Многопустотная панель перекрытия
HOLLOW CORE FLOOR PANEL

Изобретение относится к области строительства и может найти применение при изготовлении облегченных плит перекрытия. Бетонные перекрывающие плиты являются наиболее востребованными в строительстве. Такой материал необходим при возведении жилых, промышленных и административных зданий любой этажности. Особенно популярны пустотные перекрытия. Их конструкция имеет меньшую массу, чем у сплошных, без потерь в прочности и надежности. Наличие пустот также не сказывается на несущих способностях конструкции.
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).
Недостатком данной плиты является сложность ее изготовления, повышенная материалоемкость за счет нерационального распределения пустот и расхода арматуры, а также значительный собственный вес.
Известна воздушно-пузырьковая пленка Bubble Wrap для упаковки изделий, состоящая непосредственно из пленки и выпуклостей в виде пузырьков. В двухслойной воздушно-пузырьковой пленке на плотный плоский слой полиэтилена высокого давления приваривается пузырчатый слой, в котором каждый пузырек отделен от другого и наполнен сухим воздухом (https://rodikon.ru/vozdushno-puzyirkovaya-plvonka.htm).
Однако применение воздушно-пузырьковой пленки в производстве облегченных бетонных изделий не обнаружено.
Известно использование полимерных композитных полотнищ (холстов) для усиления железобетонных изделий, например балок, путем наклейки полотнищ (холстов) на рабочие поверхности балки с целью повышения несущей способности и эксплуатационных свойств конструкции, (п. 3.1, п. 3.3. Свод правил СП 164.1325800.2014. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами / Правила проектирования. - М., 2015.-51 с.).
Однако использование полимерных композитных полотнищ (холстов) в качестве пустотообразователя не обнаружено.
Известен способ непрерывного изготовления монолитных железобетонных опирающихся по контуру пустотных плит перекрытий с применением неизвлекаемых трубчатых картонно-полиэтиленовых пустотообразователей (RU, П. №2664087, МПК: В28В 1/44, Е04С 2/00. 2018).
Недостатком данной пустотной плиты перекрытия является повышенная трудоемкость, связанная со сложной операцией исполнения картонно-полиэтиленовых пустотообразователей с крышками, а также за счет выполнения операции по фиксации в проектном положении пустотообразователей.
Наиболее близким техническим решением является строительная панель пустотного настила, содержащая арматурный каркас (сетки), пластиковые пустотные шаровые элементы, напряженную арматуру и бетон омоноличивания согласно технологии BubbleDeck fpobetony.ru>bloki-i-perekrytiva/babldek/].
Недостатком данной панели 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 также сложность регулирования распределения шарового заполнителя согласно изгибающему моменту от приложенной нагрузки, что снижает прочность, а, в целом, эффективность использования панели.
При создании настоящего изобретения была поставлена задача по разработке более эффективной конструкции многопустотной панели перекрытия за счет увеличения прочности, снижения трудоемкости изготовления перекрытий при одновременном уменьшении их материалоемкости.
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 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 многопустотной панели перекрытия, содержащей арматурный каркас (сетки), напряженную арматуру, пластиковые пустотные элементы и бетон омоноличивания, при этом пустотные элементы выполнены в виде дискретных выпуклостей, образованных в полимерном композитном перфорированном полотнище, закрытом снизу пленкой и уложенном в бетонной матрице, при этом полотнище может быть выполнено двухслойным, состоящим из двух соединенных между собой полимерных композитных полотнищ с расположенными противоположно дискретными пустотными выпуклостями.
В качестве полимерного композитного полотнища с пустотными выпуклостями, используют материалы на основе стеклоткани пропитанной смолами например, эпоксидной. Исполнение перфорированного полимерного композитного полотнища с пустотными выпуклостями, например, в виде полусфер позволяет за счет меньшей массы, чем стальная сетка (каркас), легче (проще) укладывать его в различных сечениях панели и задавать необходимое в нем количество пустот - полусфер, с возможностью регулирования расстояния между ними с учетом распределяемой нагрузки, что повышает несущую способность многопустотной панели, что в целом, повышает эффективность ее использования и работы.
В процессе формования через отверстия перфорации полимерного композитного полотнища происходит проникновение бетонной смеси из верхнего слоя в нижнее, что обеспечивало прочное соединение ее слоев.
Исполнение пустотных элементов в виде перфорированного полимерного композитного полотнища с пустотными выпуклостями, например, в виде полусфер, закрытое снизу - со стороны основания полусфер пленкой (например, скотчем), и уложенного в бетонной матрице, позволяет, во-первых, повысить структурную прочность бетонной матрицы за счет использования перфорированного полимерного композитного полотнища, выступая как прочный армирующий элемент с отверстиями аналогично стальной сетке. Это позволяет снизить массу изделия и использовать основную армирующую сетку (каркас), с меньшим диаметром арматурных стержней (проволоки).
Так же, можно использовать основную сетку (каркас) с различным размером (просветом) отверстий, не согласуя с размером пустот - диаметром полусфер, так как пустотообразователи - полусферы с полимерным композитным полотнищем не связаны с сеткой (каркасом).
За счет возможности принудительного - заданного распределения полусфер непосредственно в готовом полотнище, не согласуя с армирующей сеткой, упрощается конструкция панели и технология ее изготовления, увеличивается армирующий эффект, что повышает прочность панели.
