ТОРФОДРЕВЕСНАЯ ФОРМОВОЧНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ И КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
PEAT-WOOD MOULDING MIXTURE FOR MAKING HEAT INSULATION AND STRUCTURAL-HEAT INSULATION ARTICLES

Изобретение относится к строительству, а более конкретно к производству строительных материалов на основе торфа для теплоизоляционных плит, блоков, скорлуп, которые могут найти применение для теплоизоляции жилых, общественных, сельскохозяйственных зданий и промышленного оборудования.
Учитывая значительные запасы торфов как верховых, так и низинных, возобновляемость этих природных ресурсов и их экологическую чистоту, можно отнести это сырье к перспективному для использования в народном хозяйстве, в том числе и для производства строительных материалов.
3
7
3
Из уровня техники известны строительные материалы, в состав которых входит верховой слаборазложившийся торф. Известна торфяная плита, выполненная из материала, который является продуктом твердения сырьевой смеси, включающей: связующее из мелкодисперсного торфа - 45-50 мас.%, заполнитель -слаборазложившийся торф - 30-35 мас.%, вода - остальное, и имеющая после затвердевания плотность - 495-545 кг/м, а прочность на сжатие 0,35-0,45 МПа. Слаборазложившийся торф выполняет армирующую роль, а при добавлении воды происходит выделение смолы, которая обволакивает частицы заполнителя. Этим достигается прочность изделия (RU 2181820, МПК Е04В 1/76 опубл. 27.04.2002). К недостаткам следует отнести высокую плотность (495-545 кг/м) торфяной плиты и низкую прочность на сжатие (0,35-0,45 МПа). Недостатком является также то, что для получения сырьевой смеси требуется нагрев воды до +90°C, что требует дополнительного расхода энергии, а использование слаборазложившегося торфа приводит к снижению биологической стойкости изделий. Известны торфяные плиты, изготовленные по способу, защищенному патентом RU 2041185, С04В 38/00 09.08.1995. Эти плиты выполнены из верхового торфа в качестве связующего и древесных опилок в качестве наполнителя. Недостатком таких плит является то, что они имеют более высокие значения коэффициента теплопроводности изделий (0,08 Вт/мК) и водопоглощения. К тому же для их изготовления требуется сложная (энергоемкая) технология получения связующего.
Из уровня техники известны также торфодревесные композиции для строительных изделий, которые выполнены на базе низинного торфа. Например, композиции для плит, скорлуп, блоков, защищенные патентами РФ на изобретения №№2307813, 2273620. Наличие в составе низинного торфа активных функциональных групп, обеспечивающих потенциальные возможности физико-химического модифицирования, низинный торф по сравнению с верховым обладает рядом преимуществ. Он отличается высоким содержанием минеральных веществ, более влагостоек, имеет лучшие адгезионные свойства, обладает большей однородностью гранулометрического состава, значительным содержанием гуминовых веществ и пониженной кислотностью по сравнению с верховыми торфами. Более высокая степень разложения, присущая низинным торфам, меньшие, чем в верховом торфе, размеры волокон делают процесс измельчения низинного торфа менее энергоемким.
Торфодревесная композиция для изготовления теплоизоляционных строительных материалов, защищенная патентом РФ на изобретение №2273620, содержит в качестве связующего низинный торф в количестве мас.% - 20,5-28,5; в качестве наполнителя - древесные опилки в количестве 61-73 мас.%, пенообразующую добавку - 3,5-6,5 мас.%, гидрофобизирующую добавку - 3,0-5,0 мас.% при водотвердом отношении - 2,0-2,4.
3
Достоинством изделий из указанной смеси является водостойкость и высокие теплоизоляционные свойства (средняя плотность составляет 150-200 кг/м, коэффициент теплопроводности - 0,04-0,06 Вт/мК). Прочность на сжатие составляет 1,55-1,92 МПа. Для улучшения теплоизоляционных свойств в материал входят пенообразующие добавки, для улучшения водостойкости - гидрофобизирующие добавки. К недостаткам данной композиции можно отнести падение прочности готового материала и сложный многокомпонентный состав.
Строительный материал, получаемый из композиции на основе низинного торфа (80-90 мас.%) с заполнителем из древесных опилок (5-10 мас.%) по патенту №2307813, имеет более высокую прочность на сжатие (6,0-7,12 МПа) за счет использования армирующей добавки из синтетических волокон (5-10 мас.%) и предназначен для изготовления конструкционно-теплоизоляционных изделий.
