/81, auth. USSR No. 1759813. Bull. No 33 on 09/07/92. Experimental studies have shown that lowland peat differs from highland peat in a higher content of mineral substances, in composition close to Portland cement minerals, hydromechanical activation initiates the astringent properties of lowland peat, which leads to its higher adhesion to the surface of wood aggregate when hardening in normal conditions. In addition, low-level peat has lower hygroscopicity and water absorption compared to high-level peat, which also affects the increase in moisture resistance compared to high-level, high degree of decomposition, which increases its biostability, greater uniformity of particle size distribution, and significantly lower acidity (pH 6-8) . Studies have also found that to increase the strength of a building material containing lowland peat as a binder, it is more efficient to use wood sawdust as a frame-forming component, and to modify the properties of a peat composite as a foaming agent, use a solution of a balanced mixture of anionic and nonionic surfactants and protein additives. Such additives include well-known additives of the following brands: Biolas, TEAS, NEOPOR and others. The heat-insulating peat-wood composite using a foaming agent acquires a finely porous, uniform structure, which positively affects the thermal conductivity of the material. As a hydrophobizing additive, it is more efficient to use Aquasil, GKZh-94, and others based on silansilaxane compounds. It has been experimentally established that it is possible to use any other substances as additives that have hydrophobizing or foaming properties, which give the necessary effect of increasing water resistance and porosity, but the above groups of modifier additives have an increased affinity for the composite, providing the best results.

Учитывая значительные запасы низинных торфов, невостребованность его в других отраслях, а также наличие в составе активных функциональных групп, обеспечивающих потенциальные возможности физико-химического модифицирования, можно отнести низинный торф к перспективным местным природным сырьевым материалам, пригодным, как показали эксперименты, в качестве вяжущего для изготовления теплоизоляционных материалов. Заявляемая композиция не выявлена из уровня техники, это доказывает новизну заявляемой композиции и соответствие ее признаку "Изобретательский уровень".Given the significant reserves of lowland peat, its lack of demand in other sectors, as well as the presence of active functional groups that provide potential physicochemical modification, lowland peat can be considered a promising local natural raw material suitable, as experiments have shown, as a binder for manufacturing heat-insulating materials. The inventive composition is not identified from the prior art, this proves the novelty of the claimed composition and its compliance with the attribute "Inventive step".

Для приготовления композиции готовят пять смесей ингредиентов (табл.1). Представленные интервалы ингредиентов получены в результате экспериментальных исследований и оптимизации полученных результатов. Технические характеристики торфодревесной композиции за пределами полученных значений не обеспечивают решения поставленной задачи получения водостойкого, однородного строительного материала с низкой плотностью и с низким коэффициентом теплопроводности.To prepare the composition, five mixtures of ingredients are prepared (Table 1). The presented intervals of the ingredients are obtained as a result of experimental studies and optimization of the results. The technical characteristics of the peat-wood composition beyond the obtained values do not provide a solution to the problem of obtaining a waterproof, homogeneous building material with a low density and a low coefficient of thermal conductivity.

Таблица 1
Составы смесейTable 1
Mixtures Компоненты смесиMixture components Содержание компонентов, мас.%The content of components, wt.% 1one 22 33 4four 55 Торф низинныйLowland peat 20,520.5 22,522.5 24,524.5 26,526.5 28,528.5 Опилки древесныеSawdust 7373 7070 6767 6464 6161 Гидрофобизирующие добавки "Аквасил"Water-repellent additives "Aquasil" 3,03.0 3,53,5 4,04.0 4,54,5 5,05,0 Пенообразующие добавки "Биолас"Foaming additives "Biolas" 3,53,5 4,04.0 4,54,5 5,05,0 5,55.5 В/ТW / T 2,42,4 2,32,3 2,22.2 2,12.1 2,02.0

Низинный торф измельчают совместно с водой (80% от общего количества воды) в шаровой мельнице до степени измельчения 5-10 мкм. К полученному торфовяжущему добавляют древесные опилки и гидрофобизирующую добавку. Пенообразующую добавку готовят отдельно, взбивая добавку в воде, оставшуюся от общего количества, затем смешивают торфодревесную массу с пеной. Смесь тщательно перемешивают до однородного состояния, формуют вибролитьевым способом образцы-кубики 70×70×70 мм, которые затем сушат при 80-105°С в течение 16 ч. Прочность после сушки составляет на сжатие 1,55-1,92 МПа, на изгиб 0,65-0,90 МПа, средняя плотность составляет 150-200 кг/м³.Lowland peat is ground together with water (80% of the total amount of water) in a ball mill to a degree of grinding of 5-10 microns. To the obtained peat binder, sawdust and a hydrophobizing additive are added. The foaming additive is prepared separately, whipping the additive in the water remaining from the total amount, then the peat mass is mixed with foam. The mixture is thoroughly mixed until smooth, molded into 70 × 70 × 70 mm cubes, which are then dried at 80–105 ° C for 16 hours. The compressive strength is 1.55–1.92 MPa, a bend of 0.65-0.90 MPa, the average density is 150-200 kg / m ³ .

Составы смесей и результаты испытаний образцов представлены в табл.2.The compositions of the mixtures and the test results of the samples are presented in table.2.

Как видно из таблицы, оптимальное соотношение прочности, плотности и теплопроводности соответствует составу 3. В сравнении с прототипом заявляемая композиция имеет более низкую плотность, при этом более высокую прочность при сжатии и низкий коэффициент теплопроводности. Более высокое значение плотности материала (280-350 кг/м³) в прототипе говорит о том, что значение коэффициента теплопроводности этого материала выше, чем у заявляемой композиции. Прочность заявляемой композиции соответствует нормативным данным для теплоизоляционных материалов, композиция промышленно применима. Следовательно, эту композицию можно использовать в строительстве при изготовлении теплоизоляционных материалов.As can be seen from the table, the optimal ratio of strength, density and thermal conductivity corresponds to composition 3. In comparison with the prototype of the claimed composition has a lower density, while higher compressive strength and low coefficient of thermal conductivity. A higher value of the density of the material (280-350 kg / m ³ ) in the prototype indicates that the value of the coefficient of thermal conductivity of this material is higher than that of the claimed composition. The strength of the claimed composition meets the regulatory data for thermal insulation materials, the composition is industrially applicable. Therefore, this composition can be used in construction in the manufacture of insulating materials.

Claims (1)

Торфодревесная композиция для изготовления теплоизоляционных строительных материалов, включающая диспергированный торф в качестве вяжущего, древесные опилки в качестве наполнителя и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит гидрофобизирующую и пенообразующую добавки, а в качестве вяжущего использован низинный торф при следующем соотношении компонентов, мас.%:Peat-wood composition for the manufacture of heat-insulating building materials, including dispersed peat as a binder, sawdust as a filler and water, characterized in that it additionally contains water-repellent and foaming additives, and low-level peat is used as a binder in the following ratio of components, wt.% : Древесные опилкиSawdust 61-7361-73 Низинный торфLowland peat 20,5-28,520.5-28.5 Пенообразующая добавкаBlowing agent 3,5-6,53,5-6,5 Гидрофобизирующая добавкаWater-repellent additive   при водотвердом отношении with water-solid ratio   2,0-2,42.0-2.4 3,0-5,03.0-5.0