СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШВА СТРОИТЕЛЬНОГО РАСТВОРА, ШОВ СТРОИТЕЛЬНОГО РАСТВОРА, ОСНАСТКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШВА СТРОИТЕЛЬНОГО РАСТВОРА И СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОНСТРУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2009 года по МПК E04B1/61 C04B28/00 C04B20/00 

Область техники

Изобретения относятся к швам строительных растворов и способам их изготовления, оснастки для изготовления швов строительных растворов и предназначены для изготовления швов кладки из строительных конструктивных элементов правильной формы для зданий, сооружений и т.п., в которых в качестве заполнителя используются гранулы формы, близкой к сферической, а в качестве вяжущего - минеральные вяжущие.

Уровень техники

Аналогом к предложенному способу можно считать: способ изготовления шва из строительного раствора, в котором смешивают заполнитель и вяжущий материал, затворяя их водой и выдерживают до отвердения, см. «Способ получения плотного бетона», патент РФ №2098372, описание к которому опубликовано 1997.12.10, по МПК С04В 7/02.

Недостатками аналога являются отсутствие гомогенизации и действий, позволяющих инициировать упаковку (порядок укладывания) в пространство, ограниченное заданными линейными размерами заполнителя с гомогенизированными гранулами, что приводит к недостаточной гомогенизации и отсутствию конструктивно заложенной водоудерживающей способности растворной смеси, недостаточным гомогенизации, прочности и коэффициенту воздухопроницаемости изготовленного шва, повышенной усадке строительного раствора при отвердении растворной смеси.

Наиболее близким аналогом к предложенному способу можно считать способ изготовления шва из строительного раствора, описанный в [1], в котором смешивают заполнитель и вяжущий материал, затворяя их водой, уплотняют и выдерживают до отвердения.

Недостатками наиболее близкого аналога являются отсутствие гомогенизации и действий, позволяющих инициировать упаковку (порядок укладывания) в пространство, ограниченное заданными линейными размерами заполнителя с гомогенизированными гранулами, что приводит к недостаточной гомогенизации и отсутствию конструктивно заложенной водоудерживающей способности растворной смеси, недостаточным гомогенизации, прочности и коэффициенту воздухопроницаемости изготовленного шва, повышенной усадке строительного раствора при отвердении растворной смеси.

Наиболее близким аналогом к предложенному шву можно считать шов, изготовленный из строительного раствора, выдержанный до отвердения, из смешанного заполнителя и вяжущего материала, затворенных водой и уплотненных, описанный в [1].

Недостатками наиболее близкого аналога являются недостаточные гомогенизация и водоудерживающая способность растворной смеси, недостаточные гомогенизация, прочность и отсутствие конструктивно заложенного коэффициента воздухопроницаемости изготовленного шва, повышенная усадка строительного раствора при отвердении растворной смеси.

Аналогами к предложенной оснастке для изготовления шва строительного раствора можно считать: «Устройство для укладки плитки», патент РФ №2230863, описание к которому опубликовано 2004.06.20, по МПК E04F 21/22, содержащее поверхности, задающие расстояние между строительными конструктивными элементами; «Крестовину для укладки облицовочной плитки», патент РФ №2136825, описание к которому опубликовано 1999.09.10, по МПК E04F 21/165, содержащую грани, задающие расстояние между строительными конструктивными элементами; «Опорный элемент», патентная заявка Швеции №9302090, описание к которой опубликовано 1994.12.18, по МПК E04F 21/20, содержащий поверхности, задающие расстояние между строительными конструктивными элементами;

«Устройство для формовки и укладки строительного блока», патент Франции №2540924, описание к которому опубликовано 1984.08.17, по МПК E04F 21/165, содержащее две ограничивающие перемещение растворной смеси панели и регулятор расстояния между ними.

Недостатками аналогов являются отсутствие инициирующих конструктивных элементов, позволяющих инициировать рациональную упаковку (порядок укладывания) в пространство, ограниченное заданными линейными размерами заполнителя с гомогенизированными гранулами, что приводит к недостаточной гомогенизации и отсутствию конструктивно заложенной водоудерживающей способности растворной смеси, недостаточным гомогенизации, прочности и коэффициенту воздухопроницаемости изготовленного шва, повышенной усадке строительного раствора при отвердении растворной смеси.

Наиболее близким аналогом к предложенной оснастке для изготовления шва строительного раствора можно считать «Формы для изготовления бетонных образцов-кубов», представленные в [1] и содержащие ограничивающие перемещение растворной смеси элементы.

Недостатками наиболее близкого аналога являются отсутствие инициирующих конструктивных элементов, позволяющих инициировать рациональную упаковку (порядок укладывания) в пространство, ограниченное заданными линейными размерами заполнителя с гомогенизированными гранулами, что приводит к недостаточной гомогенизации и отсутствию конструктивно заложенной водоудерживающей способности растворной смеси, недостаточным гомогенизации, прочности и коэффициенту воздухопроницаемости изготовленного шва, повышенной усадке строительного раствора при отвердении растворной смеси.

Аналогом к предложенному строительному конструктивному элементу можно считать «кирпич» по ГОСТ 530-95, содержащий грани.

Недостатками аналога являются отсутствие на гранях инициирующих конструктивных элементов, позволяющих инициировать рациональную упаковку (порядок укладывания) в пространство, ограниченное заданными линейными размерами заполнителя с гомогенизированными гранулами, что приводит к недостаточной гомогенизации и отсутствию конструктивно заложенной водоудерживающей способности растворной смеси, недостаточным гомогенизации, прочности и коэффициенту воздухопроницаемости изготовленного шва, повышенной усадке строительного раствора при отвердении растворной смеси.

