Строительная панель пустотного настила
CONSTRUCTION HOLLOW CORE PANEL

Изобретение относится к области строительства и может найти применение при изготовлении облегченных плит перекрытия.
Известна многопустотная плита перекрытия, имеющая в своем теле сквозные каналы, поперечное сечение которых уменьшается от края плиты к ее середине (SU, А.с. №773219, Е04В 5/02, 1980).
Однако недостатком данной плиты является сложность ее изготовления, повышенная материалоемкость за счет нерационального распределения пустот и расхода арматуры, а также значительный собственный вес.
Известно применение микросфер для получения легкого бетона, например, высокопрочный легкий бетон, полученный из бетонной смеси, содержащий портландцемент, микрокремнезем, каменная мука, кварцевой песок, микросферы, пластификатор, воду (Патент РФ №2515450, С04В 28/00, 2014).
Однако, недостатком легкого бетона является повышенный расход микросфер для получения высокопористой структуры при сохранении высокой прочности бетона.
Известно применение фибры в виде волокон для дисперсного армирования бетона (Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов: монография. - М.: Изд-во АСВ, 2004. - С. 75-76.).
Однако недостатком является снижение однородности смеси за счет ее комкования при перемешивании.
Известно применение полимерных микротрубок для изготовления, например, шариковых ручек, ватных палочек (например, www.bumfa.ru) и др. Применение их в качестве пустотелого заполнителя и фибры не обнаружено.
Наиболее близким техническим решением является строительная панель пустотного настила, содержащая арматурный каркас (сетки), пластиковые пустотелые шаровые элементы, напряженную арматуру и бетон омоноличивания согласно технологии BubbleDeck (pobetony.ru>bloki-i-perekrytiya/babldek/).
Однако недостатком данной плиты является ограниченность применения за счет необходимости согласования диаметра отверстия (квадрата отверстия) сетки или каркаса с диаметром шарового заполнителя, повышенная трудоемкость распределения шарового заполнителя и металлоемкость каркаса, повышенная материалоемкость за счет нерационального распределения пустот и расхода арматуры за счет укладки второй сетки для фиксации шаров, а, в целом, эффективность использования панели.
При создании настоящего изобретения была поставлена задача по разработке более эффективной конструкции строительной панели пустотного настила.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении прочности, упрощении конструкции, снижении материалоемкости и трудоемкости за счет отказа от необходимости согласования диаметра отверстия (квадрата отверстия) сетки или каркаса с диаметром шарового заполнителя, возможности использования сетки (каркаса) с любым отверстием и меньшим весом и создания конструкции повышенной прочности за счет более рационального распределения пустот и армирования.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в строительной панели пустотного настила, содержащей арматурный каркас (сетку), в котором зафиксированы пластиковые пустотелые шаровые элементы, напряженную арматуру, и бетон омоноличивания в виде бетонной матрицы, бетонная матрица включает равномерно распределенные микро- и макропустоты во всем объеме, причем микропустоты образованы на этапе приготовления смеси микросферами и дисперсными полимерными композитными рифлеными микротрубками, а макропустоты образованы на этапе формования макросферами в виде пустотелого заполнителя из пластиковых пустотелых шаровых элементов, не связанных с арматурным каркасом (сеткой).
Исполнение бетонной матрицы с равномерно распределенными пустототами во всем ее объеме, причем образованные по двухуровневой системе пустотообразования - на микро- и макроуровнях на двух этапах изготовления панели, причем на первом этапе - этапе приготовления смеси на микроуровне сформирована облегченная бетонная матрица, включающая микросферы и дисперсные полимерные композитные рифленые микротрубки, в которой на втором этапе - этапе формования на макроуровне свободно и равномерно распределены во всем ее объеме - не фиксируя в арматурном каркасе (сетке) пустотелый заполнитель из пластиковых пустотелых шаровых элементов в виде макросфер, что позволяет повысить однородность распределения пустот в бетонной матрице за счет возможности качественного перемешивания микросфер и микротрубок на первом этапе, а также упростить технологию распределения макросфер на втором этапе изготовления панели.
При этом, использование макросфер в комплексе с микросферами и микротрубками позволяет образовывать пустоты, различные по величине, которые будут более равномерно распределены в объеме в отличие от прототипа, где имеются пустоты одного размера, что создает при приложении нагрузки - при работе панели более равномерно распределенное напряженное состояние, повышая тем самым долговечность работы панели.
Формирование на микроуровне структуры облегченной бетонной матрицы, включающей микросферы и дисперсные полимерные композитные рифленые микротрубки, позволяет улучшить физико-механические свойства панели. Это достигается за счет того, что дисперсные рифленые микротрубки выполняют двойную функцию: повышают пустотность, облегчая панель, и повышают структурную прочность матрицы, работая как дисперсно-армирующий элемент, при этом эффект армирования повышается за счет более высокой жесткости формы фибры в виде трубчатого сечения чем обычной фибры и использования более прочного материала фибры - полимерного композитного материала, из которого изготавливаются микротрубки, а также работы рифленой поверхности микротрубки, за счет чего повышается сцепление с бетонной матрицей. При этом повышается и технологичность приготовления смеси - меньше происходит комкование смеси при перемешивании, соответственно достигается большая ее однородность, а соответственно и структурная прочность бетона.
Дисперсные микротрубки могут быть получены из отходов производства, например, при изготовлении стеклянных, композитных или полимерных трубок (для шариковых ручек, ватных палочек и др.).
