Многопустотный бетонный блок
CONCRETE BLOCK WITH MULTIPLE CAVITIES

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 (патент RU №2660690, МПК Е04В 2/08, 2018).
Однако сложность конструкции блока, высокая трудоемкость изготовления блока, большой вес, увеличивают 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 в указанном техническом решении высока 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 сложность конструкции приводит к высокой трудоемкости 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 пониженная трещиностойкость за счет того, что имеются единичные пустоты большого объема, расположенные в одной вертикальной плоскости, что не позволяют регулировать свойствами тепло- и звукоизоляции, которые, кроме того, понижают структурную прочность блока и создают при приложении нагрузки - 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, состоит в обеспечении равномерного распределения пустот в объеме, снижении материалоемкости и трудоемкости за счет отказа от необходимости согласования размера пустот блока с размерами пустотообразователя, упрощении конструкции и технологии изготовления за счет отказа от использования сложного и энергоемкого оборудования, повышении прочности блока.
Поставленная проблема и технический результат достигаются тем, что в многопустотный бетонный блок, содержащий бетонную матрицу с распределенными в ней пустотами, образованными сборным пространственным несущим трубчатым каркасом, включающим горизонтальные слои из сборных элементов в виде двухслойных трубчатых секций, контактируемые между собой и, состоящие из слоя несущих продольных и слоя несущих поперечных пустотообразователей из полимеркомпозитных трубок с зазором между собой на всю длину и ширину блока, соответственно, скрепленные между собой и с вертикальными стойками в виде полимеркомпозитных арматурных стержней, расположенные в четырех углах пространственного несущего трубчатого каркаса. При тэтом вертикальные стойки выполнены из полимеркомпозитных трубок.
Исполнение многопустотного бетонного блока, содержащего бетонную матрицу с распределенными в ней пустотами, причем пустоты образованы сборным пространственным несущим трубчатым каркасом, включающим горизонтальные слои из сборных элементов в виде двухслойных трубчатых секций, контактируемые между собой и состоящие из слоя несущих продольных и слоя несущих поперечных пустотообразователей из полимеркомпозитных трубок с зазором между собой на всю длину и ширину блока, соответственно, скрепленные между собой и с вертикальными стойками в виде полимеркомпозитных арматурных стержней, расположенные в четырех углах пространственного несущего трубчатого каркаса (например, вязальной проволокой, скотчем и др.), причем вертикальные стойки могут быть выполнены из полимеркомпозитных трубок, что позволяет, во-первых, использование заранее изготовленного пространственного несущего трубчатого каркаса, позволяет упростить важную технологическую операцию - формование и, соответственно, применить более простое оборудование: простую форму без выступов под пустоты, а также вместо вибропресса, применить, например более простое по конструкции оборудование - виброплощадку, во-вторых, исполнение сборных элементов в виде двухслойных трубчатых секций, контактируемыхмежду собой и, состоящих из слоя несущих продольных и слоя несущих поперечных пустотообразователей из полимеркомпозитных трубок позволяет повысить равномерность пустотностии распределение нагрузки в объеме блока, соответственно повысить прочность и более эффективно гасить звуковые волны с возможностью распространения в двух направлениях; в-третьих, при образовании зазора между полимеркомпозитными трубками формируется непрерывная бетонной матрица в объеме блока, что повышает прочность блока; в-четвертых, упростить конструкцию и технологию изготовления блока за счет отказа от фиксаторов пространственного несущего трубчатого каркаса при расположении продольных и поперечных пустотообразователей из полимеркомпозитных трубок на всю длину и ширину блока, что соответствует внутренним размерам формы; в-пятых, в отличие от применения сфер в аналогах, которые сложно изготавливать, трубки проще изготавливать даже в условиях небольших мастерских, для чего достаточно просто их нарезать из обычных стандартных полимеркомпозитных труб, широко применяемых в различных отраслях народного хозяйства, причем требуемого диаметра, при этом возможно использование отходов производства трубок, в-шестых, исполнение стоек из полимеркомпозитных арматурных стержней позволяет обеспечить сразу две функции - конструктивную и несущую - армирующую, повышая, тем самым, структурную прочность бетонной матрицы, в-седьмых, исполнениестоек из полимеркомпозитных трубок позволяет обеспечить сразу две функции - пустотообразующую и несущую, повышая, тем самым, пустотностьбетонногоблока, в-восьмых, такая более простая конструкция блока позволяет выполнять формование более технологично - отпадает необходимость в использовании сложной формы для формирования пустот, при этом проще выполнять операции по чистке и смазке формы, в-девятых, укладка двухслойных трубчатых секций с контактированием между собой продольных и поперечных трубок позволяет распределять нагрузку более равномерно на все трубчатые элементы каркаса, повышая тем самым прочность блока, в-десятых, укладка попеременно слоев несущих продольных и поперечных трубок позволяет снизить влияние возможного прогиба продольных трубок, как наиболее протяженных, при повышенных нагрузках, что повышает прочность и долговечность работы блока.
При этом, использование непрерывных полимеркомпозитных трубок на всю длину и ширину 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.
Многопустотный бетонный блок поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема многопустотного бетонного блока, на фиг. 2 - разрез по А-А многопустотного бетонного блока; на фиг. 3 - двухслойная трубчатая секция.