Наиболее близким аналогом к предложенному строительному конструктивному элементу можно считать «камень», представленный в [1] и содержащий грани.

Недостатками наиболее близкого аналога являются отсутствие на гранях инициирующих конструктивных элементов, позволяющих инициировать рациональную упаковку (порядок укладывания) в пространство, ограниченное заданными линейными размерами заполнителя с гомогенизированными гранулами, что приводит к недостаточной гомогенизации и отсутствию конструктивно заложенной водоудерживающей способности растворной смеси, недостаточным гомогенизации, прочности и коэффициенту воздухопроницаемости изготовленного шва, повышенной усадке строительного раствора при отвердении растворной смеси.

Сущность изобретений

Под зерновым составом сыпучего материала принято понимать выраженное в процентах или частях содержание в этом материале зерен определенного размера (фракций). Зерновой состав определяют, как правило, просеиванием материала через набор сит, установленный стандартом на этот материал.

Для исследования зернового состава, например песка, используют сита с отверстиями размером: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм. При просеивании через такой набор сит песок разделяется на фракции: 5…2.5; 2,5…1,25; 1,25…0,63; 0,63…0,315; 0,315…0,16 мм. Зная характеристики зернового состава песка, можно определить к какой группе по крупности зерен относится исследуемый песок (интегральная характеристика), и сделать заключение о его пригодности для бетонов и растворов.

Случайный характер зернового состава заполнителя является объективной характеристикой, нашедшей свое отражение в нормативных документах. Например, согласно ГОСТ 8736-93 в природном песке допускается наличие зерен гравия и щебня размером более 10 мм в количестве не более 0,5%, а зерен размером 5…10 мм не более 10%.

Однако при использовании в строительных растворах, например, гранул песка, в котором зерновой состав допускается для использования, т.е. когда кривая зернового состава песка находится в области допустимых зерновых составов - между стандартными кривыми по ГОСТ 10268-80, расположение гранул различного геометрического размера по объему области ограничения, например шва строительного раствора, носит случайный характер.

Случайный характер расположения гранул приводит к недостаточно плотному расположению гранул относительно друг друга в пространстве и, как следствие, к повышенному расходу вяжущего, отсутствию конструктивно заложенной водоудерживающей способности растворной смеси, недостаточным прочности и коэффициенту воздухопроницаемости изготовленного шва, повышенной усадке строительного раствора при отвердении из растворной смеси.

При использовании гранул заполнителя, линейные размеры которых варьируются в интервале более чем в двадцатипроцентном соотношении, присутствуют существенные пустоты между зернами заполнителя, вызванные разницей в размерах и случайным расположением гранул. Используя гранулы заполнителя, размеры которых будут отличаться незначительно, можно задать общий объем и конфигурацию межгранульного пространства, в том числе при случайном расположении гранул в пространстве, ограниченном заданными линейными размерами. Гомогенизировав, например отбором, гранулы близкого друг к другу линейного размера из общей совокупности гранул и уложив их рациональным способом, можно задать объем и конфигурацию межгранульного пространства. Например, при использовании заполнителя, гранулы которого линейными размерами отличаются незначительно (не более требуемой степени гомогенизации, например, 20%), межгранульное пространство получает заданную конфигурацию, при определенных порядках укладывания, за счет правильной укладки гранул заполнителя.

Гомогенизация может осуществляться в отношении гранул, которые по форме близки к сферическим, хотя в отношении гранул, отличающихся от сферических, также возможно эффективное использование заявленных технических решений.

В случае упаковки (порядке укладывания) в пространство, ограниченное заданными линейными размерами заполнителя, содержащего гранулы по форме, близкой к сферической, возможно несколько вариантов укладки гранул, которые могут отличаться плотностью.

Укладка гранул в определенном порядке, как правило, приводит к повышению плотности заполнения площади (для одного слоя гранул) и объема (для нескольких слоев) по сравнению с укладкой со случайным размещением гранул. Порядок укладывания может быть различным, но существуют определенные упаковки (порядки укладывания), которые позволяют более плотно упаковать заполнитель.

Для сравнения упаковок (порядков укладывания) допустимо заменить линейные размеры гранул, уложенных случайным образом в определенных порядке укладывания и степени гомогенизации, средним линейным размером гранул. В этом случае расстояние между центрами реальных гранул окажется близко к среднему линейному размеру гранул.

В упаковке (порядке укладывания) близкого друг к другу линейного размера гранул в виде, близком к расположению центров гранул в вершинах квадрата, обозначаемом далее по тексту "квадратное расположение центров гранул", уложенные в ряды одна к одной гранулы образуют квадрат, линейными размерами кратный среднему линейному размеру гранул.

В плотной упаковке (порядке укладывания) близкого друг к другу линейного размера гранул, в которой гранулы последующего ряда располагаются в пространстве между гранулами предыдущего ряда, образуя в плане треугольную решетку (равносторонние треугольники), обозначаемом далее по тексту "треугольное расположение центров гранул", расстояние между рядами центров реальных гранул окажется близко к среднего линейного размера гранул.

