способ изготовления строительных конструкций из твердеющего состава и волокна, установка для осуществления способа и строительная конструкция

Формула изобретения

1. Способ изготовления строительной конструкции из твердеющего состава и волокна, заключающийся в нанесении на вращающийся шаблон, размещенный между фланцами, слоя твердеющего состава, изготовлении ячеистого полотна по всей высоте шаблона и нанесении его на слой твердеющего состава до его затвердевания, затем в нанесении равномерно и непрерывно твердеющего состава, последующей сушке и снятии готового изделия вместе с фланцами, сжимая шаблон.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердеющий состав наносят перпендикулярно поверхности шаблона вдоль его оси вращения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве волокна используют натуральное волокно, например, растительного или животного происхождения.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что между слоями, состоящими из твердеющего состава и волокна, помещают слой легкого тепло- и/или звукоизолирующего и структурирующего материала, например пенопласта полиуретанового.

5. Установка для осуществления способа по п.1, содержащая вращающуюся платформу с приводом, установленный на ней шаблон с фланцами, катушки с волокном, устройство для пропитки волокна полимерным составом, устройство для сушки пропитанного волокна, устройство для натяжения волокна, устройство для нанесения твердеющего состава, отличающаяся тем, что снабжена устройством для изготовления ячеистого полотна, выполненным в виде вертикального ткацкого станка с челноком для уточного волокна, ярусной башней для размещения катушек с волокном, шаблон выполнен с возможностью сжатия, а фланцы с возможностью съема, устройство для пропитки волокна выполнено в виде вертикального цилиндра с двумя рядами отверстий, расположенных вдоль продольной оси цилиндра и диаметрально противоположно, устройство для нанесения твердеющего состава укреплено на тележке, установленной на вертикальной опоре с возможностью перемещения, и состоит из направляющей, на которой укреплены шланг с соплом для подачи твердеющего состава, узла, обеспечивающего соплу постоянные перпендикулярность поверхности шаблона и равноудаленность от нее, укрепленного на направляющей с возможностью колебания, и противовеса.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что узел, обеспечивающий соплу для подачи твердеющего состава постоянные перпендикулярность поверхности шаблона и равноудаленность от нее, выполнен в виде плоского равноугольного треугольника, две стороны которого образованы полосами из жесткого материала, одни концы которых соединены между собой и укреплены на направляющей с возможностью колебания, другие концы полос снабжены сферическими сегментами, а третья сторона треугольника образована полосой из жесткого материала с отверстием, в которое установлено сопло для подачи твердеющего раствора, и укреплена так, что сопло не выходит за габариты треугольника.

7. Строительная конструкция, изготовленная способом по любому из пп.1-4, содержащая слои твердеющего состава и ячеистого полотна, между которыми расположен слой легкого тепло- и/или звукоизолирующего и структурирующего материала, выполненная в виде коробчатого профиля со скругленными противоположными гранями.

8. Строительная конструкция по п.7, отличающаяся тем, что она снабжена с торцов профиля фланцами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству строительных конструкций, касается способа изготовления строительных конструкций из твердеющего состава и волокна, установки для его осуществления, строительной конструкции и может быть использовано для изготовления модульных элементов для строительства жилых и производственных зданий, элеваторов, канализационных труб и т.д.

Известен способ изготовления труб для канализации, заключающийся в нанесении цементной бетонной смеси с рубленым волокном на вращающийся горизонтальный или вертикальный шаблон (Пат. Великобритании 2155389).

Однако волокно, используемое в указанном способе, даже пропитанное полимерами, имеет незащищенные концы, образующиеся при рубке волокна, и подвергается разрушительному действию щелочи, содержащейся в цементной бетонной смеси.

Кроме того, в готовой продукции, полученной по этому способу, могут возникать микротрещины, что ухудшает механические характеристики продукции.

Известен также способ изготовления полимерной трубы (Авторское свидетельство СССР 1549773, кл. В 29 С 53/56), выбранный нами за прототип. Способ включает послойное нанесение на вращающуюся оправку (шаблон) слоя твердеющегося состава (связующего с минеральным наполнителем) и слоя волокна (стекложгута) с повторением указанных операций при нанесении следующих слоев, последующую сушку (отверждение) и снятие готового изделия с шаблона.

Данный способ имеет преимущества при изготовлении полимерных труб.

