splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. č. 478/1992 Sb.
CZ 25398 Ul
Tepelně izolační alkalicky aktivovaná výplňová hmota na bázi sioporu
Oblast techniky
Technické řešení se týká složení alkalicky aktivované výplňové hmoty s tepelně izolačními vlastnostmi na bázi sioporu.
Dosavadní stav techniky
V současné době se na trhu vyskytuje široké množství nej různějších tepelně izolačních materiálů s rozdílnými vlastnostmi.
Mezi nejlépe tepelně izolující můžeme zařadit extrudovaný polystyren, pěnový polystyren, polyuretan, minerální a skelné izolace a pěnové sklo. Součinitel tepelné vodivosti těchto izolantů se pohybuje v rozmezí 0,02 až 0,09 W.mÚK'1. Většina těchto materiálů dosahuje nízkých pevností v tlaku a proto je nutností použití současně jiného, únosného, materiálu v konstrukci. Při jejich použití zejména v kontaktním zateplovacím systému a systému sendvičového zdivá se naplno projevují jejich nevýhody, a to především rozpustnost v organických rozpouštědlech, vysoká náročnost na kvalitu provedení a závislost na vlivech okolního prostředí.
Další skupinou tepelně izolačních materiálů jsou hmoty, do nichž je jako plnivo přidáváno lehké kamenivo. Tím dochází, na úkor výrazného snížení pevnostních vlastností, k částečnému snížení součinitele tepelné vodivosti a zlepšení tepelně izolačních vlastností. Mezi tyto hmoty se řadí například polystyrenbeton a perlitbeton, keramzitbeton a různé další druhy malt a betonů. Součinitel tepelné vodivosti u těchto materiálů se pohybuje od 0,09 do 1,40 W.m_1.K'1. Nevýhodou je vysoká cena a náročnost na provedení.
Třetí skupina tepelných izolantů je tvořena hmotami, které jako bariéru pro vedení tepla využívají ve své struktuře přímo vzduchové póry. Mezi tyto patří především pórobetony a pěnobetony. Výhodou je nízký součinitel tepelné vodivosti pohybující se na hranici 0,085 až 0,2 W.m'l.K'’. Nevýhodou jsou značně nízké pevnosti v tlaku, pohybující se v hodnotách 0,3 až 5 MPa a vysoká nasákavost.
Téměř ve všech výše uvedených skupinách je jako hlavní matrice hmoty nebo výsledné nosné stavební konstrukce použit klasický stavební materiál na bázi cementu nebo pálené cihly atd.
Vzhledem k narůstajícím cenám energií sílí požadavky na vývoj alternativních bezcementových pojiv; novým požadavkem na stavby je zachovatelnost zdrojů, tedy je kladen důraz na využití sekundárních surovin.
Alkalicky aktivovaná hmota s pojivém na bázi technogenního pucolánu, jehož součinitel tepelné vodivosti se těsně blíží oblasti vysoce tepelně izolačních materiálů, těmto požadavkům plně vyhovuje.
Podstata technického řešení
Podstatou technického řešení je hmota, v níž je jako matrice použit zcela jiný nosný prvek, a to alkalicky aktivovaná vysokopecní granulovaná struska a jako plnivo je použit materiál siopor materiál s nízkou objemovou hmotností.
Hmota vzniká smísením jednotlivých složek a dosahuje vynikajících tepelně izolačních pri zachování dostatečných pevnostních parametrů.
Konkrétněji hmota obsahuje pojivovou složku, kterou je vysokopecní granulovaná struska a aktivátor, tedy upravený roztok vodního skla a vody, a dále plnivo, kterým je materiál siopor. 100 kg hmoty obsahuje 50 až 58 kg vysokopecní granulované strusky, 4,5 až 11 kg materiálu siopor, 13 až 21 kg upraveného vodního skla o silikátovém modulu 1,7 až 2,5 a 17 až 25 kg vody.
Hmota může dále obsahovat běžná aditiva, jakými mohou být plastifikátory, urychlovače a zpomalovače tuhnutí a pojivá (např. metakaolín nebo popílek).
-1 CZ 25398 Ul
Materiál siopor podle technického řešení je tepelně a zvukově izolační materiál vyráběný z křemičitého písku tepelným zpracováním.
Jako vodní sklo bylo při přípravě použito komerčně dostupné sodné vodní sklo, u něhož byly zjištěny tyto vlastnosti - hustota 1,342 g/cm3 a molový silikátový modul 3,115.
