Строительный блок Российский патент 2025 года по МПК E04C1/40 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству строительных кирпичей, стеновых и облицовочных строительных блоков, а также конструктивных элементов с и без применения порошкообразного сырья для использования при строительстве лунной базы, а также в наземных условиях.

При дальнейшем освоении космического пространства возникнет необходимость в построении постоянно действующей лунной базы, включающей строительные сооружения различного вида и технические структуры.

Ввиду отсутствия на Луне атмосферы и воды изготовление на ее поверхности строительных материалов из местного природного сырья по традиционной технологии потребует доставки с Земли большого количества громоздкого и дорогостоящего оборудования, а также связующих материалов.

Наиболее близким аналогом выбран обычный кирпич, который является искусственным строительным блоком правильной формы. В настоящее время наиболее распространены три вида кирпича: керамический (ГОСТ 530-2012 Кирпич и камень керамические. Общие технические условия. МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ. Дата введения 01.07.2013) - из обожженной глины; силикатный (ГОСТ 530-2012 Кирпич и камень керамические. Общие технические условия. МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ. Дата введения 01.07.2013) - из смеси песка и извести; и гиперпрессованный.

Несмотря на различные способы изготовления керамических изделий, основные этапы их производства являются общими и состоят из следующих операций: добыча сырьевых материалов, подготовка сырьевой массы, формование изделий, сушка и обжиг (Строительные материалы (Материаловедение. Строительные материалы). Микульский В.Г. и др.: учеб. издание. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2004. - 536 с. (С.116-117)) [1].

Задача изобретения состоит в получении строительного материала из современных композиционных материалов с заданными формой, механическими свойствами и геометрическими размерами, с возможным дополнительным применением порошкообразных природных материалов (в том числе лунного грунта) на основе применения высокопроизводительного автоматизированного оборудования.

Для производства на поверхности Луны строительных блоков предлагаемого типа потребуется доставка с Земли компактной установки для 3D-печати и композитного материала для изготовления ажурного каркаса строительных блоков. Электроэнергия для работы 3D-оборудования может быть получена от системы солнечных батарей. Изготовление строительных блоков организуют внутри обитаемого посадочного или стационарного модуля. Готовые блоки складируются на поверхности планеты.

Изготовленный строительный блок представляет собой прочный и легкий объемный тонкостенный каркас, который, в случае необходимости увеличения массы конечного изделия, может быть заполнен порошкообразной массой природного лунного происхождения.

Техническим результатом является снижение веса и стоимости доставляемых исходных материалов, а также упрощение и удешевление процесса изготовления строительных блоков вследствие сокращения числа и времени технологических этапов, повышение качества поверхности, надежности и долговечности получаемых изделий.

Заявляемое изобретение поясняется фигурами, на которых изображено:

Фиг. 1 - Строительный блок, вид в перспективе;

Фиг. 2 - Слой заполнителя с пирамидальными ячейками;

Фиг. 3 - Элементарная ячейка слоя заполнителя со сплошной или контурной площадкой в вершине;

Фиг. 4 - Элементарная ячейка слоя заполнителя со сплошной или контурной площадкой в вершине, вид в разрезе;

Фиг. 5 - Сборка из нескольких слоев заполнителя со сплошной или контурной площадкой в вершине;

Фиг. 6 - фиксирующая шпонка.

Строительный блок представляет собой структуру, изготовленную из современных композиционных материалов с заданными механическими свойствами, состоящую из многослойного заполнителя 3 и внешних боковых плоских слоев 1, 2 (Фиг. 1). Дискретный заполнитель 3, состоящий из ряда слоев, составляющих систему с регулярно расположенными в шахматном порядке пирамидальными ячейками, представлен на фиг. 2. Ячейки выгнутой и вогнутой формы располагаются поочередно. Другими словами, вершина одной ячейки направлена вверх, а вершины граничащих с ней ячеек – вниз или наоборот. Количество слоев и размеры ячеек соответствуют размерам применяемых в строительстве стандартных керамических или силикатных кирпичей или строительных блоков или могут быть выполнены произвольными в соответствии с необходимостью. Толщины внешних слоев и заполнителя могут быть различны и выбираются в зависимости от задаваемых требований по прочности и весу изделия. Вершина каждой ячейки 4 снабжена контактной площадкой 5 для соединения с другим слоем заполнителя и/или с соседним строительным блоком. В другом случае данные соединения осуществляются непосредственно по контуру соприкасающихся призматических граней ячеек.

