ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ СВЕРХТОНКОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ НА ОСНОВЕ ПОЛЫХ МИКРОСФЕР, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ЗАЩИТУ ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ, ХИМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ АГРЕССИВНЫХ СРЕД
WATERPROOFING COATING OF ULTRA-THIN THERMAL INSULATION BASED ON HOLLOW MICROSPHERES PROVIDING PROTECTION AGAINST MECHANICAL, CHEMICAL EXPOSURE OF AGGRESSIVE MEDIA

Изобретение относится к области строительства, в частности к слоистым теплогидроизоляционным покрытиям, используемым для тепловой и гидроизоляционной защиты кирпичных, бетонных и железобетонных поверхностей наружных и внутренних ограждающих и несущих конструкций, в том числе фундаментов, цоколей, стен, полов, а также металлических и пластиковых поверхностей трубопроводов, воздуховодов, строительных конструкций при температуре эксплуатации от -60°C до +260°C, а также к способам нанесения защитного покрытия на данные поверхности.
Уровень техники.
Особенностью применения сверхтонкой теплоизоляции, на основе полых микросфер, является то, что они работают по принципу сверхнизкой теплоотдачи с поверхности. Поэтому покрывая сверху данные теплоизоляторы различными материалами, имеющими высокий коэффициент теплоемкости, неизменно приводит к снижению теплотехнических свойств. Это подтверждается многократно проведенными экспериментами.
воды
В качестве экспериментальной установки был взят участок трубопровода длиной 1 метр, диаметром 159 мм. В трубе находится вода, которая при помощи нагревательных элементов разогревается до температуры кипения. В воду опущен ртутный термометр, показывающий Т=100°C.
Труба покрыта 2 мм слоем теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер торговой марки «Броня», поверх которого нанесены небольшие участки (шириной 5 см) силиконовой фасадной краски Caparol, акриловой воднодисперсной краски, цементно-песчаного раствора и металлическая пластинка. Замеры температуры производились при помощи поверенного прибора - Elcometer 319.
В результате получили следующие осредненные данные по температуре на поверхности материалов:
Броня
Т=37,6°C
краска сил.
Т=57°C
вод-дисп.краска
Т=38,5°C
ц/п.раствор
Т=77,8°C
металл
Т=79,8°C
На следующем этапе эксперимента было проведено сравнение тепловых потерь, через участок №1, покрытый только теплоизоляционным покрытием на основе полых микросфер торговой марки «Броня» и участок №2, покрытый теплоизоляционным покрытием на основе полых микросфер торговой марки «Броня» и поверх нанесенной силиконовой фасадной краской.
Вначале были рассчитаны тепловые потери на участке №1 по формуле:
воды
Т=100°C;
нар.воздуха
Т=22°C;
в
α - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности;
н
α - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности;
ΣR - сопротивление теплопередаче, определяемое по формуле:
Броня
λ=0,0012 Вт/м2°C - расчетный коэффициент теплопроводности теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер торговой марки «Броня»;
сил.краска
λ=0,2 Вт/м2°C - расчетный коэффициент теплопроводности силиконовой краски Caparol;
Броня
δ=0,002 м - толщина теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер торговой марки «Броня»;
сил.краска
δ=0,001 м - толщина силиконовой краски Caparol.
1
Полученный по формулам №1 и №2 результат составил Q=30.397 Вт/м2.
2
Тепловые потери на участке №2 аналогичным образом определяются по формуле №1 и №2 и составили Q=42.669 Вт/м2.
Получаем, что тепловые потери, участка №1, покрытого только теплоизоляционным покрытием на основе полых микросфер торговой марки «Броня» меньше тепловых потерь участка №2, покрытого теплоизоляционным покрытием на основе полых микросфер торговой марки «Броня» и поверх нанесенной силиконовой фасадной краской на 40%.
Данный эксперимент подтверждает, что теплоотдача с поверхности сильно зависит от того, с каким материалом соприкасается данная поверхность (в отличии от традиционных теплоизоляционных материалов, у которых совершенно другой принцип работы, не зависящий от того, с каким материалом они соприкасаются). Из данного эксперимента можно сделать вывод, что материалы с высоким тепловосприятием (особенно такие материалы, как металл или цементно-песчаного раствора) радикально увеличивают теплоотдачу с поверхности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер.