Termínem „upravené vodní sklo“ je míněno sklo, u kterého byl snížen jeho silikátový modul z původní hodnoty 3,115 na hodnotu v rozmezí 1,7 až 2,5 pomocí 50% roztoku hydroxidu sodného.
Roztok hydroxidu sodného byl připraven z 500 g destilované vody, do které bylo přidáno 500 g hydroxidu sodného v pevném stavu. Hustota připraveného 50% roztoku NaOH činila 1,55 g/cm3.
Upravené vodní sklo bylo připraveno přidáním 10,6 ml 50% roztoku hydroxidu sodného na 100 ml původního vodního skla. Takto upravené vodní sklo má molový silikátový modul pohybující se v rozmezí 1,7 až 2,5 (v závislosti na složení vodního skla) a hustotu 1,36 g/cm3.
U komerčně dostupných vodních skel se hustota roztoku běžně pohybuje v rozmezí 1,30 až 1,65 g/cm3. V rámci receptury je možno použít jakékoli dostupné vodní sklo, nej důležitějším aspektem pro alkalickou aktivaci vysokopecní strusky je však jeho silikátový modul (tj. molámí poměr SiO2 a Na2O).
Výhodou navrhovaného technického řešení je možnost použití alternativních pojivových systémů při zachování požadovaných mechanických vlastností a zároveň dosažení vynikajících tepelně izolačních vlastností.
Oproti současně používaným produktům je předmět technického řešení připraven na bázi alkalicky aktivovaných systémů, u nichž byly prokázány výborné pevnostní i trvanlivostní vlastnosti. Jejich použití je přínosem také v oblasti ekologie, neboť pro jejich výrobu jsou používány zejména sekundární suroviny a odpadá tak nutnost těžby a energeticky náročného výpalu slínku pro přípravu hlavní pojivové složky, jako je tomu například u hmot s portlandským cementem. Spojením tohoto alternativního druhu pojivá s plnivem siopor, což je nehořlavý, netoxický, zdraví bezpečný materiál, připravený z křemičitého písku, vzniká stavební hmota jedinečných vlastností, se značným potenciálem pro široké využití ve stavebnictví.
Objasnění výkresů
Řešení je blíže ilustrováno s pomocí obrázku 1, na kterém jsou fotografické snímky připravené tepelně izolační alkalicky aktivované výplňové hmoty.
Příklady uskutečnění technického řešení
Příklad 1
Na přípravu 100 kg tepelně izolační alkalicky aktivované výplňové hmoty bylo smíseno 53,57 kg vysokopecní granulované strusky, 14,12 kg upraveného vodního skla (připraveného z vodního skla pomocí 50% hydroxidu sodného), 22,71 kg vody a 9,60 kg plniva siopor.
Příklad 2
Na přípravu 100 kg tepelně izolační alkalicky aktivované výplňové hmoty bylo smíseno 52,37 kg vysokopecní granulované strusky, 18,77 kg upraveného vodního skla (připraveného z vodního skla pomocí 50% hydroxidu sodného), 23,27 kg vody a 5,59 kg plniva siopor.
Příklad 3
Na přípravu 100 kg tepelně izolační alkalicky aktivované výplňové hmoty bylo smíseno 55,61 kg vysokopecní granulované strusky, 19,93 kg upraveného vodního skla (připraveného z vodního skla pomocí 50% hydroxidu sodného), 18,53 kg vody a 5,93 kg plniva siopor.
-2CZ 25398 Ul
U připraveného vzorku z příkladu 3 byly naměřeny následující vlastnosti směsi:
|
Zkoumaná vlastnost |
Zjištěná hodnota |
|
Objemová hmotnost ve vysušeném stavu |
570 kg/m3 |
|
Objemová hmotnost v přirozeně vlhkém stavu |
1360 kg/m3 |
|
Pevnost v tahu ohybem |
0,7 MPa |
|
Pevnost v tlaku |
4,8 MPa |
|
Součinitel tepelné vodivosti |
0,114 W.níÁK'1 |
|
Konzistence čerstvé směsi |
200 mm |
Průmyslová využitelnost
Tepelně izolační alkalicky aktivovaná hmota podle technického řešení je využitelná ve stavebním 5 průmyslu, především v prefabrikované výrobě stavebních dílců a výrobků.
NÁROKY NA OCHRANU