МНОГОСЛОЙНЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Предполагаемая полезная модель относится к строительству зданий и сооружений в частности к строительству малоэтажных сельских зданий.
Известен многослойный строительный элемент каркасно-обшивных зданий, состоящий из элементов каркаса из древесины, обшивки из досок с креплением их к элементам каркаса и теплоизоляционного материала, например, опилок, расположенного между обшивками [1]. Достоинством строительного элемента является простота и невысокая трудоемкость возведения. Недостатком является недолговечность древесины, подверженность ее влиянию влаги, температуры, а также пороков. Кроме того, необходимо устройство защитного штукатурного слоя с обеих сторон обшивки.
Известен многослойный строительный элемент облегченных кирпичных стен, состоящий из внешних несущих слоев, выполненных из кирпича и внутреннего слоя из теплоизоляционного материала (шлака, керамзита, легкого бетона и т.п.) [2]. Достоинством такого строительного элемента является прочность, достаточная пожаробезопасность, долговечность. К недостаткам можно отнести наличие участков сплошной кладки, которые являются своеобразными «мостиками холода». Участки сплошной кладки по сравнению с многослойной частью элемента обладают большей теплоемкостью и, следовательно, относительно высокой теплопроводностью. Поэтому согласно современным нормам [3] требуется или увеличения толщины стены, или внешнего теплоизоляционного слоя, что приводит к снижению эффективности применения этого многослойного строительного элемента. Кроме того, для устройства такого элемента возникает потребность в квалифицированных каменщиках.
Наиболее близкой к полезной модели многослойного строительного элемента является многослойный строительный элемент, состоящий из несущего среднего слоя из монолитного железобетона, и двух внешних слоев из теплоизоляционного материала, например пенополистирола, и связей между ними. Связи выполнены в виде стальных стяжек с резьбой [4].
Достоинством данного многослойного строительного элемента является невысокая трудоемкость возведения, небольшая стоимость за счет применения монолитного бетона и несъемной опалубки из пенополистирола.
Основными недостатками такого многослойного строительного элемента являются: невысокая долговечность, составляющая около 15-25 лет, не превышающая гарантийный срок службы даже самых лучших отечественных и зарубежных мягких пороволокнистых эффективных утеплителей. Кроме того, при устройстве данного элемента возникает необходимость в уплотнении бетонной смеси, а также повышении жесткости несъемной опалубки (внешних слоев из пенополистирола) для чего используют стальные стяжки с резьбой с шагом не более 200 мм. Это приводит к образованию «мостиков холода» в местах часторасположенных стальных связей. Так как внешний слой выполнен из нежесткого материала (пенополистирола) возникает необходимость также в устройстве надежных защитных штукатурных слоев, что увеличивает стоимость многослойного элемента.
Задача полезной модели заключается в повышении долговечности многослойного строительного элемента за счет применения внешних несущих слоев из торкрет-бетона, который не требует уплотнения и надежно защищает внутренний слой утеплителя от внешних воздействий; отсутствии резкого изменения жесткости слоев элемента; снижении стоимости за счет применения в качестве утеплителя местного экологически чистого материала.
Задача достигается тем, что в полезной модели многослойного строительного элемента, состоящего из внешних несущих слоев, внутреннего слоя утеплителя и связей, внутренний слой - органический утеплитель выполнен из прессованных соломенных блоков, внешние несущие слои выполнены из торкрет-бетона, при укладке которого между утеплителем и несущими слоями образуются контактные слои в виде соломобетона, состоящего из смеси частиц утеплителя и торкрет-бетона.
Конструкция предлагаемого многослойного строительного элемента поясняется чертежами, где на фигуре 1 показана конструкция элемента, на фигуре 2 приведен разрез 1-1 по фигуре 1.
Многослойный строительный элемент состоит из внутреннего слоя органического утеплителя 1, двух несущих наружных слоев 2, армированных сетками 3, двух контактных слоев 4, расположенных между слоем органического утеплителя 1 и наружными несущими слоями 2, и связей 5, соединяющих наружные несущие слои 2.