Распределение в облегченной матрице на макроуровне свободно и равномерно во всем ее объеме - не фиксируя в арматурном каркасе (сетке) пустотелого заполнителя из пластиковых пустотелых шаровых элементов в виде макросфер позволяет повысить армирующий эффект каркаса (сетки) за счет полного освобождения его отверстий от сфер, упростить операцию и снизить трудоемкость изготовления, так как не надо фиксировать макросферы в отверстиях каркаса (сетки), более равномерно распределять в объеме панели, а не в отдельных плоскостях, где расположен каркас или сетка. Поэтому можно использовать основной армирующий элемент - каркас (сетку), как с меньшим диаметром арматурных стержней, так и с различным размером (просветом) отверстий, не согласуя с диаметром макросфер, что упрощает конструкцию панели и технологию ее изготовления. Появляется возможность лучшего регулирования плотностью-прочностью по сечениям панели и снижения массы панели, что, в целом, повышает эффективность использования предлагаемого технического решения.
Строительная панель пустотного настила поясняется чертежом, где на фигуре 1 изображена ее конструктивная схема.
На фигуре 1 обозначено: 1 - бетонная матрица; 2 - микросферы; 3 - дисперсные полимерные композитные рифленые микротрубки; 4 - макросферы; 5 - арматурная сетка.
Строительная панель пустотного настила состоит из бетонной матрицы 1, состоящей из микросфер 2 и дисперсных полимерных композитных рифленых микротрубок 3, внутри которой установлены макросферы 4 и уложен арматурный каркас (сетка) 5.
Строительная панель пустотного настила изготавливается и работает следующим образом.
Сначала на микроуровне изготавливают облегченную бетонную матрицу 1. Для этого на первом этапе изготовления панели - приготовлении бетонной смеси готовят бетонную смесь с включением микросфер 2 и дисперсных полимерных композитных рифленых микротрубок 3.
Затем в форме устанавливают сетку или каркас 5, после чего укладывают слой приготовленной бетонной смеси, включая микросферы 2 и дисперсные полимерные композитные рифленые микротрубки 3, из которой формируют на микроуровне облегченную бетонную матрицу 1. После этого для получения облегченной панели на макроуровне создают дополнительную пустотность, для чего на втором этапе изготовления - этапе формования устанавливают в облегченной бетонной матрице макросферы согласно заданному их расположению, например, путем их погружения через соответствующий шаблон с отверстиями, используя, например, известное техническое решение (Патент РФ 2433219. Дорожная плита. Опубликовано: Бюл. №31, 2011). Снимают шаблон и укладывают слой бетона. Затем, если необходимо, операции по установке макросфер повторяют. Количество слоев с макросферами задают из условия достижения необходимой пустотности панели.
После формования изделия, например на виброплощадке, выполняют тепловую обработку до достижения строительной панели пустотного настила распалубочной прочности. Готовая панель монтируется на стройплощадке согласно техническим нормам.
Размеры пустотных элементов, расстояние между слоями макросфер δ и шаг макросфер t задают из условий работы строительной панели пустотного настила, величины воспринимаемой нагрузки и из условия достижения необходимой пустотности панели, а также на основании экспериментальных данных.
При приложении нагрузки на строительную панель пустотного настила она работает по общей принятой схеме - как балка на двух опорах. Однако, в отличие от обычной многопустотной плиты перекрытия, где имеются сквозные каналы - на всю длину плиты, ослабляя в этих местах сечение от действия растягивающих напряжений или панели пустотного настила с жестко закрепленными сферами, в предлагаемой панели за счет комплексного использования пустотообразователей: микросфер, макросфер и дисперсных полимерных композитных рифленых микротрубок с расположением их в панели дискретно и равномерно в объеме снижается величина действующих растягивающих напряжений. При этом часть нагрузки воспринимается дополнительными армирующими элементами - дисперсными полимерными композитными рифлеными микротрубками, выполняющими двойную функцию - армирования и пустотообразования, за счет чего, в целом, существенно повышается несущая способность строительной панели пустотного настила.
Эффективность работы строительной панели пустотного настила во многом зависит от рационального размещения его основных элементов, оптимального количества этих элементов с учетом характера действия нагрузки.
Более равномерное распределение пустот достигается за счет формирования структуры на двух этапах изготовления: на этапе приготовления бетонной смеси - для формирования облегченной матрицы и на этапе формования - для получения облегченной строительной панели пустотного настила.
На общей конструктивной схеме строительной панели пустотного настила (фигура) видно, что основные конструктивные элементы строительной панели пустотного настила связаны между собой с учетом действия нагрузки и технологичности ее изготовления за счет отказа от привязки макросфер к сетке (каркасу), а также возможности использования пустотелых элементов различного размера в виде облегченной матрицы, с включением макросфер. Поэтому предлагаемая строительная панель пустотного настила может работать более эффективно, чем известная многопустотная панель со сквозными каналами или известная панель пустотного настила с жестко закрепленными сферами, так как вся конструкция обеспечивает возможность регулирования степени распределения пустотелых элементов на микро- и макроуровнях независимо от их формы и размера. При этом повышается технологичность выполнения основных операций по изготовлению строительной панели пустотного настила, сокращаются потери времени при выполнении отдельных операций за счет исключения из технологической цепочки сложной операции по установке и закреплению пустотелых элементов в известных технических решениях.
Особенно эффективно использовать предлагаемое техническое решение при устройстве нестандартных перекрытий зданий и сооружений.
Строительная панель пустотного настила была изготовлена в виде модели в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ и показала технологическую возможность ее производства, как в заводских условиях, так и в реальных условиях строительства.