АРМИРОВАННЫЙ ТЕХНОПРОФИЛЬ МНОГОСЛОЙНЫЙ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
REINFORCED MULTILAYER TECHNICAL PROFILE AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Изобретение относится к композиционным стройматериалам как сугубо теплоизоляционным несущим, так и теплоизоляционным, несущим, в том числе и в виде звукоизоляционных и оградительных строительных конструкций.
Целью изобретения является создание дешевого строительного конструкционного материала из доступного сырья и отходов в бытовых и заводских условиях для возведения малоэтажных строений.
Уровень техники
Производство современных композитов позволяет использовать самые разнообразные технологические процессы с учетом формируемой структуры, создавать широкий спектр лучших профилированных конструкций по функциональному назначению, в том числе, многофункциональных композитов в строительстве. Существующие композиционные материалы, в том числе «Сэндвич-панель» по патенту РФ №62411, зарегистрированному 10.04.07 г., являются универсальными строительными конструкционными материалами, главным образом, для складских и промышленных строений. Современный строительный композит находится на вершине своего прогрессирующего развития и предполагает структуру многослойную: главную конструкционную - многослойную несущую часть, слоеные периферийные утеплители и облицовочные покрытия. Многообразие модификаций строительных композитов в стройиндустрии создается, в основном, по существующим аналогам и в соответствии с функциональным назначением.
«Армированный технопрофиль многослойный»
Строительный армированный многослойный технопрофиль, далее по тексту - «Компопрофиль», конструкционное строительное изделие и в зависимости от функционального назначения, в отличие от производства трехслойной металлической «Сэндвич-панели» с однокомпонентным утеплителем, изготавливают самыми разнообразными способами из разнородных строительных компонентов, связующих, армирующих элементов в оптимальном количестве сложенных слоеных утеплителей в едином монолитном матричном каркасе и дополнительных изотермических и термозащитных утеплителей с целью достижения энергоэффективного экономичного стройматериала.
По конструктивному исполнению и применяемым материалам комплексной структуры конструкции технопрофильных композитов разделяются на основные группы:
- гибкие и мягкие: рулонные, индустриальные полотна, листы, облицовочные, экструзионные, волоконные, полимерные и др.;
- жесткие: плоские, округлые, профили, фермы, балки, теплоизоляционные, наливные, сборные, монолитные, кладочные и др.
Основные составляющие элементы конструкции (см. Фиг.1): несущая матрица в виде монолитного секционного каркаса из разнопористого разнородного многослойного заполнителя-теплоизолятора 7, разнородный армирующий наполнитель 2, разнопористый разнородный многослойный утеплитель 3, облицовочные утеплители - изотермический внутренний 1 и наружный термозащитный 4, наружное облицовочное покрытие 5, обрешетка 6. Формирование правильно рассчитанной комбинации разнопористого разнородного многослойного секционного теплоизолятора 7, оснащенного разнородным наполнителем 2 и разнородным многослойным утеплителем 3, позволяет добиваться необходимой энергоэффективности несущей конструкции. Применение высокопрочных секций теплоизолятора 7 из термопрофиля, керамики или пултрузионного стеклопластика с эффективной теплоизоляцией 3 по внешнему контуру несущего компопрофиля резко сокращает расход стройматериала и габариты изделий. Облицовочный изотермический утеплитель внутренний 1 является важным теплоизоляционным, а при необходимости и гибким теплотворным узлом компопрофиля. Теплоизоляция, как термополиуретановая, данной прослойки 1 максимально поддерживает на необходимом уровне температуру внутренней среды. Встроенный дополнительно в изотермический утеплитель 1 теплотехнический обогреватель с помощью датчиков контроля и регулирования обеспечивает стабильную температуру как в замкнутом контуре, так и комфортную в жилом помещении. Облицовочный термозащитный утеплитель наружный 4 является теплоизолятором, смягчающим резкие перепады температуры. Облицовочные покрытия, как правило, с утепленными прослойками, предназначены для финишной отделки конструкций изнутри и снаружи. Зачастую эти покрытия из декоративного рулонного или листового материала полноценно применяют в качестве армирующих элементов. С целью исключения вредных конденсата и плесени на поверхностях утеплителей категорически исключают масштабное применение полистирола в виде пенопласта. Облицовочные покрытия достаточно низкой воздухопроницаемости качественно улучшают микроклимат в помещении. Также за счет этого в помещении появляется эффект дерева: зимой тепло при холоде, летом прохладно при жаре.
