УПРУГИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ НА ОСНОВЕ ЯЧЕИСТОГО КАРКАСА

Изобретение относится к строительству, в частности к области защиты от разрушения вибрацией конструктивных элементов зданий, фундаментов вибромашин, прессов, защиты человека, работающего в условиях вибрации. Изобретение может использоваться в качестве упругих покрытий детских и спортивных площадок, пешеходных, беговых, велосипедных дорожек.
Известен строительный элемент, выполненный из упругого наполнителя, при этом упругий наполнитель, выполненный из полимерного связующего и резиновой крошки, расположен сверху или снизу, или между слоями полимерного материала (полиуретан или "сырая резина"), образуя монолитный неразъемный элемент (патент РФ №32134 на полезную модель «Покрытие», приоритет от 2003.06.06, опубликован 2003.09.10). Слои достаточно дорогого полимерного материала (толщина слоя 0,5-3,7 мм) используются в качестве защитных покрытий, предохраняющих наполнитель от разрушения (истирания), но не защищают его от «расползания» по краям строительного элемента, что и происходит под действием нагрузок. Данный строительный элемент удовлетворительно работает в качестве упруго покрытия только при толщине наполнителя 4,0-27,0 мм.
Известен также упругий строительный элемент, описанный в патенте РФ №2307887 на изобретение «Способ изготовления покрытия» с приоритетом от 2004.04.29, опубликованный 2007.10.10 и выбранный в качестве прототипа.
Данный строительный элемент выполнен из упругого наполнителя, при этом упругий наполнитель, выполненный из полимерного связующего и резиновой крошки, расположен сверху или снизу, или между слоями полимерного материала (полиуретана). Резиновую крошку получают из отходов шинной и резиновой промышленности или из искусственного каучука. Слои достаточно дорогого полимерного материала (толщина слоя 0,5-5 мм) используются в качестве защитных покрытий, предохраняющих наполнитель от разрушения (истирания, выкрашивания), но не защищают его от «расползания» по краям строительного элемента, что и происходит под действием нагрузок и при отсутствии боковых ограничителей формы (каркаса) строительного элемента. Данный строительный элемент удовлетворительно работает в качестве упруго покрытия только при толщине наполнителя 3,0-27,0 мм.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое решение, является создание упругого строительного элемента конструктивно и технологически простого, дешевого и обладающего высокими упругими свойствами при любой заданной толщине строительного элемента, что позволит расширить области использования заявляемого строительного элемента, например, в качестве элементов защиты от разрушения вибрацией конструктивных элементов зданий, фундаментов вибромашин, прессов, защиты человека, работающего в условиях вибрации.
Решением данной задачи является заявляемый строительный элемент, выполненный из упругого наполнителя, новым в котором является то, что наполнитель помещен в ячейки каркаса, представляющего собой сотовую конструкцию, выполненную из полимерных элементов, соединенных между собой, при этом строительный элемент в целом имеет модуль упругости от 30 мега паскалей до 1500 мега паскалей.
В строительном элементе каркас может быть выполнен полым, а стенки каркаса могут иметь перфорацию. В качестве упругого наполнителя могут быть использованы отходы шинной и резиновой промышленности (резиновая крошка), искусственный каучук. В качестве упругого наполнителя может быть использована резиновая крошка и полимерное связующее. Полимерное связующее может быть выполнено на основе латекса, а массовое соотношение связующего вещества к упругому наполнителю может быть выбрано из диапазона от 1:10 до 5:10.
Ячеистый каркас в виде сотовой конструкции, выполненной из полимерных элементов, соединенных между собой, является компактным элементом, в котором стенки ячеек и места соединений элементов являются ребрами жесткости, увеличивающими прочность конструкции, степень устойчивости в горизонтальном и вертикальном направлениях и сопротивляемость изгибу. Каркас изготавливают из полимерного материала, имеющего хорошие прочностные и упругие свойства, например, из полиэтилена. Ячеистый каркас обладает низкой материалоемкостью, что сказывается на его себестоимости. Глубина ячеек каркаса определяет толщину строительного элемента. Выполнение каркаса полым еще больше снижает его материалоемкость.
