строительный элемент

Формула изобретения

1. СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, включающий оболочку из плотного и сердцевину из поризованного материалов, отличающийся тем, что оболочка и сердцевина строительного элемента выполнены из мелкозернистого бетона, причем оболочка имеет толщину стенок, равную 0,1 - 0,33 толщины сердцевины, а соотношение плотностей оболочки и сердцевины составляет 7 - 2 : 1 при объемах вовлеченного воздуха в них 1 - 8% и 55 - 85% соответственно.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что одна из продольных стенок оболочки по верхней плоскости выполнена с канавками для пропуска соединительных скоб.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано в производстве строительных блоков для ограждений с теплозащитными свойствами.

Известен стеновой строительный элемент, представляющий собой каменный блок из смеси материалов, включающий блок-опалубку и сердцевину из пористого материала [1].

Недостатком этого блока является сложность его изготовления из разных материалов с разделением операций изготовления опалубки и сердцевины.

Известен стеновой строительный элемент, представляющий собой бетонный блок с отверстиями или углублениями, заполненными введенной карбамидоформальдегидной смолой до и после отверждения бетона [2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является керамический стеновой блок, состоящий из оболочки и заключенного в нее заполнителя. К недостаткам этого блока следует отнести сложность изготовления, необходимость обжига, низкие теплотехнические характеристики из-за необходимости иметь замкнутую оболочку и использование в качестве "утеплителя" керамзита, замешанного на глине.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления и кладки при обеспечении высоких теплозащитных и прочностных свойств ограждения.

Это достигается тем, что строительный элемент, включающий оболочку из плотного и сердцевину из поризованного материала, выполнен из мелкозернистого бетона и имеет толщину стенок оболочки, равную 0,1-0,33 толщины сердцевины, при соотношении плотностей оболочки и сердцевины 7:1-2:1 и объемах вовлеченного воздуха в них 1-8% и 55-85- соответственно. Для того, чтобы избежать установки "тычкового" блока для перевязки стены, приводящего к образованию мостиков холода, что значительно снижает теплозащитные свойства ограждения, предлагается при изготовлении на верхней плоскости одной из продольных стенок оболочки выполнить канавки, совмещаемые при перевязке в двух соседних рядах, с тем, чтобы в процессе кладки установить в них П-образную скобу, например, из арматурного прутка, препятствующую раскрытию продольного шва стены.

Изобретение соответствует критерию "новизна". Выбор соотношений плотностей оболочки и сердцевины позволяет, экономично используя цемент, обеспечить теплозащитные и прочностные свойства стены. Использование одного материала - мелкозернистого бетона - технологично, поскольку предполагает работу с одним заполнителем и оборудованием для дозировки, перемешивания, термообработки, сокращает складские и транспортные операции и т.д. При использовании однородных материалов упрощается процесс тепловлажностной обработки элемента, который в данном случае может быть однократным с оптимальным режимом, для достижения требуемых прочностных и теплозащитных характеристик оболочки и сердцевины с применением обычных для бетона камер тепловлажностной обработки. Кроме того, из-за использования одного вяжущего для оболочки и сердцевины достигается максимальное сцепление слоев. Уровень поверхности сердцевины может быть ниже уровня поверхности оболочки. Тогда при кладке раствор помещается в образовавшееся углубление и достигается эффект бесшовной кладки, т.к. и вертикальный шов также может быть спрятан в шпонку. В связи с возможной неоднородностью нагрузок, приходящихся на продольные и поперечные стенки оболочки, а также на разницу в нагрузках на продольные стенки из-за внецентренного нагружения, например при передаче нагрузки от перекрытий, толщины продольных стенок в блоке могут отличаться друг от друга а также от толщины поперечных стенок. Как известно, к ограждающим конструкциям блочных стен предъявляются два основных требования: обеспечение восприятия собственного веса и временных нагрузок, а также теплотехнических требований. Блок, имеющий оболочку из плотного и сердцевину из насыщенного воздухом материала, наилучшим образом отвечает таким требованиям: нагрузки воспринимаются оболочкой, прочность которой можно увеличивать по мере роста этажности здания, теплотехнические требования обеспечиваются сердцевиной, на которую практически нет силовых и атмосферных воздействий и которая лишь препятствует конвекции воздуха внутри блока, и поэтому может быть максимально насыщена воздухом. Исследование свойств мелкозернистых бетонов в зависимости от технологии их изготовления показывает, что формирование оболочки из особо жестких цементно-песчаных смесей методом объемного вибропрессования является наиболее рациональным как с точки зрения расхода цемента, так и возможностей немедленной распалубки, и что коэффициент уплотнения К_у= _эксп/_теор= 0,97, где _эксп - экспериментально полученная объемная масса бетонной смеси; _теор - теоретическая объемная масса бетонной смеси, (3% вовлеченного воздуха) является оптимальным как с точки зрения минимального времени формования, так и мощности оборудования и энергозатрат. Повышение коэффициента уплотнения до К_у=0,995 не приводит к значительному росту прочности, но требует более чем вдвое увеличить воздействие формования (пригруз, амплитуду колебаний формующего органа). Снижение величины К_у приводит к снижению прочностных характеристик материала, снижению способности сопротивляться воздействию попеременного замораживания-оттаивания, снижению водонепроницаемости. Показано, что снижение К_у на 1% приводит к снижению на 4-5% прочности мелкозернистого бетона, а снижение К_у до 0,91-0,92 - к резкому падению прочности материала. Таким образом, оптимальным следует признать К_у= 0,97-0,98, а минимально возможным - 0,91-0,92. Изготовление пенопесчаных бетонов для сердцевины показало, что снижение количества песка в составе смеси приводит к снижению объемной массы, большей кратности пены (снижается гашение пены тяжелыми частицами песка) и повышению однородности. При полном отказе от использования песка (пеноцемент) возможно достигнуть объемной массы 270-300 кг/м³. В этом случае традиционными методами невозможно определить прочностные характеристики материала (он легко продавливается пальцем) и создаются определенные трудности с перевозкой блоков, так как сердцевина может высыпаться при ударах в процессе транспортировки. Использование материала с объемной массой =350 кг/м³ можно принять как нижнюю границу допустимых прочностных характеристик материала (0,15-0,25 МПа после термообработки). При объемной массе мелкозернистого (песчаного) бетона 2,3 т/м³ 350 кг/м³ соответствует 85% вовлеченного воздуха. При увеличении объемной массы материала сердцевины снижаются теплозащитные свойства блоков, и если при _сердц=350 кг/м³ стена толщиной 40 мм соответствует экономически целесообразному сопротивлению теплопередаче жилых зданий для регионов с температурой наиболее холодной пятидневки -48^оС, то при =450 кг/м³ - это температура московской области -26^оС. При повышении объемной массы сердцевины свыше 1000-1100 кг/м³ изготовление блоков, имеющих оболочку и сердцевину, становится бессмысленным, ибо прочностные характеристики сердцевины превышают 5 МПа, что может позволить изготовление стен только из "сердцевины".