Несущую способность матрицы увеличивают с помощью армирующих наполнителей, особенно по краям за счет высокопрочных. Грани такой комбинации в гибких и тонкостенных композитах полностью теряются в одном целом. Для гибких композитов роль армирующего наполнителя выполняют стекловолокна, стекломата, стекложгут, стеклопластик, сетки, ткани или нити базальта, льна, металла и т.д. Для жестких - наполнитель из тех же вышеназванных компонентов и разнородных арматур, листов, профилей, в т.ч. термопрофиля. Эффективное упрочнение достигается при содержании 5-10% наполнителя в теплоизоляторе.
Для заполнителей несущего компопрофиля на основе цемента применяют бетон, пенобетон или ячеистый бетон, гидравлические мелкодисперсные клеи с химическими добавками и др. В производстве теплоизоляционного компопрофиля в качестве связующих применяют соответствующие жидкие суспензии цементно-известковые или легкие бетоны, слабосильные герметики и клей, закрепляющие, вяжущие и прочие.
Теплоизоляционные и прочностные характеристики в зависимости от предназначения компопрофилей регулируют методом подбора и с учетом свойств материала строительного сырья: влажности, водостойкости, водопоглощения, подверженности усадке, температуры плавления, крупности компонентов заполнителя и их процентных соотношений, свойств вяжущих, теплоизоляционных прослоек и армирующих наполнителей, а также способами изготовления. Чем меньше размер пор утеплителя, тем слабее конвекция - подвижность воздуха и тем эффективнее теплозащита. Свойства зависят не только от физико-химических свойств компонентов, но и от прочности связи между ними. Максимальная прочность достигается, если между матрицей и арматурой происходит образование твердых растворов или химических соединений. Комплексный учет степени поризованности, качеств теплоизоляции и прочности стройматериалов позволяет выстроить оптимальную структуру с необходимым количеством прослоек энергоэффектиного композита.
3
3
3
Компопрофиль теплоизоляционного назначения должен соответствовать следующим характеристикам: плотность около 150-350 кг/м с учетом несущих способностей конструкций, коэффициент теплопроводности в пределах  0,04-0,12 Вт/мК, сопоставимость коэффициентов линейного расширения со сопрягаемыми элементами, влаго-морозостойкость, коррозионная и огне-биостойкость, долговечность и отсутствие токсичности. Характеристики компопрофилей других назначений: плотность не несущего ограждения не более 900 кг/м, несущего ограждения 1000-1900 кг/м (Использ. Л. №5).
Осуществление изобретения
Принципиальная конструкция компопрофиля состоит из следующих составных частей: несущая матрица из разнородного секционно-многослойного заполнителя-теплоизолятора, армирующие наполнители, связующие компоненты, разнородные теплоизоляционные прослойки, паро-, гидроизоляционные мембраны, обрешетка и облицовочные покрытия.
На Фиг.1 приведена схема конструкции по позициям:
1 - Облицовочный изотермический утеплитель - внутреннее покрытие;
2 - Армирующие наполнители;
3 - Разнопористые разнородные теплоизоляционные прослойки;
4 - Термозащитный утеплитель - наружный теплоизоляционный слой;
5 - Облицовочное покрытие наружное;
6 - Обрешетка;
7 - Конструкционная несущая матрица - разнопористый разнородный многослойный теплоизолятор.
Конструкционная несущая матрица 7 на основе заполнителя в сочетании с армирующими наполнителями 2 и теплоизоляционными прослойками 3 выполняет функции несущей конструкции стены и главного теплоизолятора. Изотермический утеплитель - облицовка 1 устраивается для обеспечения постоянства температуры в среде, термозащитный 4 - для теплоизоляции и нивелирования перепадов температуры окружающей среды.
