CZ305013B6 - Způsob výroby stavebních prvků a stavební prvky vyrobené tímto způsobem - Google Patents

Abstract

Způsob výroby stavebních prvků obsahujících sádru, cement, vápno nebo jejich kombinaci, podle kterého se upraví až 85 % objemových, vztaženo na výsledný výrobek, polyuretanového nebo polystyrenového materiálu na granule o průměru nejvýše 15 mm, tyto granule se smísí s pojivem, kterým je sádrová, cementová či vápenná hmota, načež se z této směsi vytvoří finální výrobek. Stavební prvek, zejména stavební deska, obsahující alespoň jádro, založené na sádrové a/nebo cementové a/nebo vápenné hmotě, vyrobený tímto způsobem, obsahuje ve svém jádru až 85 % objemových polyuretanového nebo polystyrenového granulátu o největším průměru 15 mm, který je v jádře rovnoměrně rozptýlen.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby stavebních prvků na bázi sádry, cementu a vápna, jako jsou zejména sádrokartonové desky, zdicí prvky obsahující sádru a/nebo cement a/nebo a vápno, jako jsou tvárnice či cihly, a dále také omítky. Vynález se rovněž týká i takových stavebních prvků.

Dosavadní stav techniky

Stavební prvky na bázi sádry, cementu a vápna tvoří v současné době základ většiny stavebněkonstrukčních systémů. Tyto produkty se ve stále větším rozsahu uplatňují nejen při nové výstavbě, ale i při rekonstrukcích a opravách všech typů interiérů, včetně historických.

Jedním z těchto produktů jsou desky pro tzv. suchou výstavbu v rámci stavebních systémů, využívajících rám z ocelových či jiných profilů, ke kterému je deska pro suchou výstavbu přišroubována, založené na bázi sádry, cementu či vápna, ze kteiých jsou zejména známé sádrokartonové a cementové desky. Desky pro suchou výstavbu se vyrábí v řadě rozměrů a tlouštěk a to v mnoha typech provedení podle jejich využití, které je zejména následující: stavební desky, protipožární desky, impregnované desky, akustické desky apod. Sádrokartonové desky jsou obecně vyráběny ze dvou vrstev kartonu, mezi kterými je umístěno sádrové jádro. Cementové desky jsou vytvořeny podobně s tím rozdílem, že jejich jádro je z materiálu za bázi cementu a toto jádro bývá uloženo mezi dvěma vrstvami z odolnějších materiálů, než je karton, např. ze sklolaminátových tkanin atp. Ceny desek pro suchou výstavbu závisí zejména na technologické náročnosti procesu výroby a také na typu použitých vstupních materiálů, jejich množství a kvalitě. Velmi podstatně tak cenu desek pro suchou výstavbu ovlivňuje cena materiálů jádra desky, které tvoří podstatnou část jejího objemu. Jednou z podstatných nevýhod sádrokartonových desek je jejich hmotnost a špatná izolační schopnost.

Podobná situace je i při výrobě dalších stavebních prvků používaných při zdění, například různých typů cihel a tvárnic. Všechny typy těchto výrobků mají relativně vysokou měrnou hmotnost a nízké tepelně-izolační hodnoty. Jejich ceny odrážejí stále se zvyšující materiálové, technologické a zejména energetické náklady. Běžné provedení stavebních prvků na bázi sádry, cementu a vápna již v podstatě nenabízí téměř žádnou významnější příležitost k inovacím, úsporám a v konečném důsledku i ke zvýšení užitných hodnot při současném snížení jejich cen.

Na druhou stranu v současné době jen v Evropě každý rok vznikají desetitisíce tun průmyslového odpadu z pěnových tepelně-izolačních materiálů, zejména z polyuretanových pěn a pěnového polystyrenu, které však současně představují obtížně likvidovatelný odpad. Například v České republice je k dispozici odpadový granulát z tvrdých polyuretanových pěn v ceně jeho odvozu. Ve většině vyspělých evropských zemí musejí firmy, které tento odpad produkují, za jeho ekologickou likvidaci odběratelům platit.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody současných typů stavebních prvků na bázi sádry, cementu a vápna řeší jednak způsob výroby stavebních prvků podle tohoto vynálezu a jednak stavební prvky podle tohoto vynálezu, jejichž podstatou je, že se upraví až 85 % objemových, vztaženo na výsledný produkt, polyuretanového nebo polystyrénového materiálu na granule o průměru nejvýše 15 mm, tyto granule se opatří pojivém, kterým je sádrová, cementová či vápenatá hmota, načež se tato směs použije pro výrobu konečného produktu. Je samozřejmé, že termínem pojivo na bázi sádry

-1 CZ 305013 B6 cementu nebo vápna se rozumí i jakékoliv jejich možné kombinace, zejména běžně používané kombinace jako jsou například vápenocementové tvárnice apod.

