RU2544194C1

RU2544194C1 - Composite heat insulation-ballast material based on wood wastes

Info

Publication number: RU2544194C1
Application number: RU2014103401/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Чемоданов; Юрий Аркадьевич Горинов; Рушан Гареевич Сафин; Сергей Якубович Алибеков; Ренат Харисович Гайнуллина
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2015-03-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: composite material contains cement, filler, water and additionally a filler. At the same time the filler is barite ore with particle size from 0.01 to 160 mcm, filler - wood chips with particle size from 0.5 to 20 mm at the following ratio of components, wt %: cement - 17-25, barite ore - 35-56, wood chips - 6-12, water - 20-30.

EFFECT: increased strength, reduced coefficient of heat conductivity, density.

1 tbl

Description

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.The invention relates to the field of construction, in particular to materials produced on the basis of woodworking waste, and can be used for thermal insulation and ballasting of underwater heat pipes. The underwater pipeline structure must have negative buoyancy, strength and thermal insulation to reduce the losses of transported thermal energy.

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/(м²*°C), плотность от 305 до 326 кг/м³.Known heat-insulating material obtained by mixing pre-treated with a solution of wood aggregate, Portland cement, additives and water, followed by molding and hardening, in which technological wood chips are taken as wood filler, 30% sodium glass solution is used as a filler for processing aggregate 10% by weight of wood aggregate, cement based on Portland cement clinker with a tensile strength of 40 MPa, pre-mixed, is taken as a binder after taking calcium powder in powder form with a mass fraction of calcium chloride of at least 90% and in an amount of 2% by weight of Portland cement, after mixing the components with water, a technical foam is added to the mixture from an aqueous solution of protein hydrolyzate of 1% concentration (Patent No. 2493136 of the Russian Federation, IPC C04B 40/00, C04B 18/26, C04B 20/00. Method for the production of heat-insulating material / Ziatdinova D.F., Timerbaev N.F., Safin PP, Safin R.G. et al. No. 2012107547/03; Claim 02/28/2012; Publ. 09/20/2013). The thermal conductivity of the material is from 0.142 to 0.153 W / (m ² * ° C), the density is from 305 to 326 kg / m ³ .

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.The disadvantages of this material are a large number of components and their high cost, as well as low density, as a result of which its use in underwater pipelines complicates the design, because requires additional ballast from ascent.

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).The closest in technical essence is the ballast material, which contains cement, aggregate and water. At the same time, it contains barite ore of the following fractions as a filler: a coarse fraction with a grain size of more than 5 mm to 25 mm, a fine fraction with a grain size of more than 0.16 mm to 5 mm, a very fine fraction with a particle size of from 0.01 μm to 160 microns. Additionally, the inventive ballast material contains a plasticizer, namely polycarboacetyl (Patent No. 2399828 of the Russian Federation, IPC F16L 58/06, C04B 28/00, C04B 111/20. Ballast material / Svechkopalov A.P., Shaporin I.I. No. 2008127272/03 ; Declared 07.07.2008; Published 20.09.2010).

Недостатком данного материала является невозможность его применения в качестве теплоизолятора. Заявленный материал имеет плотность более 3060 кг/м³, следовательно входит в группу тяжелых бетонов. У материалов, входящих в эту группу, коэффициент теплопроводности превышает 1,35 Вт/(м²*°C). По этому показателю, применение таких материалов в качестве теплоизолирующих материалов теплопроводов технико-экономически не оправдано.The disadvantage of this material is the impossibility of its use as a heat insulator. The claimed material has a density of more than 3060 kg / m ³ , therefore, is included in the group of heavy concrete. For materials in this group, the thermal conductivity coefficient exceeds 1.35 W / (m ² * ° C). According to this indicator, the use of such materials as heat-insulating materials for heat conductors is not technically and economically justified.

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/(м²*°C), плотность не менее 1000 кг/м³, прочность на сжатие по истечении 28 суток не менее 5 МПа.The aim of the invention is the creation of a composite heat-insulating ballast material using woodworking waste with low heat conductivity, negative buoyancy, high strength, namely the following physical and mechanical properties: thermal conductivity coefficient not higher than 0.17 W / (m ² * ° C), density not less than 1000 kg / m ³ , compressive strength after 28 days at least 5 MPa.

