Теплоизолирующий строительный кирпич

Изобретение относится к теплоизолирующему кирпичу. Технический результат: упрощение изготовления кирпича, повышение теплоизоляционных свойств. Теплоизолирующий строительный кирпич содержит структурное тело с по меньшей мере одной полостью и изолирующим наполнителем, расположенным в полости. Причем изолирующий наполнитель содержит изолирующий материал, расположенный в заправочной оболочке, и изолирующий наполнитель способен иметь первый размер при установке в изолирующий строительный кирпич и второй размер после установки в изолирующий строительный кирпич, при этом вышеуказанные размеры по существу постоянные, и первый размер меньше, чем второй размер. Также описан способ производства такого кирпича. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Настоящее изобретение относится к теплоизолирующему строительному кирпичу, содержащему структурное тело с по меньшей мере одной полостью, и теплоизолирующий наполнитель, расположенный в полости, дополнительно изобретение относится к способу обеспечения теплоизолирующего строительного кирпича.

Несмотря на то, что новые строительные материалы и способы строительства были внедрены за последние десятилетия, традиционный строительный кирпич используется и ценится до сих пор. Недостатком традиционного строительного кирпича является, однако, то, что степень его изоляции заурядна, что с постоянным ростом стоимости электроэнергии и внимания к окружающей среде является существенным недостатком. Для улучшения изолирующей способности строительного кирпича было предпринято множество попыток.

В настоящее время в свободной продаже существует несколько типов изолирующего строительного кирпича. Одним из этих типов кирпича является Unipor Coriso, кирпич, заполненный минеральными гранулами, и пример кирпича с наполнителем из минеральной ваты известен под торговым названием MZ8 от Mein Ziegelhaus. Другие примеры включают кирпичи, заполненные перлитом (например, Poroton-T8/-T9 от Wienerberger).

Патентная литература также включает различные концепции для изолированного строительного кирпича. Один из примеров можно найти в патенте Великобритании № 461314, который относится к кирпичу, заполненному изолирующим наполнителем, таким, как стекловолокно. Это традиционный строительный кирпич, заполненный традиционными изолирующими материалами, во время написания данного патента более чем 80 лет назад, и этот кирпич не отвечает требованиям для современного строительного кирпича с точки зрения изоляционных свойств и не подходит для серийного производства.

Более современным примером является строительный кирпич в соответствии с ЕР 1 752 593 А2. Этот строительный кирпич имеет по существу кубический корпус, содержащий множество полостей, разделенных стенками и заполненных изолирующим наполнителем. Строительный кирпич предшествующего уровня техники обеспечивает изолирующие свойства в настоящее время, но не способен соответствовать будущим требованиям по изолирующим свойствам, и более того не идеально подходит для серийного производства.

В патенте DE 20 2007 013074 U1 описаны вакуумные изолирующие панели, обладающие очень высокой изолирующей способностью. Вакуумная изолирующая панель содержит микропористый материал сердцевины, например, из кремниевого аэрогеля, возможно, с упрочняющими волокнами, например, неорганическими волокнами, например с волокнами минеральной ваты. Материал сердцевины расположен в оболочке, изолирован и оборудован воздухонепроницаемым металлическим корпусом, например, алюминиевой фольгой. Упоминается, но по-другому не подтверждается, что панели могут быть установлены в полости полого кирпича. Получившийся кирпич обладает высокой изолирующей способностью, но является, однако, дорогим решением и не подходит для серийного производства. Более того, вакуумная изолирующая панель является хрупкой и подвержена повреждению в ходе установки в относительно узкие полости полого кирпича. Оболочка и пленка могут, например, легко поцарапаться, из-за чего вакуум будет нарушен и изолирующие свойства ухудшатся. Подобные вероятные повреждения изолирующей панели будут разрушать или снижать изолирующие свойства кирпича. Традиционно такие вакуумные изолирующие панели заполняются аэрогелем с той целью, чтобы аэрогель выполнял функцию абсорбента воздуха, который будет, тем не менее, снижать изолирующую способность панели со временем.

