СИЛИКАТНЫЙ ПУСТОТНЫЙ КИРПИЧ

Полезная модель относится к области производства строительных материалов, в частности, к конструкциям силикатных пустотных кирпичей (СПК), широко применяемых при кладке стен зданий.
Известны силикатные кирпичи с системой круговых цилиндрических пустот (КЦП) с прямоугольной или шахматной системой их положения [ГОСТ 379-95].
C
Недостатками таких форм является то, что использование КЦП для силикатных материалов, имеющих высокую теплопроводность (λ≈0,7 Вт/м°C), целесообразно только с позиций производства (экономия материала) - с точки зрения теплофизики такие пустоты не имеют смысла [Ильинский В.М. Строительная теплофизика. - М.: «Высшая Школа», 1974. - С.42].
Известен пустотный кирпич (Патент RU 94246 по кл. E04B 2/14, E04B 1/78, заявл. 11.01.2010 г.) с системой несквозных прямоугольных и скобообразных пустот (ПСП).
Недостаток такой формы заключается в том, что ПСП стеновых материалов, имеющие большое количество прямых углов, в которых концентрируются напряжения и температуры, значительно снижают объемную, пространственную прочность кирпича, а большая суммарная длина участков, содержащих 2 или 3 пустоты, не существенно снижают теплопроводность.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту и выбранный в качестве прототипа являются кирпич (Патент RU 2183710 по кл. E04C 1/00, заявл. 03.06.1999 г.) с системой щелевых пустот (ЩП) и шахматной системой их положения. Пустоты размещены с чередованием рядов так, что один ряд содержит две прямоугольных пустоты (ПП) основной длины, а другой - одну ПП основной длины между двух ПП доборной длины. Перемычки в смежных рядах смещены относительно друг друга на 0,6 основной длины ПП.
Недостаток такой формы заключается в том, что заявленные автором геометрические параметры ЩП ограничивают возможности устройства более трех-четырех рядов ПП и, следовательно, эффективного использования теплового сопротивления воздушных прослоек (ВП). Кроме того, большая длина основных ПП 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 веса кирпича.
Указанный технический результат достигается тем, что СПК в виде прямоугольного параллелепипеда с открытыми только снизу вертикальными пустотами, отличающийся тем, что пустоты выполнены в виде эллиптических цилиндров, ориентированных большой осью, превышающей не менее чем в три раза малую ось, параллельно большой стороне кирпича, расположенных в шахматном порядке относительно горизонтальной грани кирпича, отделенных друг от друга перемычками переменной толщины.
Параметры эллиптических цилиндрических пустот (ЭЦП) и топология их положения в кирпиче обеспечивает совместимость пустот по смежным по высоте рядам кладки, позволяет увеличить пустотность СПК - за счет этого снижаются теплопроводность и вес кирпича.
На фиг.1 представлен СПК, где: 1 - пустоты основного размера; 2 - большая и 3 - малая доборные пустоты; 4 - направление теплового потока; 5 - «мостик холода» по материалу СПК.
Пустоты (фиг.1) размещены с чередованием m рядов так, что один из рядов (основной ряд) содержит n пустот основной длины, а другой (доборный ряд) - 1 большую доборную пустоту на оси симметрии и n-2 пустоты основной длины между двух малых пустот доборной длины.
Из принятого условия симметрии СПК относительно центральных вертикальных плоскостей, параллельных граням кирпича, следует, что параметры топологии ЭЦП могут иметь следующие значения: n=2, 4, … - четно; m=3, 5, … - нечетно.
a
a
a
a
0
1
Кирпич (фиг.1) содержит цилиндрические пустоты с эллиптическим поперечным сечением: 1 - основного размера 2·2b (при /b>3); 2 и 3 - доборных размеров 2·2b и 2·2b. Пустоты 1-3 расположены рядами поперек пересекающего кирпич направления теплового потока, показанного на чертеже стрелками 4. Пустоты 1-3 отделены друг от друга по длине ряда стенками переменной толщины. Пустоты в смежных рядах смещены относительно друг друга с таким расчетом, чтобы «мостик холода» 5 имел максимально возможную длину.
Толщина стенок между эллипсами в основных рядах на оси симметрии подобрана таким образом, чтобы при многорядной кладке происходило перекрывание всех пустот 1 основных рядов и большей части пустот доборных рядов - это позволяет рационально, с минимальной концентрацией напряжений, «передавать» нагрузки с верхних рядов кладки на нижние ряды.
