СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ ПАЗОГРЕБНЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СТРОИТЕЛЬНЫХ БЛОКАХ И ПЛИТАХ
METHOD FOR FORMING TONGUE-AND-GROOVE ELEMENTS IN CONSTRUCTION BLOCKS AND SLABS

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к способу образования особой формы поверхности строительных блоков или плит с системами пазов и гребней на их четырех гранях и может быть использовано при производстве конструкционных и теплоизоляционных строительных блоков или плит.
Известны конструктивные исполнения строительных блоков с образованием системы паз-гребень в виде углового выступа [1] (для определенности, назовем их как блоки с системой паз-гребень треугольной формы) и с образованием системы паз-гребень трапециевидной формы [2] на двух противоположных вертикальных гранях блока. Однако такое расположение системы паз-гребень при кладке позволяет точно установить блоки только в одном пространственном направлении. Кроме того, образование системы паз-гребень только на двух противоположных гранях блоков не позволяет «разрывать» «мостик холода» на двух других противоположных гранях блоков (кладочный шов образует мостик холода, когда коэффициент теплопроводности раствора для шва в несколько раз больше коэффициента теплопроводности самого блока или плиты). Пазогребневые элементы прямоугольной формы [3] по всему контуру блока (в дальнейшем назовем его «пазогребневым поясом») позволят полностью разорвать мостик холода и точно установить блоки во всех пространственных направлениях. Однако блоки с одинаковыми пазами и гребнями прямоугольной формы и с точным геометрическим их расположением по пластям блоков невозможно изготовить из-за наличия вполне определенной точности промышленного производства деталей формы, что создаст трудности при кладке - можно получить опытные образцы на одной форме, а массовый выпуск ограничен.
Кроме того, если для производства блоков или плит применяется жесткая рабочая смесь, обладающая малой подвижностью и удобоукладываемостью, то выбранные в полезных моделях [1-3] пазогребневые элементы в виде треугольной, трапециевидной и прямоугольной формы не позволяют получить блоки или плиты с однородными характеристиками по прочности, теплопроводности и плотности по всему объему блока или плиты и, прежде всего, в элементах системы паз-гребень.
Задачу укладки жесткой и малоподвижной рабочей смеси может решить полезная модель [4], где приведена фигура блока с пазогребневыми элементами, напоминающая в сечении полукруглую форму. Хотя полукруглая форма и не заявлена в формуле полезной модели, но, как будет показано ниже, именно применение пазогребневых элементов с полукруглой вершиной позволит укладывать жесткую и малоподвижную рабочую смесь, сохранив однородные характеристики по всему объему блока или плит, включая элементы системы паз-гребень. Однако примененные горизонтальные и вертикальные прочные прослойки для упрочнения конструкции теплоизоляционного блока в [4] уже являются мостиком холода и возможность разрыва мостика холода за счет применяемого пазогребневого пояса становится бессмысленным. И еще, т.к. при кладке блоков всегда используется раствор, который «поднимает или отодвигает» один блок от другого на толщину слоя раствора, соответственно отодвигает пазогребневые элементы друг от друга и вследствие этого между пазогребневыми элементами появляется зазор и возможность смещения блоков друг от друга в горизонтальном и в вертикальном направлениях. Это затрудняет выравнивание внутренней и внешней поверхностей стены.
Полукруглая форма в сечении пазогребневых элементов в облицовочных плитках заявлена в формуле изобретения [5], где пазы и выступы выполнены непрерывными по его периметру в виде пазогребневого пояса. Но качественная облицовка стены из этих блоков [5], как и кладка из блоков [4], возможна только квалифицированным каменщикам - образующийся «люфт» между пазогребневыми элементами требует точного выравнивания блоков.
Наиболее близким аналогом изобретения является полезная модель [6], в котором из трех предложенных вариантов второй вариант блоков выбран в качестве прототипа. Блоки по этому варианту выполнены в виде прямоугольного параллелепипеда и имеют по три пазогребневых элемента на горизонтальных пластях и два пазогребневых элемента - на боковых торцах блоков. Таким образом, образуются два полных пазогребневых пояса - один непрерывный пояс в облицовочной части блока и один разорванный пояс в несущей части, которые могут использоваться для разрыва мостика холода при производстве блоков из материалов с малой теплопроводностью, например арболита. Пазогребневые элементы в [6] могут выполняться и округлыми, и треугольными и выбор любой формы пазогребневых элементов решает задачу, поставленную в изобретении [6]. Однако примененный в [6] способ изготовления блоков не позволит укладывать жесткую и малоподвижную рабочую смесь. Также недостатки, присущие полезным моделям [1-3], будут являться недостатками для блоков [6], если форма поверхности пазогребневого элемента будет треугольной и, соответственно, если форма поверхности, будет округлой - им будут присущи недостатки изобретений [4 и 5].