Задачей настоящего изобретения, таким образом, является обеспечение альтернативного изолирующего строительного кирпича, позволяющего обеспечить серийное производство.

Данная задача достигается при помощи теплоизолирующего строительного кирпича в соответствии с вводной частью, при этом изолирующий наполнитель содержит изолирующий материал, расположенный в заправочной оболочке. Заправочная оболочка будет обеспечивать легкое помещение изолирующего наполнителя в полость без повреждения изолирующего материала, таким образом, упрощая серийное производство. Изолирующий наполнитель может иметь первый размер в ходе установки в изолирующий строительный кирпич и второй размер после установки в изолирующий строительный кирпич, указанные размеры по существу стабильны, и первый размер меньше, чем второй размер.

Как правило, заправочная оболочка будет представлять собой оболочку, которая механически ограничивает по меньшей мере один размер изолирующего наполнителя так, чтобы он соответствовал полости кирпича. В частности, ограничение по меньшей мере одного размера может быть снято для того, чтобы позволить изолирующему наполнителю оказывать давление на внутреннюю поверхность полости кирпича.

Изолирующий материал может представлять собой любой подходящий материал, обладающий высокой теплоизолирующей способностью, что должно быть понятно специалистам в данной области техники. В соответствии с одним воплощением изолирующий материал содержит по меньшей мере один теплоизолирующий материал на основе кремния, выбранный из группы, состоящей из аэрогеля, коллоидальной двуокиси кремния и осажденного диоксида кремния, все из которых, как известно, обладают очень хорошими изолирующими свойствами. Аэрогели, как известно, обладают превосходными изолирующими свойствами, но и высокой стоимостью. Коллоидальная двуокись кремния и осажденный диоксид кремния обладают меньшей изолирующей способностью (примерно 22-23 мВф/м*К) и при этом меньшей стоимостью.

В данном контексте под аэрогелем следует понимать любой продукт из высушенного геля, которые широко известны как аэрогели, ксерогели и криогели. Эти продукты, как известно, обладают превосходными изолирующими свойствами, благодаря своим большим площадям поверхности, высокой пористости и относительно большому объему пор. Они изготавливаются путем превращения в гель текучего раствора соли-геля и затем удаления жидкости из геля так, чтобы поры в геле не разрушались.

В зависимости от условий высушивания, могут быть изготовлены аэрогели, ксерогели или криогели. Когда сырой гель высушивается при температуре выше критической точки жидкости, капиллярное давление отсутствует и, таким образом, усадка относительно мала, когда жидкость удаляется. Продукт, полученный при помощи такого процесса, обладает высокой пористостью и известен как аэрогель. С другой стороны, если гель высушивается путем выпаривания ниже критических условий, в результате получается смесь ксерогеля. Несмотря на то, что ничто не препятствует усадке при производстве ксерогеля, материал, как правило, сохраняет очень большую пористость и большую площадь поверхности в комбинации с очень мелким размером пор.

Когда гель высушивается в процессе холодного высушивания, получается криогель. Эти традиционные аэрогель, ксерогель и криогель, несмотря на то, что они являются хорошими изоляторами, являются также хрупкими, подвержены растрескиванию и требуют длительного периода обработки.

Под термином аэрогель следует понимать аэрогель, ксерогель или криогель, которые дополнительно содержат матрицу волокон, при этом матрица служит для упрочнения материала, таким образом, создавая высокопрочные изделия. Эти материалы известны как матричные композиты аэрогеля, ксерогеля и криогеля, и традиционно изготавливаются путем насыщения упрочняющих волокон текучим раствором соли и геля, превращения в гель и затем удаления жидкости из геля таким образом, чтобы не разрушить поры геля. Сверхкритическое высушивание, докритическое высушивание и холодное высушивание приводит, соответственно, к образованию матричных композитов аэрогеля, ксерогеля и криогеля.

Аэрогели могут обладать теплопроводностью (значение Λ), например, от 9 до 22 мВф/м*К, при этом минеральная вата может обладать теплопроводностью (значение Λ_D; основанное на измерениях в соответствии с Европейским стандартом EN 12667 при температуре 10°С), например 30-40 мВф/м*К, так что с добавлением аэрогеля в кирпичи можно достигнуть улучшения изолирующих свойств строительного кирпича. Для сравнения, перлит обладает теплопроводностью (значение Λ) около 45-60 мВф/м*К.