В каждой ячейке каркаса наполнитель связан с ее стенками, наличие в стенках каркаса перфорации обеспечивает связь между наполнителями соседних ячеек, а при выполнении ячеек каркаса полыми - обеспечивается непосредственная связь наполнителя с основанием (грунтом), на которое уложен строительный элемент. Таким образом, каркас, ячейки которого заполнены наполнителем, представляет собой плиту любой заданной толщины, которая при эксплуатации, в том числе и в качестве элементов защиты от разрушения вибрацией (упругих колебаний), распределяет действующие на нее нагрузки на большие поверхности основания, на котором установлен строительный элемент, с одновременным демпфированием упругих колебаний и снижением распространения шума.
Для надежной работы заявляемого строительного элемента в таких условиях необходимо, чтобы модуль упругости строительного элемента в целом был равен от 30 мега паскалей до 1500 мега паскалей. Строительный элемент с модулем упругости менее 30 мега паскалей не обладает достаточной жесткостью, что может привести к смятию строительного элемента. Строительный элемент с модулем упругости более 1500 мега паскалей имеет пониженные упругие свойства, что ухудшает работу строительного элемента в качестве элемента виброзащиты. Упругость строительного элемента обеспечивается конструкцией каркаса и, связанного с ним, наполнителя, упругие свойства которого являются определяющими. Возможно использование в качестве упругого наполнителя искусственного каучука или резиновой крошки, полученной из отходов шинной и резиновой промышленности. Так как резиновая крошка, образуя связанный рыхлый материал, при механическом воздействии начинает "пылить", то необходимо или использовать закрытый со всех сторон ячеистый каркас или необходимо смешивать резиновую крошку с полимерным связующим. При использовании полимерного связующего на основе латекса дополнительно увеличивается упругость наполнителя. Наиболее оптимальным является массовое соотношение связующего вещества к упругому наполнителю в диапазоне от 1:10 до 5:10. Соотношение полимерного связующего и резиновой крошки выбирают так, чтобы при перемешивании исходной массы все частицы крошки были покрыты слоем связующего. Данное соотношение получено эмпирическим путем.
Для изготовления заявляемого строительного элемента на основе ячеистого каркаса, имеющего простую и компактную конструкцию, не требуется какого-либо специального оборудования.
Авторам известно использование ячеистого каркаса из полимерных элементов для объемного усиления грунтов, для защиты их от эрозии, в частности, для защиты от эрозии откосов насыпей и выемок дорог (СТО 218.3.005/2-2007 «Решетка геотекстильная каркасная марки «Геомат»).
Авторам не известно использование строительного элемента на основе ячеистого каркаса в условиях высоких вибраций, например, в качестве защиты от разрушения вибрацией конструктивных элементов зданий, фундаментов вибромашин, прессов, защиты человека, работающего в условиях вибрации. Предлагаемое техническое решение преодолевает стереотипность мышления специалистов в данной области и выводит использование упругих строительных элементов на основе ячеистого каркаса на новую ступень развития, обеспечивая новые возможности, что позволяет говорить о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
При проведении поиска по источникам патентной и научно-технической литературы не обнаружено решений, содержащих совокупность предлагаемых признаков для решения поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».
Заявляемое техническое решение иллюстрируется чертежами, где схематично изображено: на фиг.1 - ячеистый каркас; на фиг.2 - строительный элемент в сборе.
Строительный элемент состоит из ячеистого каркаса 1 с пространственными ячейками 2. Ячеистый каркас 1 представляет собой сотовую конструкцию, выполненную из полимерных элементов 3, соединенных между собой. Каркас может быть полым, а может быть с донной частью и верхней съемной крышкой. Функция и работа каркаса в любом его выполнении остается неизменной. Ячейки 2 каркаса 1 заполнены упругим наполнителем 4. В качестве упругого наполнителя 3 используется искусственный каучук, резиновая крошка фракцией от 0,5 до 20 мм, полученная из отходов шинной и резиновой промышленности, резиновая крошка с полимерным связующим.
