СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Настоящая полезная модель относится к промышленности строительных материалов и касается строительных элементов, а именно двухслойных конструкционных и теплоизоляционных строительных блоков или плит, которые могут найти применение при возведении различных зданий и сооружений.
В настоящее время при изготовлении строительных блоков и др. строительных элементов известно использование в их конструкциях так называемого конструкционного замка по принципу «паз-гребень». Пазы и гребни или выступы и впадины используются для соединения элементов при их укладке при возведении сооружений. Пазы и гребни могут выполняться как по всему периметру элементов, так и на отдельных сторонах, например, в слое тепло-звукоизоляции (например, патент RU 113196 U1, дата подачи 27.01.2011г., опубликовано 10.02.2012г.), в несущем слое (например, авторское свидетельство СССР SU 678160 С1, дата подачи 28.12.1977г., опубликовано 05.08.1979г.) или в лицевом (декоративном, внешнем) слое (например, патент RU 93097 U1, дата подачи 09.06.2009г., опубликовано 20.04.2010г.).
К недостаткам известных многослойного строительных блоков с системами «паз-гребень» можно отнести сложность процесса их изготовления, связанную с поэтапной заливкой слоёв, и возможностью допуска при этом технологических ошибок (в момент приготовления смесей, заливки, сушки), что может негативно сказаться на прочностных характеристиках. Расположение же системы «паз-гребень» в блоках лишь на некоторых поверхностях при кладке позволяет точно установить блоки только в одном пространственном направлении, что также снижает прочность изделия и, соответственно, прочность кладки изделий в готовой строительной конструкции.
Известен строительный блок, имеющий на верхней и одной боковой гранях выступы, а на двух оставшихся гранях соответствующие им пазы, при этом постельная часть блока выполнена в виде закладного дополнения стен и повторяет форму блока в плане, а размеры постельной части блока кратны 0,5:1:1,5:2 размерам кирпича. Пазы и выступы на гранях блока выполнены непрерывными по периметру блока и имеют полукруглое сечение диаметром, равным 1/3 части толщины блока (патент RU 2096566 С1, дата подачи 30.05.1995г., опубликовано 20.11.1997г.).
Особенностью технологии использования в строительстве известного блока является его применение в строительстве в паре с кирпичем. Возведение стен осуществляется следующим образом: первый ряд блоков постельной поверхностью укладывается на раствор, уложенный на монтажное основание. После того, как все блоки уложены, объем над верхней плоскостью постельной поверхности заполняется кирпичом, предварительно после каждого нанесения слоя раствора мастерком счищается лишний раствор до раздельного паза и так до верхнего уровня вертикальной грани блока. После этого укладывается второй ряд блоков и т.д. При этом блоки первого и второго рядов находятся всухую в непосредственном контакте один с другим, а нижняя плоскость постельной поверхности укладывается на раствор, уложенный на верхний ряд кирпича (или бетона), заполняющего объем между верхней плоскостью постельной поверхности и уровнем верхней части блока. Поэтому к недостаткам известного строительного блока можно отнести низкие прочностные характеристики готовой строительной конструкции.
Известен многослойный строительный блок, который содержит строительный, несущий и расположенный между ними теплоизоляционный слои, при этом строительный, теплоизоляционный и несущий слои армированы гибкими или жесткими элементами, строительный слой объединен с лицевым слоем в один фактурный слой и, как и несущий слой, соединены с теплоизоляционным слоем посредством высокоадгезионных промежуточных прослоек. Фактурный или несущий слои выполнены из фибробетона, а теплоизоляционный слой выполнен из волокнистых, вспененных или поризованных материалов. По двум или четырем боковым граням выполнен профиль для соединения их по системе "паз-гребень". (патент RU 65068 U1, дата подачи 11.05.2006г., опубликовано 27.07.2007г.).
Недостатком известного многослойного строительного блока также является неудовлетворительные прочностные характеристики получаемого строительного элемента, в частности снижение монолитности блока, обусловленные сложностью процесса их изготовления (множественностью слоев и различных свойств применяемых для них материалов), что, как следствие, может привести к ненадежности возводимых конструкций.
