Многопустотный бетонный блок
HOLLOW CONCRETE BLOCK

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 (RU, №2660690, МПК Е04В 2/08, 2018).
Однако сложность конструкции блока, высокая трудоемкость изготовления блока, большой вес, что 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 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 (RU, №2715401, МПК В28В 1/44, Е04С 2/00, В28В 7/28, 27.02.2020.).
К недостаткам относятся сложность конструкции и высокая трудоемкость изготовления.
Известен также пространственный арматурный каркас, состоящий из стержней различного диаметра (Константопуло Г.С. Машины и оборудование для производства железобетонных изделий и теплоизоляционных материалов. - Μ.: 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 данный керамзитобетонный блок обладает пониженной трещиностойкостью за счет того, что имеются единичные пустоты большого объема, расположенные в одной вертикальной плоскости, что не позволяет 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 задачей изобретения является создание более простой конструкции многопустотного бетонного блока с улучшенными механическими и эксплуатационными свойствами.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в упрощении конструкции и технологии изготовления за счет отказа от использования сложного и энергоемкого оборудования, снижении материалоемкости и трудоемкостиз а счет отказа от необходимости согласования размера пустот блока с размерами пустотообразователя, повышении прочности блока за счет более рационального распределения пустот в объеме и армирования.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в многопустотном бетонном блоке, содержащем бетонную матрицу с распределенными в ней пустотами, причем пустоты образованы сборным пространственным несущим каркасом, включающим, по крайней мере, две несущие полимеркомпозитные сетки, установленные вертикально и соединенные между собой слоями из горизонтальных пустотообразователей в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок на всю длину блока, концы которых вставлены с фиксацией в отверстиях сеток. В некоторыхслучаях в многопустотном бетонном блоке пустотообразователи в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок выполнены рифлеными.
Исполнение многопустотного бетонного блока, содержащего бетонную матрицу с распределенными в ней пустотами, причем пустоты образованы сборным пространственным несущим каркасом, включающий, по крайней мере, две несущие полимеркомпозитные сетки, установленные вертикально и соединенные между собой слоями из горизонтальных пустотообразователей в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок на всю длину блока, концы которых вставлены с фиксацией в отверстиях сеток, позволяет, во-первых, использовать заранее изготовленный сборный пространственный несущий каркас, появляется возможность упростить важную технологическую операцию формование и, соответственно, применить более простое оборудование вместо вибропресса, применить, например виброплощадку, во-вторых, в отличие от применения сфер в аналогах, которые сложно изготавливать, трубки проще изготавливать даже в условиях небольших мастерских и просто нарезать из обычных стандартных полимеркомпозитных труб, широко применяемых в различных отраслях народного хозяйства, причем требуемого диаметра, при этом возможно использование отходов производства трубок, в-третьих, использование полимеркомпозитных сеток позволяет обеспечить сразу две функции - фиксацию пустотообразователей и армирующую, повышая, тем самым, структурную прочность бетонной матрицы, в-четвертых такая более простая конструкция блока позволяет выполнять формование более технологично и отпадает необходимость в использовании сложной формы для формирования пустот. При этом, использование непрерывных полимеркомпозитных трубок на всю длину 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 и при работе блока более равномерно распределенное напряженное состояние, повышая тем самым прочность и долговечность его работы. Кроме этого, горизонтальное расположение трубок улучшает звукоизоляцию, в отличие от работы вертикальных трубок, установленных, например, в музыкальном органе. При этом между трубками относительно каждого слоя, формируется более прочная структура, создавая препятствия и предотвращая, тем самым, развитие и рост возможных трещин, что повышает трещиностойкость и, соответственно, прочность блока. Кроме этого, в случае исполнения блока, где пустоты образованы сборным пространственным каркасом, включающим две полимеркомпозитныесетки, установленные горизонтально и соединенные между собой слоями из вертикальных пустотообразователей в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок на всю высоту блока, при повышенных нагрузках трубки будут работать в основном на сжатие в отличие от работы на изгиб при горизонтальной их установке, что повысит прочность блока.
Кроме этого, в случае исполнения блока, где пустотообразователи выполнены в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок с рифленой поверхностью, повышается сцепление с бетонной матрицей, что, соответственно, приводит и к повышению прочности бетонного блока.
Многопустотный бетонный блок поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема многопустотного бетонного блока с горизонтальными слоями из полимеркомпозитных трубок, на фиг. 2 - разрез по А-А многопустотного бетонного блока.
На фигурах 1, 2 обозначено: 1 - бетонная матрица; 2 - полимеркомпозитные сетки; 3 - полимеркомпозитные трубки; 4 - форма.
