СТРОИТЕЛЬНЫЙ БЛОК
CONSTRUCTION BLOCK

Изобретение относится к области строительства и может быть применено для изготовления стен жилых зданий или для утепления зданий любой конструкции и назначения.
Известна конструкция строительного наружного ограждения повышенного термического сопротивления (патент РФ №2499105, опубл. 20.11.2013 г.). Известная конструкция представляет собой несущую пустотелую панель или отдельный пустотелый блок. Внутреннее пространство панели облицовано фольгой и заполнено пустотелыми трубками или пустотелыми каналами из фольги, расположенными горизонтально вдоль ограждения в несколько рядов по ширине панели. Число рядов трубок или каналов не ограничено и определяется требованиями к термическому сопротивлению панели. Известная конструкция обеспечивает повышение термического сопротивления элементов зданий. Это происходит в результате использования воздуха, находящегося внутри трубок или каналов, как теплоизолирующего элемента конструкции. Кроме того, использование алюминиевой фольги для создания каналов или трубок увеличивает термическое сопротивление за счет отражения тепловых потоков, проходящих через панель или блок. Фольга препятствует также проникновению влаги внутрь конструкции, что дополнительно увеличивает термическое сопротивление. Однако эта конструкция не лишена недостатков. Применение в строительной конструкции алюминиевой фольги увеличивает себестоимость этой конструкции и трудоемкость ее изготовления и монтажа. Алюминиевая фольга обладает высокой теплопроводностью, что частично снижает эффективность панели. Горизонтальное расположение трубок или каналов внутри панели или блока может способствовать возникновению горизонтальных конвективных потоков воздуха по направлению к мостикам холода, возникающим на стыках элементов строительных конструкций, что снизит эффективность теплозащитных свойств конструкции панели или блока.
Известен также строительный стеновой элемент, защищенный патентом RU 495549 U1, который прият за прототип. Элемент по прототипу представляет собой строительный блок из полистиролбетона, содержащий каналы, расположенные перпендикулярно по отношению к основанию блока, а также содержащий облицовочный лицевой слой, соединенный с лицевой частью блока и выполненный из прочного тяжелого бетона - мелкозернистого бетона. Блок по прототипу обеспечивает пониженную материалоемкость, уменьшает трудоемкость монтажа и повышает свои теплотехнические характеристики.
Однако блок по прототипу имеет ряд недостатков, которые снижают его прочность и теплоизоляционные свойства. Наличие пустотелых каналов внутри блока уменьшает его прочность. Заполнение этих каналов материалом, имеющим более низкую теплопроводность, чем у полистиролбетона, повышает общую теплопроводность блока, поскольку заполнитель каналов по сравнению с воздухом в пустых полых каналах имеет худшие теплоизоляционные свойства. Кроме того, разница в механических свойствах заполнителя и материала блоков создаст условия для концентрации напряжений на границах каналов, что понизит прочность блока в целом. Крепление облицовочного наружного слоя к блоку по прототипу не предусмотрено, очевидно этот слой просто наливается на фасадную поверхность блока. Это также уменьшает механическую прочность блока, поскольку концентрация напряжений в пограничном слое материала блока с материалом облицовочного слоя будет способствовать разрушению соединения этого слоя с блоком. Известные конструкции соединения (например, с помощью залитых в тело блока и в облицовочный слой металлических крепежных элементов - стержней, болтов, шпилек и т.п.) существенно понизят теплоизоляционные свойства блока, создав мостики холода.
Техническим результатом предлагаемой конструкции строительного блока является повышение его термического сопротивления и механической прочности с одновременным снижением стоимости его изготовления и монтажа.