Задачей настоящего изобретения является разработка такого способа образования пазогребневого элемента для строительных блоков или плит, который:
- позволит уплотнять и укладывать в блоки или плиты с элементами системы паз-гребень смеси практически с любой степенью жесткости, обеспечивая достижение однородности плотности, прочности и теплопроводности как в объеме блока или плит, так и в объеме элементов системы паз-гребень;
- при кладке или в процессе монтажа стены позволит точно установить блоки или плиты во всех пространственных направлениях, упрощая и ускоряя процесс монтажа стены;
- позволит «разорвать» «мостик холода» через кладочный шов по всему периметру блока или плиты, повышая теплоизоляционные свойства стен зданий.
Технически поставленная задача решается применением формы для уплотнения рабочей смеси с системами паз и гребень, имеющих в вершинах овальную поверхность, близкую к полуцилиндрической, а в продолжении - плоскую поверхность до пласти блока или плиты на их четырех противоположных (или стыкующихся - в случае углового элемента) гранях.
Выбор способа образования элементов системы паз-гребень с полуцилиндрической поверхностью связан с физикой и химией процесса твердения, прежде всего, бетонных смесей, где основную роль для нормального твердения смесей играет вода и его наличие в процессе всего твердения (для бетонных смесей - для гидратации цемента). Быстрое испарение воды приводит к неполной гидратации цемента и, как следствие, потере прочности бетонных изделий. Особенно недостаток воды будет ощущаться на свободной поверхности блока или плиты, откуда вода испаряется быстрее всего. Процесс испарения ускоряется при увеличении площади поверхности блока или плиты (неровности, шероховатости). В блоках или плитах с пазогребневыми элементами искусственно создается дополнительная свободная поверхность, и величина площади этой поверхности напрямую связана с выбранной формой элементов системы паз-гребень. В стереометрии справедлива изопериметрическая теорема: «Из всех тел равного объема наименьшую поверхность имеет шар». Справедлива будет и теорема: «Из всех протяженных тел наибольший объем при минимальной площади поверхности имеет цилиндр». Поэтому пазогребневый элемент, образованный в виде полуцилиндра, в отличие от треугольной, трапециевидной и прямоугольной формы при равных объемах элемента системы паз-гребень, имеет наименьшую площадь свободной поверхности. К тому же цилиндрический элемент лишен такого недостатка, как наличие углов, из которых больше всего испаряется жидкости из-за уменьшения сил межмолекулярного взаимодействия. Вместо полуцилиндра эта поверхность может быть и овальной, т.к. все овалы 2-го порядка - эллипс, парабола и др. около своих вершин близки к окружности некоторого радиуса. Следовательно, при прочих равных условиях с поверхности пазогребневого элемента овальной формы, близкой к полуцилиндрической, будет минимален и процесс испарения. Поэтому создаются значительно лучшие условия для более полной гидратации цемента и, соответственно, набора прочности элемента системы паз-гребень.
Пазогребневый элемент с полуцилиндрической (овальной) вершиной позволяет также упростить процесс укладки рабочей смеси в формы. Как известно, любая рабочая смесь для формовки блоков состоит из объемных частиц, имеющие ненулевые размеры по ширине, длине и высоте. Поэтому эти частицы могут заполнить только те части формы, радиусы кривизны которых сравнимы с размерами частиц рабочей смеси. А любые углы имеют «нулевой» радиус кривизны и в эти части формы невозможно «загнать» рабочую смесь, тем более, если она жесткая и неудобоукладываемая. Из-за этого такие пазогребневые элементы блоков или плит становятся «рыхлыми» и будут иметь малую плотность, прочность и переменную теплопроводность. Этот недостаток практически полностью исключается, если пазогребневые элементы на вершинах будут иметь полуцилиндрическую поверхность с радиусом кривизны более половины размера частиц рабочей смеси (исключением является рабочая смесь, обладающая упругостью, т.е. под действием давления прессования имеющая возможность изгибаться и принимать форму пазогребневых элементов). Таким образом, создаются лучшие условия для решения первой из поставленных задач - возможность уплотнять и укладывать в блоки или плиты с элементами системы паз-гребень смеси практически с любой степенью жесткости, обеспечивая достижение однородности плотности, прочности и теплопроводности как в объеме блока или плит, так и в объеме элементов системы паз-гребень.
