СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННОГО СВЕТОПРОЗРАЧНОГО ИЗДЕЛИЯ С ИЗОБРАЖЕНИЕМ Российский патент 2024 года по МПК E04C2/26 E04C2/54 B28B23/00 B44C5/08 

Изобретение относится к производству декоративных строительных изделий из бетонных смесей, например, таких как облицовочная плитка, облицовочная панель, декоративные, в том числе функциональные с декоративными свойствами, элементы внутреннего интерьера помещений, и может найти применение при облицовке стен зданий и сооружений как снаружи, так и внутри помещений, создании декоративных мозаичных панно и других художественных элементов интерьера.

Светопрозрачный бетон (светопропускающий бетон, светопроводящий бетон) позволяет свету проходить через его структуру, создавая уникальный и впечатляющий эффект. Он может быть использован для производства различных предметов интерьера, предоставляя новые возможности для дизайнеров и архитекторов. Например, столешницы, светильники и световые панели, декоративные элементы интерьера, витражи и окна, полы.

Из уровня техники известен светопрозрачный бетон и способ его изготовления («Светопрозрачный бетон: что это, технология изготовления», опубликованная на сайте https://stroyka.ru/articles/svetoprozrachnyy-beton-chto-eto-tekhnologiya-izgotovleniya/, опубл. 27.10.2023).

Технология производства светопрозрачного бетона содержит следующие этапы:

- подготовка и установка опалубки;

- подготовка оптоволокна. Длина оптоволокна должна быть равна длине выставляемой опалубки;

- приготовление цементного раствора;

- заливка опалубки. В подготовленную опалубку выкладывают первый слой цементного раствора. Толщина слоя не должна быть слишком большой (около 1 см). Далее производят укладку оптоволокна с небольшим уплотнением стержней в раствор. Технология предполагает послойное заполнение опалубки цементным раствором и оптоволокном с одним обязательным условием - каждый последующий слой раствора с волокнами наносится лишь когда схватился предыдущий слой;

- залитый цемент оставляют набирать прочность примерно на 72 часа. Далее производится распалубка бетона и выдержка его еще около недели для набора прочности;

- затвердевший, набравший прочность светопрозрачный бетон шлифуют.

Готовые элементы из светопрозрачного бетона укладывают при помощи обычных кладочных смесей или эпоксидных смол. Конструкции из такого бетона можно покрыть прозрачным лаком.

Оптоволокно - это именно тот компонент, благодаря которому обычная бетонная смесь становится светопрозрачной. Для производства прозрачного бетона, как правило, применяется оптоволокно толщиной не более 2,5 мм.

Основным недостатком известного способа является то, что оптоволокно укладывается слоями, что не позволяет получать светопрозрачный бетон с четким рисунком или с желаемым изображением. Кроме того, данная технология очень длительная по времени, так как последующие слои раствора наносятся только после того, как схватился предыдущий слой.

Также из уровня техники известен способ изготовления художественного декоративного светопроводящего бетонного изделия (см. заявка на получение патента Китая CN110843398 (A), опубл.28.02.2020). Известный способ включает следующие этапы:

(а) гравировку художественного рисунка на плите высокой плотности и нанесение на нее мягкого пластика для получения формы из мягкого пластика с рисунком;

(b) позиционирование и проделывание отверстий на шаблоне негативной стороны формы из мягкого пластика;

(c) оптические волокна помещают в проделанные отверстия формы из мягкого пластика, при этом оптическое волокно расположено на выпуклой стороне рисунка;

(d) подготавливают формы для бетонного изделия в соответствии с размером бетонного изделия, наносят разделительный состав на форму для бетонного изделия, помещают мягкую пластиковую форму, полученную на этапе (c), в форму для бетонного изделия, а затем заливают бетоном. После отверждения извлекают форму из мягкого пластика, чтобы получить бетонную заготовку;

(e) поворачивают сторону бетонной заготовки, полученную на этапе (d), рисунком вверх, наносят связующий агент для бетона на часть рисунка, а затем готовят бетон разных цветов в соответствии с дизайном рисунка и заливают;

(f) после завершения заливки на этапе (e) заготовку отверждают, полируют, опрыскивают силиконом и полируют для получения художественного декоративного полупрозрачного бетонного изделия. Форму из мягкого пластика изготавливают из силикагеля и вспомогательных материалов для укладки. Толщина формы из мягкого пластика составляет 10-15 мм, а глубина сверления отверстий для оптоволокна - 7-10 мм.

Недостатками известного способа является длительность и сложность процесса изготовления светопрозрачного бетона из-за большого количества технологических операций.