Слой органического утеплителя 1 выполнен из материала в виде прессованных соломенных блоков, которые являются экологически чистым, ежегодно возобновляемым местным материалом, обладающим хорошими теплотехническими свойствами. Особенностью такого органического материала является его трубчатая структура из упрочненных волокон, хаотично ориентированных в пространстве, что обеспечивает максимальное использование их теплотехнических и механических свойств. Для устройства органического утеплителя 1 может быть использована, например, солома пшеничная и ржаная. Использование ржаной соломы предподчительнее, так как в ней не заводятся грызуны. Пшеничная солома может быть использована после дополнительной обработки бурой. Размеры блоков органического утеплителя 1 зависят от пресс-подборщика и могут быть, например, 900×400×350 мм. Их применение позволяет использовать дешевый местный материал, который до настоящего времени утилизируют после уборки урожая хлебных культур.
Несущие наружные слои 2 выполнены из торкрет-бетона, который представляет собой обычный бетон, уложенный под давлением в 1,5-2,5 ат. Слои 2 из торкрет-бетона являются прочноплотными, не требуют дополнительного уплотнения и надежно защищают органический утеплитель 1 от внешних воздействий, что повышает долговечность конструкции многослойного элемента в целом. Армирование несущих наружных слоев 2 производят, например, стальными сетками 3.
Между органическим утеплителем 1 и несущими наружными слоями 2 расположены два контактных слоя 4 из соломобетона. Они формируются одновременно с внешними несущими наружными слоями 2 за счет проникновения торкрет-бетона в структуру органического утеплителя 1, образуя монолитный контактный слой 4 из соломобетона. При этом жесткость контактного слоя 4 является промежуточным значением между жесткостями органического утеплителя 1 и несущих наружных слоев 2, что позволяет избежать резкого изменения жесткости по высоте сечения многослойного элемента.
Многослойные конструкции из-за перепада внешней и внутренней температур характеризуются появлением точки росы обычно в слое утеплителя [3]. В предполагаемой полезной модели точка росы многослойного строительного элемента расположена также внутри органического утеплителя 1. Однако набор прочности несущих наружных слоев 2 из мелкозернистого торкрет - бетона происходит при переменной температуре и влажности. Литературные и экспериментальные данные показывают, что в условиях протекания неравновесных процессов вынужденного или собственного деформирования, причиной которых являются различного рода внешние воздействия и теплообмен с окружающей средой, вследствие интенсификации твердения цемента происходит деформационное упрочнение, приводящее к получению несущих наружных слоев 2 из торкрет-бетона с повышенными физико-механическими свойствами и менее дефектной структурой. При этом в реакцию вовлекается та часть цемента, которая в случае отсутствия неравновесных процессов деформирования на данной стадии осталась бы неиспользованной. Данное обстоятельство, а также факт приобретения несущими наружными слоями 2 из мелкозернистого торкрет-бетона дополнительной прочности за счет деформационного упрочнения дают возможность снизить расход цемента на 10-15%.
Несущие наружные слои 2 соединяют между собой связями 5, например, из стеклопластиковых элементов. Связи 5 расположены дискретно по всей плоскости многослойного строительного элемента с шагом 500-600 мм.
Формирование многослойного строительного элемента может производиться как в заводских условиях в виде изготовления отдельных панелей, так и непосредственно на строительной площадке. Сборка многослойного элемента на строительной площадке происходит по следующему технологическому циклу: на ленточный фундамент укладывают блоки из органического утеплителя 1, с двух сторон устанавливают сетки 3, к которым крепят дискретно расположенные связи 5 из стеклопластиковых элементов. Затем послойно наносят несущие наружные слои 2 из торкрет-бетона, в процессе укладки которого происходит проникновение бетона в тело органического утеплителя 1 с образование контактных слоев 4 в виде соломобетона, расположенных между органическим утеплителем 1 и несущими наружными слоями 2. Жесткость контактного слоя 4 из соломобетона характеризуется промежеточным значением между жесткостями несущих наружных слоев 2 и органического утеплителя 1.
Для апробации предлагаемого конструктивного решения многослойного строительного элемента был изготовлен большеразмерный блок стены малоэтажного сельского здания, представленного на фото 1.
Источники информации
1. Канн Э.А., Серов Е.Н. Деревянные конструкции в современном строительстве. Кишинев: Штиинца, 1981, 180 с. С.39-43.
2. Нанасова С.М. Конструкции малоэтажных жилых домов: учебное пособие. - М.: Издательство АСВ, 2003. - 126 с.
3. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. - М.: Гострой России, 2003.
4. Строительные конструкции системы «Пластбау - 3». ЗАО «Узловский завод строительных конструкций - Центрогаз».
5. Молодых С.А., Митина Е.А., Ерофеев В.Т. и др. Возведение зданий и сооружений из монолитного железобетона: Учебное пособие / М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2005. - 192 с.