СТРОИТЕЛЬНЫЙ ПУСТОТНЫЙ КАМЕНЬ

Полезная модель относится к области строительства, а именно, к производству стеновых строительных материалов, в частности, к производству строительных пустотелых камней (ПК) с горизонтальной системой пустот (ГСП).
Известны форматы ПК ГСП, рекомендуемые ГОСТ 530-2007 (рис.А.1.17 - рис.А.1.19), содержащие между тычковыми гранями системы сквозных призматических пустот. Существенный признак, объединяющий указанные форматы ПК, заключается в том, что три (рис.А.1.17, рис.А.1.18) или шесть (рис.А.1.19) сквозных пустот, расположенных между тычковыми гранями, имеют прямоугольное поперечное сечение и расположены внутри прямоугольного контура, образуемого керамическим материалом.
м
пр
пр
м
м
Недостатком таких форм является то, что использование ПК для материалов, имеющих высокую теплопроводность (λ≈0,6÷1,3 Вт/м°С), целесообразно только с позиций производства (экономия материала) - с точки зрения теплофизики ПК не имеют смысла [Ильинский В.М. Строительная теплофизика. - М.: «Высшая Школа», 1974. - С.42]. Кроме того, ПК имеют геометрические параметры пустот значительно снижающие несущую способность, а горизонтальные «мостики холода» по материалу не позволяют существенно снизить приведенный коэффициент теплопроводности λ: λ≈(0,70÷0,85)λ, где λ - коэффициент теплопроводности материала.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту и выбранный в качестве прототипа является кирпич (Патент RU 2183710 по кл. Е04С 1/00, заявл. 03.06.1999 г.) с системой щелевых пустот (ЩП) и шахматной системой их положения. Пустоты выполнены основной и доборной длины и размещены с чередованием рядов, один из которых содержит две пустоты основной длины, а другой - одну пустоту основной длины между двух пустот доборной длины, отделенных друг от друга по длине ряда перемычками.
Недостаток такой формы заключается в том, что заявленные автором геометрические параметры ЩП ограничивают возможности устройства более трех-четырех рядов пустот и, следовательно, эффективного использования теплового сопротивления воздушных прослоек (ВП). Кроме того, большая длина основных пустот и их не совместимость по смежным по высоте рядам кладки снижают объемную, пространственную прочность кирпича.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение прочности, уменьшение теплопроводности и веса камня, увеличение сдвиговой прочности кладки, повышение потребительских качеств камня.
Указанный технический результат достигается тем, что строительный ПК в виде прямоугольного параллелепипеда с системой щелевых пустот и шахматной системой их положения, состоящей из пустот основной и доборной длины и отделенных друг от друга по длине ряда перемычками имеет сквозные горизонтальные пустоты, выполненные в виде гиперпараметрических призм и полупризм, открытых по нижней или нижней и верхней постельным граням, ориентированных большой осью, превышающей не менее чем в три раза малую ось, параллельно плоскости стены, отделенных друг от друга по длине ряда перемычками постоянной или переменной толщины. Постельные грани ПК имеют канавки, перпендикулярные боковым граням. Нижняя постельная грань имеет паз, совмещенный с открытой к нижней пастельной грани горизонтальной сквозной пустотой, а верхняя постельная грань имеет установочный выступ по всей длине ПК, конгруэнтный пазу. Лицевой слой ПК имеет офактуренную поверхность.
Гиперпараметрические (ГП) призматические пустоты и топология их положения в камне обеспечивают совместимость стенок между пустотами по смежным по высоте рядам кладки, что позволяет при минимальном ослаблении сечения увеличить пустотность ПК - за счет этого снижаются теплопроводность и вес камня.
На фиг.1 представлены кирпичи утолщенные (фиг.1а и фиг.1б), камень рядовой облицовочный (фиг.1в) и камень рядовой (фиг.1г) с офактуренными лицевыми гранями с ГП воздушными прослойками (ВП), имеющими отношение поперечных размеров сечений поперек направления теплового потока к размерам вдоль направления теплового потока более трех -Ильинский В.М. Строительная теплофизика. - М.: «Высшая Школа», 1974. - С.42.