Технической проблемой, на решение которой направлено предложенное техническое решение, заключается в создании способа, позволяющего быстро и достаточно просто изготовить светопрозрачный бетон с любым желаемым изображением.

Технический результат, достигаемый при решении технической проблемы, заключается в сокращении времени затрат по формированию изображения любой сложности в светопрозрачном бетоне с одновременным улучшением чёткости изображения.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счёт того, что способ изготовления бетонного светопрозрачного изделия с изображением, включает этапы, на которых:

а) подготавливают составные части опалубки;

б) наносят материал для лепки на поверхность составных частей опалубки, с последующим нанесением изображения на материале для лепки;

в) устанавливают отрезки оптоволокна торцом в слой материала для лепки, в соответствии с изображением;

г) собирают опалубку из составных частей;

д) готовят бетонную смесь и заливают её в опалубку;

е) выдерживают бетонную смесь в опалубке при температуре 18-22°С и влажности 90-100% не менее 72 часов с получением заготовки;

ж) отделяют опалубку и материал для лепки от отвердевшей заготовки и шлифуют её;

з) выдерживают заготовку при температуре 18-22°С, влажности 90-100% в течение не менее 96 часов до окончательного твердения.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается также в следующих частных вариантах. В качестве материала для лепки используют материал, выбранный из группы: классический пластилин, восковой пластилин, воздушный пластилин, скульптурный пластилин, тесто для лепки, тесто из каолиновой глины. Такой материал равномерно без усилий распределяется по поверхности составных частей опалубки, сохраняет форму, прочно фиксирует оптоволокно и удерживает его в течение времени, необходимого для того, чтобы бетон схватился, что позволяет получить четкое изображение в светопрозрачном бетоне, при этом значительно сокращается время формирования изображения.

Толщина слоя материала для лепки, нанесенного на поверхность составных частей опалубки, составляет от 5 до 10 мм. Такая толщина позволяет прочно удерживать оптоволокно при изготовлении изделий. При меньшей толщине слоя, оптоволокно не будет прочно удерживаться в материале для лепки, что при заливке бетонной смеси приведет к смещению оптоволокна, а, следовательно, и к ухудшению четкости и точности изображения.

Толщина слоя больше 10 мм не целесообразна, так как при шлифовке заготовки, слой пластичного материала удаляется.

Предпочтительно используют оптоволокно с диаметром от 0,5 до 3 мм. Такой диапазон позволяет получить четкое изображение в готовом изделии. При диаметре меньшем 0,5 мм. оптоволокно будет слишком ломким, и, кроме того, потребуется слишком большое количество отрезков оптоволокна, что увеличит трудозатраты при формировании изображения и, следовательно, существенно увеличит время осуществления данного этапа и всего процесса изготовления изделия.

При диаметре большем 3 мм, будут огрубляться контуры изображения, что приведёт к понижению четкости изображения и его пикселизации.

Способ реализуется следующим образом. Первым этапом является подготовка составных частей опалубки. Для опалубки применяют широкий спектр материалов - металл, например, сталь или алюминий, дерево и древесные материалы (фанера, ДСП и т. д.), панели и профили из полимеров. Далее на составные части опалубки наносят и выравнивают слой материала для лепки. Поверхности для нанесения материала для лепки выбираются исходя из конструкции опалубки в соответствии с замыслом изготовляемого изделия. Толщина слоя составляет от 5 до 10 мм. Основное требование к материалу для лепки - пластичность. Именно это свойство позволяет легко и равномерно нанести материал для лепки на поверхность составных частей опалубки, нанести на него изображение, без каких-либо затруднений установить отрезки оптоволокна в слой материала для лепки и прочно удерживать оптоволокно во время всего процесса заливки бетона. Сочетание всех этих возможностей в одном материале позволяет осуществлять процесс формирования изображения в светопрозрачном бетоне с достаточной простотой и высокой скоростью. При этом, ограничивающим временем процесса изготовления изделия будет являться только скорость твердения бетона, которая зависит только от свойств применяемой бетонной смеси.

В качестве материала для лепки можно применять классический пластилин, восковой пластилин, воздушный пластилин, скульптурный пластилин, тесто для лепки, тесто из каолиновой глины, полиформ. Все эти материалы обладают требуемой пластичностью, что позволяет реализовать все основные (необходимые) стадии изготовления светопрозрачного бетона с четким изображением.