Данный эксперимент наглядно показывает некорректность применения поверх теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер различных материалов (за исключением акриловых красок на водной основе), а также объясняет причину получения ошибочных результатов температуры на поверхности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер при помощи контактных термометров и термопар (с металлическими измерительными наконечниками). Металлические датчики, обладая повышенным тепловосприятием нагреваются до температуры в 1,5-2,5 раза выше, чем реальная температура поверхности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер, что приводит к некорректным результатам на дисплее прибора. Рекомендуемым прибором для проведения измерений на поверхности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер без существенных ошибок измерения является Elcometer 319 (полностью сертифицирован на территории РФ).
В связи с этим, теплоизоляционные покрытия на основе полых микросфер применяют в качестве финишного слоя, открыто контактирующего с воздухом, либо оставляют воздушный зазор перед устройством последующих слоев, что существенно ограничивает сферу использования данного вида теплоизолятора.
Кроме того, акрил, который является единственным связующим, который не ухудшает теплофизические свойства сверхтонких теплоизоляторов на основе полых микросфер и сохраняет коэффициент теплопроводности теплоизоляции 0,001 Вт/(м⋅°C), не обладает гидрофобными или иными атмосферостойкими свойствами. При этом, при контакте с грунтом и грунтовыми водами, поглощает влагу, но обратной влагоотдачи (по принципу работы на открытом воздухе на фасадах или надземных уровнях) не происходит. Поэтому с учетом влагонакопления повышается коэффициент теплопроводности, вакуумизированные микросферы не работают, а покрытие в целом быстро разрушается.
Из уровня техники известно антикоррозионное и теплоизоляционное покрытие на основе полых микросфер (Патент РФ 2251563, МПК C09D 5/02, 5/08, опубл. 20.11.2004), выполненное из композиции, включающей полимерное связующее и полые микросферы, наносимое, по меньшей мере, в виде одного слоя на поверхность с последующей сушкой покрытия. Покрытие выполнено из водно-суспензионной композиции с вязкостью от 1 до 100 Па⋅с, в качестве полимерного связующего композиция содержит водоэмульсионную полимерную латексную композицию, содержащую от 10 до 90 об. % (со)полимера, выбранного из группы, включающей гомополимер акрилата, стирол-акрилатный сополимер, бутадиенстирольный сополимер, полистирол, бутадиеновый полимер, полихлорвиниловый полимер, полиуретановый полимер, полимер или сополимер винилацетата или их смеси и от 10 до 90 об. % смеси воды и поверхностно-активного вещества. В качестве полых микросфер композиция содержит смесь полых микросфер с разными размерами от 10 до 500 мкм и различной насыпной плотностью от 650 до 50 кг/м3, выбранные из группы, включающей полые стеклянные микросферы, полые керамические микросферы, полые полимерные микросферы, полые техногенные (зольные) микросферы или их смеси при следующем соотношении компонентов водно-суспензионной композиции, об. %: полимерная латексная композиция 5-95, вышеуказанные полые микросферы 5-95.
В данной композиции антикоррозионные пигменты снижают теплотехнические свойства самого теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер, в связи с чем для снижения тепловых потерь требуется большая толщина покрытия, однако, при толщине покрытия свыше 5 мм эффективность самого покрытия остается практически неизменной, при этом пигменты не обеспечивает долговременную антикоррозионную защиту металлических поверхностей от вредных воздействий окружающей среды и не имеет гидроизоляционных и водоотталкивающих свойств.
Известно защитное покрытие для кирпичной или бетонной поверхностей (Патент РФ 2342415, МПК C09D 5/02, опубликован 27.12.2008), содержащее расположенные последовательно друг на друге четыре-семь теплоизоляционных слоев, размещенных непосредственно на изолируемой кирпичной или бетонной поверхности, выполненные из состава, содержащего, мас. %: диоксид титана 1-3, фосфат цинка 1-3, сажу белую 1-3. гидрофобизатор 0,5-3, пеногаситель 0,1-0,5, смесь микросфер керамических и кремниевых 20-40, консервант - продукт взаимодействия моноэтаноламина и параформа 0,2-1, акриловый латекс 30-45, загуститель - акриловую сополимерную водную эмульсию 0,2-1, диспергатор - полимерную добавку Verowett 8004 0,5-3, перлит вспученный 1-5, вермикулит вспученный 1-5, аэрогель кварца 5-10, вода остальное.