На фиг.2 представлены варианты ГП поперечных сечений ВП:
- фиг.2а - эллиптическое (гиперэллиптическое) с тремя параметрами a, b, k, описываемое уравнением:
где k - порядок «гиперэллипса»: k=2, 4, 6, …; a, b - полуоси эллипсов.
э
- фиг.2б - прямоугольное с полуэллиптическими торцами и тремя параметрами сечения: а, b, a;
- фиг.2в - сотовое со скруглением углов и пятью параметрами сечения: а, b, с, R, r.
При положении центров окружностей скругления углов на горизонтальной оси симметрии (фиг.2в, ось x) имеем:
1
где a=a·b/(b-с) - вспомогательный размер.
На фиг.3 (для изделий, в частности, подвергаемых тепловой обработке) и фиг.4 (для керамических изделий, подвергаемых обжигу) представлены топология положения ГП ВП в поперечных сечениях ПК, где: 1 - пустоты основного размера; 2 - большая и 3 - малая доборные пустоты; 4, 5 - пустоты крайних рядов ВП; 6 - направление теплового потока; 7, 8 - «мостики холода» по материалу КПК.
Размеры камня (фиг.3, фиг.4) определяются следующими зависимостями:
к
к
k
где L, Н, В - соответственно, длина, высота и толщина ПК;
1
1
1
1
1
1
L, В, Н - габаритные размеры (длина, ширина и высота) малоформатного, стандартного кирпича: L=250 мм; B=120 мм; H=65 мм;
в
г
k
в
г
k
Δ, Δ, Δ - толщины вертикального, горизонтального и межрядного швов «классической» кладки: Δ=10 мм; Δ=12 мм; Δ=10 мм;
K,M,N - типоразмерные параметры: К=1; 1,5; 2; М=3; N=1, 2, …, 5.
2
3
1
ГП ВП (фиг.3, фиг.4) размещены с чередованием i (i=1, 2,…,m) рядов так, что между двумя боковыми рядами (i=1 и i=m) пустот у ложковых граней ПК поочередно располагаются основной ряд, содержащий n-2 (n=4, 6…) пустот основной длины 2а, расположенных между двух малых пустот доборной длины 2a, и доборный ряд, содержащий n-1 пустот основной длины, расположенных между двух малых пустот доборной длины a, открытых на нижней или нижней и верхней постельных гранях ПК. В боковых рядах ГП ВП располагаются 2n-1 пустот длиной 2a и .
Геометрические параметры ПК связаны зависимостями (см. фиг.3, фиг.4):
для основных и доборных рядов ВП (i=2,…,m-1):
для боковых рядов ВП (i=1 и i=m):
1
2
где а, а, , а - полуоси основных и доборных ГП ВП;
1
2
2
δ ,δ, Δ - минимальные толщины стенок у краев камня;
1
3
Δ, Δ, Δ - минимальные толщины стенок между ГП ВП в рядах;
δ - расстояние между рядами ГП ВП;
г
δ - толщина горизонтального клеевого, растворного шва.
э
1
э
э
1
Поперечные сечения боковых рядов ВП - простые (фиг.3 - описываются уравнением 1 при k=2, а=а или , b=b) или комбинированные (фиг.4), образованные элементами контура ГП (внутренние части контура) и полуэллипса (части контура, обращенные к боковым граням ПК), описываемого уравнением (1), при этом k=2, а=а или .
Поперечные сечения ВП - ГП (фиг.2), которые при частных значениях параметров топологии представляют:
- гиперэллиптические (фиг.2а) при пластичных формовочных смесях и тепловой обработке изделий;
- «щелевые» (фиг.2б) - используются при высоко пластичных формовочных смесях и тепловой обработке изделий;
- «сотовые» (фиг.2в) - используются при обжиге изделий, структуры ВП в ПК.