На нанесенный слой материала для лепки наносят изображение любой формы и сложности. Далее нарезают оптоволокно на отрезки длиной, составляющей сумму толщины стенки изделия с толщиной слоя материала для лепки. Основное требование к оптоволокну - оно должно быть изготовлено из пластика. Оптоволокно, изготовленное из стеклянных нитей, не подходит для светопроводящего бетона из-за хрупкости. Кроме того, такое оптоволокно подвергается разрушению из-за извести, образующейся при затворении цемента водой.

Подготовленные отрезки оптоволокна торцом устанавливают предпочтительно сначала по контуру изображения, а потом, при необходимости, и по всей его поверхности. Расстояние между волокнами выбирается в зависимости от требований к наносимому изображению.

В процессе эксплуатации изделия свет, попадая на торец оптоволокна, многократно отражается, преломляется в изгибах и выходит через другой конец оптоволокна. Поэтому светопропускная способность изделия не зависит от диаметра оптоволокна, а зависит только от плотности расположения оптоволокна. Чем она больше, тем интенсивнее проникает свет через изделие.

Затем из сформированных частей собирается опалубка. Сборка осуществляется известным для специалиста путём. Далее для заливки опалубки готовят бетонную смесь, например, из портландцемента, модификатора бетона, минерального порошка, армирующей присадки, пластификатора и воды.

В качестве портлендцемента можно использовать цементы марок от ЦЕМI до ЦЕМIV, классы от 42,5 до 52,5.

Песок предпочтительно состоит из твёрдых частиц – кварца, гранита и т.д., модуль крупности 0,1-0,2 мм.

В качестве модификатора бетона могут использоваться модификаторы марок МБ 2-30С, МБ 2-50С, Эмбэлит 2-100.

В качестве минерального порошка можно использовать минеральные порошки марок: МП-2 и МП-1, представляющие собой тонкомолотый известняк.

В качестве армирующей присадки применяется фибра, которая может представлять собой полипропиленовые, базальтовые, металлические мелко нарезанные волокна.

В качестве пластификатора может быть использован любой подходящий пластификатор для бетона, например, на поликарбоксилатной основе или на нафталиновой основе.

Подготовленную тщательно перемешанную бетонную смесь заливают в собранную опалубку и выдерживают при следующих условиях: температура 18-22°С, влажность 90-100% и время не менее 72 часов. Выдержку желательно проводить в камере нормального твердения.

В случае производства массивных/габаритных изделий можно опалубку с заготовкой изделия обернуть в полиэтиленовую плёнку, чтобы защитить от потери влаги и растрескивания. Для быстрого набора прочности, в помещении необходимо поддерживать температуру выше 15°С. Предпочтительно, чтобы температура выдержки составляла 15-40°С. В случае, если температура в помещении будет ниже 15°С, то заготовка не наберёт необходимую прочность, а если выше 40°С, то заготовка изделия может потрескаться.

Оптимальное время выдержки заготовки изделия составляет не менее 72 часов. Если время выдержки будет больше указанных сроков, то заготовка будет тяжело поддаваться последующей обработке, а если меньше указанных сроков, то заготовка изделия может разрушиться при обработке, из-за недостаточной прочности.

Оптимальная влажность выдержки составляет 90-100%. В том случае, если значение влажности будет ниже 90%, то вода будет испаряться с поверхности заготовки изделия, что приведет к образованию трещин.

Затем отделяют опалубку и материал для лепки от отвердевшей заготовки и шлифуют её. При шлифовке удаляют остатки материал для лепки, выступающие части оптоволокна и выравнивают поверхность любым доступным способом.

Отшлифованное изделие выдерживают при температуре 18-22°С, влажности 90-100% в течение не менее 96 часов, до окончательного твердения отшлифованного изделия. Такая выдержка позволяет набрать прочность бетонному изделию.

После выдержки отшлифованного изделия оно готово к применению.

Свои декоративные свойства светопрозрачный бетон проявляет при подсветке, например, светодиодными лампами.

Свет, попадая на торец оптоволокна, многократно отражается, преломляется в изгибах и выходит через другой конец оптоволокна, при этом происходит свечение изображения, нанесенного в светопрозрачном бетоне.

При отсутствии источника света, светопрозрачный бетон ничем не отличается от обычного бетона.

Изделие может быть выполнено любой формы и любых габаритов, с изображением любой сложности и может найти применение в широком спектре областей.

Далее приведен пример реализации предложенного способа изготовления изделия из светопрозрачного бетона с изображением.