Podle výhodného způsobu výroby stavebních prvků podle tohoto vynálezu se nejprve granule opatří obalem z primární směsi sádrové, cementové či vápenné hmoty tak, že tato sádrová, cementová či vápenná hmota je alespoň na 80 % povrchu granulí. Takto upravené granule po alespoň částečném zaschnutí jsou vmíšeny do sekundární směsi sádrové, cementové či vápenné hmoty a rovnoměrně se v ní rozptýlí, načež se z této směsi vytvoří finální výrobek. Sádrové směsi používané k sériové výrobě sádrokartonových desek jsou řídké, aby se zajistilo jejich dokonale rozlití do jádra sádrokartonu, a tak by přísada granulátů z odpadových pěnových izolačních materiálů v míchacích zařízeních bez obalení v primární směsi plavala na jejich povrchu. Tomu se zabrání právě již uvedeným obalením drti v primární směsi sádry, vápna, cementu. Podle jiného výhodného způsobu výroby stavebních prvků podle tohoto vynálezu se nejprve granule obalí v primární směsi sádrové, cementové či vápenné hmoty tak, aby tato sádrová, cementová či vápenná hmota ulpěla alespoň na 80 % povrchu granulí, následně se vmísí do sekundární směsi sádrové, cementové či vápenné hmoty a rovnoměrně se v ní rozptýlí, načež se z této směsi vytvoří finální výrobek, přičemž hustota primární směsi je alespoň o 50 %, výhodně alespoň o 100 % vyšší, než je hodnota sekundární směsi.

Pro většinu aplikací je totiž důležité, aby materiál primární směsi, kterým se granule obalily, dostatečně zaschl, aby při styku s materiálem sekundární směsi nedošlo k jeho rozpuštění, což by mohlo způsobit komplikace při rozptylování granulí v sekundární směsi a finální výrobek by mohl vykazovat nerovnoměrně rozptýlení granulí. Obdobného efektu je ale možné dosáhnout, pokud je hustota primární směsi alespoň o 50 % vyšší, výhodně o 100 % nebo i o více, než je hodnota sekundární směsi. V důsledku rozdílných hustot přilne hustší primární směs dostatečně pevně ke granulátu, takže při vmíšení do sekundární směsi již nedojde k otření přilnulé primární směsi z granulátu a ten má dostatečnou hmotnost na to, aby se dokonale promíchal se sekundární směsí a vytvořil s ní v podstatě homogenní směs.

Podle jednoho aspektu tohoto vynálezu se popsaný způsob použije při výrobě sádrokartonových desek, při kterém se nejprve upraví až 85 % objemových, vztaženo na výsledný produkt, polyuretanového nebo polystyrénového materiálu na granule o průměru nejvýše 10 mm, ty se obalí v přimámí směsi sádrové, cementové ěi vápenné hmoty tak, aby tato sádrová, cementová ěi vápenná hmota ulpěla alespoň na 80 % povrchu granulí, načež se takto upravené granule nechají alespoň částečně zaschnout a následně se vmísí do sekundární směsi sádrové, cementové či vápenné hmoty a rovnoměrně se v ní rozptýlí, načež se z této směsi vytvoří finální výrobek.

Podle jiného aspektu tohoto vynálezu se při výrobě sádrokartonových desek nejprve upraví až 85 % objemových, vztaženo na výsledný produkt, polyuretanového nebo polystyrénového materiálu na granule o průměru nejvýše 10 mm, ty se obalí v primární směsi sádrové, cementové či vápenné hmoty tak, aby tato sádrová, cementová či vápenná hmota ulpěla alespoň na 80 % povrchu granulí, a následně se vmísí do sekundární směsi sádrové, cementové ěi vápenné hmoty a rovnoměrně se v ní rozptýlí, načež se z této směsi vytvoří finální výrobek, přičemž hustota primární směsi je alespoň o 50 %, výhodně alespoň o 100 % vyšší než je hodnota sekundární směsi.