Изолирующий материал может быть по существу несжимаемым, и заправочная оболочка может быть любого типа обертки для изолирующего наполнителя в части или на всем протяжении для облегчения ввода в полости кирпича. В соответствии с одним воплощением, тем не менее, изолирующий материал является сжимаемым и заправочная оболочка по существу представляет собой газонепроницаемую пленку, расположенную в виде покрытия вокруг изолирующего материала. Под сжимаемым понимается, что изолирующий материал может быть сжат по меньшей мере на 5%, предпочтительно по меньшей мере на 10% его объема или номинальной толщины, без существенного повреждения изолирующего материала. Под по существу газонепроницаемой понимается, что пленка будет сдерживать поток газа до такой степени, что пленка будет выдерживать разницу давлений, такую как 50 кПа, вокруг пленки по меньшей мере в течение 10 минут, предпочтительно, по меньшей мере 1 часа. Таким образом, можно по меньшей мере частично вытянуть оболочку, посредством чего оболочка и изолирующий материал будут сжиматься, таким образом, обеспечивая легкое помещение изолирующего материала в полость кирпича.

Общая оболочка изолирующего материала, дополнительно, обладает тем преимуществом, что может быть использован сыпучий изолирующий материал, без риска того, что изолирующий материал утечет из полости, любых потенциальных проблем, связанных с пылеобразованием на производстве и т.д.

Предпочтительно было бы, если бы разница давлений могла поддерживаться в течение продолжительного периода, например недели, поскольку изолирующий наполнитель может быть, таким образом, сжат для эффективной транспортировки и хранения и оставаться сжатым во время ввода в полости кирпича. С другой стороны, предпочтительно было бы, чтобы разницу давлений можно было быстро нейтрализовать, например, в течение нескольких минут или быстрее, для того, чтобы изолирующий наполнитель мог быстро расшириться после введения в полость. Это устранит необходимость в выполнении отверстий в пленке для расширения изолирующего наполнителя в полости для закрепления изолирующего наполнителя в полости.

Изолирующий наполнитель может иметь такой размер, чтобы соответствовать полости кирпича, так, чтобы обеспечивать посадку с зазором, что позволяет довольно просто разместить элемент в полости. В соответствии с одним воплощением, однако, размер изолирующего наполнителя предназначен для посадки с натягом в соответствующую полость. Это представляет собой наиболее простой и эффективный способ закрепления наполнителя в полости кирпича. Дополнительное преимущество заключается в том, что изолирующие и жаропрочные свойства кирпича не ухудшаются путем добавления какого-либо дополнительного адгезивного вещества или связующего вещества для приклеивания изолирующего наполнителя к кирпичу. При помощи посадки с натягом изолирующий наполнитель может удерживаться на месте в полости при помощи трения между изолирующим наполнителем и стенками полости.

Изолирующий наполнитель может также содержать дополнительные материалы, например, органические или неорганические волокна. В соответствии с одним воплощением, изолирующий наполнитель содержит минеральные волокна, например, стекловолокно, каменные волокна или шлаковое волокно, что может обеспечивать дополнительную прочность наполнителю.

Изолирующий наполнитель имеет первый размер в ходе установки в изолированный строительный кирпич и второй размер после установки в изолированный строительный кирпич, указанные размеры по существу неизменны, и первый размер меньше второго размера. Под размером подразумевается любой размер (длина, ширина, высота), оказывающий влияние на простоту помещения изолирующего наполнителя в полость кирпича. В качестве примера, изолирующий наполнитель может быть сжат так, чтобы иметь меньшую ширину, если ширина изолирующего наполнителя определяет, поместится ли он в полость, при этом другие размеры могут оставаться неизменными или даже увеличиться. В качестве примера, изолирующий наполнитель может быть растянут в длину так, чтобы его ширина была меньше, с целью обеспечить легкую установку, если ширина изолирующего наполнителя определяет, поместится ли он в полость, при этом длина на это не влияет.