«Компопрофиль» изготавливают следующими операциями:
- армирование 2 и теплоизоляция 3 заполнителя-теплоизолятора 7;
- размещение утеплителей под паро-, гидроизоляцией изнутри как изотермических 1 и снаружи как термозащитных 4 по подготовленной обрешетке 6;
- проведение облицовочных покрытий: наружное 5 по условиям окружающей среды, внутреннее 1, как правило, по готовой фактуре утеплителя.
«Способ изготовления армированного многослойного технопрофиля»
От поставленных целей по изготовлению «Строительного армированного многослойного технопрофиля», далее по тексту - «Компопрофиля», конкретной конструкции напрямую зависят его несущие способности и теплоизоляционные функции.
3
Структуру компопрофиля, см. Фиг.1, формируют несущая армированная 2 конструкционная несущая матрица - разнопористый разнородный многослойный теплоизолятор 7, многослойные разнопористые теплоизоляционные прослойки 3, облицовочная внутренняя прослойка стены помещения - изотермический утеплитель 1, наружная прослойка - термозащитный утеплитель 4 и наружное облицовочное покрытие 5. Особенность строительства несущей стены и комплексного утеплителя -теплоизолятора 7 заключается в том, что при недостаточной, менее 1000 кг/м ее плотности, если этажей более трех, необходимо дополнительное усиление армирующими наполнителями 2 или возведениие специального несущего каркаса здания.
В качестве армирующих наполнителей 2 с целью усиления прочности компопрофилей применяют металлические, пултрузионные стеклопластковые прутья, волокна из стеклопластика, базальтопластика, льна, стекловолокна и др. В качестве вяжущих компонентов применяют плавкие составляющие вышеназванных продуктов, пеностекло, вулканизирующие и герметизирующие препараты, лигнин гидролизный, цементно-гипсовые смеси и т.д. При этом необходимо применять промышленную или бытовую газоэлектрическую установку для расплавления отдельных армирующих и вяжущих компонентов, смесительно-профилирующее устройство для подготовки механической смеси и формирования фильерой необходимого армированного профиля производимого композита. В зависимости от назначения изготовленные композитные изделия запаковывают или усиливают паропроницаемой пленкой (Изоспан А, Полипропилен ВМ 310), базальтовой или льняной тканью, керамической бумагой, гидротэксом мембранного типа, и т.д. В качестве дешевой механической смеси применяют отходы, вторсырье и местные природные ископаемые: отходы древесины, пластика и стекла, керамический и бетонный щебень сносимых строений, лигнин гидролизный, шлак, туф, пемза, горные выработки, сланцы не более ⌀50 мм, песок, обожженная глина (глинозем), сухой торф, полистирольные гранулы, измельченные куски старых покрышек ⌀10-20 мм или крошки (порошок) - модификатора и др. препараты.
В качестве отвержденного заполнителя применяют пенобетон, шлакобетон, кладку, компоненты - отходы древесины, мат базальтовый, экструдированные полимеры, строительные смеси (щебень, шлак, керамзит) и т.д. В теплоизоляторах утеплителями являются плиты ОСП, керамическая бумага, вспененный полиэтилен, минваты и рыхлые, такие как шлаки, гранулы пенополистирола, керамические полые шарики, щебень и т.д. Изготавливают секционно-многослойные теплоизоляторы поризованные или с воздушной разделительной средой. Выгодно применяют заполнитель-теплоизолятор в виде теплого монолита (шлакобетон, пенобетон) без применения дополнительного утеплителя, а еще экономичнее в качестве заполнителя вторсырье и утильсырье. В зависимости от требований к композитам вяжущим составом являются цементирующие, полимеризующие, вулканизующие, спекающие, клейкие и др. и их составляющие - пеностекло, гидролизный лигнин, цементно-гипсовые, каучуковые, герметизирующие препараты и т.д.
Для изготовления компопрофилей пригодны общеизвестные способы стройиндустрии, такие как заполнение строительной смеси несущей матрицы в герметичную форму со всеми комплектующими в монолит, кладка или способ сэндвичей. Применяют для отдельных конструкций компопрофилей способы обычного набрызга структур, вспенивания, экструзии, спекания шихты и прокатывания или выдавливания (протягивания) профиля холодной или горячей смеси через формообразующую фильеру.