Для облегчения сборки и надежной фиксации кладки, и обеспечения высокого качества внешней поверхности сооружаемой стены или облицовки применяются фиксирующие шпонки (фиг. 6), устанавливаемые в нескольких пазах между ячейками заполнителя строительных блоков, накладываемых друг на друга.

Соединяя описанным выше способом слои заполнителя друг с другом и/или с внешними слоями другого строительного блока, получают жесткую сборку, образующую многослойную конструкцию.

Предложенная структура заполнителя в составе многослойной конструкции способна воспринимать статические, динамические и температурные нагрузки, позволяя значительно снижать массу готового изделия или элемента конструкции, сохраняя или увеличивая жесткость. В то же самое время, она не обладает недостатками, характерными для наиболее распространенных видов кирпича и строительных блоков: большим весом, высокой стоимостью сырья, трудоемкостью изготовления, невысоким качеством поверхности.

За счет применения указанной структуры заполнителя достигается возможность обеспечить при малом весе прочностные и жесткостные характеристики, сравнимые или превышающие подобные характеристики многослойных структур с другими наиболее распространенными заполнителями: пена, соты, гофр, складчатые элементы.

Многослойная конструкция с пирамидальной формой ячеек заполнителя дискретной структуры может быть выполнена за одну технологическую операцию методом 3D-печати, если внешние слои и заполнитель изготовлены из материалов, применяемых при аддитивном производстве.

На фиг. 1 показана многослойная конструкция, содержащая внешние (боковые) плоские слои 1 и 2 и заполнитель 3. Материалом несущих слоев и заполнителя может быть любой конструкционный материал, удовлетворяющий поставленным требованиям к форме, размерам и механическим свойствам. Примером может служить стекло-, базальтопластик или другие полимерные или керамические материалы, удовлетворяющие внешним условиям эксплуатации изделия. Форма и размеры строительного блока или соответствуют стандартным величинам кирпичей, изготовляемых традиционными методами, или могут быть выполнены в соответствии с проектом возводимого сооружения. Возможно изготовление строительных блоков Г-образной и круговой формы с различным соотношением размеров сторон.

Дискретный заполнитель 3 с регулярно расположенными в шахматном порядке пирамидальными ячейками представлен на фиг. 2. Ячейки 4 со сплошной или контурной верхней контактной площадкой (фиг. 3) располагаются поочередно. Другими словами, вершина одной ячейки направлена вверх, а вершины граничащих с ней ячеек - вниз или наоборот. Количество слоев и размеры ячеек соответствуют запроектированному размеру и форме строительного блока. Толщины внешних слоев и заполнителя могут быть различны и выбираются в зависимости от задаваемых требований по прочности и весу изделия.

На фиг. 3 показана элементарная ячейка 4 слоя заполнителя 3, которая может быть выполнена в двух вариантах. Ячейка 4 представляет собой пространственную фигуру 4-гранной формы в виде усеченной пирамиды с квадратным поперечным сечением (Фиг. 4). В вершине ячейки 4 имеется сплошная 5 или контурная 6 квадратная контактная площадка, посредством которой слои 3 соединяются друг с другом. Также по поверхности контактных площадок 5 производится соединение кирпичей или блоков между собой при сооружении стен по слоям заполнителя соседних строительных блоков. В ходе построения исходной математической модели при использовании технологии 3D-печати следует учитывать минимальные радиусы закругления по длине ребер призматических ячеек заполнителя.

При изготовлении блоков, предназначенных для заполнения порошкообразным природным материалом образовавшихся пустот, ячейки блоков выполняются в виде, показанном на фиг. 4, с контурной контактной площадкой 6. В этом случае соединение слоев 3 между собой или строительных блоков между собой при сооружении стен происходит по контуру пирамидальных граней 6.

Слои заполнителя 3 расположены друг относительно друга таким образом, что каждый последующий слой является зеркальным отражением предыдущего слоя (фиг. 5).

Для облегчения сборки и надежной фиксации кладки, и обеспечения высокого качества внешней поверхности сооружаемой стены или облицовки применяются фиксирующие шпонки (фиг. 6), устанавливаемые в нескольких пазах 7 между ячейками заполнителя 3 строительных блоков, накладываемых друг на друга.

Посредством описанного выше способа соединения слоев друг с другом и/или с внешними слоями получают жесткую сборку, образующую многослойную конструкцию (фиг. 1).

Структура заполнителя предложенного вида для многослойных конструкций способна воспринимать статические, динамические и температурные нагрузки, позволяя значительно снижать массу готового изделия или элемента конструкции, сохраняя или увеличивая жесткость, и также позволяет выполнять функции тепло- и звукоизоляции, демпфирования при ударном воздействии. Изобретение применимо для использования в области строительства, в химических, гидротехнических установках и других отраслях промышленности в составе конструктивно-силовой схемы агрегата.