Многопустотный бетонный блок состоит из бетонной матрицы 1, внутри которой установлен несущий пространственный каркас, включающий, по крайней мере, две несущие полимеркомпозитные сетки 2, установленные вертикально и соединенные между собой слоями из горизонтальных пустотообразователей в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок 3 на всю длину блока, концы которых вставлены с фиксацией, например проклеены, в отверстиях полимеркомпозитных сеток 2.
Кроме этого, многопустотный бетонный блок может состоять из бетонной матрицы, внутри которой установлен несущий пространственный каркас, включающий, по крайней мере, две несущие полимеркомпозитные сетки, установленные горизонтально и соединенные между собой слоями из вертикальных пустотообразователей в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок на всю высоту многопустотного блока, концы которых вставлены с фиксацией, например проклеены, в отверстиях сеток.
Многопустотный бетонный блок изготавливают следующим образом.
Сначала изготавливают пространственный арматурный несущий каркас. Для этого нарезают требуемое количество полимеркомпозитных трубок 3 заданного диаметра и длиной, равной длине многопустотного бетонного блока. При этом для лучшего сцепления с бетоном применяют рифленые трубки. Затем изготавливают арматурные сетки 2, размером соответствующим высоте и ширине блока, для чего вырезают их из готовых сеток или изготавливают из арматурных стержней путем их, например, вязки (фиг. 1, фиг. 2).
Устанавливают непрерывные полимеркомпозитные трубки в отверстиях сеток, согласно заданному их расположению в блоке, и фиксируют путем, например проклейки.
Кроме этого, в случае работы блока, где действуют повышенные нагрузки, собирают сборный пространственный каркасиз вертикальных пустотообразователей в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок, установленные в горизонтальных полимеркомпозитные сетках.
После этого приготавливают бетонную смесь 1 по известным технологиям (фиг. 1, фиг. 2).
Затем формуют изделие, для чего берут стандартную форму 4, например, предназначенную для изготовления целикового керамзитобетонного блока (без пустот), устанавливают на виброплощадку, укладывают в ней, в зависимости от воспринимаемых нагрузок, соответствующий сборный каркас, состоящий, например, из слоев горизонтальных пустотообразователей в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок 3, или из слоев вертикальных пустотообразователей в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок 3, загружают приготовленную бетонную смесь и вибрируют.
После формования изделия выполняют тепловую обработку до достижения многопустотного бетонного блока распалубочной прочности. Готовые многопустотные бетонные блоки укладывают на стройплощадке согласно техническим нормам.
Размеры полимеркомпозитных трубок, диаметр, расстояние между ними и слоями, а также размеры полимеркомпозитных сеток и шаблонов, задают из условий работы многопустотного бетонного блока, величины воспринимаемой нагрузки и из условия достижения необходимой его пустотности, а также на основании экспериментальных данных.
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 пустоты, занимающие практически весь объем блока, ослабляя в этих местах сечение от действия комплекса напряжений, в предлагаемом блоке за счет использования непрерывных пустотообразователей, являющихся составной частью пространственного сборного каркаса с их равномерным расположением в объеме, происходит армирование всего объема матрицы, При этом формируется более равномерное поле действующих напряжений, за счет чего, в целом, существенно повышается несущая способность многопустотного бетонного блока. Причем за счет армирующего эффекта сеток бетонная матрица усиливается, повышая, тем самым, прочность 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 непрерывными полимеркомпозитными трубками, остаются постоянно закрытыми, что не позволяет накапливать в них влагу, тем самым сохраняя теплотехнические 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.
Более равномерное распределение пустот достигается за счет возможности формирования структуры на двух этапах изготовления: на этапе изготовления сборного пространственного несущего каркаса и на этапе формования, где формируется несущий каркас облегченной матрицы, что, в целом, позволяет получить более эффективный облегченный строительный многопустотный бетонный блок.
На общей конструктивной схеме многопустотного бетонного блока (фиг. 1, фиг. 2) видно, что основные конструктивные элементы многопустотного бетонного блока связаны между собой с учетом действия нагрузки и технологичности его изготовления за счет отказа от привязки полимеркомпозитных трубок, 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 несущий пространственный каркас с закрепленными пустотелыми вкладышами в виде непрерывных полимеркомпозитных трубок располагался в заданном положении без смещений и разрушений, а их герметичность не была нарушена и торцы оставались закрытыми, соответственно, обеспечивалась заданная пустотность. В целом, модельные испытания показали возможность использования более простой технологии изготовления предложенной конструкции многопустотного бетонного блока в заводских условиях.