НЕСУЩИЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к несущим теплоизоляционным элементам (НТЭ), и может быть использована при сооружении выступающих структурных частей зданий или сооружений, таких как балконы, парапеты, козырьки и т.п.
Несущий теплоизоляционный элемент термически отсекает указанные конструкции от теплового контура здания, изолируя соединения и, тем самым, устраняя мостики холода в самых критичных местах ограждающих конструкций, и служит для теплоизоляции между двумя частями здания: перекрытием или стеной здания и выступающей вперед относительно здания строительной деталью, например, балконом. НТЭ является теплотехнической закладной деталью, обеспечивающей и поддерживающей комфортный климат внутри помещения.
Температурный мост, или мостик холода - участок ограждающей конструкции здания (окончание бетонного элемента, стыки стен и т.п.), имеющий пониженное термическое сопротивление. Это может быть стык между частями конструкции или конструктивный элемент, состоящий из материалов с более высокой теплопроводностью. Такие участки охлаждаются сильнее, чем другие части ограждения, поэтому их еще называют «мостиками холода». Наличие температурных мостов значительно снижает эффективность теплозащиты здания (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%_A2%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BC%D0%BE%D1%81).
Если выступающая структурная часть здания или сооружения, например, балкон, не изолирована от теплового контура здания, то свободный, ничем не ограниченный поток энергии вырывается наружу, при этом внутренние поверхности быстро охлаждаются.
Температурные мостики являются причиной образования конденсата на внутренней части стены, при этом влага является основной причиной возникновения плесневого грибка, что в результате приводит к повреждению и разрушению конструкции из-за биокоррозии и биодеградации материалов и, соответственно, снижает прочность, надежность и теплоизоляционные свойства конструкции.
В большинстве известных несущих теплоизоляционных элементах для создания температурного мостика используют стержни из дорогостоящей нержавеющей стали, причем в целях снижения затрат длину стержней из нержавеющей стали стараются максимально уменьшить за счет применения общестроительной арматуры со вставками из нержавеющей стали, причем стыковое соединение арматуры и вставок, как правило, выполняют с помощью контактной сварки. Но в этом случае необходимо учитывать различную теплопроводность арматурной и нержавеющей сталей и, следовательно, различный коэффициент теплового расширения материалов. При возникновении пожара стыковое соединение, образованное посредством контактной сварки, может быть разрушено, а элемент здания, например, балкон, лишен несущей способности, что, соответственно, может привести к его обрушению.
Во время эксплуатации на сооружение воздействует множество внешних факторов, негативно влияющих на его прочностные параметры, устойчивость, а также качественные и количественные характеристики материала, использованного при строительстве. Все это отрицательно отражается на несущей способности здания в целом, и, в частности, несущем каркасе, который состоит из таких ключевых конструктивных элементов, как грунт и фундамент, кровля, стены, перекрытия, балки, колонны, иногда фасад. Несущий каркас может быть выполнен из различных материалов, свойства которых также влияют на его прочностные показатели, а также устойчивость к внешним и внутренним нагрузкам.
Несущая способность объекта - изменяющаяся во времени величина. С увеличением срока эксплуатации и при агрессивном воздействии внешних факторов прочностные характеристики и устойчивость сооружения снижаются. На несущую способность влияет ряд условий: наличие жесткого армирующего звена, характер взаимодействия материалов, разгружающее действие отдельных элементов, состояние раствора или иного контактного слоя.
Для повышения прочностных характеристик выступающих структурных частей зданий или сооружений в них могут быть предусмотрены вкладыши, изготовленные, например, из цементного бетона или другого низкодеформируемого материала.