Сравнивая области упомянутых упаковок до седьмого ряда, упаковка с квадратным расположением центров гранул имеет преимущество в плотности упаковки над упаковкой с треугольным расположением центров гранул за счет смещения «на половину гранулы» четных рядов относительно нечетных. Т.е. в пространство, ограниченное линейными размерами для упаковки с квадратным расположением центров гранул вместиться меньше гранул с треугольным расположением центров гранул. При количестве рядов более шести, упаковка с треугольным расположением центров гранул имеет преимущество в плотности упаковки над упаковкой с квадратным расположением центров гранул за счет более близкого расположения рядов друг к другу. Т.е. в пространство, ограниченное линейными размерами для упаковки с треугольным расположением центров гранул, вместится меньше гранул с квадратным расположением центров гранул.

При сравнении площадей упаковок с квадратным и треугольным расположением центров гранул при определенных количествах рядов гранул, например, при 7, 13, 20, 26, 33, 39 и т.д., можно наблюдать «качественный скачок» - появление места для еще одного ряда для упаковки с треугольным расположением центров гранул, на площади, ограниченной линейными размерами для упаковки с квадратным расположением центров гранул. Это связанно с дискретностью накопления

где А - количество рядов. Если Δ становиться больше или равной линейному размеру гранулы, то на той же площади, ограниченной линейными размерами для упаковки с квадратным расположением центров гранул, может вместиться еще один ряд гранул в упаковке с треугольным расположением центров гранул.

Упаковку (порядок укладывания) с кубическим расположением центров гранул практически осуществить проблематично. Однако характеристики такой упаковки важны для сравнительной оценки других типов упаковки. При реализации упаковки с кубическим расположением центров гранул расстояние между плоскостями центров масс гранул слоев равно среднему диаметру гранулы.

Упаковка (порядок укладывания) «кубическая объемно-центрированная» образуется при расположении нижнего слоя гранул в виде, близком к квадратному расположению центров гранул, уложены в ряды одна к одной, гранулы образуют квадрат, линейными размерами близкий к среднему линейному размеру гранул. Гранулы заполнителя следующего слоя контактируют, как правило, с четырьмя гранулами из нижележащего слоя, с четырьмя гранулами из своего слоя и с четырьмя гранулами из вышележащего слоя. При этом располагаются так, что в плане центр массы гранулы вышележащего слоя находится в окрестности геометрического центра квадрата, образованного гранулами двух близлежащих рядов нижележащего слоя. При кубической объемно-центрированной упаковке расстояние между плоскостями центров масс гранул слоев составляет где d - средний диаметр гранулы (0,71 d).

Упаковка (порядок укладывания) «гексагональная плотная» образуется при расположении нижнего слоя гранул в виде, близком к треугольному расположению центров гранул (равносторонние треугольники), уложенных в ряды одна к одной, в которой гранулы последующего ряда располагаются в пространстве между гранулами предыдущего ряда. При этом располагаются так, что в плане центр массы гранулы вышележащего слоя находится в окрестности геометрического центра равностороннего треугольника, образованного гранулами двух близлежащих рядов нижележащего слоя. Гранулы заполнителя следующего слоя, как правило, контактируют, с тремя гранулами из нижележащего слоя, с шестью гранулами своего слоя и тремя гранулами вышележащего слоя. При гексагональной плотной упаковке расстояние между плоскостями центров масс гранул слоев составляет где d - средний диаметр гранулы (0,82 d).

При сравнении расстояний между плоскостями центров масс гранул слоев упаковок кубической объемно-центрированной и гексагональной плотной последняя больше первой в 1,15 раза. Это показатель разности потенциальных энергий слоев в типах упаковки кубической объемно-центрированной и гексагональной плотной.

При сравнении упаковок минимальная межгранульная площадь, через которую возможна фильтрация влаги, для упаковки с квадратным расположением центров гранул (кубическая объемно-центрированная) значительно (в разы) превышает минимальную межгранульную площадь для упаковки с треугольным расположением центров гранул (гексагональная плотная). В шве строительного раствора с кубической объемно-центрированной упаковкой гранул заполнителя повышается коэффициент воздухопроницаемости изготовленного шва по сравнению со швом с гексагональной плотной упаковкой гранул заполнителя. Это способствует повышению качества определенных типов швов при меньшей потенциальной энергии слоев гранул заполнителя в шве строительного раствора.

При заполнении пространства шва в силовом поле тяжести следующими слоями рядов гранул реализуется принцип минимизации потенциальной энергии, когда каждая гранула стремиться занять устойчивое положение в близлежащей окрестности (локальная устойчивость), а в случае превышения горизонтальных составляющих сил веса над реакциями нижележащих гранул с учетом горизонтальных составляющих сил сцепления и реакций границ области происходит перемещение вышележащих гранул до достижения ими устойчивого положения.

При плоской или близкой к плоской поверхности, на которую укладывается первый слой упаковки (порядка укладывания) любого типа, потенциальная энергия гранул заполнителя относительно этой поверхности одинакова. Однако для последующих слоев - различна. При прочих равных условиях образуется хаотичная упаковка (порядок укладывания) первого слоя, не позволяющая получить заданную (спроектированную) упаковку гранул заполнителя в объеме шва строительного раствора или в слое штукатурки. При образовании спроектированных упаковок (порядков укладывания) в кубической объемно-центрированной упаковке (порядке укладывания) гранул заполнителя потенциальная энергия каждой из гранул второго и последующих слоев меньше, чем при гексагональной плотной упаковке (порядке укладывания). Для обеспечения инициации спроектированных упаковок (порядков укладывания), в частности кубической объемно-центрированной упаковки (порядка укладывания), необходимо ввести ограничения на места расположения, по крайней мере части, гранул первого слоя упаковки, например, используя соответствующую оснастку или особенности формы выполнения строительного конструктивного элемента. Использование оснастки, содержащей элементы, ограничивающие перемещение строительных конструктивных элементов или строительного раствора и, соответственно, линейные размеры шва строительного раствора, позволяет изготавливать швы строительного раствора, имеющие спроектированный тип упаковки (порядка заполнения) гомогенизированных гранул заполнителя.