В качестве наиболее близкого технического решения выбран  многослойный строительный блок, содержащий несущий и декоративный бетонные слои с расположенными между ними двумя теплоизоляционными слоями. Блок снабжен соединительными пазами и гребнями, которые расположены на верхней и одной боковой стороне несущего слоя, гребни расположены на нижней и другой боковой стороне несущего слоя, при этом несущий слой выполнен из керамзитобетона. Теплоизоляционные слои соединены соединительным слоем. Теплоизоляционные слои выполнены из минеральной ваты, либо стекловаты, либо пенопласта, либо из бетона, содержащего древесную щепу. Несущий, теплоизоляционный, соединительный и декоративный слои содержат металлическую фибру, армирующее синтетическое волокно, гидроизолирующее вещество, пластификатор. (патент RU 105324 U1, дата подачи 16.03.2011г., опубликовано 10.06.2011г.).
Основным недостатком ближайшего аналога, как и известных строительных элементов, являются низкие прочностные характеристики, приводящие к образованию немонолитного строительного элемента, и, соответственно, к снижению прочности кладки блоков в готовой строительной конструкции.
Задачей настоящей полезной модели является создание двухслойного строительного элемента с облицовкой, в котором совмещается лицевой (отделочный, наружный, облицовочный) слой и несущий (строительный, внутренний) слой в монолитное изделие при высокой точности получения заданных размеров и формы.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается заявляемой полезной моделью, является создание нового строительного элемента, обеспечивающего высокую надежность строительных конструкций.
Технический результат, получаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в повышении прочности кладки блоков в готовой строительной конструкции.
Технический результат достигается тем, что строительный элемент, сформированный из двух слоев бетона, один из которых является лицевым слоем, а второй несущим слоем, при этом несущий слой выполнен армированным фиброй, а противоположные стороны несущего слоя выполнены с пазами и выступами, причем каждому пазу с одной стороны соответствует выступ с противоположной стороны, согласно полезной модели лицевой слой выполнен из керамзитобетона, содержащего смесь цемента, керамзита, песка, воды с добавлением пластификатора и красящего пигмента, а несущий слой выполнен из пенобетона, содержащего смесь цемента, песка, воды с добавлением пенообразователя, пластификатора.
Техническая проблема была решена разработкой слоистого строительного элемента, сформированного из двух слоев бетона - лицевого и несущего с выполнением в несущем слое системы «паз-гребень» по периметру элемента. При этом лицевой слой выполнен из керамзитобетона, который не армируется, а несущий слой выполнен из армированного пенобетона, содержащего волокна фибры в качестве армирующего материала. Повышение прочностных характеристик обеспечивается найденным экспериментальным путем сочетанием в строительном элементе (блоке, плите и т.п.) двух бетонов с пазами и выступами, образующих композиционный монолитный элемент, что обеспечивает его прочность и, соответственно, прочность кладки элементов в готовой строительной конструкции.
Настоящая полезная модель поясняется изображениями (фиг. 1-5), пример выполнения строительного элемента на которых, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрируют возможность достижения заявленного технического результата. При этом приведенные примеры выполнения заявленной полезной модели не ограничивают возможностей ее осуществления и не являются исчерпывающими. На фиг. 1 представлен строительный элемент в разрезе, на фиг. 2 – трехмерное изображение элемента с пазами и впадинами, на фиг. 3, 4 – фотографии вариантов готового изделия в виде стенового строительного блока с различной фактурой лицевых слоев, на фиг. 5 – вариант схемы кладки строительных блоков.
Согласно полезной модели строительный элемент сформирован из двух слоев бетона, один из которых является лицевым слоем 1, а второй несущим слоем 2. Лицевой слой 1 выполнен из керамзитобетона, содержащего смесь цемента, керамзита, песка, воды с добавлением пластификатора и красящего пигмента. Несущий слой 2 выполнен из армированного пенобетона, содержащего смесь цемента, песка, воды с добавлением пенообразователя, пластификатора и волокон фибры. Противоположные стороны (поверхности) несущего слоя 2 выполнены с пазами 3 и выступами 4, причем каждому пазу 3 с одной стороны соответствует выступ 4 с противоположной стороны элемента (фиг. 1-4).
При этом в качестве пластификатора может быть использован карбоксил, клей ПВА-МБ, дисперсия ПВА или дибутилфталат. В качестве пенообразователя может быть использован белковый (протеиновый) пенообразователь или синтетический пенообразователь.