Сущность предлагаемой конструкции строительного блока заключается в том, что блок, выполненный из полистиролбетона, содержит внутри пустотелые каналы, расположенные перпендикулярно по отношению к основанию блока. Лицевая часть блока соединена с лицевой панелью, выполненной из прочного бетона. В отличие от прототипа каналы имеют круглое сечение и образованы трубками. Трубки выполнены из легкого теплоизоляционного материала. Пространство между трубками заполнено полистиролбетоном. В качестве трубок использованы бутылки из полиэтилентерефталата (ПЭТ) или из близкого ему по свойствам материала. Лицевая панель прикреплена к блоку с помощью залитых в нее и в тело блока верхних частей бутылок ПЭТ. Горлышки этих частей бутылок крепления залиты в лицевую панель, а остальные части - в тело блока.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция строительного блока повышает его термическое сопротивление, поскольку каналы заполнены воздухом и ограничены трубками. Теплоизоляционный материал трубок обладает хорошей отражательной способностью, что дополнительно повысит термическое сопротивление блока. Кроме того, бутылки ПЭТ, примененные в качестве трубок, имеют высокую прочность, что может компенсировать значительную часть напряжений, концентрирующихся в зоне контакта защищенных трубками отверстий с полистиролбетоном, заполняющим пространство между отверстиями. Это повысит механическую прочность блока. Применение частей бутылок ПЭТ для крепления к блоку лицевой панели обеспечивает повышение механической прочности ее соединения с блоком. При этом элементы крепления (части бутылок ПЭТ) не образуют мостиков холода, что также повышает термическое сопротивление блока.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид предлагаемого строительного блока, на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - экспериментальный блок после первого удара при испытаниях, и на фиг. 4 - разрушение экспериментального блока после восьмого удара.
3
3
2
Предлагаемая конструкция блока содержит внутри тела блока 1 трубки 3, образующие пустотелые каналы. Трубки 3 выполнены из легкого теплоизоляционного материала и установлены перпендикулярно по отношению к основанию блока (см. фиг. 1). Такое расположение трубок 3 обеспечивает повышение прочности блока, поскольку при эксплуатации блока трубки 3 оказываются нагруженными на сжатие вдоль продольной оси, что повышает их устойчивость и прочность блока в целом. Кроме того, вертикальное расположение трубок 3 исключает возможность образования горизонтальных конвективных потоков воздуха к мостикам холода. Пространство между трубками заполнено полистиролбетоном, образующим тело блока 1. Выбор полистиролбетона обусловлен тем, что он обладает низкой теплопроводностью по сравнению с другими бетонами (0,057…1,145 Вт/м°С против 1,51 Вт/м°С у бетона и 0,1…0,38 Вт/м°С у пенобетона). Плотность его существенно меньше (200…600 кг/м против 2400 кг/м у бетона). При этом прочность блоков из полистиролбетона составляет 14…29 кг/см. Кроме того, полистирол имеет низкую гигроскопичность и экологичен. (Информация получена из электронных ресурсов по адресам: http://ostroymaterialah.ru/bloki/sravnitelnye-xarakteristiki-stroitelnyx-blokov.html; http://psbblock.ru/o_polistirolbetone/psbinfo/; http://www.dornpostroi.com/spravochnik-stroitelstva/Tablica-teploprovodnosti-stroitelnyh-materialov.html)
В качестве трубок 3 использованы бутылки из полиэтилентерефталата или из близкого ему по свойствам материала. Этим достигается, во-первых, способностью материала трубок 3 отражать тепло, во-вторых, полиэтилентерефталат плохо проводит тепло, коэффициент его теплопроводности γ=0,14 Вт/(мК). Это увеличивает тепловое сопротивление блока. И в-третьих, обеспечивается возможность использования в качестве трубок 3 бывших в употреблении бутылок ПЭТ, что снижает стоимость предлагаемого блока.
Лицевая грань блока 1 соединена с лицевой панелью 2, выполненной из прочного бетона. Это обеспечивает повышение прочности и долговечности предлагаемого блока в целом, декоративных свойств стены, изготавливаемой из предлагаемых блоков, и снижает гигроскопичность блока. Лицевая панель 2 прикреплена к телу блока 1 с помощью верхних частей 5 бутылок ПЭТ, причем горлышки этих частей бутылок заливаются в тело лицевой панели при ее изготовлении, а остальные части бутылок заливаются полистиролбетоном в процессе формирования тела блока 1 (см. фиг. 2). Эти признаки предлагаемого блока также повышают его прочность и термическое сопротивление и уменьшают его стоимость. Количество и размеры трубок 3 и крепежных частей 5 лицевой панели 2 не ограничиваются и определяются в зависимости от требуемой теплозащиты сооружаемых стен и от допустимых в соответствие с нормами охраны труда размерами блоков.