Задачи изобретений состоят: в проведении гомогенизации гранул заполнителя; в повышении гомогенизации и создании конструктивно заложенной водоудерживающей способности уложенной растворной смеси, повышении устойчивости к физической коррозии каменных и кирпичных кладок и термического сопротивления стен, повышении гомогенизации, прочности и коэффициента воздухопроницаемости изготовленного шва, а также снижении усадки строительного раствора при отвердении растворной смеси; в создании условий, позволяющих инициировать кубическую объемно-центрированную упаковку (порядок укладывания) заполнителя, состоящего из гомогенизированных гранул.

Технические результаты изобретений:

гомогенизация заполнителя по линейному размеру гранул;

повышение гомогенизации и создание конструктивно заложенной водоудерживающей способности уложенной растворной смеси за счет кубической объемно-центрированной упаковки гомогенизированных гранул заполнителя;

повышение гомогенизации, прочности и коэффициента воздухопроницаемости изготовленного шва, а также снижение усадки строительного раствора при отвердении растворной смеси за счет кубической объемно-центрированной упаковки гранул заполнителя, имеющих форму, близкую к сферической;

повышение гомогенизации, прочности и коэффициента воздухопроницаемости изготовленного шва, а также снижение усадки строительного раствора при отвердении растворной смеси за счет плотнейшей упаковки гомогенизированных гранул заполнителя;

создание конструктивно заложенных конфигураций межгранульного пространства заполнителя за счет кубической объемно-центрированной упаковки гомогенизированных гранул заполнителя;

повышение устойчивости к физической коррозии каменных и кирпичных кладок и термического сопротивления стен;

создание благоприятных условий для беспрепятственного удаления мигрирующей влаги из материала кладки;

создание условий, позволяющих инициировать кубическую объемно-центрированную упаковку (порядок укладывания) гомогенизированных гранул заполнителя за счет наличия в конструкции строительного конструктивного элемента регулярных впадин или выступов (инициирующих конструктивных элементов), соответствующих линейным размерам гранул гомогенизированного заполнителя.

Технические результаты достигаются тем, что в способе изготовления шва строительного раствора производят гомогенизацию гранул заполнителя, задают линейные размеры пространства, в которое в дальнейшем будет помещена растворная смесь с гомогенизированным заполнителем с учетом линейных размеров гомогенизированного заполнителя и строительных конструктивных элементов, которые будут связаны швом строительного раствора таким образом, чтобы, по меньшей мере, теоретически обеспечивалась кубическая объемно-центрированная упаковка гранул гомогенизированного заполнителя со средним линейным размером гранулы гомогенизированного заполнителя, ограничивают линейные размеры пространства шва строительного раствора ограничителями линейных размеров пространства шва и/или строительными конструктивными элементами, смешивают заполнитель и минеральный вяжущий материал, затворяют заполнитель и минеральный вяжущий материал водой, инициируют кубическую объемно-центрированную упаковку гранул гомогенизированного заполнителя и одновременно заполняют, по меньшей мере, кластерами, образующими в целом слои толщиной не менее среднего линейного размера гранулы гомогенизированного заполнителя, пространство шва строительного раствора растворной смесью с гомогенизированным заполнителем и уплотняют последнюю, выдерживают до отвердения, после чего удаляют ограничители линейных размеров пространства шва строительного раствора за исключением связанных швом строительного раствора строительных конструктивных элементов. При этом гомогенизация гранул заполнителя может производится отсевом на ситах, обработкой гранул заполнителя, во время которой либо уменьшают линейные размеры, превышающие заданные, либо увеличивают линейные размеры меньше заданных или формируют гранулы заполнителя искусственно. Может производиться задание или назначение линейных размеров пространства, в которое в дальнейшем будет помещена растворная смесь с гомогенизированным заполнителем с учетом линейных размеров гомогенизированного заполнителя и строительных конструктивных элементов, которые будут связаны швом строительного раствора таким образом, чтобы теоретически обеспечивалась кубическая объемно-центрированная упаковка гранул гомогенизированного заполнителя со средним линейным размером гранулы гомогенизированного заполнителя, при этом затворяют такое количество гранул гомогенизированного заполнителя в растворной смеси или дозируют растворную смесь таким образом, чтобы количество гранул гомогенизированного заполнителя в дозе, помещаемой в пространство шва строительного раствора, было равно или близко к теоретическому количеству гранул гомогенизированного заполнителя со средним линейным размером гранулы гомогенизированного заполнителя, обеспечивающего кубическую объемно-центрированную упаковку. Может производиться заполнение пространства шва строительного раствора растворной смесью с гомогенизированным заполнителем порциями, обеспечивающими послойное для кубической объемно-центрированной упаковки или превышающее по количеству гранул заполнителя послойное заполнение для кубической объемно-центрированной упаковки. Инициация кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя может осуществляться ограничителями линейных размеров пространства шва или строительными конструктивными элементами с выступами или впадинами, имеющими регулярную структуру, соответствующую кубической объемно-центрированной упаковке и среднему линейному размеру гранул гомогенизированного заполнителя. Инициация кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя может осуществляться тем, что крепят, например, минеральным вяжущим, по меньшей мере один ряд гранул гомогенизированного заполнителя к строительному конструктивному элементу, скрепляемому швом строительного раствора. Инициация кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя может осуществляться тем, что укладывают гранулы гомогенизированного заполнителя в слой таким образом, что гранулы последующего ряда располагают в пространство между гранулами предыдущего ряда и центры близлежащих гранул образуют в плане фигуры, близкие к квадратам, и крепят их к строительному конструктивному элементу, скрепляемому швом строительного раствора, при этом расстояние между рядами центров гранул близко к среднего линейного размера гранул. Инициация кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя может осуществляться тем, что укладывают гранулы гомогенизированного заполнителя в слой вибрационным воздействием. Инициация кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя может осуществляться тем, что используют строительный конструктивный элемент, скрепляемый швом строительного раствора с поверхностью, обеспечивающей инициирование кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя (с выступами или впадинами, имеющими регулярную структуру, соответствующую кубической объемно-центрированной упаковке и среднему линейному размеру гранул гомогенизированного заполнителя), по меньшей мере, первой порции растворной смеси, помещаемой в пространство шва строительного раствора. Выдерживание линейных размеров шва между строительными конструктивными элементами таких, чтобы, по меньшей мере, теоретически обеспечивалась кубическая объемно-центрированная упаковка гранул гомогенизированного заполнителя со средним линейным размером гранулы гомогенизированного заполнителя, ограничителями линейных размеров пространства шва может производиться до схватывания растворной смеси гранул гомогенизированного заполнителя со строительными конструктивными элементами и друг с другом.