Применяют способ изготовления компопрофилей по месту назначения при возведении зданий и сооружений путем сплачивания заготовок и комплектующих разнородных прослоек или метод сборки (монтирования) комплектующих щитопанелей послойно по каркасной технологии. Такими методами изготавливают «Термокаскадные компопрофили» многослойные любой толщины, сложности, чередования и плотности с использованием теплоизоляционных прослоек из пенополиуретана, листов ОСБ, Магнэлита, Софтборда и др., обладающие высокими теплотехническими и прочностными характеристиками. Прогрессивная сборка дома на базе каркасной технологии из готовых композиционных щитов, панелей и моноблоков «Термокаскадного» профиля существенно выгоднее в плане быстроты возведения и экономии средств. Каркасная технология упрощает применение и монтаж отдельно заготовленных фактурных компощитов и компопанелей по назначению, строить поэтапно, расширять или перестраивать помещения (модули) жилого дома по расчету семьи.
В связи с тем, что работы по облицовке внутренней прослойки стены помещения -изотермического утеплителя 1, наружной прослойки - термозащитного утеплителя 4 и наружного облицовочного покрытия 5 требуют дополнительных операций по завершению всего комплекса конструкции компопрофиля, как правило, выполняются отдельно. Комплексный подход по учету степени поризованности, качеств теплоизоляции и прочности стройматериалов позволяет выстроить оптимальную структуру с необходимым количеством прослоек энергоэффектиного компопрофиля. Из отвержденной композиции строительной смеси конструктивно изготавливают звуко-теплоизоляционные изделия, строительные блоки, плиты, пласты, панели, полости и т.д.
Осуществление изобретения
На Фиг.1 приведена схема принципиальной конструкции компопрофиля:
1 - Облицовочный изотермический утеплитель - внутреннее покрытие;
2 - Армирующие наполнители;
3 - Разнопористые разнородные теплоизоляционные прослойки;
4 - Термозащитный утеплитель - наружный теплоизоляционный слой;
5 - Облицовочное покрытие наружное;
6 - Обрешетка;
7 - Конструкционная несущая матрица - разнопористый разнородный многослойный теплоизолятор.
Способы изготовления компопрофиля:
- прокатка или протягивание комплектующих: структурированной строительной смеси 7, наполнителей 2 и утеплителей 3 через формообразующую фильеру;
- заполнение герметичных форм комплектующими компонентами;
- кладка со встроенными утеплителями 3;
- сплачивание поэлементно комплектующих разнородных прослоек по месту или сборка высокотехнологичных щитопанелей послойно на основе несущего каркаса.
Дополнительная операция:
- устройство под паро-, гидроизоляцией изотермического внутреннего 1 и наружного термозащитного 4 облицовочных утеплителей и облицовки 5.
Область применения и преимущества «ТК Компопрофиля»
«ТК Компопрофиль» в качестве стройматериала, тепло-звукоизоляционных, несущих и не несущих конструкций можно применять при строительстве автодорог, промышленных контейнеров и холодильников, спортивных, торговых, промышленных зданий и сооружений, жилых вагонов, модулей и домов и др.
Хорошо налаженное производство армированных Компопрофильных щитов, панелей, моноблоков и др. композитных изделий самодельных или заводских позволяет значительно поднять качество, унифицировать и индустриализировать домостроение. Его производство позволяет максимально утилизировать: пластиковые, стеклянные бутылки и иные емкости, автомобильные покрышки, шлаки, керамику и др., промышленные отходы - древесины, керамики, стекла, лигнин гидролизный, шлаки, горные выработки и др., вторичное использование щебня керамических и бетонных стройматериалов при сносе зданий, а также применение вторсырья и местных дешевых природных ресурсов.