Связующее вещество может быть добавлено к изолирующему материалу изолирующего наполнителя, если это необходимо. Связующее вещество может быть как органическим, так и неорганическим. Примером неорганического связующего вещества является жидкое стекло, обладающее хорошими жаропрочными свойствами.

Кирпич может содержать одну полость, но в соответствии с воплощением, кирпич содержит множество полостей, и все полости заполняются изолирующим наполнителем. Таким образом, обеспечивается высокопрочный кирпич с высокой степенью изоляции. Для обеспечения высокой прочности, кирпич должен быть как можно более массивным, при этом для обеспечения хорошей степени изоляции кирпич должен быть заполнен как можно большим количеством изолирующего материала.

Кирпич может представлять собой любой тип строительного кирпича, изготовленный из любого типа материала, например, из обожженной глины, бетона, пенобетона и т.д. В соответствии с воплощением, структурный корпус изготовлен, в основном, из извести (СаО) и песка (SiO₂), в результате чего получается так называемый песчано-известковый кирпич. Способ производства таких кирпичей обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что обжиг кирпичей может осуществляться в автоклаве при относительно низких температурах около 200°С. Таким образом, можно расположить изолирующий наполнитель в полости кирпича до обжига кирпича, что может способствовать экономичному производству.

Настоящее изобретение также относится к способу изготовления теплоизолирующего строительного кирпича, указанный способ содержит этапы обеспечения структурного корпуса, имеющего по меньшей мере одну полость, обеспечение изолирующего наполнителя, содержащего изолирующий материал, расположенный в заправочной оболочке, и расположения изолирующего наполнителя в полости. При таком способе может быть эффективно произведен кирпич, обладающий высокой степенью изоляции, поскольку изолирующий наполнитель будет проще устанавливать в полость благодаря заправочной оболочке, и более того изолирующий наполнитель будет защищен в ходе установки в полость, что в противном случае может причинить повреждения изолирующему наполнителю.

Изолирующий материал может быть, по существу, несжимаемым, и заправочная оболочка может представлять собой любой тип оболочки изолирующего наполнителя в части или по всей длине, для облегчения ввода в полости кирпича. Например, изолирующий наполнитель может быть обеспечен в форме валика, и заправочная оболочка может представлять собой ленту для поддержания формы валика в ходе ввода в полость. После ввода лента может быть разрезана для обеспечения расширения валика для заполнения полости. В соответствии с одним воплощением, изолирующий материал является сжимаемым и заправочная оболочка является по существу газонепроницаемой пленкой, расположенной в виде покрытия вокруг изолирующего материала, и способ содержит промежуточный этап применения пониженного давления к покрытию. Это позволяет особенно эффективно вводить изолирующий наполнитель, поскольку наполнитель сжимается в течение его размещения, и после этого может расшириться для полного заполнения полости.

В соответствии с одним воплощением, способ содержит дополнительный этап по меньшей мере частичного ослабления пониженного давления на покрытие, посредством чего изолирующий наполнитель будет немедленно расширяться для заполнения полости.

В соответствии с одним воплощением, способ содержит этап обеспечения изолирующего материала путем выбора по меньшей мере одного теплоизолирующего материала на основе кремния из группы, состоящей из аэрогеля, коллоидальной двуокиси кремния и осажденного диоксида кремния, посредством чего может быть получен кирпич с высокой степенью теплоизоляции.

Кирпич может иметь любой подходящий размер, что должно быть понятно специалистам в данной области техники.

Изобретение будет описано более подробно на примере со ссылкой на схематические чертежи, на которых:

на фиг.1 изображен вид в перспективе полого строительного кирпича,

на фиг.2 изображен разрез полого строительного кирпича при введении теплоизолирующего наполнителя,

на фиг.3 изображен вид в поперечном сечении теплоизолирующего наполнителя для кирпича,

на фиг.4 изображен вид в поперечном сечении альтернативного теплоизолирующего наполнителя,

на фиг.5 изображен вид сверху теплоизолирующего наполнителя,

на фиг.6а изображен вид сбоку теплоизолирующего наполнителя,

на фиг.6b изображен вид сбоку, соответствующий фиг.6а, с теплоизолирующим наполнителем под давлением,

на фиг.7 изображен этап в ходе помещения теплоизолирующего наполнителя в кирпич,

на фиг.8 изображен этап после ввода теплоизолирующего наполнителя в кирпич, и

на фиг.9 изображен окончательный этап расширения теплоизолирующего наполнителя в кирпиче.