Из предшествующего уровня техники известен анкер для балкона, монтируемый между перекрытием внутренней части здания и несущей плитой балкона, содержащий горизонтальные армирующие элементы и соединяющий их изогнутый армирующий элемент, при этом армирующие элементы выполнены из композитного материала, а между перекрытием внутренней части здания и несущей плитой балкона располагается нетеплопроводная прочная плитка, на которой посредством обмотки волокнистым материалом фиксируются армирующие элементы, при этом часть пространства в зоне плитки между горизонтальными и изогнутым армирующими элементами заполнена теплоизоляционным материалом, причем в качестве композитного материала используют стеклопластик или базальтопластик, а в качестве волокнистого материла - стекловолокно (патент № 109765 на полезную модель «Анкер для балкона», дата 15.04.2011 г., опубликовано 27.10.2011 г.).
Известен конструктивный элемент для теплоизоляции между внутренними и наружными конструкциями зданий и сооружений, включающий утеплитель, выполненный с возможностью соединения с силовыми элементами сжатия, воспринимающими сжимающие и сдвигающие усилия, при этом силовые элементы изготовлены из конструкционно-теплоизоляционного материала и имеют выступы по боковым торцам для стыковки с утеплителем, имеющим соответствующие пазы, в верхней части силовых элементов выполнены отверстия для пропуска арматуры соединяемых частей здания, в верхней и нижней поверхностях конструктивного элемента установлены полосовые элементы из прочного и огнестойкого материала и обжимающие элементы из П-образных оцинкованных листов, имеющих щели в районе расположения отверстий для пропуска арматуры, причем защита арматуры от коррозии обеспечивается бетоном замоноличивания (патент № 120672 на полезную модель «Конструктивный элемент теплоизоляции»).
Помимо этого, известно устройство для присоединения железобетонных плит (1) к стенной или потолочной конструкции (2) из железобетона, содержащее изолирующее тело (3) для теплоизоляции и арматурную часть, которая имеет работающие на растяжение и работающие на сжатие элементы, причем арматурная часть имеет замкнутые петли (4') из волокнистого полимерного материала в качестве работающих на растяжение арматурных элементов и работающие на сжатие при изгибе и на сдвиг элементы (4'') с изменяющимися профилями из сверхвысокопрочного бетона, причем горизонтально расположенные петли (4') уложены в изолирующем теле (3) между подлежащей присоединению железобетонной плитой (1) и стенной или потолочной конструкцией (2), а работающие на сжатие при изгибе и на сдвиг элементы (4'') интегрированы в изолирующее тело (3) (патент № 2552281 на изобретение «Устройство для присоединения железобетонных плит к стенной или потолочной конструкции из железобетона», дата подачи 30.11.2011 г., опубликовано 10.06.2015г., заявка РСТ AT 2011/000481 (30.11.2011), публикация зявки РСТ WO 2012/071596 (07.06.2012).
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является несущий теплоизоляционный элемент Schöck Isokorb (Шекк Изокорб), состоящий из основного теплоизоляционного тела, выполненного из экструдированного пенополистирола, опорного элемента из фибробетона, и элементов армирования в виде арматурных стержней, работающих на растяжение и изготовленных из арматурных сталей, и элементов, имеющих изогнутую форму, воспринимающих поперечные силы и включающих часть в виде вставки из нержавеющей стали (https://nova.rambler.ru/search?utm_source=head&utm_campaign=self_promo&utm_medium=form&utm_content=search&query=%D0%A8%D1%91%D0%BA%D0%BA+%D0%98%D0%B7%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B1).
Недостатки известных технических решений обусловлены низкими прочностными характеристиками, которые зависят, в том числе, от используемых материалов. Так, например, известно, что стеклопластики уступают стали по абсолютным значениям предела прочности (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B5%D0%BA%D0%BB% D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA), а базальтопластик, в свою очередь, по прочности на растяжение и сжатие уступает стеклопластику за счет более низкой прочности базальтовых тканей (И.Ф. Давыдова, Н.С. Кавун. Базальтопластики для работ при повышенных температурах. ВИАМ/2012-205979. 2012).
Из-за применения упомянутых материалов, прочностные характеристики известных решений снижаются.