Однако к недостаткам способа следует отнести то, что при изготовлении таким способом строительной конструкции последняя будет иметь недостаточную прочность, так как нанесение волокна производят последовательно по длине, в результате в строительной конструкции заложены внутренние напряжения.

Известна установка для изготовления строительных конструкций из цементной бетонной смеси и стекловолокна, которая включает вращающуюся от привода оправку (шаблон), катушки с волокном, устройство для пропитки волокна полимерным составом, устройство для натяжения волокна, устройство для изготовления полотна, по пат. GB 1497834, кл. В 29 G 23/12, выбранная нами за прототип.

Однако эта установка построена по горизонтальной оси, что неплохо в случае пропитки волокна смолой, но совершенно не пригодна в случае пропитки волокна раствором типа цемент, так как нити с цементом отвисают, отслаиваются от шаблона. В лучшем случае на данной установке можно нанести один слой цемента, второй слой уже будет отслаиваться.

Известны различные строительные конструкции из твердеющего состава и волокна, например трубы для канализации, изготовленные путем распыления смеси цементного раствора с рубленым волокном на вращающийся шаблон (Патент Великобритании 2155389).

Известна также строительная конструкция (комбинированная плита), содержащая ядро из пенопласта, с обеих сторон от которого расположено по одному армированному слою раствора (твердеющего состава) (пат. РФ 2102240, кл. В 32 В 13/02). Подобные конструкции, как правило, имеют форму "кирпич", что ограничивает использование их в условиях повышенных нагрузок и в широком диапазоне температур.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков в производстве строительной конструкции из твердеющего состава и волокна путем разработки таких способа изготовления указанной конструкции и установки для его осуществления, которые обеспечивали бы равномерное нанесение на шаблон твердеющего состава и волокна, высокие механические характеристики готовой продукции и безопасные условия труда работающих, а также путем разработки такой строительной конструкции, которая обеспечивала бы ее применение в условиях повышенных нагрузок и в широком диапазоне температур.

Поставленная задача решена тем, что в способе изготовления строительной конструкции из твердеющего состава и волокна путем нанесения на вращающийся шаблон по меньшей мере слоя твердеющего состава и слоя волокна с повторением указанных операций при нанесении следующих слоев, последующей сушки и снятия готового изделия с шаблона новым является то, что нанесение волокна производят на предварительно изготовленное ячеистое полотно по всей высоте шаблона, а нанесение твердеющего состава осуществляют перпендикулярно направлению нанесения волокна.

В соответствии с п.2 формулы в качестве волокна используют натуральное волокно, например, растительного или животного происхождения.

В соответствии с п. 3 формулы между слоями, состоящими из твердеющего состава и волокна, помещают слой легкого тепло- и/или звукоизолирующего и структурирующего материала, например пенопласта полиуретанового.

Такое осуществление способа позволяет обеспечить равномерное нанесение на шаблон твердеющего состава и волокна и получение однородной поверхности готовой продукции, а также снизить вероятность появления микротрещин и повысить качество и прочность готовой продукции.

Новым является также то, что в качестве волокна используют натуральное волокно. Это позволяет снизить стоимость готовой продукции при использовании ее в сухом и жарком климате.

Новым является также и то, что при нанесении на шаблон слоев, состоящих из твердеющего состава и волокна, между ними помещают слой легкого тепло- и/или звукоизолирующего и структурирующего материала, например пенопласта полиуретанового. Это позволяет улучшить прочностные и эксплуатационные характеристики готовой продукции.

Поставленная задача решена также заявляемой установкой для осуществления способа, содержащей вращающуюся платформу с приводом, установленный на ней шаблон с фланцами, катушки с волокном, устройство для пропитки волокна полимерным составом, устройство для сушки пропитанного волокна, устройства для натяжения волокна, устройство для нанесения твердеющего состава, которая дополнительно снабжена устройством для изготовления ячеистого полотна, выполненным в виде вертикального ткацкого станка с челноком для уточного волокна, ярусной башней для размещения катушек с волокном, шаблон выполнен с возможностью сжатия, а фланцы выполнены с возможностью изменения расстояния между ними, устройство для пропитки волокна полимерами выполнено в виде вертикального цилиндра с двумя рядами отверстий, расположенных вдоль продольной оси цилиндра и диаметрально противоположно, устройство для нанесения твердеющего состава укреплено на тележке, установленной на вертикальной опоре с возможностью перемещения, и состоит из направляющей, на которой укреплены шланг с соплом для подачи твердеющего состава, узла, обеспечивающего соплу постоянные перпендикулярность к поверхности шаблона и равноудаленность от нее, укрепленного на направляющей с возможностью колебания, и противовеса.