Строительный кирпич 1 показан на фиг.1, этот кирпич 1 содержит структурное тело 2 с полостью 8. Структурное тело 2 кирпича в соответствии с этим простым воплощением представляет собой традиционный строительный кирпич, изготовленный из обожженной глины. На фиг.2 изображен этап ввода теплоизолирующего наполнителя 3 в полость 8 кирпича 1. Теплоизолирующий наполнитель 3 сжат от второго размера 6 (обозначенного пунктирной линией) до первого размера 5 для установки наполнителя 3 в полость 8. Как можно видеть, первый размер 5 имеет меньший размер d, чем размер D полости 8.

На фиг.3 изображен теплоизолирующий наполнитель 3 в поперечном сечении. Теплоизолирующий наполнитель 3 содержит изолирующий материал, расположенный в заправочной оболочке. В настоящем воплощении заправочная оболочка имеет форму ленты 7а, обернутой вокруг изолирующего материала и удерживающей изолирующий материал в сжатом состоянии для легкого ввода в полость. Изолирующий материал может, в настоящем воплощении, иметь форму валика. После ввода в полость, лента 7а может быть оторвана от теплоизолирующего наполнителя для его расширения для заполнения полости (не показано).

Альтернативная заправочная оболочка в форме покрывающей пленки 7b показана на виде в поперечном сечении с фиг.4. При помощи покрывающей пленки 7b можно по меньшей мере частично откачать внутреннюю часть наполнителя 3, таким образом, сжимая наполнитель для легкого ввода в полость кирпича.

Откачивание наполнителя 3 может осуществляться несколькими способами. Один из простых примеров показан на фиг.5, которая является видом сверху цилиндрического теплоизолирующего наполнителя 3 в покрывающей пленке. Покрывающая пленка имеет отверстие 9, которое может быть использовано для откачивания. Альтернативно, покрывающая пленка 7b теплоизолирующего наполнителя может быть оборудована подходящим клапаном.

Сжатие теплоизолирующего наполнителя 3 путем откачивания показано на схематичных видах сбоку теплоизолирующего наполнителя 3 с фиг.6а и 6b. На фиг.6а теплоизолирующий наполнитель 3 показан в несжатом состоянии, при этом на фиг.6b теплоизолирующий наполнитель 3 сжат до меньшего размера при помощи всасывающего устройства 10, соединенного с отверстием 9. Меньший размер показан сплошной линией, при этом размер в несжатом состоянии показан пунктиром.

Ввод теплоизолирующего наполнителя 3 показан на виде в поперечном сечении на фиг.7. В показанном примере, всасывающее устройство 10 все еще присоединено к теплоизолирующему наполнителю 3 для непрерывного откачивания с тем, чтобы поддерживать изолирующий наполнитель в сжатом состоянии. В этом случае, всасывающее устройство 10 может представлять собой всасывающий диск, формирующий часть транспортного устройства для захвата, сжатия и ввода теплоизолирующего наполнителя 3 в полость. При отсоединении всасывающего устройства 10, сжатый теплоизолирующий наполнитель 3 будет расширяться для заполнения полости.

Альтернативно, всасывающее устройство 10 может быть использовано лишь для откачивания/сжатия теплоизолирующего наполнителя 3, после чего отверстие 9 покрывающей пленки 7b может быть герметизировано для того, чтобы сохранить сжатие. В этом случае может потребоваться проткнуть покрывающую пленку 7b, например, при помощи острого инструмента 11, как показано на фиг.8 и 9 для того, чтобы теплоизолирующий наполнитель 3 мог расшириться для заполнения полости кирпича 1. Альтернативно, покрывающая пленка 7b или герметизирующее покрытие отверстия 9, могут быть газопроницаемыми, так что вакуум внутри теплоизолирующего наполнителя 3 будет потерян в относительно короткий срок, например, за несколько минут или часов, так что изолирующий наполнитель 3 будет медленно расширяться до второго размера 6 после установки в полость.