пр
пр
n
Некоторые геометрические, физико-механические и теплотехнические характеристики ПК различных форматов представлены в табл.1, где: λ - приведенный коэффициент теплопроводности ПК; R, - приведенное тепловое сопротивление ПК; k - коэффициент объемной пористости ПК:
i
i
I
где a, b - параметры ГП ВП (см. выше); - µ коэффициент формы ГП ВП.
Геометрические размеры ПК адаптированы к кирпичу нормального (одинарного) формата (ГОСТ 530-2007, табл.2) и укладке на клей.
Для повышения надежности и сдвиговой прочности соединений ПК на его постельных гранях создаются канавки, перпендикулярные боковым граням, при заполнении которых клеем образуются «шпонки», препятствующие сдвигу - фиг.5: фиг.5а - продольный разрез ПК, где е - количество канавок; с - шаг «шпонок»; фиг.5б - поперечное сечение «шпонки».
Отдельные варианты ПК показаны на фиг.6 - фиг.8:
к
к
к
- на фиг.6а изображен рядовой облицовочный силикатный ПК формата B/H/L=12/10/26 см с офактуренной фасадной поверхностью;
к
к
к
- на фиг.6б, изображен рядовой облицовочный керамический ПК формата B/H/L =12/10/26 см с офактуренной фасадной поверхностью;
к
к
к
- на фиг.7а изображен рядовой силикатный ПК формата B/H/L=38/23/26 см с офактуренной фасадной поверхностью;
к
к
к
- на фиг.7б изображен рядовой полимербетонный фундаментный ПК формата B/H/L =38/15/40 см с офактуренной фасадной поверхностью;
к
к
к
- на фиг.8 изображен рядовой облицовочный силикатный ПК формата B/H/L =12/23/52 см с офактуренной фасадной поверхностью.
На фиг.6 - фиг.8 обозначены: 10 - паз, совмещенный с открытой к нижней пастельной грани пустотой, и выступ для замкового соединения смежных по высоте рядов кладки; 11 - отверстия для пальцевого захвата; 12 - отверстия для клещевого (устройств для переноски) захвата ПК.
пр
2
Стена из ПК с ГСП формата 38/26 может полностью удовлетворять самым жестким требованиям теплотехники - R до 3,80°С·м/Вт.
Кладка из ПК-12/23/52 и ПК-38/23/26 предполагает наличие угловых (правого и левого) ПК (УПК) - фиг.9а, УПК 12/23/38×26. УПК, состоящий их двух частей, имеет формат 12/23/38 или 12/23/26 с системами ГСП, идентичными ПК формата 12/23/52. УПК выполняется «левым» и «правым» (первое - зеркальное отражение второго).
Лицевой слой УПК, аналогично ПК-12/23/52 и ПК-38/23/26 имеет различные офактуренные поверхности, имитирующие кладку из: одинарного кирпича; природного пиленого камня; природного колотого камня и др. На фиг.9б изображен УПК формата 38/23/38×26 с офактуренной под одинарный кирпич поверхностью.
Высокая пустотность и габаритные размеры кирпичей и камней обеспечивают вес, приемлемый для ручной кладки.
Основные преимущества заявляемой полезной модели:
- оптимальные параметры «гиперпараметрических» поперечных сечений ВП и топология их положения в камне позволяют эффективно использовать тепловое сопротивление ВП при рациональном соотношении противоречивых характеристик ПК (тепловое сопротивление - поверхностная и объемная прочность - вес камня), запроектировать и изготовить камни с коэффициентами теплопроводности значительно меньшими по сравнению с лучшими известными аналогами;
- офактуренная поверхность камня позволяет сохранить «классический» архитектурный вид сооружения, повысить долговечность сооружений из ПК, исключить оштукатуривание фасада сооружений.
ПК может быть изготовлен на любом специализирующемся в данной отрасли предприятии. Такой камень может быть широко использован при строительстве объектов промышленного и гражданского назначения, т.е. является промышленно применимым.