Технические результаты достигаются также тем, что в шве строительного раствора, включающем гранулы заполнителя, контактирующие, по меньшей мере, частично со строительными конструктивными элементами, отвердевшим минеральным вяжущим и друг с другом, линейные размеры упомянутого шва соответствуют теоретически обеспечиваемой кубической объемно-центрированной упаковке гранул гомогенизированного заполнителя со средним линейным размером гранулы гомогенизированного заполнителя, а, по меньшей мере, часть гранул гомогенизированного заполнителя упомянутого шва уложены таким образом, что обеспечивается их кубическая объемно-центрированная упаковка. Количество гранул гомогенизированного заполнителя в нем равно или близко к теоретическому количеству гранул гомогенизированного заполнителя со средним линейным размером гранулы гомогенизированного заполнителя, обеспечивающим кубическую объемно-центрированную упаковку. Объем отвердевшего минерального вяжущего в шве может не превышать объема межгранульного пространства шва.

Технические результаты достигаются также тем, что в оснастке для изготовления шва строительного раствора элементы, ограничивающие перемещение строительных конструктивных элементов, содержат выступы или впадины, расстояния между которыми близко по значению к среднему размеру гранул гомогенизированного заполнителя, имеющие регулярную структуру и обеспечивающие инициализацию кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя.

Технические результаты достигаются также тем, что в строительном конструктивном элементе грани содержат выступы или впадины, расстояния между которыми близко по значению к среднему размеру гранул гомогенизированного заполнителя, имеющие регулярную структуру и обеспечивающие инициализацию кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя.

Перечень чертежей

На фиг.1 изображена схема гомогенизации гранул заполнителя при просеивании на ситах. На фиг.2 изображена схема укладки слоя гранул заполнителя в виде, близком к квадратному расположению центров гранул. На фиг.3 изображена схема укладки слоя гранул заполнителя в виде, близком к треугольному расположению центров гранул (равносторонние треугольники) - первый вариант. На фиг.4 изображена схема укладки слоя гранул заполнителя в виде, близком к треугольному расположению центров гранул (равносторонние треугольники) - второй вариант. На фиг.5 изображена схема к определению ряда и слоя гранул. На фиг.6 изображена схема порядка укладывания заполнителя с кубическим расположением центров гранул в параллельной проекции. На фиг.7 изображена схема порядка укладывания заполнителя с кубическим расположением центров гранул в перспективной проекции. На фиг.8 изображена схема порядка укладывания заполнителя «кубический объемно-центрированный» в параллельной проекции так, чтобы виден был весь слой основания. На фиг.9 изображена схема порядка укладывания заполнителя «кубический объемно-центрированный» в перспективной проекции так, чтобы виден был весь слой основания. На фиг.10 изображена схема порядка укладывания заполнителя «кубический объемно-центрированный» в перспективной проекции так, чтобы виден был весь последний слой упаковки (порядка укладывания). На фиг.11 изображена схема порядка укладывания заполнителя «кубический объемно-центрированный» в параллельной проекции при виде со стороны последнего слоя упаковки (порядка укладывания). На на фиг.12 изображена схема порядка укладывания заполнителя «кубический объемно-центрированный» в перспективной проекции при виде со стороны последнего слоя упаковки (порядка укладывания). На фиг.13 изображена схема порядка укладывания заполнителя «гексагональный плотный» в параллельной проекции. На фиг.14 изображена схема порядка укладывания заполнителя «гексагональный плотный» в перспективной проекции. На фиг.15 изображена схема порядка укладывания заполнителя «гексагональный плотный» в параллельной проекции со стороны слоя основания. На фиг.16 изображено фото заполнителя из реальных мелких песков со стороны первого слоя. На фиг.17 изображено фото первого слоя заполнителя из реальных средних песков. На фиг.18 изображено фото заполнителя из реальных частично гомогенизированных отбором на ситах крупных песков со стороны первого слоя. На фиг.19 изображено фото заполнителя из реальных частично гомогенизированных отбором на ситах средних песков со стороны первого слоя. На фиг.20 изображено фото первого слоя заполнителя из искусственных гомогенизированных гранул заполнителя. На фиг.21 изображена сравнительная диаграмма заполнения площади слоем гомогенизированных гранул заполнителя в виде, близком к квадратному расположению центров гранул и в виде, близком к треугольному расположению центров гранул (равносторонние треугольники). На фиг.22 изображена сравнительная диаграмма заполнения объема гомогенизированными гранулами в виде порядка укладывания заполнителя «кубический объемно-центрированный» и в виде кубического расположения центров гранул заполнителя. На фиг.23 изображена сравнительная диаграмма заполнения объема гомогенизированными гранулами в виде порядка укладывания заполнителя «гексагональный плотный» и в виде кубического расположения центров гранул заполнителя. На фиг.24 изображена сравнительная диаграмма заполнения объема гомогенизированными гранулами в виде порядка укладывания заполнителя «гексагональный плотный» и в виде «кубический объемно-центрированный». На фиг.25 изображен элемент оснастки для изготовления шва строительного раствора с инициирующими конструктивными элементами в виде выступов, обеспечивающих инициализацию кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя. На фиг.26 изображен строительный конструктивный элемент с инициирующими конструктивными элементами в виде выступов, обеспечивающих инициализацию кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя.