Защита от коррозии арматурных элементов посредством бетона замоноличивания, который укладывают в пазы, также имеет недостатки, которые обусловлены затруднениями по обеспечению качественного заполнения не только швов и пазов бетоном, но и всего пространства. Помимо этого, недостатки связаны с состоянием и характеристиками самого бетонного раствора, например, такими, как скорость и условия твердения, усадка, пористость, паропроницаемсть, тепловое расширение, огне- и коррозионностойкость, расслаиваемость и т.п.
Перечисленные факторы негативно влияют на прочностные показатели несущего элемента и, соответственно, срок службы.
Помимо этого, в конструкции ближайшего аналога в целях экономии элементы армирования выполняют комбинированными, т.е. состоящими из основной части, изготовленной из углеродистой стали, и меньшей части, представляющей собой вставку из коррозионностойкого материала, в частности, нержавеющей стали, при этом соединение обеих частей выполнено посредством контактной сварки. В случае повышения температуры место стыка элементов армирования может быть разрушено, т.к. элементы, выполненные из различных материалов, обладают различной теплопроводностью. Данный фактор, в свою очередь, может снизить прочность всей конструкции.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая к защите полезная модель, заключается в повышении прочности несущего теплоизоляционного элемента.
Указанный технический результат достигается тем, что несущий теплоизоляционный элемент, включающий теплоизоляционное тело, через которое пропущены выступающие концами наружу армирующие элементы в виде чередующихся прямолинейных и изогнутых стержней, причем срединная часть изогнутых стержней, входя в верхней части одной стороны теплоизоляционного тела и выходя в нижней части с другой стороны, пропущена через теплоизоляционное тело диагонально под углом <90° по отношению к плоскости, в которой расположены прямолинейные стержни, согласно полезной модели дополнительно содержит опорные элементы, количество которых совпадает с количеством изогнутых стержней, величина угла изгиба которых определяется в зависимости от соотношения толщины и высоты теплоизоляционного тела, при этом на армирующие элементы методом горячего цинкования нанесено защитное антикоррозионное покрытие, а их концы в месте выхода из теплоизоляционного тела дополнительно обработаны полимерным материалом.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где
Фиг. 1 - общий вид несущего теплоизоляционного элемента;
Фиг. 2 - продольный разрез несущего теплоизоляционного элемента;
Фиг. 3 - вид сбоку несущего теплоизоляционного элемента;
Фиг. 4 - вид сверху несущего теплоизоляционного элемента.
Заявляемое устройство содержит выполненное из теплоизоляционного материала тело 1 (теплоизоляционное тело), через которое проходят армирующие элементы в виде прямолинейных 2 и изогнутых 3 стержней, стыкуемые концы которых выступают за пределы теплоизоляционного тела и в месте их выхода из теплоизоляционного тела обработаны полимерным материалом. Выбор полимерного материла может быть обусловлен, например, условиями эксплуатации несущего элемента или составом бетонной смеси. Известно, что полимерный материал имеет одинаковый температурный коэффициент расширения с бетоном и при изменении температуры окружающей среды, расширяется и сужается вместе с бетонными конструкциями, не допуская растрескивания и трещин, что способствует повышению прочности (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D0%BE%D0%B7%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B0%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0). Известен широкий спектр средств для защиты арматурных стержней. В качестве полимерного материала могут быть использованы, например, готовое защитное адгезионное и противокоррозионное покрытие, сухие составы, которые перед нанесением небходимо разбавить водой, эмульсии двух, -трехкомпонентных составов и т.д.
3
Тело 1 изготавливают из теплоизоляционного материала, например, пенополиуретана, базальтового волокна, пенополистирола и т.п. На армирующие элементы нанесено защитное антикоррозионное покрытие, полученное методом горячего цинкования. Известно, что горячее цинкование считается одним из самых надежных, экономичных и распространенных методов защиты железа и стали от коррозии, при котором на поверхности материала происходит формирование карбоната цинка (ZnCO) - достаточно твердого материала, останавливающего дальнейшую коррозию материала. Кроме того, такое покрытие само себя восстанавливает на поврежденных участках, а также более устойчиво к сколам при ударах, чем аналогичные по коррозионной устойчивости полимерные лакокрасочные покрытия, что положительно влияет на повышение прочности.