В соответствии с п.5 формулы изобретения узел, обеспечивающий соплу для подачи твердеющего состава постоянные перпендикулярность к поверхности шаблона и равноудаленность от нее, выполнен в виде плоского равноугольного треугольника, две стороны которого образованы полосами из жесткого материала, одни концы которых соединены между собой и укреплены на направляющей с возможностью колебания, другие концы полос снабжены сферическими сегментами, а третья сторона треугольника образована полосой из жесткого материала с отверстием, в которое установлено сопло для подачи твердеющего раствора, и укреплена так, что сопло не выходит за габариты треугольника.

Такое конструктивное решение установки позволяет изготавливать строительные конструкции с равномерной толщиной стенок, однородной поверхностью, с высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками.

Поставленная задача решена также строительной конструкцией из твердеющего состава и волокна, которая выполнена в виде коробчатого профиля со скругленными противоположными гранями, а между слоями, состоящими из твердеющего состава и волокна, содержит слой легкого, тепло- и/или звукоизолирующего и структурирующего материала, например пенопласта полиуретанового.

В соответствии с п.7 формулы изобретения строительная конструкция содержит волокно в виде ячеистого полотна.

Такое выполнение конструкции предотвращает относительные сдвиги слоев, что позволяет использовать такие конструкции в условиях повышенных нагрузок и в широком диапазоне температур.

Сущность изобретения пояснена чертежами, где:

Фиг.1 - общий вид установки для изготовления строительных конструкций из твердеющего состава и волокна;

Фиг. 2 - узел, обеспечивающий соплу для подачи твердеющего состава постоянные перпендикулярность к поверхности шаблона и равноудаленность от нее.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Предварительно пропитанное полимерами (например, акриловыми) и просушенное волокно (например, стекловолокно) в виде отдельных нитей или в виде ячеистого полотна наносят на шаблон, на который предварительно был нанесен слой твердеющего состава (например, цементной бетонной смеси, различных твердеющих смол и т.п.). Волокно наносят одновременно по всей высоте шаблона на слой твердеющего состава до его затвердевания. Количество нитей выбирают исходя из заданной величины готового изделия и из расчета расстояния между отдельными параллельными нитями 0,5-1,0 см или размерами ячейки полотна от 0,5 см 0,5 см до 1,0 см 1,0 см. После нанесения волокна на поверхность шаблона поверх него наносят второй слой твердеющего раствора, при этом нанесение твердеющего раствора осуществляют перпендикулярно направлению нанесения волокна. На этом завершается формирование первого слоя, состоящего из твердеющего состава и волокна. Каждый последующий слой начинают формировать нанесением слоя волокна на предыдущий слой твердеющего состава до его затвердения и завершают нанесением слоя твердеющего состава. Количество слоев выбирают исходя из заданной толщины стенки готового изделия. После формирования последнего слоя и частичного затвердения твердеющего состава готовое изделие снимают с шаблона и оставляют до окончательного затвердевания.

При осуществлении способа для получения строительной конструкции с улучшенными прочностными и тепло- и/или звукоизолирующими свойствами между слоями, состоящими из твердеющего состава и волокна, помещают по меньшей мере один слой легкого тепло- и/или звукоизолирующего и структурирующего материала, например пенопласта полиуретанового.