При изготовлении слоев 1 и 2 может быть использован цемент марки В 32,5 (М 400), В 42,5 (М 500) или В52,5 (М 600). Размер частиц керамзита может быть 5-10 мм (М500 - М550) или 10-20 мм (М400 - М450). Толщина лицевого слоя может быть 10-100 мм, а толщина несущего слоя может быть 100-700 мм. При этом согласно полезной модели в качестве фибры может быть использована полипропиленовая фибра, полиамидная фибра или базальтовая фибра.
На фиг. 1 представлен один из вариантов выполнения строительного элемента, в соответствии с которым он представляет собой корпус (например, в форме параллелепипеда) из двух слоев 1 и 2. Лицевой слой 1 выполнен из керамзитобетона, содержащего смесь цемента, керамзита с размером фракции 5-10 мм песка фракции 3-5 мм, воды с добавлением пластификатора карбоксила и красящего пигмента. Толщина слоя 1 - 20 мм.
Несущий слой 2 выполнен из армированного пенобетона, содержащего смесь цемента, песка фракции 3-5 мм, воды с добавлением пенообразователя белкового (протеинового), пластификатора дисперсии ПВА и волокон полипропиленовой фибры. Толщина слоя 2 – 400 мм. На фиг. 2 изображен строительный элемент, где армирующим элементом слоя 3 является базальтовая фибра, а на фиг. 3 – полиамидная фибра.
Заявляемый строительный элемент может быть изготовлен следующим образом.
На первом этапе изготавливают лицевой слой элемента (блока или плиты), так называемую «облицовку». Материалами форм для приготовления лицевой части блока могут быть пластик, дерево, металл. Фактура «облицовки» по желанию заказчика может быть разнообразной: «природный камень», «кирпич» и т.п. (см. фиг. 2-4). Применение различных красящих пигментов дает большой выбор цветовых решений в облицовке (фиг. 2 и 3).
Процесс изготовления лицевого слоя 1 элемента: форма устанавливается на вибростоле, заполняется приготовленной смесью. В составе смеси ингредиенты: цемент (используется белый/серый), вода, керамзит, песок (допустимо использование различной фракции), пластификатор (вяжущее вещество), цветовой пигмент.
В процессе вибрации происходит усадка «лицевой смеси». Для более качественного скрепления смеси несущего слоя с лицевой частью, в форме облицовки могут закрепляться различные анкеры. Форма с «лицевой смесью» помещается в железную опалубку с прокатанной плазменной резкой выемками «паз гребень» (с четырех сторон).
Второй этап - в подготовленную опалубку насосом из бункера подается приготовленный фибропенобетон. Пену готовят в пеногенераторах путем соединения водного раствора и органических или минеральных пенообразователей. Для решения проблемы неоднородности структуры блоков, а в итоге, значительного улучшения качества готовой продукции, в состав пенобетонных изделий вводят специальные армирующие добавки - фибры (полипропиленовая; полиамидная; базальтовая).
Для застывания раствора необходимо определенное время, по истечении которого опалубка удаляется.
На заключительном этапе двухслойный тёплый блок с облицовкой готовится к отгрузке потребителю (укладывается на поддоны, упаковывается, обвязывается)
После изготовления строительный элемент готов к монтажу на любой опорной поверхности, а также к началу его эксплуатации в любых погодных условиях.
Высокие прочностные характеристики заявленного строительного элемента могут быть подтверждены протоколом испытаний, которые приведены в Таблице. Испытания проведены на машине испытательной МС-1000, заводской № 264.
Таблица.
Нормируемые характеристики прочности бетона
Характеристики образца
Результаты испытания
Фактическая прочность бетона в партии, R<sub>m, </sub>МПа
Проектный класс бетона
Требуемая прочность, R<sub>т</sub>, МПа
Масса, г
Размеры, см
Разрушающая нагрузка, кН
Прочность образца, приведенная к базовому размеру, МПа
Единичное значение прочности в серии R<sub>i</sub>, МПа
В 1,5
2,15
785
10*10*10
35
2,66
2,46
2,36
755
10*10*10
30
2,28
770
10*10*10
32
2,43
765
10*10*10
29
2,20
2,25
775
10*10*10
28
2,13
770
10*10*10
32
2,43
i
Таким образом, фактическая прочность бетона в партии Rm=2,36 МПа является выше требуемой прочности 2,15 МПа. Минимальное единичное значение прочности R=2,25 МПа, что более нормируемого класса бетона по прочности (1,5).