Осуществление изобретения

Между кривыми просеивания 1 и 2 (фиг.1) могут находиться кривые просеивания песка для бетона, располагающиеся в заштрихованной области зерновых составов, допустимых для использования. Заштрихованные области 3 и 4 относятся к гомогенизированным составам, которые могут быть получены известными способами, например, при просеивании на ситах.

Упаковку одного слоя с квадратным (фиг.2) и треугольным (фиг.3, 4) расположением центров гранул 5 возможно создать на поверхности, расположенной горизонтально при одинаковой потенциальной энергии обоих упаковок любыми известными способами, например укладкой гомогенизированных гранул в порядке, определенном схемами упаковок.

Для сравнения объемных упаковок, состоящих из рядов 6 и слоев 7 гомогенизированных гранул 5, на фиг.5 представлена схема определяющая понятия рядов и слоев, причем совокупность гранул в ряде, рядов в слое и слоев определяют линейные размеры шва строительного раствора или штукатурки.

Смешивание гомогенизированных гранул заполнителя и минерального вяжущего материала, затворение их водой, уплотнение и выдерживание до отвердения может производиться любыми известными способами. Гомогенизация гранул заполнителя может производиться любыми известными способами, например, отсевом на ситах, обработкой гранул заполнителя, уменьшением линейных размеров, превышающих заданные, или увеличением линейных размеров меньше заданных или формированием их искусственно, визуальным отбором.

Задание линейных размеров пространства, в которое в дальнейшем будет помещена растворная смесь с гомогенизированным заполнителем с учетом линейных размеров гомогенизированного заполнителя и строительных конструктивных элементов, которые будут связаны швом строительного раствора таким образом, чтобы, по меньшей мере, теоретически обеспечивалась кубическая объемно-центрированная упаковка гранул гомогенизированного заполнителя со средним линейным размером гранулы гомогенизированного заполнителя, может выполняться известными способами.

Ограничение линейных размеров пространства шва строительного раствора ограничителями линейных размеров пространства шва и/или строительными конструктивными элементами может выполняться известными способами.

Инициация кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя может осуществляться с помощью выступов 8 или впадин 9, повторяющих структуру слоя кубической объемно-центрированной упаковки гранул определенного размера, которые могут находиться на ограничителях линейных размеров пространства шва (оснастке) или строительных конструктивных элементах, а также прикреплением, например, одного ряда гранул гомогенизированного заполнителя к строительному конструктивному элементу, скрепляемому швом строительного раствора в порядке, определенном для такой упаковки. Выступы или впадины могут выполняться известными способами. Оснастка может изготавливаться из известных материалов с низкой адгезией минерального вяжущего к этому материалу.

Заполнение пространство шва строительного раствора растворной смесью с гомогенизированным заполнителем может выполняться известными способами. Дозирование растворной смеси может выполняться известными способами. Вибрационное воздействие на смесь может выполняться известными способами.

Удаление ограничителей линейных размеров пространства шва строительного раствора может выполняться известными способами.

Отбор необходимого количества гранул может выполняться известными способами.

Примеры выполнения процедуры гомогенизации над реальными объектами представлены на фиг.16-20.

Примеры выполнения элементов оснастки для изготовления шва строительного раствора и строительного конструктивного элемента, содержащего выступы 8, приведены на фиг.25 и фиг.26 соответственно. Аналогичным может быть выполнение элементов оснастки для изготовления шва строительного раствора и строительного конструктивного элемента с инициирующими конструктивными элементами в виде впадин.

