СТРОИТЕЛЬНАЯ ПЛИТА (ВАРИАНТЫ)
CONSTRUCTION SLAB (VERSIONS)

Область техники.
Изобретение относится к области строительства, в частности, к производству легковесных строительных плит из материала на основе портландцемента, обладающих теплоизоляционными и огнезащитными характеристиками, и может быть использовано для защиты от огня в условиях пожара эксплуатируемых в условиях открытой атмосферы несущих металлических и железобетонных конструкций зданий и сооружений.
Предшествующий уровень техники.
Для повышения огнестойкости железобетонных и металлических конструкций нашли широкое применение составы на основе портландцемента с добавлением вспученного перлита или вермикулита, которые наносятся на железобетонные или металлические изделия в виде покрытий.
Так в патенте RU 2521999 (ООО "Огнезащитные технологии и материалы") раскрывается огнезащитный состав в виде сухой смеси, затворяемой водой для нанесения покрытий, который содержит, мас. %: портландцемент 20,0-60,0, вспученный вермикулит 10,0-40,0, хризотиловый асбест 5,0-25,0, шамот 5,0-25,0, вспученный перлит 10,0-30,0, полифункциональный модификатор бетона 0,1-1,0, мелкодисперсный водорастворимый клей 2,0-8,0 и водоудерживающую добавку 0,1-3,0. Состав обладает улучшенной трещиностойкостью за счет перераспределения деформаций по всему массиву материала.
В патенте RU 2415896 (ЗАО «ИНУМиТ») также раскрывается состав покрытия для конструктивной огнезащиты стальных, железобетонных строительных конструкций, содержащий, масс. %: портландцемент 25,0-50,0, каолин 8,0-18,0, редиспергируемый органический полимер 1,5-3,5, эфир целлюлозы 0,1-0,8, вспененный вермикулит - остальное. К достоинствам состава его авторы относят то, что он является однокомпонентным. Применение состава обеспечивает огнезащитную эффективность до 240 мин. Состав устойчив длительное время в условиях открытой атмосферы умеренного климата и пригоден для машинного нанесения на защищаемую поверхность.
Покрытие на основе данного состава выдерживает небольшие вибрации и деформации. Срок службы этого покрытия в условиях эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 60 до +70°С и влажности воздуха до 70% составляет 25 лет.
К недостаткам обоих составов следует отнести их использование в качестве огнезащитных покрытий и невозможность их применения в виде плитных материалов, что означает невысокие механико-прочностные свойства покрытий (вследствие отсутствия процедуры формования при их нанесении), невысокую вибростойкость вследствие сцепления с защищаемой поверхностью конструкции только за счет адгезионных сил. Кроме того, Состав по RU 2521999 включает асбест, обладающий известными канцерогенными свойствами и запрещенный к применению во многих отраслях промышленности и строительстве в развитых странах.
Использование легковесных плит для огнезащиты частично устраняет недостатки огнезащитных покрытий, поэтому в предшествующем уровне техники также раскрываются легковесные строительные плиты на основе портландцемента, обладающие теплоизоляционными и огнезащитными характеристиками.
Наиболее близкой плитой к предложенной является строительная теплоизолирующая плита в соответствии с заявкой CN 105777007 (LONGZHE INCORPORATED). Плита содержит связующий материал, выбранный из группы, включающей высокоглиноземистый цемент, сульфоалюминиевый цемент и портландцемент (60-90 ч.), вспученный перлит (70-100 ч.) и гидрофобную добавку (1-8 ч.), где гидрофобная добавка представляет собой стеарат кальция, порошок на основе силана и порошок органического кремния.
Как следует из описания к заявке, плита быстро отверждается и обладает теплосберегающими свойствами, механическими свойствами и огнестойкостью.
Технической проблемой при реализации наиболее близкого технического решения является невозможность осуществления защиты от огня в условиях пожара эксплуатируемых в условиях открытой атмосферы несущих металлических и железобетонных конструкций зданий.
