Многопустотный бетонный блок Российский патент 2022 года по МПК E04C1/40 

Изобретение относится к области строительства и может найти применение при изготовлении облегченных стеновых изделий.

Известен строительный блок, содержащий боковые продольные стенки, соединенные перегородками с образованием полостей для размещения конструктивного или теплоизоляционного вкладыша (RU, п. №2660690, МПК Е04В 2/08, 2018).

Однако сложность конструкции блока, высокая трудоемкость изготовления блока, большой вес, что увеличивает трудозатраты и затраты на транспортировку к месту строительства.

Известны технические решения по применению пластиковых пустотелых элементов для снижения массы изделий, например, строительная панель пустотного настила, содержащая арматурный каркас (сетки), пластиковые пустотелые шаровые элементы, напряженную арматуру и бетон омоноличивания согласно технологии BubbleDeck (pobetony.ru›bloki-i-perekrytiya/babldek/.

Однако данное решение характеризует высокая стоимость пластиковых пустотелых шаровых элементов за счет сложности их изготовления.

Известно также применение труб в виде неизвлекаемых картонно-полиэтиленовых пустотообразователей в производстве плит перекрытий с круглыми пустотами (РФ, п. №2715401, МПК В28В 1/44, Е04С 2/00, В28В 7/28, 27.02.2020.).

Однако к недостаткам относятся сложность конструкции и высокая трудоемкость изготовления.

Известен также пространственный арматурный каркас, состоящий из стержней различного диаметра (Константопуло Г.С. Машины и оборудование для производства железобетонных изделий и теплоизоляционных материалов. - М.: Высш. Школа, 1974. - п. 50, с. 229-230).

Однако применение его в качестве элемента пустотообразования в бетоне не обнаружено.

Наиболее близким техническим решением является керамзитобетонный блок, состоящий из цементобетонной матрицы, в которой включены зерна керамзитового гравия, и пустот, образуемые пустотообразователями в процессе формования (ГОСТ 33126-2014 Блоки керамзитобетонные стеновые: п. 3.2 пустотелый блок: Блок со сквозными и несквозными вертикальными пустотами, получаемыми в процессе формования для придания изделию необходимых эксплуатационных свойств).

Однако данный керамзитобетонный блок обладает пониженной трещиностойкость за счет того, что имеются единичные пустоты большого объема, расположенные в одной вертикальной плоскости, что не позволяет регулировать свойствами тепло и звукоизоляции, которые, кроме того, понижают структурную прочность блока и создают при приложении нагрузки и при работе блока не равномерно распределенное напряженное состояние, снижая тем самым прочность и долговечность его работы.

Также недостатком данного керамзитобетонного блока является сложность изготовления за счет необходимости иметь специальные пуансоны или специальную форму для образования пустот, а также выполнять дополнительную операцию по их подготовке: чистку и смазку, а также технологическая сложность изготовления, предусматривающая использование энергоемкого и сложного оборудования вибропрессов, что, в целом, снижает эффективность его изготовления.

Технической проблемой изобретения является создание более простой конструкции многопустотного бетонного блока с улучшенными механическими и эксплуатационными свойствами.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в упрощении конструкции и технологии изготовления за счет отказа от использования сложного и энергоемкого оборудования, снижении материалоемкости и трудоемкости за счет отказа от необходимости согласования размера пустот блока с размерами пустотообразователя, повышении прочности многопустотного бетонного блока за счет более рационального распределения пустот в объеме и армирования. Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в многопустотном бетонном блоке, содержащем бетонную матрицу с распределенными в ней пустотами, пустоты образованы сборным пространственным несущим каркасом, включающий две полимеркомпозитные стойки в виде перфорированных шаблонов, установленные вертикально в торцах блока на всю его высоту и ширину и, соединенные между собой слоями из пустотообразователей в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок на всю длину блока, концы которых вставлены с фиксацией в крепежные отверстия перфорированных шаблонов, причем между крепежными отверстиями выполнены технологические отверстия. При этом, по периметру перфорированных шаблонов выполнены пазы. Кроме того, диаметр непрерывных полимеркомпозитных трубок в слоях и диаметр технологических отверстий между ними задают по высоте сечения блока в соответствии с распределяемой нагрузкой в его объеме согласно действию изгибающего момента.