Несмотря на то, что заправочная оболочка будет, как правило, иметь ограниченную толщину, а следовательно лишь ограниченное воздействие на тепловые свойства кирпича с изолирующим наполнителем, предпочтительно, чтобы оболочка была изготовлена из материала с малой теплопроводностью или альтернативно, чтобы оболочка удалялась после установки изолирующего наполнителя.

1. Теплоизолирующий строительный кирпич (1), содержащий структурное тело (2) с по меньшей мере одной полостью (8) и изолирующим наполнителем (3), расположенным в полости, отличающийся тем, что изолирующий наполнитель (3) содержит изолирующий материал, расположенный в заправочной оболочке, и изолирующий наполнитель способен иметь первый размер (5) при установке в изолирующий строительный кирпич и второй размер (6) после установки в изолирующий строительный кирпич, при этом вышеуказанные размеры, по существу, постоянные, и первый размер меньше, чем второй размер.

2. Теплоизолирующий строительный кирпич (1) по п.1, в котором изолирующий материал содержит по меньшей мере один теплоизолирующий материал на основе кремния, выбранный из группы, состоящей из аэрогеля, коллоидальной двуокиси кремния и осажденного диоксида кремния.

3. Теплоизолирующий строительный кирпич (1) по п.1 или 2, в котором изолирующий материал является сжимаемым, и заправочная оболочка является, по существу, газонепроницаемой пленкой, расположенной в виде покрытия вокруг изолирующего материала.

4. Теплоизолирующий строительный кирпич (1) по п.3, в котором размер изолирующего наполнителя (3) такой, что он может быть с натягом помещен в соответствующую полость (8).

5. Теплоизолирующий строительный кирпич (1) по п.1, в котором изолирующий наполнитель (3) дополнительно содержит органические или неорганические волокна, или их смесь, предпочтительно минеральные волокна, например стекловолокно, каменные волокна или шлаковые волокна.

6. Теплоизолирующий строительный кирпич (1) по п.1, в котором изолирующий наполнитель (3) дополнительно содержит вяжущее вещество, предпочтительно неорганическое вяжущее вещество, такое как жидкое стекло.

7. Теплоизолирующий строительный кирпич (1) по п.1, в котором кирпич (1) содержит множество полостей (8), причем все полости заполнены изолирующим наполнителем (3).

8. Теплоизолирующий строительный кирпич (1) по п.1, в котором строительный корпус (2) представляет собой силикатный кирпич.

9. Способ производства теплоизолирующего строительного кирпича (1), включающий следующие этапы, на которых: обеспечивают структурное тело (2), имеющее по меньшей мере одну полость (8), обеспечивают изолирующий наполнитель (3), содержащий изолирующий материал, расположенный в заправочной оболочке, при этом изолирующий наполнитель может иметь первый размер (5) в ходе установки в изолирующий строительный кирпич, и второй размер (6) после установки в изолирующий строительный кирпич, при этом указанные размеры, по существу, неизменны, и первый размер меньше второго размера, и размещают изолирующий наполнитель (3) в полости (8).

10. Способ по п.9, в котором изолирующий материал является сжимаемым, и заправочная оболочка является, по существу, газонепроницаемой пленкой, выполненной как покрытие вокруг изолирующего материала, при этом содержит промежуточный этап, на котором обеспечивают применение пониженного давления к покрытию.

11. Способ по п.10, содержащий дополнительный этап, на котором по меньшей мере, частично, осуществляют ослабление пониженного давления на покрытие.

12. Способ по любому из пп.9-11, содержащий этап, на котором обеспечивают изолирующий материал путем выбора по меньшей мере одного теплоизолирующего материала на основе кремния из группы, состоящей из аэрогеля, коллоидальной двуокиси кремния и осажденного диоксида кремния.