Строительный элемент Советский патент 1988 года по МПК F27D1/04 

(21)4215113/29-33

(22)24.03.87

(46) 23.09.88. Бюл. N 35

(71)Уральский научно-исследовательский и проектный институт строительных материалов

(72)А. Н. Чернов, Ю. А. Колпаков, О. И. Василец и М. Ф. Захаров

(53)666.94.041(088.8)

(56)Ильина Н. В. и др. Футеровка вращающихся печей цементной промышленности. - М.: Стройиздат, 1967, с. 68.

(54)СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

(57)Изобретение относится к про.мышлен- ности строительных материалов и может быть использовано заводами керамических и железобетонных изделий при изготовлении жаростойких изделий и при возведении тепловых агрегатов. Цель изобретения - обеспечение самоанкеровки строительного элемента в матрице композиционного материала. Предлагаемый строительный элемент 5 ограничен щестью плоскими гранями, в том числе двумя противоположными плоскими гранями, лежащими в полуплоскостях Г и 2 двугранного угла. Две другие противоположные грани элемента 5 лежат в полуплоскостях 3 и 4 другого двугранного угла, причем ребра указанных двугранных углов являются скрещивающимися прямыми и расположены по разные стороны элемента 5. Оставшиеся две грани, обращенные к ребрам двугранных углов, являются основаниями элемента 5 и выполнены прямоугольными. 1 1 ил.

S

(Л

4 ГО

СП Ф

ьо

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано, например, заводами керамических изделий как в виде выпускаемой продукции, так и в качестве деталей при возведении и ремонте тепловых агрегатов, а также может быть использовано, например, заводами железобетонных изделий при изготовлении однослойных, например, жаростойких изделий, от которых требуется повышенное сопротивление разрыву, при изготовлении трехслойных изделий, а также подвесных сводов.

Цель изобретения«обеспечение самоанке- ровки строительного элемента в матрице композиционного материала.

На фиг. I показан строительный элемент с двумя двугранными углами; на фиг. 2 - то же. вид спереди; на фиг. 3 - то же, вид сбоку; на фиг. 4 - то же, план; на- фиг. 5 - ко.мпозиционнЕ 1Й материал, в котором строительные материалы выполняют функцию армирующих зерен, разрез; на фиг. 6 - двухслойное строительное изделие, продольный разрез; на фиг. 7 - то же, поперечный разрез; на фиг. 8 -- сечение А-А на фиг. 7; на фиг. 9 -- подвесной свод печи, вид свер- ху; на фиг. 10 - сечение Б-Б на фиг. 9; на фиг. 1 i - сечение В-В на фиг. 9.

Двугранный угол а составлен полуплоскостями i и 2 и пересек ется с други.м двугранным углом ц;, составленным двумя полуплоскостями 3 и 4, внутри указанных двугранных углов находится пред- ;|агаемый строительный эле.мент 5, представ- ляюни-1Й собой HjecTHrpaHHHK (а b с d е f g h). Две его противоположные грани (а d е h) и fb с f g) лежат в полуплоскостях 1 и 2 двугранного угла а, две другие противо- по;1ожные грани (а b е f) и (с d h g) лежат в полуплоскостях 3 и 4 двугранно- -о угла (р, две оставшиеся противоположные грани (а b с d) и (е f g h), называемые основаниями эле.мента 5, обращены в стороны ребер двугранных углов а и (f, сквозь них проходит рабочая ось шп элемента 5, перпендикулярная ребрам обоих вугра П ых углов а и ф, а эти ребра :;В-1Я1Отся ск)е1циваюшимнся прямыми.

Стрелками q на фиг. 2 и 3 показаны усилия самоанкеровки элемента 5. В ко.мпозиционном материале предлагаемые строительные элементы 5 выполняют функцию армируюших зерен заполнителя, включенных в матрицу 6, вьшолненную, например, из жаростойкого строительного раствора.

Двухслойное строителыюе изделие - стеновая панель, плита покрытия и т. п., состоит из несущей преимущественно железо- бетон ной плиты 7 и теплоизоляционного слоя, например, их вермикулитобетона 8, а между ними расположены строительные элементы 5, выполняющие роль щпонок.

объединяющих между собой разнородные материалы.

Подвесной свод 9 печи или другого сооружения, выполнен например, из керам- зитобетона, в свод 9 замоноличены строительные элементы 5, выполняющие функции анкеров, за которые свод подвешивается к несущему каркасу (не показан), на элементы 5 надеты захваты 10, к которым прикреплены тяги 11 и монтажные кольца 2, присоединяемые к каркасу.

Работа предлагаемого строительного элемента 5 в качестве заполнителя матрицы 6 композиционного материала, например в качестве заполнителя жаростойкой бетонной

5

5

смеси на основе

высокоглиноземистого

цемента (ВГЦ), аналогична работе дисперсной арматуры, поскольку элементы 5 само- анкеруются, что обеспечивает повышенное сопротивление композиционного материала разрыву, увеличение его трещиностойкости

0 и термостойкости. Работа элемента 5 в качестве щпонок двухслойного изделия и несущего анкера подвесного свода 9 характеризуется тем, что даже при большой уса- дочности матрицы 6 и потере контакта между матрицей 6 и предлагаемым элементом 5, последний будет выполнять свои функции благодаря собственной неизвлекае- мости из матрицы 6.