Возведение стены по каркасной технологии за последнее время показала высокие технические и эксплуатационные характеристики, а также перспективные архитектурные решения. Каркасной технологии лучше остальных отвечают силовые конструкции из древесины, «Пултрузионного стеклопластика» и «Термопрофилей». Эта технология экономична, функциональна и по всем параметрам превосходит действующих и гарантирует долговечность новых быстровозводимых зданий. Прогрессивная сборка дома на базе каркасной технологии из готовых композиционных щитов, панелей и моноблоков «Термокаскадного» профиля существенно выгоднее в плане быстроты возведения и экономии средств. Каркасная технология упрощает применение и монтаж отдельно заготовленных фактурных компощитов и компопанелей по назначению, строить поэтапно, расширять или перестраивать помещения (модули) жилого дома по расчету семьи.
2
3
3
Компопрофили сильно напоминают практичные трехслойные стеновые блоки (полиблок) 400×400×190 мм (22 кг) с высокой теплоизоляцией Rпр 3,65 м °С/Вт и плотностью 1600-1900 кг/м. Блок состоит из несущего 160 мм слоя керамзитобетона М200, 160 мм внутреннего - пенополистирола 25 кг/м и наружного 80 мм слоя керамзитобетона М200 с лицевой декорацией. Все 3 слоя скреплены между собой базальто-пластиковыми гибкими связями «Гален». Стена из такого полиблока не требует фактурной облицовки и экономичнее, чем из другого материала. Также существенно снижается срок возведения дома от обычной кладки (Использ. Л №4).
Существенные недостатки полиблока: опасность появления плесени на пенополистироле и в помещении; при горении выделение угарного газа и опасного продукта расщепления бензольного ядра. Даже в обычном сопоставлении Компопрофиль имеет преимущества перед полиблоком: по характеристикам - выше прочностные и теплоизоляционные за счет значительно больших габаритов изделий, большая перспектива по унификации изделий, экономичность изготовления в порядке широкой утилизации, прогрессивность в технологии быстровозводимых домов и их реконструкции, сейсмостойкость и т.д.
Применение Компопрофилей для утепления и ограждения зданий и сооружений значительно упрощает строительство, позволяет снизить общую массу конструкций как минимум в 2 раза, сократить потребление дорогостоящих теплоизоляционных, стеновых и других конструкционных материалов, расширяет архитектурно-строительные возможности, улучшает дизайн и комфорт в помещениях и экономит денежные средства. Энергосберегающие современные модели индивидуальных домов из «ТК компопрофильных» конструкций и узлов стоимостью 5-10 тыс.рублей за квадрат жилплощади можно построить практически вручную без тяжелой техники.
Очевидные преимущества Компопрофией перед традиционными стройматериалами: улучшенные теплофизические характеристики, низкий удельный вес, широкий регулируемый диапазон приведенного сопротивления теплопередаче, сейсмостойкость, дешевизна, унификация, практичность в применении и т.д.
Перспективы. Широкое применение Компопрофилей ограничиваются (сдерживается) в связи с недостатком дешевых специальных армирующих элементов, а также доступных вяжущих веществ, добавок и препаратов, предназначенных скреплять, клеить, спекать, полимеризировать, цементировать заполнители и т.д. Например, в настоящее время трудность применения вяжущих лигнина (природный полимер) из промышленных гидролизных отходов в огромном количестве в том, что термический распад лигниновых вяжущих компонентов происходит при 300-310°С и для этого надо использовать компактные газоэлектрические котлы. Это снова удорожание работ в изготовлении панельных и крупнопанельных, монолитных или сборноблочных ограждений. Но все это вполне решаемые вопросы, позволяющие шире применять Компопрофили без усиления армирующими элементами.
Время активнее внедрять строительство высококомфортабельных и дешевых быстровозводимых «ТК компопрофильных» домов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патент РФ №62411 от 10.04.07 г.
2. Книга «Дачный дом», В.Н.Мозалевский, Л.А.Абрамович, Издательское объединение «Современное слово», Минск, 1997 г.
3. Книга «Материаловедение для каменщиков - огнеупорщиков и футеровщиков», Г.Н.Бурмистров, Стройиздат, Москва, 1982 г.
4. Журнал «Стройка №18», Информагенство «Норма», г.Чебоксары, 06-2007 г.
5. Материаловедение в строительстве, И.А.Рыбьев, ИЦ «Академия», Москва, 2008 г.