Недостатками данного покрытия являются недостаточная защита от водопоглощения, низкая коррозионная стойкость, отсутствие гидроизоляционных свойств, а также адгезия покрытия к изолируемой поверхности, что соответственно приводит к недостаточной долговечности защищаемого бетонного или кирпичного изделия или конструкции в целом.
Наиболее близким аналогом - прототипом является защитное покрытие для кирпичной или бетонной поверхности, содержащее размещенные на указанной поверхности несколько слоев, выполненных последовательным нанесением композиции, состоит из трех слоев при общей толщине покрытия 1,2-1,5 мм, где каждый слой имеет толщину 0,4-0,5 мм и выполнен из композиции, имеющей состав, мас. %: диоксид титана 3-5, фосфат цинка 3-6, пигмент Altiris 550 - 4-6, сажа белая БС 120 3,5-5,5, микротальк 2,5-4,5, кремнийорганический гидрофобизатор - Silres BS 168 0,5-1, кремнийорганический гидрофобизатор - Silres BS 1001 6-8, пеногаситель Foamaster 0,2-0,4, микросферы стеклянные 10-14, аэрогель кварца 2,8-4,8, консервант Parmetol А-26 0,1-0,3, биоцид Биобан 536 0,1-0,3, коалесцент Тексанол 2-3, силан А 187 - промотор адгезии 0,2-0,4, эмульсия акриловая Акратан AS05.1 35 - 40, ингибитор коррозии Ascotran 0,1-0,3, загуститель Natrosol 250 - 0,2 - 0,5, загуститель Акрисол RW 8 0,4-0,8, вода остальное.
Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение сферы применения сверхтонких теплоизоляторов, на основе полых микросфер, за счет устройства гидроизоляционного, водоотталкивающего слоя поверх теплоизоляционного покрытия, на основе полых микросфер, при сохранении всех теплофизических свойств теплоизоляционного покрытия - коэффициента теплопроводности равного 0,001 Вт/(м⋅°C) и, как следствие, общего сопротивления теплопередачи получаемого защитного покрытия, при тепло-гидроизоляции наружных и внутренних ограждающих и несущих конструкций, в том числе фундаментов, цоколей, а также трубопроводов, воздуховодов любой конфигурации из металла, пластика, бетона, кирпича, обеспечивающей повышение звуко-гидро-теплоизоляционных свойств конструкций за счет предлагаемой системы, сочетающей сверхтонкое теплоизоляционное покрытие, на основе полых микросфер, специальной шпатлевки, армирующего слоя и гидроизоляционного покрытия.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что гидроизоляционное покрытие сверхтонкой теплоизоляции на основе полых микросфер, обеспечивающее защиту от механических, химических воздействий агрессивных сред, содержащее размещенные на защищаемой поверхности конструкций четырех слоев, выполненных последовательным нанесением композиции, состоящей из основного теплоизоляционного слоя в виде теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер, общей толщиной теплоизоляционного покрытия от 1,0 до 3,0 мм, где каждый слой теплоизоляционного покрытия имеет толщину 0,5 мм, шпатлевочного слоя в виде звуко-теплоизоляционного материала, дополнительно содержащего аэрогель, выполненного из водно-суспензионной композиции с вязкостью от 1 до 100 Па⋅с, включающей смесь полимерного связующего 5-95 об. % с основой 5-95 об. %, в качестве полимерного связующего композиция содержит водоэмульсионную полимерную латексную композицию, содержащую от 10 до 90 об. % (со) полимера, выбранного из группы, включающей гомополимер акрилата, стирол-акрилатный сополимер, бутадиен-стирольный сополимер, полистирол, бутадиеновый полимер, полихлорвиниловый полимер, полиуретановый полимер, полимер или сополимер винилацетата или их смеси и от 10 до 90 об. % смеси воды и поверхностно-активного вещества, водно-суспензионная композиция дополнительно содержит смесь многоатомного