Для разных условий работы целесообразен выбор своих оптимальных параметQ ров элемента 5: численное значение величин двугранных углов а и ф, в полуплоскостях 1 и 2, 3 и 4 которых лежат грани элемента 5, форма и площадь оснований; соотношение диаметров и высоты элемента 5 вдоль его рабочей оси mn. От

условий работы элемента 5 зависит также выбор материала, который в общем случае может быть самым различным, даже органическим, его прочностные характеристики, пористость, модуль упругости и пр. Все эти параметры подаются расчету известными

0 методами.

Преимущество предлагаемого элемента 5 в том, что он самоанкеруется в направлении своей рабочей оси mn, перпендикулярной ребрам обоих двугранных угг лов а и ф, так как в этом направлении элемент 5 имеет переменную форму поперечного сечения, кроме того, элемент 5 имеет форму выпуклого тела без каких- либо впадин, местных уменьшений диаметра и тому подобных деталей, ослабляющих

0 сечение и приводящих к концентрации напряжений, что способствует повышению стабильности его прочностных характеристик Величина диаметра поперечного сечения, перпендикулярного рабочей оси mn элемента 5, плавно изменяется по мере движе5 ния секущей плоскости вдоль этой оси шп от одного основания элемента 5 к другому, причем элемент 5 имеет минимальный диаметр в средней своей части, а по мере

приближения к любому из оснований элемента 5 его диаметр плавно увеличивается, этим и обеспечивается самоанкеровка элемента. Вследствие плавного увеличения диаметра усилие с амоанкеровки элемента 5 распределяется на некоторой части его длины вдоль рабочей оси mn элемента 5 (стрелки q, фиг. 2), поэтому величина разрывающего усилия возрастает по мере приближения к середине элемента 5, т. е. вблизи оснований усилие разрыва минимально, а в средней части элемента 5, там где его диаметр имеет наименьшую величину, усилие разрыва максимально. Несмотря на прямолинейность его ребер и граней, площадь поперечного сечения элемента 5 (т. е. площадь сечения, перпендикулярного рабочей оси тп, изменяется нелинейно по мере продвижения секущей плоскости вдоль рабочей оси mn от одного основания элемента 5 к другому). В случае равных по величине и параллельных друг другу оснований элемента 5, стороны которых соответственно равны k и 1, а высота элемента (между основаниями) равна Н, площадь поперечного сечения элемента F на расстоянии X от основания определяется по формуле

1+( )(k-l)

где X - текущее расстояние между основанием элемента 5 и секущей плоскостью.

Из формулы следует, что во-первых, при , площадь поперечного сечения элемента 5 в средней его части всегда больще площади оснований (это следует из того, что и потому второй член правой части формулы не может быть отрицательным); во-вторых, максимум площади сечения находится точно на середине длины элемента 5, т. е. там, где максимально и усилие разрыва, (об этом свидетельствует максимум значения первого выражения в скобках при ,5 Н); в третьих, соотнощение площади основания и серединного сечения элемента 5 легко регулируется выбором соотнощения сторон основания (чем больще различие между к и 1, тем больще значение второго выражения в скобках, а следовательно, и больще площадь сечения в средней части элемента 5).

Указанные особенности позволяют требуемые параметры элемента 5 для любых условий его работы.

Периметр строительного элемента о во

всех сечениях, перпендикулярных рабочей оси, имеет постоянную величину, равную 2 (к+1), чем обеспечивается равномерность сущки элемента 5, постоянство площади его сцепления с матрицей 6, т. е. монолитность композита. В одинаковых по

толщине слоях элемента 5, образованных секущими плоскостями, перпендикулярными рабочей оси, часть площади боковой поверхности, обеспечивающей самоанкеровку элемента 5, увеличивается по мере приближения рассматриваемого слоя к центру элемента 5, это согласуется с ростом площади поперечного сечения, т. е. является весьма полезным с точки зрения прочности элемента 5.

Пример 1. Заполнитель для жаростойкого бетона; элементы 5 выполнены из сырьевой смеси, состоящей из шамотного порошка и ВГЦ в соотношении 1:1, при ,3; формование под прессом при давлении 100 кгc/cм, гидротермальная обработка в поперечной камере при 80°С в течение 10 ч с последующей сушкой до постоянного веса; размеры оснований 2X4 см, высота 6 см.

Пример 2. Шпонки для двухслойных изделий, сырьевая смесь того же состава

на ВГЦ, размеры оснований 4X8 см, высота 12 см. Возможно армирование элементов 5 металлической или неметаллической арматурами, в том числе дисперсной. Пример 3. Несущие анкеры, выполнены из керамики обожженной до частичного

оплавления (подобно клинкерному кирпичу), размеры оснований 8X16 см, высота 24 см.

Формула изобретения

Строительный элемент, преимущественно керамический, ограниченный шестью плос- хими гранями, из которых две противоположные лежат в полуплоскостях двугранного угла, отличающийся тем, что, с целью обеспечения его самоанкеровки в матрице композиционного материала, две другие противоположные грани элемента лежат в полуплоскостях другого двугранного угла, причем ребра двугранных углов являются скрещивающимися прямыми и расположены по разные стороны элемента.

Риг. 2

Фиг. 5

Фиг.З

фиг. 6

Н

JL

f

JL

JL

Y

5

57 585

фиг.7

фиг.В

9 12 510 / I II

PS,

JL

JL

/

J L

К

f

JL

JL

Y

Фиг.9

В - В

В - 5

Ю

Фие.Ю