А
В
h
А
В
С
D
ABCD
х
Для решения следующей поставленной задачи - возможности точной установки блоков или плит во всех пространственных направлениях, пазогребневые элементы с полуцилиндрической (овальной) поверхностью в продолжении до пласти блока или плиты имеют плоскую поверхность и являются касательными к овальной поверхности. На фиг. 1:  и  - точки касания. При этом расстояние  от касательной линий до пласти блока должно быть больше выбираемой толщины растворного шва между блоками или плитами так, чтобы при кладке они всегда соприкасались линейной частью поверхности, обеспечивая точность их взаимного расположения. Но при производстве форм для изготовления блоков или плит всегда имеется погрешность в изготовлении линейных размеров деталей форм. Поэтому для компенсации этой погрешности плоскую часть поверхности такого пазогребневого элемента следует расположить не ортогонально пласти блока, а наклонно под некоторым небольшим углом α (фиг. 1). В результате в сечении точки касания  и  совместно с точками и  пересечения плоской части с пластью блока или плиты расположатся на вершинах равнобедренной трапеции, образуя в изделии пазогребневый клин с овальной вершиной, что не вызовет затруднений в укладке блоков или плит в стены. Выбор же величины угла α напрямую связан с величиной погрешности изготовления формы: с увеличением угла наклона α увеличивается длина основания трапеции  и угол выбирается так, чтобы половина разности длин оснований трапеции  (фиг. 1) оказалась почти равной, но не менее величины погрешности изготовления линейных размеров формы. Это позволит с высокой точностью взаимно укладывать изделия, сохранит плоскостность стены, а также существенно упростит и ускорит процесс монтажа стены.
Предлагаемый способ образования пазогребневых элементов в строительных блоках и плитах позволит существенно уменьшить отрицательное влияние «мостика холода»: для этого достаточно на блоках или плитах образовать не менее одного пазогребневого пояса по описанному выше способу. Обычно, применяя для кладки стен низкотеплопроводные материалы, эту проблему решают уменьшением толщины шва, применением теплого кладочного раствора, посредством установки по контуру блока полоски из теплоизоляционного материала, воздушным разрывом кладочного шва. Все эти способы уменьшения влияния «мостика холода» легко реализовать в случае применения одного и более пазогребневых поясов по предлагаемому способу. Для производства таких изделий требуется применение точно изготовленных форм, что позволит уменьшить толщину растворного шва вплоть до клеевого слоя и не требуется применение специального теплого кладочного раствора, а также какие-либо теплоизоляционные полоски по контуру блока или плиты. Кроме того, наличие пазогребневого пояса искусственно увеличивает длину растворного слоя вдоль по пласти блока, дополнительно уменьшая отрицательное влияние «мостика холода». К тому же при паро- и воздухообмене с внешней средой молекулы воздуха или пара, перемещающиеся изнутри помещения и проходя через вертикальные части пазогребневого элемента, дополнительно прогревают элементы растворного шва и выравнивают температуру материала самой стены и растворного шва. Это все уменьшает отрицательное действие «мостика холода» и повышает теплоизоляционные свойства стен зданий.
h
Н
h
Первый способ образования пазогребневых элементов в блоках или плитах, когда паз и гребень имеют одинаковую геометрическую форму (фиг. 1), предполагает применение при их кладке или монтаже малой толщины растворного шва - практически от «0» (на клей) и до 3 мм. При этом все поставленные задачи будут решены, но есть ограничение на зернистость материала для изготовления клея или раствора - она должна быть меньше 2 мм (в случае цементно-песчаной смеси - зернистость песка). Ограничение на зернистость материала снимается, если для изготовления блоков или плит с пазогребневыми элементами применить второй способ - при производстве форм для блоков или плит расстояние  для образования гребней увеличить на величину растворного шва. При этом общая высота  всех гребней блоков или плит будет выше глубины паза  ровно на величину кладочного шва (фиг. 2), а растворный шов будет иметь фиксированную толщину (любую в пределах от 3 мм до 12 мм). Причем при кладке блоков или монтаже плит раствором заполняется только плоская часть пласти блоков или плит, а пазогребневые элементы раствором не заполняются. Дальше блоки или плиты стыкуются друг с другом до упора в паз соответствующими гребнями так, как показано на фиг. 2. Каждый последующий ряд увеличивает высоту строения строго дискретно и при этом автоматически выравнивает положение блоков или плит во всех пространственных направлениях, сохраняет прочность кладки, а также резко уменьшает отрицательное действие «мостика холода» и существенно увеличивает теплоизоляционные свойства стен зданий.