На фиг. 1, 2 представлен строительный элемент; на фиг. 3, 4 - вид кладки в плане из строительного элемента (1-й и 2-й ряд соответственно).

Строительный элемент включает оболочку 1 и сердцевину 2. На верхней плоскости одной из продольных стенок оболочки 1 выполнены канавки 3. Толщина стенок оболочки 1 составляет 0,1-0,33 толщины сердцевины.

Проведены экспериментальные работы, оценивающие прочностные и теплозащитные характеристики указанного строительного элемента. Оболочка изготавливалась из мелкозернистого бетона, например, следующего состава кг/м³: Ц= 420; П=1770; В=170 методом объемного вибропрессования. После формовки оболочка подвергалась немедленной распалубке и в ее сердцевину заливалась поризованная бетонная масса, например, состава кг/м³: Ц=300; П=200; В=300; пенообразующая добавка OП-3. Уровень заливки поризованной мелкозернистой смеси на 1 см ниже верха оболочки. Затем строительный элемент подвергался тепловлажностной обработке в пропарочной камере, причем режим ТВО оптимизировался исходя из требований к обоим видам мелкозернистого бетона.

Допустим, что количество вовлеченного воздуха соответствует соотношению плотностей оболочки и сердцевины от 7: 1 до 2:1. Работа предлагаемого строительного элемента практически сводится к восприятию сжимающих напряжений. Известно, что для элементов конструкций, работающих на сжатие, увеличение прочности и соответствующее снижение площади сечения всегда экономически целесообразны. Это означает, что уменьшение толщины оболочки с одновременным увеличением (при необходимости) ее прочности приводит не только к улучшению экономических показателей ограждающей конструкции и снижению ее материалоемкости, но и повышению теплозащитных свойств стены. При изготовлении блоков размерами 200х200х400 мм (основной размер блоков, принятый в отечественной и зарубежной практике) минимальная толщина стенки опалубки, определяемая возможностями формующих агрегатов, - 20 мм или 0,125 толщины сердцевины. При изготовлении оболочки менее эффективными способами ее толщина составляет до 40 мм или 0,33 толщины сердцевины. При увеличении ширины блока до 0,5 м (большая толщина стены нецелесообразна) толщина стенки блока 40 мм составляет около 0,1 толщины сердцевины.

Допустим, что характеристики технически целесообразных блоков следующие: плотность оболочки 2230 кг/м³; Р=42 МПа; плотность сердцевины 450 кг/м³.

Кладку стены из указанного строительного элемента осуществляют преимущественно в два ряда с перевязкой, помещая раствор в образованное сердцевиной 2 углубление, что исключает горизонтальный растворный шов в кладке. Вертикальный растворный шов также отсутствует благодаря шпоночному соединению. Предлагаемая конструкция блока позволяет получить также архитектурно выразительный строительный элемент, изготавливая оболочку из цветного мелкозернистого бетона с рельефной или колотой поверхностью.