В то же самое время она не обладает недостатками, характерными для наиболее распространенных видов кирпича: большим весом, высокой стоимостью сырья, трудоемкостью изготовления, невысоким качеством поверхности. Изготовленные предложенным способом строительные блоки обеспечивают высокое качество внешней поверхности сооружения, не требуют дополнительного покрытия, обладают высокой стойкостью к внешним климатическим воздействиям (температура), имеют высокие тепло-звукоизолирующие свойства. При монтаже, благодаря ячеистой структуре заполнителя, с помощью применения дискретных соединительных элементов, совместимых по форме с ячейками заполнителя, обеспечивается быстрота и точность укладки.

Полученный строительный блок представляет собой прочный и легкий объемный тонкостенный каркас, который, в случае необходимости увеличения массы конечного изделия для большей устойчивости, может быть заполнен порошкообразной массой природного лунного происхождения.

Строительные блоки предложенной структуры, выполненные по технологии 3D-печати, с минимальными расходами на доставку исходных материалов и оборудования для изготовления предлагается использовать при планируемом строительстве базы на Луне и других планетах Солнечной системы.

Литература

1. Микульский В.Г. и др. Строительные материалы (Материаловедение. Строительные материалы). М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2004. - 536 с. (С.116-117).

2. ГОСТ 530-2012 Кирпич и камень керамические. Общие технические условия. МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ. Дата введения 01.07.2013.

3. ГОСТ 379-2015. Группа Ж11. МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ КИРПИЧ, КАМНИ, БЛОКИ И ПЛИТЫ ПЕРЕГОРОДОЧНЫЕ СИЛИКАТНЫЕ. Общие технические условия. МКС 91.100.15. Дата введения 2015-10-01.

4. Зотов А.А., Волков А.Н. Приближенный метод расчета на изгиб трехслойных панелей с дискретным заполнителем // ДЕФОРМАЦИЯ И РАЗРУШЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ. - 2023 - №.7. - С.12-16.

5. Патент №2792316 Российская Федерация МПК F17C 13/00 (2006.01) B65D 81/18 (2006.01). Емкость высокого давления для хранения и транспортировки взрывоопасных газов и жидкостей: №202212158, заявл. 09.08.2022, опубл. 21.03.2023 / Зотов А.А. Волков А.Н. - 14 с.

6. Патент №2797868 Российская Федерация В32В 7/00 (2006.01) В32В 7/00 (2023.05). Многослойная конструкция с синусоидальным заполнителем: №2022119341, заявл. 14.07.2022, опубл. 09.06.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к производству строительных кирпичей, стеновых и облицовочных строительных блоков, а также конструктивных элементов с возможностью применения порошкообразного сырья для использования при строительстве лунной базы, а также в наземных условиях. Задача изобретения состоит в получении строительного блока с заданными формой, механическими свойствами и геометрическими размерами, с возможным дополнительным применением порошкообразных природных материалов, в том числе лунного грунта, на основе применения высокопроизводительного автоматизированного оборудования. Строительный блок представляет собой структуру из композиционных материалов, состоящую из многослойного дискретного заполнителя и внешних боковых плоских слоев. Заполнитель выполнен из нескольких слоев, каждый слой представляет собой систему с регулярно расположенными в шахматном порядке пирамидальными ячейками выгнутой и вогнутой формы, причем вершина ячейки и вершины граничащих с ней ячеек направлены в противоположных направлениях, при этом вершина каждой ячейки заполнителя выполнена контурной, а внутренние пустоты блока заполнены порошкообразной массой природного лунного происхождения. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Строительный блок, представляющий собой структуру из композиционных материалов, состоящую из многослойного дискретного заполнителя и внешних боковых плоских слоев, при этом дискретный заполнитель выполнен из нескольких слоев, каждый слой представляет собой систему с регулярно расположенными в шахматном порядке пирамидальными ячейками выгнутой и вогнутой формы, причем вершина ячейки и вершины граничащих с ней ячеек направлены в противоположных направлениях, при этом вершина каждой ячейки заполнителя выполнена контурной, а внутренние пустоты блока заполнены порошкообразной массой природного лунного происхождения.

2. Строительный блок по п. 1, отличающийся тем, что слои заполнителя и боковые слои изготовлены по технологии 3D-печати.

3. Строительный блок по п. 1, отличающийся тем, что слои заполнителя расположены друг относительно друга так, что каждый последующий слой заполнителя является зеркальным отражением предыдущего слоя.