Экспериментальные исследования, показали, что в процессе перемешивания гранул с вяжущим происходит распределение, близкое к равномерному, гранул с различными линейными размерами и формой, в пределах заданных параметров гомогенизации, что позволяет добиться заполнения шва (порядка укладывания) упаковкой, близкой к теоретической со средним линейным размером гранулы гомогенизированного заполнителя, тем ближе, чем выше гомогенизация, т.е. меньше отличий в линейных размерах и форме гранул заполнителя. При низкой степени гомогенизации и с увеличением количества слоев появляются тенденции отклонений от идеального (теоретического) порядка укладывания, при котором возможно появление дислокаций локальных, линейных и т.п.Однако проявление улучшенных свойств швов строительных растворов и штукатурок наблюдается при степени гомогенизации до 30%.

Сравнительные диаграммы, представленные на фиг.21-24, позволяют определять диапазоны рационального использования кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя и проектировать характеристики изготавливаемых швов строительных растворов.

Таким образом, выполнение шва строительного раствора с использованием кубической объемно-центрированной упаковки позволяет повысить гомогенизацию и создать конструктивно заложенную водоудерживающую способность уложенной растворной смеси, повысить гомогенизацию, прочность и коэффициент воздухопроницаемости изготовленного шва, а также снизить усадку строительного раствора при отвердении растворной смеси.

Литература

1. Оценка качества строительных материалов: Учебное пособие / К.Н.Попов, М.Б.Каддо, О.В.Кульков - М.: изд-во АСВ, 1999. - 240 с.

Изобретения относятся к швам строительных растворов, способам их изготовления и оснастке для изготовления швов строительных растворов и предназначены для изготовления швов кладки из строительных конструктивных элементов правильной формы для зданий, сооружений и т.п., в которых в качестве заполнителя используются гранулы формы, близкой к сферической, а в качестве вяжущего - минеральные вяжущие. Технические результаты изобретений: гомогенизация заполнителя по линейному размеру гранул; повышение гомогенизации и создание конструктивно заложенной водоудерживающей способности уложенной растворной смеси; повышение гомогенизации, прочности и коэффициента воздухопроницаемости изготовленного шва, а также снижение усадки строительного раствора при отвердении растворной смеси; создание конструктивно заложенных конфигураций межгранульного пространства заполнителя; повышение устойчивости к физической коррозии каменных и кирпичных кладок и термического сопротивления стен; создание благоприятных условий для беспрепятственного удаления мигрирующей влаги из материала кладки; создание условий, позволяющих инициировать кубическую объемно-центрированную упаковку гомогенизированных гранул заполнителя. В способе изготовления шва строительного раствора производят гомогенизацию гранул заполнителя, задают линейные размеры шва строительного раствора, обеспечивают кубическую объемно-центрированную упаковку гранул заполнителя в шве. В оснастке и строительных конструктивных элементах выполнены выступы или впадины, обеспечивающие инициацию кубической объемно-центрированной упаковки гранул заполнителя. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 26 ил.

1. Способ изготовления шва строительного раствора, в котором смешивают заполнитель и минеральный вяжущий материал, затворяя их водой, уплотняют и выдерживают до отвердения, отличающийся тем, что до смешивания заполнителя и минерального вяжущего материала, затворения их водой, уплотнения и выдерживания до отвердения производят гомогенизацию гранул заполнителя, задают линейные размеры пространства, в которое в дальнейшем будет помещена растворная смесь с гомогенизированным заполнителем с учетом линейных размеров гомогенизированного заполнителя и строительных конструктивных элементов, которые будут связаны швом строительного раствора таким образом, чтобы, по меньшей мере, теоретически обеспечивалась кубическая объемно-центрированная упаковка гранул гомогенизированного заполнителя со средним линейным размером гранулы гомогенизированного заполнителя, ограничивают линейные размеры пространства шва строительного раствора ограничителями линейных размеров пространства шва и/или строительными конструктивными элементами, смешивают заполнитель и минеральный вяжущий материал, затворяют заполнитель и минеральный вяжущий материал водой, инициируют кубическую объемно-центрированную упаковку гранул гомогенизированного заполнителя и одновременно заполняют, по меньшей мере, кластерами, образующими в целом слои толщиной не менее среднего линейного размера гранулы гомогенизированного заполнителя, пространство шва строительного раствора растворной смесью с гомогенизированным заполнителем и уплотняют последнюю, выдерживают до отвердения, после чего удаляют ограничители линейных размеров пространства шва строительного раствора, за исключением связанных швом строительного раствора строительных конструктивных элементов.

2. Способ изготовления шва строительного раствора по п.1, отличающийся тем, что гранулы заполнителя гомогенизируют отсевом на ситах.

3. Способ изготовления шва строительного раствора по п.1, отличающийся тем, что гранулы заполнителя гомогенизируют обработкой гранул заполнителя, уменьшая линейные размеры превышающих заданные или увеличивая линейные размеры меньше заданных.

4. Способ изготовления шва строительного раствора по п.1, отличающийся тем, что гранулы заполнителя гомогенизируют, формируя их искусственно.

5. Способ изготовления шва строительного раствора по п.1, отличающийся тем, что задают линейные размеры пространства, в которое в дальнейшем будет помещена растворная смесь с гомогенизированным заполнителем с учетом линейных размеров гомогенизированного заполнителя и строительных конструктивных элементов, которые будут связаны швом строительного раствора таким образом, чтобы теоретически обеспечивалась кубическая объемно-центрированная упаковка гранул гомогенизированного заполнителя со средним линейным размером гранулы гомогенизированного заполнителя, при этом затворяют такое количество гранул гомогенизированного заполнителя в растворной смеси или дозируют растворную смесь таким образом, чтобы количество гранул гомогенизированного заполнителя в дозе, помещаемой в пространство шва строительного раствора, было равно или близко к теоретическому количеству гранул гомогенизированного заполнителя со средним линейным размером гранулы гомогенизированного заполнителя, обеспечивающего кубическую объемно-центрированную упаковку.