Таким образом, предлагаемый способ образования формы поверхности строительных блоков или плит с системами пазов и гребней, имеющих на вершинах овальную, близкую к полуцилиндрической с радиусом кривизны более половины размеров частиц рабочей смеси, а в продолжении плоскую поверхность до пласти блока или плиты на их четырех гранях позволит решить все поставленные задачи: уплотнять и укладывать в блоки или плиты с элементами системы паз-гребень смеси практически с любой степенью жесткости, обеспечивая достижение однородности плотности, прочности и теплопроводности как в объеме блока или плит, так и в объеме элементов системы паз-гребень; при кладке или в процессе монтажа стены позволит точно установить блоки или плиты во всех пространственных направлениях, упрощая и ускоряя процесс монтажа стены; позволит «разорвать» «мостик холода» через кладочный шов по всему периметру блока или плиты, повышая теплоизоляционные свойства стен зданий.
R
r
r
На фиг. 1 кроме радиуса  овальной вершины указан малый радиус  на стыке плоской поверхности пазогребневого элемента с пластью блока или плиты. Это будет технологическим радиусом, если элементы формы будут изготавливаться из металлических листов или необходимо специально создать этот изгиб на стыке при других способах изготовления элементов формы для производства блоков или плит. Наличие такого изгиба с малым радиусом  позволяет избежать угловых выступающих частей в элементах пазов и гребней и позволит улучшить качество изготовления пазогребневых элементов. Геометрические параметры изготавливаемых элементов паза и гребня исключительно зависят от размеров частиц рабочей смеси, применяемой толщины растворного слоя и величины погрешности изготовления линейных размеров элементов форм для производства блоков или плит. Следует заметить, что из-за возможности достижения высокой точности промышленного изготовления этих элементов, величина угла α будет значительно меньше 1° и плоская часть пазогребневого элемента приближается к ортогональности с пластью блока или плиты, обеспечивая высокую точность установки и взаимного их расположения.
В качестве примера на фиг. 3-9 схематически представлены один из вариантов применения рассматриваемых пазогребневых систем с двумя пазогребневыми поясами для изготовления набора малогабаритных строительных блоков.
а
b
с
На фиг. 3 приведен общий вид рядового блока и его поперечный разрез (фиг. 4), где ,  и  - его длина, высота и ширина, которые по величине всегда больше размеров частиц рабочей смеси для формовки изделий. Верхняя граница размеров не ограничена и на практике может составлять несколько метров (например, при производстве плит).
c1
На фиг. 5-9 показаны вид блоков сверху разных типов блоков: фиг. 5 - рядовой блок; фиг. 6 и 7 - соответственно левый и правый блоки половинного размера; фиг. 8 и 9 - соответственно левый и правый угловые блоки, где расстояние выреза  больше ширины блока с на толщину растворного шва. В угловых блоках такие вырезы необходимы, чтобы каждые блоки следующего ряда наполовину перекрывали (перевязывали) блоки нижнего ряда. Следует заметить, что если длина блока в два раза больше его ширины, то такой вырез не нужен. Если же длина блока больше более чем в два раза, то вместо выреза нужно образовать выступ - это уже будут мини-плиты или плиты.
На фиг. 10 показана схема расположения этих блоков в стене и приведенных пяти типов блоков (фиг. 5-9) вполне достаточно для полного завершения любого из рядов кладки, учитывая также возможность образования проемов в стене за счет применения блоков половинного размера.
Источники информации
1. RU 123807 U1, 10.01.2013.
2. RU 110394 U1, 20.11.2011.
3. RU 113196 U1, 10.02.2012.
4. RU 116166 U1, 20.05.2012.
5. RU 2096566 С1, 20.11.1997.
6. RU 109770 U1, 27.10.2011.