Исполнение многопустотного бетонного блока, где пустоты образованы сборным пространственным несущим каркасом, включающим две полимеркомпозитные стойки в виде перфорированных шаблонов, установленные вертикально в торцах блока на всю его высоту и ширину и, соединенные между собой слоями из пустотообразователей в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок на всю длину блока, концы которых вставлены с фиксацией в крепежные отверстия перфорированных шаблонов, причем между крепежными отверстиями выполнены технологические отверстия, что позволяет, во-первых, использовать заранее изготовленный сборный пространственный несущий каркас, в связи с чем, появляется возможность упростить важную технологическую операцию, формование и, соответственно, применить более простое оборудование вместо вибропресса, применить, например виброплощадку, во-вторых, в отличие от применения сфер в аналогах, которые сложно изготавливать, трубки проще изготавливать даже в условиях небольших мастерских нарезать из обычных стандартных полимеркомпозитных труб, широко применяемых в различных отраслях народного хозяйства, причем требуемого диаметра, при этом возможно использование отходов производства трубок, в-третьих, использование полимеркомпозитных стоек в блоке в виде перфорированных шаблонов на всю его высоту и ширину позволяет обеспечить сразу две важные функции - пустотообразующую за счет фиксации и распределения путотообразователей с формированием равномерной пустотной структуры и несущую армирующую, повышая, тем самым, структурную прочность бетонной матрицы, а также упростить технологию за счет отказа от использования специальных фиксаторов каркаса, в-четвертых такая более простая конструкция блока позволяет выполнять операцию формования более технологично и отпадает необходимость в использовании сложной формы для формирования пустот. При этом, использование непрерывных полимеркомпозитных трубок на всю длину блока позволяет образовывать пустоты, которые будут более равномерно распределены в объеме бетонной матрицы в отличие от прототипа, где имеются единичные большого объема пустоты, что повышает структурную прочность блока и создает при приложении нагрузки при работе блока более равномерно распределенное напряженное состояние, повышая тем самым прочность и долговечность его работы. При этом между трубками относительно каждого слоя, формируется более прочная структура, создавая препятствия и предотвращая, тем самым, развитие - рост возможных трещин, что повышает трещиностойкость и, соответственно, прочность блока. Также использование шаблона пространственного несущего каркаса с заданным расположением крепежных отверстий позволяет после установки в форме предварительно собранного каркаса точно располагать пустотообразователи в бетонной матрице блока, при этом пустотообразователи, закрепленные в крепежных отверстиях, не будут изменять своего положения и сдвигаться в процессе формования, что будет способствовать более равномерному распределению нагрузки в блоке и, соответственно, повышению прочности. Кроме этого, исполнение сборного пространственного несущего каркаса, включающего две несущие полимеркомпозитные стойки в виде перфорированных шаблонов с крепежными отверстиями, позволяет их более точно изготавливать согласно диаметрам непрерывных полимеркомпозитных трубок для более четкой их фиксации, а также с возможностью задавать их диаметр по сечению блока в соответствии с распределяемой нагрузкой в его объеме, например, верхние слои выполнять большего диаметра, чем нижние, согласно действию изгибающего момента, и размером технологических отверстий между ними для армирования матрицы с учетом крупности зерен заполнителя, что повышает эффективность использования многопустотного бетонного блока.

Кроме этого, исполнение пазов по периметру перфорированных шаблонов позволяет повысить сцепление с бетонной матрицей и, соответственно, прочность многопустотного бетонного блока.

Многопустотный бетонный блок поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема многопустотного бетонного блока с горизонтальными слоями из полимеркомпозитных трубок, на фиг. 2 - разрез по А-А многопустотного бетонного блока с сетками; на фиг. 3 - разрез по А-А многопустотного бетонного блока со стойками в виде перфорированных шаблонов.