Установка для осуществления способа изготовления строительной конструкции из твердеющего состава и волокна (фиг.1) состоит из выполненного с возможностью сжатия шаблона 1 со съемными фланцами 2, установленного на вращающейся платформе 3 с приводом (не показан), катушек 4 с волокном, размещенных на ярусной башне 5, устройств 6 для натяжения волокна, устройства 7 для пропитки волокна полимерами, выполненного в виде вертикального цилиндра с двумя рядами диаметрально противоположно расположенных отверстий вдоль его продольной оси, устройства 8 для сушки пропитанного полимерами волокна, устройства 9 для изготовления ячеистого полотна, выполненного в виде вертикального ткацкого станка с челноком для уточного волокна, и устройства для нанесения твердеющего состава, укрепленного на тележке 10, установленной на вертикальной опоре 11 с возможностью перемещения, и состоящего из направляющей 12, на которой укреплены шланг с соплом 13 для подачи твердеющего состава, узла 14, обеспечивающего соплу постоянные перпендикулярность к поверхности шаблона и равноудаленность от нее, укрепленного на направляющей с возможностью колебания, и противовеса 15. Узел 14 (фиг.2) выполнен в виде плоского равноугольного треугольника, две стороны 16 которого образованы полосами из жесткого материала, одни концы которых соединены между собой и укреплены на направляющей 12 с возможностью колебания, другие концы полос снабжены сферическими сегментами 17, а третья сторона 18 треугольника образована полосой из жесткого материала с отверстием, в которое устанавливают сопло 13 для подачи твердеющего раствора, и укреплена таким образом, что сопло не выходит за габариты треугольника.

Установка работает следующим образом.

На шаблон 1 со съемными фланцами 2, установленный на вращающейся платформе 3, начинают наносить твердеющий состав, например цементную бетонную смесь, через сопло 13, установленное в узле 14 и соединенное посредством шланга с источником сжатого воздуха и емкостью с цементной бетонной смесью (на чертежах не показаны). Направляющую 12 вместе с тележкой 10 передвигают вверх-вниз по вертикальной опоре 11, обеспечивая нанесение цементной бетонной смеси по всей высоте шаблона 1 между съемными фланцами 2. Узел 14, укрепленный на направляющей 12 с возможностью колебания, обеспечивает соплу 13 постоянные перпендикулярность к поверхности шаблона и равноудаленность от нее, гарантируя равномерное нанесение цементной бетонной смеси на вращающийся шаблон сложной формы, а противовес 15 обеспечивает постоянный контакт сферических сегментов 17 с поверхностью вращающегося шаблона. Скорость вращения платформы 3 с установленным на ней шаблоном 1 и скорость передвижения тележки 10 с укрепленной на ней направляющей 12 выбраны так, чтобы обеспечить непрерывность и равномерность нанесения цементной бетонной смеси по всей высоте шаблона 1 между фланцами 2. После того, как нанесен первый слой цементной бетонной смеси, до ее затвердевания на шаблон через третье устройство 6 для натяжения волокна подают и закрепляют ячеистое полотно, изготовленное из волокна с катушек 4, размещенных на ярусной башне 5, пропущенное через первое устройство 6 для натяжения волокна, пропитанного полимерами в устройстве 7 для пропитки волокна, высушенного в устройстве 8 для сушки пропитанного волокна, пропущенного через второе устройство 6 для натяжения волокна, и поданного на устройство 9 для изготовления ячеистого полотна, выполненное в виде вертикального ткацкого станка с челноком для уточного волокна. После того, как намотан слой ячеистого полотна, на него наносят слой цементной бетонной смеси так, как описано выше. Установка продолжает работать до тех пор, пока не будет достигнута требуемая толщина стенки готового изделия. После завершения работы и частичного затвердевания цементной бетонной смеси шаблон сжимают и готовое изделие снимают с него. При этом фланцы 2 становятся неотъемлемой частью готового изделия и также снимают с шаблона.

Заявляемая строительная конструкция, изготовленная по описанному выше способу на описанной выше установке, после окончательного затвердевания цементной бетонной смеси может быть использована по назначению.

В зависимости от исходной формы шаблона и его размеров, толщины стенок и наличия слоя легкого тепло- и/или звукоизолирующего и структурирующего материала, например пенопласта пенополиуретанового, полученная строительная конструкция может быть использована для строительства общественных и коммерческих зданий, хозяйственных построек, жилых зданий, как одноэтажных, типа индивидуальных коттеджей, так и многоэтажных. Причем имеющийся опыт показал, что здания до 4-х этажей, построенные из таких строительных конструкций, являются самонесущими, т.е. не требуют дополнительных несущих конструкций, что значительно снижает стоимость жилья.

Заявляемая строительная конструкция может также использоваться для строительства водопроводов, в том числе и напорных, силосных башен, элеваторов, резервуаров различного назначения, туннельных проходов большого диаметра.

Таким образом, заявляемые способ изготовления строительных конструкций из твердеющего состава и волокна, установка для осуществления способа и строительная конструкция позволяют устранить известные недостатки в производстве строительных конструкций из твердеющего состава и волокна и повысить качество готовой продукции.