КОМПОЗИТНЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННО-БАЛЛАСТНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ
COMPOSITE HEAT INSULATION-BALLAST MATERIAL BASED ON WOOD WASTES

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.
2
3
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/(м*°C), плотность от 305 до 326 кг/м.
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).
3
2
Недостатком данного материала является невозможность его применения в качестве теплоизолятора. Заявленный материал имеет плотность более 3060 кг/м, следовательно входит в группу тяжелых бетонов. У материалов, входящих в эту группу, коэффициент теплопроводности превышает 1,35 Вт/(м*°C). По этому показателю, применение таких материалов в качестве теплоизолирующих материалов теплопроводов технико-экономически не оправдано.
2
3
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/(м*°C), плотность не менее 1000 кг/м, 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/м<sup>3</sup>
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м<sup>2</sup>*°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