На фигурах 1-3 обозначено: 1 - бетонная матрица; 2 - несущие продольные полимеркомпозитные трубки - пустотообразователи; 3 - несущие поперечные полимеркомпозитные трубки - пустотообразователи; 4 - скотч; 5 - вертикальные стойки; 6 -скрепляющие элементы; 7 - форма.
Многопустотный бетонный блок состоит из бетонной матрицы 1, внутри которой установлен несущий пространственный трубчатый каркас (фиг. 1, фиг. 2), состоящий из сборных элементов в виде двухслойных трубчатых секций (фиг. 3), уложенные слоями и состоящие из несущих продольных 2 и поперечных 3 пустотообразователей и зполимеркомпозитных трубок (фиг. 2), скрепленные между собой, например скотчем 4, и вертикальными стойками в виде полимеркомпозитных арматурных стержней 5, например хомутами из вязальной проволоки 6,расположенные в четырех углах пространственного несущего трубчатого каркаса.
Также многопустотный бетонный блок может быть выполнен с пространственным трубчатым каркасом, в котором вертикальные стойки 5 изготовлены из полимеркомпозитных трубок.
Многопустотный бетонный блок изготавливают следующим образом.
Сначала изготавливают пространственный несущий трубчатый каркас. Для этого нарезают требуемое количество продольных, длиной равной длине блока и поперечных, длиной равной ширине блока, полимеркомпозитных трубок 2, 3, а также полимеркомпозитных стоек из арматуры или трубок-стоек 5, заданного диаметра, равной высоте блока. Затем изготавливают сборные элементы в виде двухслойных трубчатых секций, для чего укладывают пустотообразователи в один слой из продольных полимеркомпозитных трубок 2, а второй слой из поперечных полимеркомпозитных трубок 3 с заданным расстоянием t между ними и скрепляют между собой, например скотчем 4 (фиг. 3). Изготавливают требуемое количество двухслойных трубчатых секций. Затем собирают пространственный несущий трубчатый каркас, для чего берут одну двухслойную трубчатую секцию, устанавливают стойки 5 в их углах и скрепляют с ними, например вязальной проволокой 6. После этого укладывают и скрепляют остальные трубчатые секции на всю высоту блока для создания максимальной пустотности, образуя пространственный несущий трубчатый каркас. Собранный пространственный несущий трубчатый каркас устанавливают в форме 7 (фиг. 1, фиг. 2).
После этого приготавливают бетонную смесь по известным технологиям.
Затем формуют изделие, для чего берут стандартную форму 7, например, предназначенную для изготовления целикового керамзитобетонного блока (без пустот), устанавливают на виброплощадку, укладывают в ней собранный пространственный несущий трубчатый каркас, загружают приготовленную бетонную смесь 1 и вибрируют (фиг. 1). При этом в процессе вибрирования трубчатый каркас будет оставаться на месте за счет того, что его длина и ширина соответствуют размерам блока. Поэтому отпадает необходимость в фиксации трубчатого каркаса в форме.
После формования изделия выполняют тепловую обработку до достижения многопустотным бетонным блоком распалубочной прочности. Готовые многопустотные бетонные блоки укладывают на стройплощадке согласно техническим нормам.
Более равномерное распределение пустот достигается за счет возможности формирования структуры на двух этапах изготовления: на этапе изготовления пространственного несущего трубчатого каркаса и на этапе формования - формирование несущего каркаса облегченной матрицы, что, в целом, позволяет получить эффективный облегченный строительный многопустотный бетонный блок.
Размеры полимеркомпозитных трубок, диаметр, расстояние между ними, а также количество сборных элементов в виде трубчатых секций, задают из условий 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 пустоты или каналы по его высоте, ослабляя в этих местах сечение от действия комплекса внутренних напряжений, в предлагаемом многопустотном бетонном блоке за счет использования непрерывных пустотообразователей, равномерно расположенные во взаимно продольном и поперечном направлениях в объеме, и являющихся составной частью пространственного сборного каркаса, происходит армирование всего объема бетонной матрицы с формированием более равномерного поля действующих напряжений, за счет чего, в целом, существенно повышается несущая способность многопустотного бетонного блока.
Кроме этого, слои из трубок создают препятствия для развития и роста возможных трещин, повышая, тем самым, трещиностойкость и, соответственно, прочность блока.
При этом пустоты, образованные полимеркомпозитными трубками на всю длину и ширину блока, при возведении, например стены из блоков, остаются постоянно закрытыми, что не позволяет накапливать в них влагу, тем самым сохраняя теплотехнические и звукоизоляционные 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.
На общей конструктивной схеме многопустотного бетонного блока (фиг.1, фиг. 2, фиг. 3) видно, что основные конструктивные элементы многопустотного бетонного блока связаны между собой с учетом действия нагрузки и технологичности его изготовления за счет отказа от необходимости контроля расположения полимеркомпозитных трубок в объеме блока, а также возможности их использования различного размера. 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 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 оборудованием.
Многопустотный бетонный блок был изготовлен в виде модели в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ. Осмотр разрушенных модельных образцов после выполненных испытаний показал, что пространственный несущий трубчатый каркас в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок располагался в заданном положении без смещений и разрушений, соответственно, обеспечивалась заданная пустотность. В целом, модельные испытания показали возможность использования более простой технологии изготовления предложенной конструкции многопустотного бетонного блока в заводских условиях.