Строительный блок из вариотропного ячеистого бетона

Полезная модель относится к области строительства, а именно к конструкционно-теплоизоляционным блокам для строительства зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения.
В строительстве широкое распространение находят строительные материалы, изготовленные из ячеистого бетона переменной плотности - вариатропного ячеистого бетона (Чернов А.Н. Ячеистый бетон переменной плотности. - М.: Стройиздат, 1972. - 128 с.).
Вариотропный ячеистый бетон переменной плотности характеризуется изменяющейся как плотностью, так и прочностью по сечению формуемого изделия, то есть плавным переходом конструкционных свойств в теплоизоляционные от внешних слоев (стенок) к центру изделия.
Конструкции стен из изделий, изготовленных на базе вариотропного ячеистого бетона, характеризуются повышенной плотностью и прочностью в наиболее нагруженных зонах и высокими теплоизоляционными свойствами в сечениях наименее подверженных нагрузкам. Плавно меняющиеся по сечению плотность и прочность позволяют устраивать эффективные стены, обладающие малой удельной массой, повышенной прочностью и теплофизическими характеристиками.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является конструкция самонесущей энергосберегающей наружной стены, предложенная в патенте РФ на полезную модель №184030. Данная конструкция содержит наружный облицовочный слой из кирпичной кладки и внутренний слой из блоков, изготовленных в заводских условиях из ячеистого бетона с вариотропными свойствами по паропроницаемости μ, плавно изменяющейся по поперечному сечению блока, начиная от внутренней грани стены от значений μ не более 0,10 мг/(м×ч×Па) до значений μ не менее 0,23 мг/ (м×ч×Па) к середине блока и дальнейшем уменьшении к границе с облицовочным кирпичом до значений μ не более 0,11 мг/(м×ч×Па), узлы соединения железобетонных элементов каркаса здания. В узлах соединения железобетонных элементов каркаса здания со стеной наружный облицовочный слой, армированный проволочной арматурой и отделенный от железобетонных элементов утеплителем, крепится к внутреннему слою в каждом общем для наружного и внутреннего слоев горизонтальном шве полосой тканого на основе однонаправленных высокопрочных углеродных волокон холста, шириной не более толщины наружного облицовочного слоя, укладываемого под углом 45° к наружной поверхности стены с перегибом на расстоянии не менее 1 см от плоскости внешней и внутренней поверхностей стены.
Недостатком данной конструкции является недостаточно высокая прочность соединении наружного облицовочного слоя из кирпичной кладки и внутреннего слоя из вариотропного ячеистого бетона и устойчивость этого соединения к воздействию внешних факторов.
Однослойные конструкции и изделия из вариотропного ячеистого бетона, например такие как ограждающие конструкции, принципиально отличаются от традиционных многослойных конструкций и изделий отсутствием резкой границы между слоями и отсутствием нарушения сплошности изделия, а перераспределение средней плотности по сечению массива повышает сопротивление теплопередаче. Такое строение изделий обеспечивает повышенную эффективность использования материала, поскольку наиболее разрушающие напряжения при любых видах внешних нагрузок и воздействиях окружающей среды возникают в поверхностных слоях изделия и убывают с глубиной (Шорстов Р.Α., Сулейманова Л.Α., Кара К.А. Технологии получений многослойных конструкций вариотропной структуры. Вестник БГТК им. В.Г. Шухова. 2019 г. №4, стр. 32-34).
Примером таких изделий и является предлагаемое техническое решение.
Техническим результатом полезной модели является повышение прочности строительного блока.
Результат достигается тем, что строительный блок изготовлен из вариотропного ячеистого бетона, армированного фиброй, а его наружные поверхности пропитаны минеральным вяжущим и последовательно армированы штукатурной сеткой и нетканым волокнистым материалом.
Заявляемое техническое решение поясняется Фиг. 1, где показаны
1 - вариотропный ячеистый бетон, армированный фиброй;
2 - форма с перфорированными стенками для производства блока;
3 - штукатурная сетка;
4 - нетканый волокнистый материал.
Центральный слой строительного блока выполнен из ячеистого бетона вариатропной структуры, в состав которого входит минеральное вяжущее, минеральный мелкий заполнитель, порообразователь и волокнистая фибра.