Прямолинейные и изогнутые стержни присоединяют к общестроительной арматуре (на схеме не показана). Изогнутые стержни 3 служат для восприятия поперечных нагрузок.
Теплоизоляционное тело, испытывающее усилия сжатия, оснащено опорными элементами 4, количество которых совпадает с количеством используемых изогнутых стержней 3, которые препятствуют силам сжатия, воздействующим на теплоизоляционное тело.
Арматурные элементы заявляемого устройства соединяют с общестроительной арматурой внахлест с помощью вязальной проволоки.
Под действием поперечной нагрузки ось несущего элемента может деформироваться, при этом его верхние сечения смещаются относительно нижних. В результате от действия продольных сил возникают дополнительные изгибающие моменты, приводящие к дополнительным деформациям изогнутой оси и дополнительным напряжениям изгиба.
Влияние подобных дополнительных напряжений на общее напряженное состояние может быть значительным.
Известно, что в балке из-за приложенной нагрузки и возникающих изгибающих напряжений возникают диагональные трещины, которые выступают под углом, величина которого зависит от конкретных габаритов изделия и отличается от прямого. При этом конструктивный элемент прогибается под нагрузкой и в нем образуются два типа зон: зона растяжения и зона сжатия.
Для восприятия усилий растяжения и сжатия в заявляемой конструкции предусмотрены прямолинейные стержни и стержни, изогнутые в срединной части, при этом прямолинейные и изогнутые стержни расположены с чередованием. Изогнутая часть стержней 3 проходит через теплоизоляционное тело под углом <90°, например, изогнутая часть диагонально входит в верхней части одной стороны теплоизоляционного тела и выходит в нижней части с другой стороны. Величина угла изгиба стержней 3 определяется в зависимости от толщины/высоты теплоизоляционного тела.
Внутри теплоизоляционного тела размещены опорные элементы 5, изготовленные из высокопрочного бетона, либо коррозионностойкой стали. Опорные элементы служат для распределения и снижения внутренних напряжений, в частности, сил сжатия, что способствует повышению прочности устройства.
Верхнюю и нижнюю поверхности изделия защищают негорючим листовым материалом (на чертеже не показан), обеспечивающим изделию пожаростойкость.
Полезная модель осуществляется следующим образом.
На месте монтажа предварительно выполняют установку опалубки. Затем между армокаркасом плиты перекрытия и армокаркасом выступающей детали здания, например, балконом, размещают несущий теплоизоляционный элемент. После проведения проверки подготовленного основания, арматуры, правильности размещения крепежных соединений, установки закладных элементов, осуществляют соединение несущего теплоизоляционного элемента с армокаркасом плиты перекрытия и армокаркасом вытупающей детали здания. Затем выполняют бетонирование до полного погружения всей конструкции и ее элементов в раствор заподлицо.
Пример конкретного осуществления полезной модели.
В несущем теплоизоляционнм элементе через теплоизоляционное тело, выполненное из пенополиуретана и имеющее длину 1 м, проходит 10 продольных и 5 поперечных элементов армирования, и установлено 5 опорных элементов. Благодаря цинковому покрытию, элементы армирования имеют повышенные антикоррозийные свойства. Дополнительная обработка элементов полимерным материалом в местах выхода из теплоизоляционного тела положительно влияет на долговечность и прочность цинкового покрытия. Помимо этого, на увеличение несущей способности изделия и, следовательно, его прочности, оказывают опорные элементы, выполненные из сверхвысокопрочного армированного бетона и работающие на сжатие. Верхнюю и нижнюю поверхности изделия дополнительно защищают негорючим листовым материалом, обеспечивающим пожаростойкость.
Заявляемое устройство имеет высокие прочностные и теплоизоляционные характеристики.