3
Наиболее близким к заявляемому изобретению является торфодревесное теплоизоляционное изделие по патенту на полезную модель RU 90090 U1, МПК Е04В 1/76, Е04В 1/78, С04В 16/00, опубл. 13.04.2009. Формовочная смесь для указанного изделия содержит в качестве связующего низинный торф в количестве 20,5-28,5 мас.%, в качестве заполнителя - древесные опилки в количестве 61-73 мас.% при водотвердом отношении 2,0-2,4. В формовочную смесь входит вода, обработанная магнитным полем, соответствующим магнитной индукции 40 мТл, в течение 20-60 с. Полученные на основе торфодревесной композиции строительные материалы имеют следующие характеристики: прочность на сжатие при 10% линейной деформации 1,65-1,80 МПа, средняя плотность составляет 240-246 кг/м, водопоглощение по массе 50-88%, коэффициент теплопроводности 0,047-0,049 Вт/мК. Формовочная смесь по прототипу отличается простотой состава и низкими показателями водопоглощения и коэффициента теплопроводности.
Учитывая тот факт, что низинный и верховой торф на месторождении, как правило, находится в тесном соседстве, то на стадии добычи необходимо постоянно осуществлять лабораторный контроль для установления групповой принадлежности.
Задача изобретения - в целях рационального использования торфяных запасов, сокращения трудозатрат на установление групповой принадлежности торфа получить формовочную смесь, которая обладает всеми преимуществами прототипа (простота состава, пониженные показатели водопоглощения для торфяных строительных смесей, достаточную прочность и низкую теплопроводность) независимо от вида применяемого торфяного сырья.
Как и прототип, заявляемая торфодревесная формовочная смесь для изготовления теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных изделий содержит диспергированный в водной среде торф в качестве вяжущего, древесные опилки в качестве заполнителя и воду затворения, обработанную в течение 20-60 с магнитным полем, соответствующим магнитной индукции 40 мТл.
В отличие от прототипа в качестве воды затворения композиция по изобретению содержит воду, подвергнутую предварительной ионизации перед обработкой ее магнитным полем. В качестве вяжущего использован диспергированный в водной среде верховой торф, или диспергированный в водной среде низинный торф, или диспергированная в водной среде смесь из низинного и верхового торфа при следующем соотношении компонентов, мас.%:
диспергированный в водной среде верховой торф
20,5-28,5
древесные опилки
61,0-73,0
вода затворения
6,5-10,5,
или:
диспергированный в водной среде низинный торф
20,5-28,5
древесные опилки
61,0-73,0
вода затворения
6,5-10,5,
или:
диспергированная в водной среде смесь низинного
и верхового торфов
20,5-28,5
древесные опилки
61,0-73,0
вода затворения
6,5-10,5
Ионизированная вода для затворения может быть получена путем классического электролиза воды, то есть в стационарных и проточных электролизерах-ионизаторах («Tech-730», «Tech-330», «AlkolineWater», «Chanson VS-70», «Perlen», «АП-1», «ИВА-1», «МЕЛЕСТА» и др.), или путем пропускания воды через комплекс специально подобранных минералов и полудрагоценных камней (турмалина, коралла, шунгита Карельского, кремния и др.), имеющих пьезоэлектрические свойства, или путем бесконтактной ионизации воды на основании эффекта резонанса.
Получение торфодревесной формовочной смеси рассмотрено на конкретном примере.
Вначале готовили торфодревесную смесь. В качестве исходных компонентов для торфодревесной смеси использовали как низинный, так и верховой торф, а также их смесь в соотношении 1:1, и древесные опилки хвойных и лиственных пород в соотношении 1:3. Соотношение видов торфов для исходной торфяной смеси не ограничивается приведенным примером. Низинный торф и верховой торф могут быть взяты и в любом ином соотношении. В качестве древесных опилок, которые выполняют функцию заполнителя, могут быть использованы опилки любых пород деревьев. Сначала (как и в прототипе) исходный торф предварительно увлажняли, например, до влажности 80% и измельчали в шаровой мельнице. Полученные таким образом диспергированный в водной среде торф или диспергированную в водной среде торфяную смесь смешивали с древесными опилками и после смешивания готовую торфодревесную смесь затворяли ионизированной омагниченной водой.
Для получения ионизированной воды ее пропускали через фильтр-ионизатор на основе полудрагоценных камней. Для приведенных конкретных примеров (таблицы 1-3) ионизированная вода была получена в фильтре-ионизаторе на основе природного кремния опал-халцедонового, ТУ BY 500525801.001-2005. Ионизированную воду пропускали затем через установку омагничивания и выдерживали в магнитном поле с магнитной индукцией 40 мТл в течение 20-60 с. Полученной ионизированной омагниченной водой затворяли торфодревесную смесь и из полученной торфодревесной формовочной смеси изготавливали образцы-балочки 40×40×160 мм. Физико-механические свойства образцов определялись после их сушки при температуре 80-90°C в течение 16 ч. Данные по составам представлены в таблицах 1-3. Физико-механические свойства образцов указанных составов, полученных с применением омагниченной ионизированной воды затворения, представлены в таблице 4.