Для изготовления опалубки использовали материал ДСП толщиной 20 мм. Далее на составные части (стенки) опалубки нанесли слой классического пластилина толщиной 5 мм и равномерно его распределили по стенкам опалубки. На слой классического пластилина нанесли изображение. Далее подготовили отрезки оптоволокна. Для этого использовали пластиковое оптоволокно толщиной 1 мм. Толщина стенки изделия составляет 20 мм, поэтому длина отрезков для данного изделия составляет 25 мм. Подготовленные отрезки оптоволокна устанавливали торцом в слой материала для лепки, сначала по контуру нанесенного рисунка, а затем по поверхности рисунка. Расстояние между отрезками составляло 3 мм. Далее была собрана опалубка из составных частей, которые скреплялись с помощью шурупов. Затем залили бетонную смесь. Бетонная смесь применялась из портландцемента ЦЕМII/В-Ш42,5Н, песка 0,1-0,2 мм, модификатора бетона Эмбэлита 2-100, минерального порошка МП-1, фибры полипропиленовой, пластификатора Зика 3300 и воды в пропорциях, применяемых для изготовления бетона. Заливали бетонную смесь в собранную опалубку, провели виброформовку для удаления воздуха. Залитую опалубку помещали в камеру нормального твердения и выдерживали при температуре 20°С и влажности 90-100% в течение 72 часов. После выдержки отделяли опалубку и материал для лепки от отвердевшей заготовки и шлифовали её. Сначала осуществили грубую шлифовку заготовки по средствам наждачной бумаги Р40. Окончательную шлифовку осуществили наждачной бумагой Р1000. Полученную заготовку опять поместили в камеру нормального твердения и выдерживали в течение 96 часов при температуре 20°С, влажности 95%. Такая выдержка заготовки позволяет раствору набрать примерно 2/3 своей окончательной прочности. Далее вынимали заготовку из камеры. Изделие готово к применению.

Следует отметить, что толщина стенки изделия, длина отрезков, расстояние между отрезками стекловолокна может изменяться в зависимости от требований, предъявляемых к изделию.

Заявленный способ изготовления позволяет получить изделия из светопропускающего бетона с четким изображением любой сложности, при этом формирование изображения в бетоне не займет много времени, что позволяет расширить области применения бетонных изделий, в том числе для декоративных целей.

Изобретение относится к производству декоративных строительных изделий из бетонных смесей, например таких, как облицовочная плитка, облицовочная панель, элементы внутреннего интерьера помещений, и может найти применение при облицовке стен зданий и сооружений как снаружи, так и внутри помещений, создании декоративных мозаичных панно и других художественных элементов интерьера. Способ изготовления изделия из светопрозрачного бетона с изображением включает этапы, на которых подготавливают составные части опалубки; наносят материал для лепки на поверхность составных частей опалубки, выравнивают, наносят на него изображение. На материале для лепки устанавливают отрезки оптоволокна диаметром 0,5-3 мм и длиной, составляющей сумму толщины стенки изделия и толщины слоя материла для лепки. Собирают опалубку из составных частей; готовят бетонную смесь и заливают её в опалубку. Выдерживают бетонную смесь в опалубке при температуре 18-22°С и влажности 90-100% в течение 72 часов. Отделяют опалубку и материал для лепки от отвердевшей заготовки и шлифуют её; выдерживают заготовку при температуре 18-22°С, влажности 90-100% до окончательного твердения. Декоративные свойства бетон проявляет при подсветке светодиодными лампами. Изобретение позволяет сократить время формирования изображения любой сложности в светопрозрачном бетоне с одновременным улучшением чёткости изображения. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления бетонного светопрозрачного изделия с изображением, включающий этапы, на которых

а) подготавливают составные части опалубки;

б) наносят пластичный материал для лепки на поверхность составных частей опалубки, с последующим выравниванием слоя материала для лепки и нанесением на него изображения;

в) устанавливают отрезки оптоволокна диаметром от 0,5 до 3 мм и длиной, составляющей сумму толщины стенки изделия и толщины слоя материала для лепки, торцом в слой материала для лепки, в соответствии с изображением;

г) собирают опалубку из составных частей;

д) готовят бетонную смесь и заливают её в опалубку;

е) выдерживают бетонную смесь в опалубке при температуре 18-22°С и влажности 90-100% в течение 72 часов;

ж) отделяют опалубку и материал для лепки от отвердевшей заготовки и шлифуют её;

з) выдерживают заготовку при температуре 18-22°С, влажности 90-100% в течение не менее 96 часов до окончательного твердения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала для лепки используют материал, выбранный из группы: классический пластилин, восковой пластилин, воздушный пластилин, скульптурный пластилин, тесто для лепки, тесто из каолиновой глины.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой материала для лепки, нанесенный на внутреннюю сторону опалубки, составляет от 5 до 10 мм толщиной.