Výhodou výrobku získaných způsobem výroby podle tohoto vynálezu je, že obsahují méně plniva založeného na sádře, cementu ěi vápnu, které je nahrazeno drceným polyuretanem či polystyrenem. Tím se snižují jejich primární výrobní náklady, protože u polyuretanu či polystyrenu jde o využití odpadu, navíc se tím šetří zdroje surovin a naopak se snižuje zatížení životního prostředí odpadem. Dále výrobky vyrobené způsobem podle vynálezu vykazují výrazně sníženou měrnou hmotnost a na druhou stranu mají podstatně zvýšené tepelně-izolační vlastnosti. Další výhodou, zejména u sádrokartonových či cementových desek, ale i např. u sádrových či vápenných tvárnic je, že dochází i k značnému snížení nákladů dosud vynakládaných na jejich sušení na normovanou vlhkost.

-2CZ 305013 B6

Podle dalšího aspektu tohoto vynálezu je poskytnuta sádrokartonová deska nebo cementová deska, obsahující ve svém jádru až 85 % objemových polyuretanového nebo polystyrénového granulátu o největším průměru 10 mm, výhodně 2 až 5 mm, který je v jádru rovnoměrně rozptýlen. Podle ještě jiného aspektu tohoto vynálezu je předložena sádrokartonová deska, jejíž jádro obsahuje 20 až 60 % objemových polyuretanového nebo polystyrénového granulátu.

Podle dalšího aspektu je poskytnuta tvárnice či cihla v souladu s příklady provedení, které je vyrobena způsobem podle vynálezu, jak byl popsán výše.

K největším přínosům řešení dle vynálezu patří zejména vysoce ekonomické a ekologické zhodnocení odpadových surovin, rozšíření sortimentu stavebních prvků na bázi sádry, cementu a vápna o jejich vylehčené a tepelně-izolační verze. Omezení materiálových nákladů a energetické náročnosti výroby se zásadním způsobem promítne do snížení celkových výrobních nákladů, které producentům výše uvedených stavebních prvků poskytnou možnost k významnému snížení odbytových cen a ke zvýšení jejich podílu na trhu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad č. 1

V tomto příkladu jsou za použití polyuretanových granulí vyrobeny sádrokartonové desky. Polyuretanové granule o průměru 2 až 5 mm se nejprve obalí primární směsí sádrové hmoty, zde nazývané primární sádrová hmota. Primární sádrová hmota má viskozitu o 50 % větší, než je sekundární sádrová hmota, ze které se sádrokartonové desky běžně vyrábí. Jak již bylo vysvětleno, obalení lehkých polyuretanových granulí primární sádrovou hmotou se provádí vzhledem k tomu, že polyuretanový granulát je lehký a nebylo by jej možné přímo dávkovat do běžných míchacích zařízení pro výrobu sádrokartonových desek, neboť by nedošlo ke správnému smísení tohoto granulátu se sádrovou hmotou, ze které se běžně jádra sádrokartonových desek vyrábí. Díky obalení polyuretanových granulí primární sádrovou hmotou získají tyto granule dostatečnou měrnou hmotnost, takže je lze přidávat přímo do běžných míchacích zařízení používaných při průmyslové výrobě sádrokartonových desek. Přesný postup výroby sádrokartonových desek je dostatečně známý a nebude zde tedy detailně popisován, protože není předmětem vynálezu.

Polyuretanové granule o průměru 2 až 5 mm se podle tohoto vynálezu obalí alespoň z 80 % svého povrchu primární sádrovou hmotou. Po dostatečném vytvrdnutí sádry ulpělé na povrchu polyuretanových granulí vznikne již relativně těžká „obalovaná drť“, která zajistí zvýšenou hmotnost jednotlivých granulí, díky které při zamíchání takto upravených granulí do sekundární sádrové směsi dojde k rovnoměrnému rozprostření drti v této hmotě. Jako dostatečné vytvrdnutí primární sádrové hmoty se považuje takové vytvrdnutí, po kterém nedojde ke zpětnému rozpuštění primární sádrové hmoty při zpracovávání granulátu v zařízení na výrobu sádrokartonových desek.