Таблица 1
Составы на основе диспергированного низинного торфа
Компоненты
Содержание компонентов, мас.%
1
2
3
Диспергированный низинный торф
20,5
24,5
28,5
Заполнитель (древесные опилки)
73,0
67,0
61,0
Омагниченная ионизированная вода
6,5
8,5
10,5
Таблица 2
Составы на основе диспергированного верхового торфа
Компоненты
Содержание компонентов, мас.%
4
5
6
Диспергированный верховой торф
20,5
24,5
28,5
Заполнитель (древесные опилки)
73,0
67,0
61,0
Омагниченная ионизированная вода
6,5
8,5
10,5
Таблица 3
Составы на основе смеси диспергированного низинного и верхового торфа в пропорции 1:1
Компоненты
Содержание компонентов, мас.%
7
8
9
Диспергированная смесь низинного и верхового торфов
20,5
24,5
28,5
Заполнитель (древесные опилки)
73,0
67,0
61,0
Омагниченная ионизированная вода
6,5
8,5
10,5
Таблица 4
Эксплуатационные свойства торфодревесных композитов с использованием омагниченной ионизированной воды затворения
№
Показатели
Торфодревесные композиции из смесей согласно таблицам 1-3
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
Прочность при сжатии, МПа
1,63
1,65
1,67
1,54
1,62
1,63
1,59
1,63
1,64
1,65-1,8
2
Прочность при изгибе, МПа
0,61
0,65
0,68
0,56
0,61
0,62
0,59
0,63
0,64
0,45-0,56
3
Средняя плотность, кг/м<sup>3</sup>
246,0
255,0
259,0
244,0
250,0
256,0
249,0
252,0
254,0
240,0-246,0
4
Водопоглощение, %
87,6
81,5
81,1
90,0
82,0
81,5
86,0
81,6
81,2
50,0-88,0
5
Коэффициент теплопроводности, Вт/м °C
0,047
0,048
0,049
0,047
0,047
0,049
0,048
0,048
0,049
0,047-0,049
Для затворения торфодревесной смеси из смеси торфов и древесных опилок была использована также ионизированная вода, полученная в полимембранном активаторе-электролизере проточного типа переменного тока на положительном аноде, который позволяет получить ионизированные жидкие среды с pH от 2,2 (кислая среда) до 11,7 (щелочная среда) [Сафронов В.Н. Свойства цементных композиций на основе электрохимически активированной воды затворения. / В.Н. Сафронов, Ю.С. Саркисов, Е.И. Цилимова и др. // Композиционные строительные материалы. Теория и практика. Сб. статей Международной науч.-практ. конф. - Пенза: Изд-во ПДЗ, 2010, - с.159-162]. Полученная таким образом ионизированная вода подвергалась магнитной обработке согласно изобретению и использовалась для затворения торфодревесной смеси. Из полученной торфодревесной формовочной смеси изготавливали образцы.
Результаты эксплуатационных свойств торфодревесных композитов с использованием омагниченной ионизированной воды затворения, полученной в полимембранном активаторе-электролизере проточного типа, приведены в таблице 5.
Таблица 5
Показатели
Тип воды затворения
Водопроводная
Кислая + магнитная активация
Щелочная + магнитная активация
Прочность при сжатии, при 10% линейной деформации, МПа
0,54
1,8
1,9
Прочность при изгибе, МПа
0,26
0,46
0,49
Средняя плотность, кг/м<sup>3</sup>
232
240
245
Водопоглощение, %
88
90,5
71,5
Теплопроводность, Вт/м °C (в сухом состоянии)
0,047
0,048
0,048
Анализ данных, представленных в таблице 4 и таблице 5, показывает, что использование омагниченной ионизированной воды для затворения торфодревесных смесей на основе как диспергированного низинного, так и диспергированного верхового торфа, а также диспергированной торфяной смеси приводит во всех случаях к достижению значений прототипа. При этом независимо от типа используемого сырья в диапазоне содержания основных компонентов.
Технологический прием использования ионизированной воды для затворения различных смесей известен давно, особенно широко применяется для затворения бетонных смесей (патент №2440959, заявка №93048855), причем так же ведет к повышению прочности готовой бетонной смеси. Применение ионизированной воды для затворения торфодревесных смесей ранее не известно. Учитывая различный химический состав торфов в зависимости от групповой принадлежности, предположить улучшение характеристик готовых торфодревесных изделий можно было только для изделий на основе низинных торфов в связи с наличием в его составе значительного количества минеральной составляющей. Для верхового торфа, в котором преобладают органические вещества и соединения, наличие такого эффекта от применения ионизированной омагниченной воды затворения явилось неожиданностью и явным образом не следует из уровня техники.
Таким образом, применение для затворения торфодревесных смесей ионизированной воды, обработанной магнитным полем, является перспективным технологическим приемом получения эффективных строительных материалов. В том числе на основе низинного и верхового торфов и в том числе из их смесей, что ведет к рациональному использованию торфяного сырья и исключает привязку к определенным месторождениям, позволяя производить строительные материалы в любом регионе РФ и за рубежом.