Предлагаемый строительный блок изготавливается следующим образом. Изготавливают лицевую плиту 2. Внутрь опалубки заливают бетон и до начала его твердения устанавливают в него отрезанные верхние части 5 бутылок ПЭТ (фиг. 2), на которые могут быть навинчены пробки 4, так чтобы над торцами горлышек или над пробками 4 оставалась прослойка бетона толщиной 3…5 мм до внешней поверхности лицевой панели 2. После затвердевания бетона лицевую панель 2 устанавливают ребром на плиту и сопрягают с опалубкой для формирования блока, используя ее как замыкающую деталь этой опалубки. В опалубке ставят бутылки 3 ПЭТ горлышком или навинченной на него пробкой 4 вниз до упора в плиту (в дно опалубки). Равномерное расположение бутылок ПЭТ обеспечивают с помощью шаблона. Внутрь опалубки заливают полистиролбетон. Донышки бутылок 3 при этом могут быть закрыты слоем полистиролбетона толщиной 1…2 см, что обеспечивает гладкую поверхность блока, сопрягаемую с другими блоками при кладке стен.
3
Для проверки возможности изготовления предлагаемого строительного блока был изготовлен и испытан опытный экземпляр блока длиной 400 мм, шириной 280 мм и высотой 350 мм (Фиг. 3). Внутрь блока устанавливали два ряда бутылок ПЭТ ∅ 80 мм и высотой 330 мм по три бутылки в каждом ряду. Расстояния между стенками бутылок и гранями блока, а также между стенками соседних бутылок составляло 40 мм. Лицевую панель 2 отливали из бетона марки 500 на портландцементе. Толщина панели 2 была принята 20 мм. В панель 2 заливались верхние части 5 четырех бутылок ПЭТ, каждая из них состояла из горлышка и конической части бутылок. В тело лицевой панели заливались горлышки. Расстояние от осей частей 5 бутылок до торцов панели 2 и между осями частей 5 составляло 80 мм. Панель 2 после затвердевания бетона устанавливали ребром на рабочий стол и использовали ее как часть опалубки для отливки блока. Сторону панели 2, на которой были установлены части 5 бутылок, устанавливали внутрь опалубки. Внутрь опалубки заливали полистиролбетон, гранулы полистирола в нем имели диаметр 7,0…20,0 мм. Объем полистирола на 1 блок составлял 30 дм. В качестве связующего применяли раствор портландцемента марки 500 в воде. Количество раствора на один блок составляло 20 кг.
В залитый полистиролбетон устанавливали вниз горлышками бутылки 3 ПЭТ по указанной выше схеме. Донышки бутылок 3 ПЭТ были покрыты слоем полистиролбетона толщиной 10…20 мм. В процессе заливки следили за тем, чтобы пространства между бутылками 3 и пространства под коническими частями 5 бутылок и внутри этих конических частей были полностью залиты плистиролбетоном и не имели газовых пузырей.
После полного затвердевания полистиролбетона блок вынули из опалубки и подвергли испытаниям на ударную нагрузку до разрушения. В процессе испытаний по средней части верхней грани блока наносили удары кувалдой весом 8,7 кг. После каждого из семи ударов на поверхности блока возникали вмятины (Фиг. 3). Разрушение наступило после восьмого удара. При этом бутылки 3 ПЭТ (Фиг. 4) от блока 1 не отделились, смялась только одна средняя бутылка, по которой пришелся удар кувалды. Лицевая панель 2 от блока также не отделилась. Всего до полного разрушения верхней части блока было произведено двенадцать ударов, после чего нижняя часть блока осталась не разрушенной и все шесть бутылок от нее не отделились. Лицевая панель 2 полностью отделилась от блока и раскололась, однако части 5 бутылок 3, которыми она крепилась к телу блока 1, не разрушились, они оказались вырванными из тела блока 1.
Таким образом предлагаемый строительный блок обеспечивает достижение технического эффекта: он обладает высоким тепловым сопротивлением, повышенной механической прочностью и низкой стоимостью. Прочностные свойства блока позволяют применить его для малоэтажного и каркасного многоэтажного строительства. Предлагаемый блок может быть изготовлен с помощью известных в технике средств и материалов. Следовательно, предлагаемый строительный блок обладает промышленной применимостью.