Использование при изготовлении бетона, армированного фиброй, а также армирование поверхностей блока обеспечивают строительному блоку повышенную прочность, внутренняя часть строительного блока из бетона вариатропной поровой структуры улучшает теплозвукоизоляционные показатели. В результате снижается материалоемкость и уменьшает вес готового многослойного строительного блока.
Фибра не должна разрушать поровую структуру в период ее формирования. В качестве фибры могут использоваться смешанные типы волокон: боро-пластиковые, волластонито-силановые, базальто-стальные, стеклопластиковые, углеродо-пластиковые, полимеро-стальные или может использоваться полимерная фибра, армированная графитом.
Применяемый нетканый материал должен обладать мягкостью, пористостью, легкой обрабатываемостью, хорошей воздухопроницаемостью, гигроскопичностью, достаточной прочностью. То есть способностью пропускать через себя газы, возможностью впитывать жидкости и водорастворимые вещества не теряя целостности полотна.
В качестве нетканого волокнистого материала используется полотно из стекловолокна, в качестве штукатурной сетки - рядовые, архитектурные и усиленные сетки (класса А и Б) из стекловолокна или полимеркомпозитов, а для усиления внутреннего порового слоя в качестве фибры используются стеклянные волокна.
Армирующая сетка должна быть легкой в обработке, гибкой для удобства резки и укладки при производстве изделий с небольшими толщинами (малыми габаритами). Используется штукатурная сетка с небольшим диаметром волокна (из которого она сплетена), такая сетка хорошо "встраивается" в тело готового изделия, и не потребует фиксации на поверхности специальными крепежными элементами.
Сетка не должна быть подвержена гниению и коррозии. Шаг сетки и форма ячеек (ромбовидными или квадратными) обусловлен размерами изготавливаемого блока и может иметь шаг 2×2 мм, 2,5×2,5 мм, 3×3 мм или 5×5 мм. Выбор материала сетки зависит от назначения и условий эксплуатации готового изделия, габаритных размеров изделия.
Также используемые для укрепления и усиления внешнего и внутреннего слоев блока и теплоизоляционного слоя нетканый материал, фибра и штукатурная сетка могут состоять из одного исходного материала на основе волокон растительных или животного происхождения или минеральных волокон или могут состоять из одного исходного материала на основе синтетических полимеров, в т.ч. полипропилена, полиуретана, полиэтилена.
Данный строительный блок поровой структуры получается непосредственно в форме с перфорированными стенками, к которым прикрепляется нетканый материал, а затем армирующая штукатурная сетка.
В начальном периоде при неполном заполнении формы подвспененной формовочной смесью происходит дополнительное увеличение ее объема за счет выделения водорода. До момента полного заполнения объема формы процесс образования пористой структуры бетона протекает в изобарном режиме. Фибра входит в состав формовочной смеси на ряду с вяжущем, заполнителем, пено- и газообразователем и регулятором газообразования.
Вследствие продолжения газообразования дальнейший процесс формирования структуры протекает в изохорном режиме. При этом через отверстия в стенках формы последовательно удаляются газовая - жидкая фаза с дальнейшей кальмотацией мелким заполнителем отверстий перфорации в стенках формы, что приводит к повышению давления внутри системы и к уплотнению внешних слоев образца.
В результате при наборе распалубочной прочности после снятия формы получают конструкцию с поверхностью, пропитанной минеральным вяжущим и армированной нетканым волокнистым материалом и сеткой штукатурной; и теплоизоляционным внутренним слоем на основе бетона с вариатропной поровой структурой, армированного волокнистой фиброй.
Штукатурная сетка повышает показатели по трещиностойкости блока, а нетканый материал обеспечивает армирующий эффект и дополнительные показатели прочности внешним слоям блока.
Использование армирующих волокон фибры повышает физико-механические, деформативные и эксплуатационные свойства блока. В изделии, набравшем первоначальную прочность поризованного бетона, использование фиброволокна увеличивает ударную и усталостную прочность, снижает усадочные деформации, предотвращает трещинообразование, повышает морозостойкость, понижает водопроницаемость.