V běžném zařízení na výrobu běžných sádrokartonových desek, a z ní se vytvoří, opět běžným způsobem, sádrokartonová deska. Polyuretanový granulát je tedy použit v jádru v sádrokartonové desky namísto odpovídajícího objemu sádry. Sádrokartonová deska podle tohoto příkladu provedení má tedy ve svém jádru uspořádaném mezi dvěma kartónovými bočnicemi 60 % objemových polyuretanového granulátu, který tvoří v této sádrokartonové desce vnitřní armování, čímž se jednak zvyšuje její mechanická pevnost a jednak se také výrazně zvyšují její tepelně-izolační vlastnosti.

Podle jiného příkladu provedení obsahuje jádro sádrokartonové desky jen 20 % objemových sádrou obaleného polyuretanového granulátu.

Při objemovém podílu polyuretanového granulátu v sekundární sádrové směsi pro výrobu jádra sádrokartonové desky v rozmezí 60 až 85 % objemových má sádrokartonová deska nižší mecha-3 CZ 305013 B6 nické parametry, ale má mimořádně vysoké tepelně-izolační vlastnosti. Naopak při nižším objemu polyuretanového granulátu, např. uvedených 20 % objemových má sádrokartonová deska velmi dobré mechanické parametry.

Náhrada sádrové směsi s vysokým podílem vody nenasákavými granulemi z pěnových tepelněizolačních materiálů, zejména z průmyslových odpadů, přináší při výrobě sádrokartonových desek velké úspory tepelné energie - až o 60 %, která je dosud spotřebovávána při sušení těchto desek na normovanou vlhkost.

Příklad č. 2

Polyuretanové granule o velikosti do 15 mm jsou opatřeny podobným způsobem, popsaným v prvním příkladu, obalem z primární směsi na bázi cementu. Po vytvrdnutí obalu se takto upravené polyuretanové granule smíchají v poměru 70:30 objemových procent se sekundární směsí na bázi cementu a vápna používané pro výrobu zdicích stavebních prvků.

Tato směs obsahující polyuretanové granule se následně odlévá do formy zdicího prvku požadovaného rozměru a tvaru. Po základním vytvrzení se výrobek z formy vyjme, nechá se „dozrát“ a dokonale vytvrdnout. Je tak získán zdicí prvek vykazující významné vylehčení, zlevnění a současně ale i podstatné zvýšení tepelně-izolačních vlastností.

Při výrobě tepelně-izolačních zdicích stavebních prvků na bázi sádry, cementu a vápna je možné výhodně použít od 30 do 70 % objemových náhrady původní hmoty granulátem. Při výrobě jejich nenosného typu lze zvýšit objemový podíl tepelně-izolačních přísad až na 85 %, který zajistí hodnoty tepelně-izolačních vlastností těchto dílců až na úroveň požadovanou pro tzv. nízkoenergetické stavby. Je samozřejmě možné použít namísto polyuretanové drti i jakoukoliv jinou drť z tepelně-izolačních materiálů, jako je například polystyren.

Příklad č. 3

Při výrobě tepelně-izolačních omítek na bázi sádry, cementu a vápna se k základním materiálům tvořících omítku přimíchá 30 % objemových granulí a rozměru do 3 mm z polystyrenu, nenasákavého pěnového tepelně-izolačního materiálu, který lze výhodně získat z průmyslového odpadu. V dalším příkladu provedení se pro výrobu omítkového materiálu použilo 60 % objemových polystyrénových granulí o rozměru do 3 mm, počítáno ve výsledném materiálu, tvořícím omítku.

Tyto omítky jsou propustné pro vodní páry a mají vynikající tepelně-izolační parametry. Lze je využívat k exteriérovým i interiérovým aplikacím.

Příklady variant objemových podílů přísad granulátů z pěnových tepelných izolací do základních materiálů používaných k výrobě stavebních prvků na bázi sádry, cementu a vápna.

Výhody přidávání granulátu polyuretanového granulátu nebo granulátu z pěnových tepelných izolací, zejména z polystyrenu, jsou následující:

Při podílu takového granulátu v objemu konečného materiálu do 15 % lze mluvit víceméně o ekologické likvidaci takových odpadů a úspoře výrobních nákladů do 8 %.

Při podílu granulátu v objemu základního materiálu v rozmezí od 15 % do 50 % vznikají vylehčené výrobky s vynikajícími mechanickými vlastnostmi a několikanásobně vyššími tepelně-izolačními vlastnostmi. Úspory na nákladech zde mohou dosáhnout až 30 %.