Основной причиной, по которой данный плитный материал, обладая теплоизолирующими свойствами, не может использоваться в качестве эффективных плит для огнезащиты строительных конструкций, является отсутствие в его составе волокнистых компонентов или иных ингредиентов, компенсирующих резкое и неравномерное температурное расширение плит под воздействием быстрого увеличения температуры до 800-1000°С в условиях пожара.
Раскрытие сущности изобретения.
Настоящее изобретение представлено двумя вариантами строительной плиты, и оно позволяет осуществить защиту от огня (в условиях пожара) эксплуатируемых в условиях открытой атмосферы несущих металлических (и железобетонных) конструкций зданий и сооружений путем увеличения предела огнестойкости данных конструкций без значительного увеличения нагрузки на них.
По перовому варианту изобретения предлагается строительная плита, выполненная из материала, содержащего портландцемент, вспученный перлит и гидрофобизатор, где материал дополнительно содержит гидроокись кальция, каолин, двуокись титана и целлюлозное или кремнеземное волокно при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Гидроокись кальция
8,00-12,00
Каолин
7,00-12,00
Двуокись титана
2,00-5,00
Целлюлозное или кремнеземное
волокно
7,00-12,00
Гидрофобизатор
2,00-6,00
Перлит вспученный
5,00-9,00
Портландцемент
остальное
По второму варианту изобретения предлагается строительная плита, выполненная из материала, содержащего портландцемент, вспученный перлит и гидрофобизатор, где материал дополнительно содержит гидроокись кальция, каолин, двуокись титана и рубленую каолиновую вату при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Гидроокись кальция
6,00-9,00
Каолин
6,00-9,00
Двуокись титана
2,00-5,00
Каолиновая вата
33,00-40,00
Гидрофобизатор
2,00-5,00
Перлит вспученный
3,00-7,00
Портландцемент
остальное
Сущность изобретения состоит в следующем.
Как следует из формулы изобретения, строительные плиты по обоим вариантам изобретения выполнены из материала, содержащего портландцемент, вспученный перлит, каолин, гидрофобизатор, двуокись титана и армирующий наполнитель. В качестве наполнителя материал плиты по первому варианту содержит целлюлозное или кремнеземное волокно, а по второму варианту - каолиновую вату.
Кремнеземное волокно, рубленная каолиновая вата и целлюлозное волокно служат для обеспечения армирующего действия для сохранения целостности плиты, подверженной внутренним деформирующим воздействиям при резком увеличении температуры в условиях пожара.
Специфика этих наполнителей обуславливает их различное содержание в плитах: для эффективного упрочнения достаточно 7-12 масс. % кремнеземного или целлюлозного волокна. Эффективное количество каолиновой ваты, которая помимо армирующих выполняет теплоизоляционные функции, по второму варианту изобретения составляет 33,0-40 масс. % и оно достигается за счет некоторого уменьшения количества каолина и портландцемента.
Повышение содержания армирующего наполнителя свыше заявленного приводит к нарушению целостности и монолитности плит и потере их прочности, уменьшение содержания с выходом за заявленное нижнее граничное значение интервала значений приводит к снижению армирующего эффекта и снижению прочности плиты Остальные компоненты и их содержание выбраны из следующих соображений. Цементное связующее в виде портландцемента является основой материала плиты и обеспечивает прочностные, конструкционные и влагозащитные свойства плиты. Повышение содержания в смеси свыше заявленных значений приводит к существенному повышению плотности, жесткости и хрупкости материала, снижение содержания - приводит к нарушению монолитности плиты и потери прочности. Гидроокись кальция обеспечивает целостность и монолитность отвержденного связующего. Повышение содержания приводит к снижению прочности плиты, понижение содержания приводит к нарушению монолитности и, следовательно, прочности плиты.