спирта с многоосновной карбоновой кислотой или аминокислотой в эквимолекулярном соотношении, в качестве основы композиция содержит смесь пористых частиц аэрогеля, с различной насыпной плотностью от 650 до 50 кг/м3, которые имеют произвольную форму, пористость свыше 60%, плотность менее 0,6 г/см3, диаметр от 10 до 500 микрометров, выполненные на основе окисей металлов, например, алюминия, или двуокиси кремния и вакуумизированные микросферы с разными размерами от 10 до 500 микрометров и различной насыпной плотностью от 650 до 50 кг/м3, выбранные из группы, включающей полые стеклянные микросферы, полые керамические микросферы, полые полимерные микросферы, полые техногенные (зольные) микросферы или их смеси, при следующем соотношении составляющих, мас. ч.: полимерное связующее 95-5, основа: 5-95, в виде аэрогель 2,5-47,5, вакуумизированные микросферы 2,5-47,5, смесь многоатомного спирта с многоосновной карбоновой кислотой или аминокислотой 2-5, армирующего слоя в виде стеклоткани, стеклохолста, геотекстиля, ткани асбестовой или нетканого полотна асбестового толщиной от 1,0 до 2,0 мм и плотностью от 70 до 120 г/м2, и финишного гидроизоляционного слоя в виде минеральных, полимерцементных, полимерных, полиуретановых, эпоксидных, битумных, битумно-полимерных мастик и эмульсий, липких битумно-полимерных мембран, полимерного гидроизоляционное покрытие Броня Акваблок.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, на которой показана защита кирпичной стены и цоколя здания (пример 1); на фиг. 2 показана гидроизоляция теплоизоляционного покрытия трубопровода (пример 2).
Пример 1 на фиг. 1.
Первый этап - подготовка поверхности кирпичной стены 1. Для этого удаляются все осыпающиеся и отваливающиеся элементы, производится обеспыливание.
Второй этап - нанесение основного слоя теплоизоляции 2 слоями по 0,5 мм с межслойной сушкой 24 часа. В качестве примера была нанесена сверхтонкая теплоизоляция на основе полых микросфер, производимого заявителем патента, жидкое теплоизоляционное покрытие из серии «Броня» с коэффициентом теплопроводности 0,001 Вт/(м⋅°C), например паропроницаемая модификация «Броня Фасад», произведенное по ТУ 2216-006-09560516-2013. Теплоизоляционное покрытие на поверхность можно наносить с помощью кисти или безвоздушного распылителя последовательными слоями. Время полного высыхания каждого слоя при температуре +20°C - 24 часа, на отлип - 15-20 минут. Достичь требуемого сопротивления теплопередачи защищаемой конструкции можно за счет нанесения соответствующего количества слоев. Таким образом, было нанесено три слоя покрытия с общей толщиной готового покрытия около 1,5 мм.
Третий этап - нанесение шпатлевочного слоя 3 - звуко-теплоизоляционного покрытия, дополнительно содержащего аэрогель. С целью сохранения всех теплофизических свойств основного слоя - теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер и обеспечения требуемого сопротивления теплопередачи должен применятся не теплоемкий материал. В качестве такого шпатлевочного слоя используется звуко-теплоизоляционная шпатлевка «Броня Лайт», произведенное по ТУ 2216-006-09560516-2013. (состав описан выше). Шпатлевочный слой наносится толщиной от 0,5 до 1,0 мм. Таким образом, было нанесено два слоя общей толщиной 1,0 мм.
Четвертый этап - на зашпаклеванную поверхность наносится армирующий слой 4 в виде стеклоткани толщиной 1,0 мм плотностью 100 г/м2 с нахлестом по ширине полосы не менее 30%. Армирующий слой позволяет предотвратить возможный разрыв или растрескивание покрытия за счет разности линейного растяжения при деформации вследствие осадки фундамента или температурных расширений.