-4CZ 305013 B6

Od 50 do 85 % podílu granulátu na objemu vznikají extrémně lehké stavební prvky s nižšími mechanickými parametry, ale vynikajícími - až řádově vyššími tepelně-izolačními vlastnostmi. Výhodné je zejména jejich využití pro nenosné části stavebních konstrukcí.

Možnosti použití polystyrénových nebo polyuretanových granulí jako vylehčujících a tepelněizolačních přísad ve stavebních prvcích podle tohoto vynálezu, kdy se do základních materiálů používaných k výrobě těchto stavebních prvků, tedy základních materiálů na bázi sádry, cementu a vápna, přidá granulát, jsou z hlediska velikosti granulí následující:

Zrnitost přidávaných polystyrénových nebo polyuretanových granulí od 0 do 2 mm - tyto granule lze výhodně využít pro výrobu složitě tvarovaných, tenkých výrobků a tepelně-izolačních omítek všech typů.

Zrnitost přidávaných polystyrénových nebo polyuretanových granulí od 2 do 5 mm - tyto granule lze výhodně využít nejen k vylepšení mechanických vlastností sádrokartonových výrobků - vytvářejí vnitřní armování, ale současně slouží i k dosažení vynikajících tepelně-izolačních vlastností, významné úspoře sádry a nákladů na sušení. U výrobků na bázi cementu a vápna zajišťují tyto přísady nejen jejich požadované tepelně-izolační vlastnosti, ale i jemnozmnost povrchu hotových výrobků.

Zrnitost přidávaných polystyrénových nebo polyuretanových granulí od 5 do 10 mm už mírně snižuje hodnoty mechanických vlastností sádrokartonových výrobků, avšak přináší vynikající tepelně-izolační vlastnosti konečných stavebních prvků a vysoké úspory na jejich výrobních nákladech.

Netříděný granulát s podílem zrnitostí od 0 do 15 mm se výhodně uplatní například při výrobě zdicích tepelně-izolačních prvků na bázi sádry, cementu a vápna, zejména různých typů tvárnic.

Průmyslové využití:

Způsob výroby stavebních prvků podle tohoto vynálezu se nejvíce uplatní při výrobě tzv. sádrokartonových desek, cementových desek a podobných, je ale jej možné stejné dobře využít při výrobě tvárnic, cihel a jiných zdicích prvků, nebo dokonce i při výrobě omítkových hmot.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby stavebních prvků obsahujících sádru, cement, vápno nebo jejich kombinaci, vyznačující se tím, že se upraví až 85 % objemových, vztaženo na výsledný výrobek, polyuretanového nebo polystyrénového materiálu na granule o průměru nejvýše 15 mm, tyto granule se smísí s pojivém, kterým je sádrová, cementová či vápenná hmota, načež se z této směsi vytvoří finální výrobek.
2. 2. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že granule se nejdřív obalí v primární směsi sádrové, cementové či vápenné hmoty, kdy tato sádrová, cementová či vápenná hmota ulpí alespoň na 80 % povrchu granulí, načež se takto upravené granule nechají alespoň částečně zaschnout a následně se vmísí do sekundární směsi sádrové, cementové či vápenné hmoty a rovnoměrně se v ní rozptýlí, načež se z této směsi vytvoří finální výrobek.
3. 3. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že granule se nejdřív obalí v primární směsi sádrové, cementové či vápenné hmoty, kdy tato sádrová, cementová či vápenná

   -5CZ 305013 B6 hmota ulpí alespoň na 80 % povrchu granulí, následně se vmísí do sekundární směsi sádrové, cementové či vápenné hmoty a rovnoměrně se v ní rozptýlí, načež se z této směsi vytvoří finální výrobek, přičemž hustota primární směsi je alespoň o 50 %, výhodně alespoň o 100 % vyšší, než je hodnota sekundární směsi.
4. 4. Stavební prvek, zejména stavební deska nebo tvárnice, vyrobený způsobem podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že obsahuje ve svém jádru až 85 % objemových polyuretanového nebo polystyrénového granulátu o největším průměru 15 mm, kteiý je v jádře rovnoměrně rozptýlen.
5. 5. Stavební prvek podle nároku 4, vyznačující se tím, že granule mají největší průměr 8 mm nebo výhodněji 2 až 5 mm.
6. 6. Stavební prvek podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že jádro obsahuje 20 15 až 60 % objemových polyuretanového nebo polystyrénového granulátu.