6. Способ изготовления шва строительного раствора по п.1, отличающийся тем, что заполняют пространство шва строительного раствора растворной смесью с гомогенизированным заполнителем порциями, обеспечивающими послойное для кубической объемно-центрированной упаковки или превышающее по количеству гранул заполнителя послойное заполнение для кубической объемно-центрированной упаковки.

7. Способ изготовления шва строительного раствора по п.1, отличающийся тем, что инициируют кубическую объемно-центрированную упаковку гранул гомогенизированного заполнителя ограничителями линейных размеров пространства шва или строительными конструктивными элементами, в которых грани содержат выступы или впадины, расстояния между которыми близки по значению среднему размеру гранул гомогенизированного заполнителя, имеющие регулярную структуру и обеспечивающие инициализацию кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя.

8. Способ изготовления шва строительного раствора по п.1, отличающийся тем, что инициируют кубическую объемно-центрированную упаковку гранул гомогенизированного заполнителя тем, что крепят, по меньшей мере, один ряд гранул гомогенизированного заполнителя к строительному конструктивному элементу, скрепляемому швом строительного раствора.

9. Способ изготовления шва строительного раствора по п.1, отличающийся тем, что инициируют кубическую объемно-центрированную упаковку гранул гомогенизированного заполнителя тем, что укладывают гранулы гомогенизированного заполнителя в слой таким образом, что гранулы последующего ряда располагают в пространство между гранулами предыдущего ряда, и центры близлежащих гранул образуют в плане фигуры, близкие к квадратам, и крепят их к строительному конструктивному элементу, скрепляемому швом строительного раствора, при этом расстояние между рядами центров гранул близко к среднего линейного размера гранул.

10. Способ изготовления шва строительного раствора по п.1, отличающийся тем, что инициируют кубическую объемно-центрированную упаковку гранул гомогенизированного заполнителя тем, что укладывают гранулы гомогенизированного заполнителя в слой вибрационным воздействием.

11. Способ изготовления шва строительного раствора по п.1, отличающийся тем, что инициируют кубическую объемно-центрированную упаковку гранул гомогенизированного заполнителя тем, что используют строительный конструктивный элемент, грани которого содержат выступы или впадины, расстояния между которыми близки по значению среднему размеру гранул гомогенизированного заполнителя, имеющие регулярную структуру и обеспечивающие инициализацию кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя, скрепляемый швом строительного раствора с поверхностью, обеспечивающей инициирование кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя, по меньшей мере, первой порции растворной смеси, помещаемой в пространство шва строительного раствора.

12. Способ изготовления шва строительного раствора по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что выдерживают линейный размер шва между строительными конструктивными элементами такой, чтобы, по меньшей мере, теоретически обеспечивалась кубическая объемно-центрированная упаковка гранул гомогенизированного заполнителя со средним линейным размером гранулы гомогенизированного заполнителя, ограничителями линейных размеров пространства шва, содержащими выступы или впадины, расстояния между которыми близки по значению к среднему размеру гранул гомогенизированного заполнителя, имеющие регулярную структуру и обеспечивающие инициализацию кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя до схватывания растворной смеси гранул гомогенизированного заполнителя со строительными конструктивными элементами и друг с другом.

13. Шов строительного раствора, включающий гранулы заполнителя, контактирующие, по меньшей мере, частично со строительными конструктивными элементами, отвердевшим минеральным вяжущим и друг с другом, отличающийся тем, что линейные размеры упомянутого шва соответствуют теоретически обеспечиваемой кубической объемно-центрированной упаковке гранул гомогенизированного заполнителя со средним линейным размером гранулы гомогенизированного заполнителя, а, по меньшей мере, часть гранул гомогенизированного заполнителя упомянутого шва уложены таким образом, что обеспечивается их кубическая объемно-центрированная упаковка.

14. Шов строительного раствора по п.13, отличающийся тем, что количество гранул гомогенизированного заполнителя в нем равно или близко к теоретическому количеству гранул гомогенизированного заполнителя со средним линейным размером гранулы гомогенизированного заполнителя, обеспечивающего кубическую объемно-центрированную упаковку.

15. Шов строительного раствора по п.13, отличающийся тем, что объем отвердевшего минерального вяжущего в шве не превышает объема межгранульного пространства шва.

16. Оснастка для изготовления шва строительного раствора, содержащая элементы, ограничивающие линейные размеры пространства шва строительного раствора, отличающаяся тем, что упомянутые элементы, ограничивающие перемещение строительных конструктивных элементов, содержат выступы или впадины, расстояние между которыми близко по значению к среднему размеру гранул гомогенизированного заполнителя, имеющие регулярную структуру и обеспечивающие инициализацию кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя.

17. Строительный конструктивный элемент, содержащий грани, отличающийся тем, что грани строительного конструктивного элемента содержат выступы или впадины, расстояния между которыми близки по значению среднему размеру гранул гомогенизированного заполнителя, имеющие регулярную структуру и обеспечивающие инициализацию кубической объемно-центрированной упаковки гранул гомогенизированного заполнителя.