Каолин и двуокись титана обеспечивают пластичность и «укрывистость» сырого материала при формировании пластины; превышение содержания свыше заявленного приводит к разрыхлению плиты и снижению конструкционных свойств в процессе огневого воздействия; снижение содержания - приводит к ухудшению пластических свойств сырой смеси.
Гидрофобизатор используется для обеспечения поверхностных водоотталкивающих свойств; повышение содержания приводит к выцветанию поверхности плит при созревании и разрыхлении поверхностного слоя; снижение содержания приводит к повышению смачиваемости поверхности плиты и росту водопоглощения.
Перлит вспученный (в виде песка) используется как легкий наполнитель для обеспечения необходимой низкой плотности плиты и снижения теплопроводности (как следствие, увеличения огнезащитной эффективности плит); повышение содержания приводит к существенному снижению прочности плит; понижение содержания приводит к повышению плотности плит и снижению их огнезащитной эффективности.
Содержание всех компонентов в совокупности обеспечивает строительным плитам по первому и второму вариантам получение влагостойких теплоизоляционных, обладающих высокими показателями конструктивных свойств (прочность при сжатии - не менее 5 МПа, прочность на изгиб - не менее 4 МПа) и высокие огнезащитные свойства: предел огнестойкости 45-120 мин.
Примеры реализации изобретения.
Пример по варианту 1.
Навеска портландцемента (100 г, 55,6%) и гидроокиси кальция (20 г, 11,1%) затворяли водой (125 мл) и перемешивается в емкости с помощью мешалки с Z-образными лопастями в течение 1-2 минут до равномерного смачивания. Затем при постоянном перемешивании добавляются поочередно навески каолина (20 г, 11,1%), двуокиси титана (5 г, 2,8%), перлитового песка вспученного (12 г, 6,7%) и гидрофобизатора (8 г, 4,4%), в качестве которого использовался стеарат цинка.
Смесь перемешивается в течении 3-5 минут до полного смачивания. Затем в смесь добавляется целлюлозное (или кремнеземное) волокно (15 г, 8,3%), и смесь перемешивается в течение 5-8 минут до образования однородной творогообразной массы. Смесь выкладывается в подготовленную форму, разравнивается и уплотняется прикаткой. Полученная сырая плита подвергается предварительному созреванию в течение 5-7 суток при комнатной температуре. Далее плита освобождается от оснастки и окончательно созревает в свободном состоянии в течении 28 суток при комнатной температуре и влажности.
Пример по варианту 2.
Навеска портландцемента (100 г, 37,3%) и гидроокиси кальция (20 г, 7,5%) затворяется водой (190 мл) и перемешивается в емкости с помощью мешалки с Z-образными лопастями в течение 1-2 минут до равномерного смачивания. Затем при постоянном перемешивании добавляются поочередно навески каолина (20 г, 7,5%), двуокиси титана (10 г, 3,7%), перлитового песка вспученного (10 г, 3,7%) и гидрофобизатора (8 г, 3,0%). Смесь перемешивается в течении 3-5 минут до полного смачивания. Затем в смесь добавляется рубленная каолиновая вата (100 г, 37,3%) и перемешивается в течение 5-8 минут до образования однородной творогообразной массы. Смесь выкладывается в подготовленную форму, разравнивается и уплотняется прикаткой. Полученная сырая плита подвергается предварительному созреванию в течение 5-7 суток при комнатной температуре. Далее плита освобождается от оснастки и окончательно созревает в свободном состоянии в течении 28 суток при комнатной температуре и влажности.
Плиты после полного созревания (28 суток в свободном состоянии при комнатной температуре и влажности от 20% до 60%) обладает следующими свойствами:
1) огнезащитная эффективность
45 минут при толщине плиты 10 мм;
90 минут при толщине 28 мм;
120 минут при толщине 40 мм;
прочность при сжатии не менее 5 МПа;
прочность на изгиб не менее 4-5 МПа;
плотность - 800-1200 кг/м3
водопоглощение (погружение на 24 ч при 20 гр. С) - не более 2% по массе.