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.%:This goal is achieved by the fact that the inventive material contains cement, aggregate, water and additionally filler. In this case, barite ore with a particle size of from 0.01 to 160 μm was used as a filler, wood filler with a particle size of from 0.5 to 20 mm was used as a filler in the following ratio of components, wt.%:

Цемент - 17-25Cement - 17-25

Баритовая руда - 35-56Barite Ore - 35-56

Древесная стружка - 6-12Wood shavings - 6-12

Вода - 20-30.Water - 20-30.

Предлагаемый композитный материал на основе отходов деревообработки позволяет использовать его для подводных теплопроводов в качестве тепловой изоляции и балласта одновременно.The proposed composite material based on woodworking waste allows you to use it for underwater heat pipes as thermal insulation and ballast at the same time.

В патентной и научно-технической литературе предложенного состава материала с указанными свойствами и показателями не обнаружено.In the patent and scientific and technical literature, the proposed composition of the material with the indicated properties and indicators was not found.

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.In order to implement the process of filling the annular space, the plasticity of the material is ensured by the ratio of water to wood shavings in the range of 2.5-3.5 and the size of the barite ore fraction from 0.01 to 160 microns.

Для обеспечения монолитности материала размер фракций наполнителя должен находиться в интервале 0,5-20 мм.To ensure the solidity of the material, the size of the filler fractions should be in the range of 0.5-20 mm.

Примеры составов материала и его характеристики представлены в таблице.Examples of material compositions and their characteristics are presented in the table.

В качестве цемента использован портландцемент марки М400.The cement used is Portland cement grade M400.

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.The determination of the average density of the mixtures, the thermal conductivity and strength coefficients presented in the table is made in accordance with GOST 12730.1-78, GOST 25380-82 and GOST 10180-90.

Результаты натурных экспериментов, отображенные в таблице, показывают преимущества свойств предлагаемого материала по изобретению.The results of field experiments, shown in the table, show the advantages of the properties of the proposed material according to the invention.

ТаблицаTable №No. Состав композита, г/мас.%The composition of the composite, g / wt.% Плотность, кг/м³ Density, kg / m ³ Коэффициент теплопроводности, Вт/(м²*°C)Thermal Conductivity, W / (m ² * ° C) Предел прочности при сжатии, МПаThe ultimate tensile strength, MPa КомпонентыComponents портландцементPortland cement 1201/251201/25 1one баритbarite 1881/391881/39 1433,8521433,852 0,2480.248 18,5218.52 древесная стружкаwood shavings 384/8384/8 водаwater 1400/281400/28 КомпонентыComponents портландцементPortland cement 1201/181201/18 22 баритbarite 3762/563762/56 1718,5931718,593 0,3300.330 25,5125.51 древесная стружкаwood shavings 384/6384/6 водаwater 1400/201400/20 КомпонентыComponents портландцементPortland cement 1201/231201/23 33 баритbarite 1881/351881/35 1090,5931090,593 0,170.17 8,38.3 древесная стружкаwood shavings 640/12640/12 водаwater 1600/301600/30 КомпонентыComponents портландцементPortland cement 1201/171201/17 4four баритbarite 3762/523762/52 1412,1481412,148 0,210.21 11,0111.01 древесная стружкаwood shavings 640/9640/9 водаwater 1600/221600/22 ПрототипPrototype портландцементPortland cement 12-1712-17 поликарбоацетилpolycarboacetyl 0,2-0,30.2-0.3 3060-34003060-3400 Нет данныхThere is no data 56-7556-75 55 трибутилофосфатtributyl phosphate 0,00150.0015 водаwater 4-104-10 баритbarite остальноеrest

Claims

Composite heat-insulating ballast material based on wood waste containing cement, aggregate and water, characterized in that it contains barite ore with a particle size of from 0.01 to 160 μm and an additional filler - wood chips with a particle size of from 0, 5 to 20 mm in the following ratio of components, wt.%:
Cement 17-25 Barite ore 35-56 Wood shavings 6-12 Water 20-30