Готовый строительный элемент в целом имеет модуль упругости от 30 мега паскалей до 1500 мега паскалей.
Глубина пространственных ячеек 2 соответствует желаемой толщине изготавливаемого строительного элемента, а толщина стенок ячеек 2 выбирается исходя из конкретных условий эксплуатации и свойств наполнителя и может быть равна 1,5-10 мм.
Заявляемый строительный элемент изготавливают следующим образом:
- составляют смесь из резиновой крошки и полимерного связующего;
- перемешивают;
- заполняют ячейки 2 каркаса 1 подготовленным наполнителем.
После высыхания наполнителя строительный элемент считается готовым к применению.
При использовании в качестве упругого наполнителя резиновой крошки, крошку перемешивают и затем заполняют ячейки каркаса, которые после этого закрывают крышкой (на чертеже не показана).
Пример 1. При использовании в качестве упруго наполнителя резиновой крошки фракцией 0,7 мм, полученной из отходов резиновой промышленности, и полимерного связующего «Ренолит» на основе латекса, массовое соотношение связующего вещества к упругому наполнителю будет равно 1:10. Этого количества связующего достаточно для надежной связки частиц крошки и получения строительного элемента с модулем упругости 50 мега паскалей.
Пример 2. При использовании в качестве упруго наполнителя резиновой крошки фракцией 12 мм, полученной из отходов шинного производства, и полимерного связующего «Ренолит» на основе латекса, массовое соотношение связующего вещества к упругому наполнителю будет равно 3,5:10. Этого количества связующего достаточно для надежной связки частиц крошки и получения строительного элемента с модулем упругости 1000 мега паскалей.
Метод выбора конкретных соотношений компонентов наполнителя является авторским и основан на личных знаниях и опыте работы авторов.
Готовые строительные элементы привозят к месту применения и последовательно укладывают их непосредственно на подготовленное основание (например, на уплотненный грунт) или на герметизирующую прослойку вплотную друг к другу. После укладки строительных элементов образуется единая конструкция, пригодная к эксплуатации, например, в качестве упругого покрытия и не требующая дополнительного поверхностного защитного покрытия.
При использовании заявляемого строительного элемента для защиты конструктивных элементов зданий, находящихся вблизи источника вибрации, которым, например, может являться железнодорожный путь, или в сейсмоопасных районах для гашения упругих волн (колебаний), строительные элементы размещают в грунте с внешней стороны фундамента здания. Строительные элементы для этих случаем имеют толщину 200 мм и более и укладываются по периметру фундамента здания в несколько рядов.
При использовании заявляемого строительного элемента для защиты от разрушения фундаментов вибромашин и прессов, размеры и свойства строительного элемента выбираются в зависимости от размеров этих устройств, конструкции фундамента, на который устанавливают упругий строительный элемент, от вида вибрации, ее продолжительности и направления действия, частоты и амплитуды колебаний, уровня шума.
Под действием на строительный элемент упругих волн (вибраций), полимерные элементы 3 каркаса 1 принимают на себя часть этих нагрузок, а оставшаяся нагрузка передается на соседние ячейки 2 с наполнителем 4. Ячейки 2, связанные между собой в пространственной структуре каркаса 1 распределяют нагрузку на большие поверхности основания, в результате снижается величина напряжения на основание с одновременным поглощением шума.
Таким образом, предлагаемый упругий строительный элемент на основе ячеистого каркаса конструктивно и технологически прост, имеет малую себестоимость и обладает необходимыми показателями упругости, позволяющими использование заявляемого строительного элемента в качестве защитного элемента, надежно работающего при любых видах вибраций.