На фиг.2 представлен разрез кладки по основному ряду пустот (n=4), показывающий взаимное положение пустот смежных по вертикали рядов кладки. Геометрические параметры кирпича связаны следующими зависимостями - см. фиг.1, фиг.2:
где A, B - габаритные размеры кирпича;
1
1
Δ, δ - минимальные толщины стенок у краев кирпича;
2
Δ - минимальная толщина стенки между эллипсами в ряду;
3
Δ - минимальная толщина стенки между эллипсами в основном ряду на оси симметрии;
2
δ - расстояние между рядами эллипсов;
в
г
δ, δ - толщины вертикального и горизонтального растворных швов между кирпичами (фиг.2).
Силикатный пустотный кирпич может быть изготовлен на любом специализирующемся в данной отрасли предприятии. Такой кирпич может быть широко использован при строительстве объектов промышленного и гражданского назначения, т.е. является промышленно применяемым.
Размещение пустот в СПК заявляемым образом позволяет:
- оптимально распределить пустоты по всему объему кирпича и увеличить его пустотность;
- уменьшить концентрации напряжений и температур, возникающих в нем от внешних воздействий;
- обеспечить максимальную длину «мостика холода» 5 (фиг.1) при минимальной его ширине, т.е. наилучшим образом воспрепятствовать прохождению теплового потока по материалу СПК от наружной грани кирпича к его внутренней грани.
a
Кроме того, тепловое сопротивление ЭЦП оказывается значительным при соотношении l/δ>3 (l=2 - длина и δ=π·b/2 - толщина, приведенная к расчетному прямоугольному сечению) - в этом случае пустоты считаются воздушными прослойками (ВП). [Ильинский В.М. Строительная теплофизика (Ограждающие конструкции и микроклимат). - М.: «Высшая школа», 1974. - С.42]
На фиг.3 представлены некоторые варианты кирпичей с шахматной системой эллиптических цилиндрических пустот.
Геометрические, структурные и теплотехнические характеристики СПК определяются по формулам:
п
где k,  - пустотности СПК по постели и объему;
η - конструктивный коэффициент: для несквозных пор - η=0,95÷0,97;
M
λ - теплопроводность матрицы материала изделия;
j
j
M - число ВП по направлению теплового потока на j-м участке СПК длиной l;
δ - толщина ВП, приведенная к расчетному прямоугольному сечению;
K - число расчетных участков с одинаковыми топологическими условиями прохождения теплового потока через СПК;
R(δ) - тепловое сопротивление воздушной прослойки, ЭПЦ;
np
np
λ, , R,  - приведенные теплопроводности и тепловые сопротивления, соответственно, в плоскости СПК и его объему.
Некоторые геометрические, физико-механические и теплотехнические характеристики отдельных предложенных вариантов представлены в табл.1. Приведенные варианты параметров ЭПЦ позволяют выбрать СПК в зависимости от его назначения, технологических возможностей производства и необходимых потребительских характеристик - п/ж шрифтом выделены, по нашему мнению, наиболее перспективные (с потребительской точки зрения) варианты малоформатного силикатного кирпича с эллиптическими цилиндрическими пустотами.
Таблица 1
Геометрические, физико-механические и теплотехнические характеристики силикатного пустотного кирпича
n
m
Размеры эллипса, мм
k<sub>п</sub>
Приведенные теплотехнические характеристики
Вес СПК G<sub>к</sub>, кг
2<i>a</i>
2b
R<sub>np</sub>, °C·м<sup>2</sup>/Вт
λ<sub>np</sub>, Bт/м°C
1
1
220
80
0,461
0,257
0,467
2,76
22
0,397
0,536
0,224
3,07
2
3
115
24
0,433
0,533
0,225
2,89
28
0,506
0,528
0,227
2,54
14
0,396
0,764
0,157
3,08
4
5
54
15
0,424
0,764
0,157
2,94
16
0,452
0,764
0,157
2,80
8
0,299
0,975
0,123
3,55
6
7
34
9
0,336
0,975
0,123
3,36
10
0,374
0,975
0,123
3,18
Ярославский ЗСК<sup>*)</sup>
0,28
0,207
0,580
3,60
Вариант ЩП (при 7-ми ВП) по патенту RU 2183710<sup>**)</sup>
0,426
0,282
Лучший вариант ПСП (при 6 ВП) по патенту RU 94246<sup>**)</sup>
0,359
0,334
<sup>**)</sup> По данным рекламного проспекта Ярославского завода силикатного кирпича
<sup>*)</sup> По нашим расчетам применительно к силикатному малоформатному кирпичу