Пятый этап - нанесение финишного гидроизоляционного покрытия 5, защищающее теплоизоляционное покрытие 1 и всю конструкцию в целом и обеспечивающее защиту от механических, химических воздействий агрессивных сред. В качестве гидроизоляционного покрытия было нанесено в два слоя по 0,5 мм производимое заявителем патента «Броня АкваБлок». Покрытие наносилось валиком с технологической сушкой 24 часа каждого слоя.
Пример 2 на фиг. 2.
Первый этап - подготовка металлической поверхности трубопровода 6. Для этого механическим способом удаляются все осыпающиеся и отваливающиеся элементы, ржавчина, производится обеспыливание, очистка от жирных и масляных пятен, производится химическая обработка адгезионным активатором.
Второй этап - нанесение основного слоя теплоизоляции 7 слоями по 0,5 мм с межслойной сушкой 24 часа. В качестве примера была нанесена сверхтонкая теплоизоляция на основе полых микросфер, производимого заявителем патента, жидкое теплоизоляционное покрытие из серии «Броня» с коэффициентом теплопроводности 0,001 Вт/(м⋅°C), класс негорючести НГ, например, непаропроницаемая негорючая модификация «Броня Классик», класс негорючести НГ, произведенное по ТУ 2216-006-09560516-2013. Теплоизоляционное покрытие на поверхность наносится с помощью кисти или безвоздушного распылителя последовательными слоями. Время полного высыхания каждого слоя при температуре +20°C - 24 часа, на отлип - 15-20 минут. Достичь требуемого снижения тепловых потерь можно за счет нанесения соответствующего количества слоев. Таким образом, было нанесено два слоя покрытия с общей толщиной готового покрытия около 1,0 мм.
Третий этап - нанесение шпатлевочного слоя 8 - звуко-теплоизоляционного покрытия, дополнительно содержащего аэрогель. С целью сохранения всех теплофизических свойств основного слоя - теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер и обеспечения требуемого сопротивления теплопередачи должен применятся не теплоемкий материал. В качестве такого шпатлевочного слоя используется звуко-теплоизоляционная шпатлевка «Броня Лайт», произведенное по ТУ 2216-006-09560516-2013. (состав описан выше). Шпатлевочный слой наносится толщиной от 0,5 до 1,0 мм. Таким образом, было нанесено два слоя общей толщиной 1,0 мм. Благодаря аэрогелю, который входит в состав «Броня Лайт», звуко-теплоизоляционная шпатлевка «Броня Лайт» обладает подтвержденными звукоизоляционными свойствами, поэтому рекомендуется при звукоизоляции вертикальных стояков водоснабжения и водоотведения с целью устранения шума и гула при сливе воды. Плотность аэрогеля составляет 1,9 кг/м3, в связи с этим, уровень шума после нанесения «Броня Лайт» снижается в среднем на 5-7 дБА.
Четвертый этап - на зашпаклеванную поверхность наносится армирующий слой 9 в виде стеклохолста толщиной 1,0 мм плотностью 120 г/м2 по спирали с нахлестом по ширине полосы не менее 30%. Армирующий слой позволяет предотвратить возможный разрыв покрытия при температурных расширениях.
Пятый этап - нанесение финишного гидроизоляционного покрытия 10, защищающее теплоизоляционное покрытие 6 от механических, химических воздействий агрессивных сред. В качестве гидроизоляционного покрытия было нанесено в два слоя по 0,5 мм производимое заявителем патента «Броня АкваБлок». Покрытие наносилось валиком с технологической сушкой 24 часа каждого слоя.
Изобретение позволяет:
- расширить сферу применения теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер, при сохранении всех теплофизических свойств;
- обеспечить надежную защиту от агрессивных сред, в том числе в условиях морского климата;
- повысить прочность покрытия и адгезию к изолируемым поверхностям;
- возможность защищать поверхности разных форм и конфигураций, сохраняя внешний облик зданий и сооружений, в том числе объектов культурного наследия;
- возможность придания заданного цвета покрытию, путем коллерования последнего финишного слоя;
- отсутствие значительных дополнительных нагрузок на конструкции;
- повышение звукоизоляционных свойств за счет снижения уровня шума на 5-7 дБА.