На фигурах 1-2 обозначено: 1 - бетонная матрица; 2 - полимеркомпозитные стойки в виде перфорированных шаблонов; 3 - полимеркомпозитные трубки; 6 - форма.

Многопустотный бетонный блок состоит из бетонной матрицы 1, внутри которой установлен несущий пространственным каркас, состоящий из двух полимеркомпозитных стоек в виде перфорированных шаблонов 2, соединенные непрерывными полимеркомпозитными трубками 3, концы которых вставлены в отверстия перфорированных шаблонов и зафиксированы, например проклеены (фиг. 1, фиг. 2).

Многопустотный бетонный блок изготавливают следующим образом.

Сначала изготавливают сборный пространственный несущий каркас. Для этого нарезают требуемое количество полимеркомпозитных трубок 3 заданного диаметра и длины. Затем изготавливают полимеркомпозитные стойки в виде перфорированных шаблонов 2, для чего вырезают их по размеру из готовых листов. После этого выполняют крепежные отверстия под полимеркомпозитные трубки и технологические отверстия для структурного соединения с бетонной матрицей.

Устанавливают непрерывные полимеркомпозитные трубки в крепежных отверстиях стоек, согласно заданному их расположению в блоке, и фиксируют путем, например, проклейки.

После этого приготавливают бетонную смесь по известным технологиям (фиг. 1, фиг. 2).

Затем формуют изделие, для чего берут стандартную форму 6, например, предназначенную для изготовления целикового керамзитобетонного блока (без пустот), устанавливают на виброплощадку, укладывают в ней сборный пространственный несущий каркас, загружают приготовленную бетонную смесь 1 и вибрируют. При этом бетонная смесь распределяется между пустотообразователями, проникая сквозь технологически отверстия 4 и пазы 5 перфорированного шаблона, создавая вместе со стойками прочный структурный каркас многопустотного бетонного блока.

После формования изделия выполняют тепловую обработку до достижения многопустотного бетонного блока распалубочной прочности.

Готовые многопустотные бетонные блоки укладывают на стройплощадке согласно техническим нормам.

Размеры полимеркомпозитных трубок, диаметр, расстояние между ними и слоями, а также размеры полимеркомпозитных шаблонов, задают из условия работы многопустотного бетонного блока, величины воспринимаемой нагрузки и из условия достижения необходимой его пустотности.

При приложении нагрузки на многопустотный бетонный блок он работает по общей принятой схеме, преимущественно, на сжатие. Однако, в отличие от обычного пустотелого керамзитобетонного блока, где имеются сквозные объемные пустоты или каналы по его высоте, ослабляя в этих местах сечение от действия комплекса напряжений, в предлагаемом многопустотном бетонном блоке за счет использования непрерывных пустотообразователей, являющихся составной частью пространственного сборного каркаса с их равномерным расположением в объеме, происходит армирование всего объема матрицы и формируется более равномерное поле действующих напряжений, за счет чего, в целом, существенно повышается несущая способность многопустотного бетонного блока. Причем за счет армирующего эффекта перфорированного шаблона бетонная матрица усиливается, повышая, тем самым, прочность многопустотного бетонного блока.

При этом слои из трубок, создают препятствия для развития и роста возможных трещин, повышая, тем самым, трещиностойкость и, соответственно, прочность блока.

В случае применения блока с переменным диаметром трубок и технологических отверстий по сечению блока согласно действию изгибающего момента, при действии нагрузки он будет испытывать изгибные деформации (например, при устройстве вентиляционных проемов или при плохо уложенном растворном шве), наибольшие из которых формируются в нижних слоях, при этом необходимо учитывать, что бетонные изделия, в частности стеновой блок, плохо работают на изгиб. Однако за счет меньшего диаметра эти слои будут более усилены, а соответственно и меньше подвержены трещинообразованию и разрушению.

При этом пустоты, образованные непрерывными полимеркомпозитными трубками, остаются постоянно закрытыми, что не позволяет накапливаться в них влаге, тем самым, сохраняя теплотехнические свойства многопустотного бетонного блока.

Эффективность работы многопустотного бетонного блока во многом зависит от рационального размещения его основных элементов, оптимального количества этих элементов с учетом характера действия нагрузки.

Более равномерное распределение пустот достигается за счет возможности формирования структуры на двух этапах изготовления: на этапе изготовления сборного пространственного несущего каркаса, и на этапе формования, где образуется усиленный каркас облегченной матрицы, что, в целом, позволяет получить облегченный строительный многопустотный бетонный блок.

На общей конструктивной схеме многопустотного бетонного блока(фиг. 1, фиг. 2) видно, что основные конструктивные элементы многопустотного бетонного блока связаны между собой с учетом действия нагрузки и технологичности его изготовления за счет использования сборного каркаса, позволяющего целенаправленно распределять пустотообразователи полимеркомпозитные трубки в объеме блока, а также возможности их использования различного диаметра. Поэтому предлагаемая конструкция многопустотного бетонного блока может работать более эффективно, чем известный керамзитобетонный блок с каналами или единичными объемными пустотами, так как вся конструкция обеспечивает возможность регулирования степени распределения пустотелых элементов в объеме независимо от их формы и размера. При этом повышается технологичность выполнения основных операций по изготовлению многопустотного бетонного блока, сокращаются потери времени при выполнении отдельных операций за счет исключения из технологической цепочки сложной операции по установке и закреплению пустотелых элементов в известных технических решениях, а также за счет использования при изготовлении более простых форм без пустотообразователей и менее трудоемкой операции по их подготовки.

Особенно эффективно использовать предлагаемое техническое решение в условиях производства на малых предприятиях, не обладающих сложным формующим оборудованием.

Многопустотный бетонный блок был изготовлен в виде модели в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ. Осмотр разрушенных модельных образцов после выполненных испытаний показал, что несущий пространственный каркас с закрепленными пустотообразователями в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок располагался в заданном положении без смещений и разрушений, а их герметичность не была нарушена и торцы оставались закрытыми, соответственно, обеспечивалась заданная пустотность. В целом, модельные испытания показали возможность использования более простой технологии изготовления предложенной конструкции многопустотного бетонного блока в заводских условиях.

Изобретение относится к области строительства и может найти применение при изготовлении облегченных стеновых изделий. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в упрощении конструкции и технологии изготовления за счет отказа от использования сложного и энергоемкого оборудования, снижении материалоемкости и трудоемкости за счет отказа от необходимости согласования размера пустот блока с размерами пустотообразователя, повышении прочности многопустотного бетонного блока за счет более рационального распределения пустот в объеме и армирования. В многопустотном бетонном блоке, содержащем бетонную матрицу с распределенными в ней пустотами, пустоты образованы сборным пространственным несущим каркасом, включающим две полимеркомпозитные стойки в виде перфорированных шаблонов, установленные вертикально в торцах блока на всю его высоту и ширину и соединенные между собой слоями из пустотообразователей в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок на всю длину блока, концы которых вставлены с фиксацией в крепежные отверстия перфорированных шаблонов, причем между крепежными отверстиями выполнены технологические отверстия. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Многопустотный бетонный блок, содержащий бетонную матрицу с распределенными в ней пустотами, отличающийся тем, что пустоты образованы сборным пространственным несущим каркасом, включающим две полимеркомпозитные стойки в виде перфорированных шаблонов, установленные вертикально в торцах блока на всю его высоту и ширину и соединенные между собой слоями из пустотообразователей в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок на всю длину блока, концы которых вставлены с фиксацией в крепежные отверстия перфорированных шаблонов, причем между крепежными отверстиями выполнены технологические отверстия.

2. Многопустотный бетонный блок по п. 1, отличающийся тем, что по периметру перфорированных шаблонов выполнены пазы.

3. Многопустотный бетонный блок по п. 1, отличающийся тем, что диаметр непрерывных полимеркомпозитных трубок в слоях и диаметр технологических отверстий между ними задают по высоте сечения блока в соответствии с распределяемой нагрузкой в его объеме согласно действию изгибающего момента.