Закрытие снизу полимерного композитного полотнища - со стороны основания полусфер пленкой (например, скотчем) позволяет повысить его прочность и предотвратить заполнение бетонной смесью пустот - полусфер, обеспечив расчетную (заданную) пустотность панели. При этом наличие выпуклостей, например, полусфер, позволяет придать большую жесткость полотнищу, в отличие от работы сетки, и повысить его сопротивляемость сдвиговым деформациям, что важно при выполнении операции по укладке смеси.
Исполнение полотнища двухслойным - соединенных из двух между собой полотнищ (например, клеем или двухсторонним скотчем) с расположенными противоположно дискретными пустотными выпуклостями в виде полусфер, позволяет снизить количество слоев из полотнищ и повысить пустотность многопустотной панели, что повышает эффективность ее работы.
Многопустотная панель перекрытия поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема многопустотной панели перекрытия с полимерным композитным перфорированным полотнищем с односторонними дискретными выпуклостями в виде полусфер; на фиг. 2 -вид в плане полимерного композитного перфорированного полотнища с односторонними выпуклостями в виде полусфер; на фиг. 3 - конструктивная схема многопустотной панели перекрытия с двухслойным полимерным композитным перфорированным полотнищем с двусторонними дискретными выпуклостями в виде полусфер.
На фиг. 1 - фиг. 3 обозначено: 1 - бетонная матрица; 2 - арматурная сетка (каркас); 3 - полимерное композитное перфорированное полотнище с односторонними выпуклостями; 4 - полусферы; 5 - пленка; 6 - отверстия; 7 - двухслойное полимерное композитное перфорированное полотнище с расположенными противоположно двусторонними выпуклостями в виде полусфер.
Многопустотная панель перекрытия состоит из бетонной матрицы 1, внутри которой уложены арматурная сетка (каркас) 2, полимерное композитное перфорированное полотнище 3 с дискретными односторонними выпуклостями, например, в виде полусфер 4, закрытое снизу пленкой 5 с отверстиями 6 (фиг. 1, фиг. 2).
При этом бетонная матрица 1 многопустотной панели перекрытия может включать двухслойное полимерное композитное перфорированное полотнище 7, соединенное пленкой 5 (например, двусторонним скотчем) с расположенными противоположно дискретными двусторонними выпуклостями 4 в виде полусфер (фиг. 3).
Многопустотная панель перекрытия изготавливается и работает следующим образом.
Сначала подготавливают полимерные композитные перфорированные полотнища 3 с выпуклостями в виде полусфер 4. Для этого заклеивают основание полимерного композитного полотнища с выпуклостями в виде полусфер пленкой 5, например, скотчем и выполняют отверстия 6, например, просверливают (фиг. 1, фиг. 2).
Затем в форме укладывают и фиксируют сетку (каркас) 2. После этого укладывают слой бетонной смеси, на котором раскладывают подготовленное полимерное композитное перфорированное полотнище 3 с выпуклостями в виде полусфер 4, после чего укладывают следующий слой бетонной смеси (фиг. 1). Далее формуют, например, на виброплощадке и выполняют тепловую обработку до достижения изделием распалубочной прочности. Готовая многопустотная панель монтируется на стройплощадке согласно техническим нормам.
Для более эффективной работы многопустотной панели перекрытия, например, с целью снижения количества слоев из полотнищ или повышения пустотности укладывают связанные вместе два полотнища 7 с расположенными противоположно выпуклостями, например, склеенные двусторонним скотчем (фиг. 3). Собранное двухслойное полотнище укладывают в форме согласно описанной выше методике.
Размеры полусфер и отверстий в полимерном композитном полотнище, шаг их расположения, а так же количество полимерных композитных полотнищ задают в соответствии с предполагаемыми условиями работы панели и величины воспринимаемой нагрузки, а также на основании экспериментальных данных.
При приложении нагрузки на панель она работает, 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, в предлагаемой панели за счет использования полимерных композитных перфорированных полотнищ с выпуклостями в виде полусфер отсутствуют сквозные каналы, а располагая их в плите дискретно согласно действующему моменту, снижается величина действующих растягивающих напряжений. При этом часть нагрузки воспринимается дополнительными армирующими элементами -полимерными композитными перфорированными полотнищами, за счет чего, существенно повышается несущая способность панели.
Эффективность работы многопустотной панели перекрытия зависит от рационального размещения его основных конструктивных элементов, оптимального количества этих элементов с учетом характера действия нагрузки.
На общей схеме многопустотной панели (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) видно, что основные конструктивные элементы многопустотной панели связаны между собой с учетом действия нагрузки и технологичности ее изготовления за счет возможности использования готовых полимерных композитных полотнищ с пустотными выпуклостями в виде полусфер. Конструкция обеспечивает возможность регулирования степени распределения пустотных элементов независимо от их формы и размера при использовании готовых полимерных композитных полотнищ с пустотными выпуклостями. При этом повышается технологичность выполнения основных операций по изготовлению многопустотной панели, сокращаются потери времени при выполнении отдельных операций за счет применения готовых полимерных композитных полотнищ, включающих пустотообразователи.
Для обоснования работоспособности предлагаемого технического решения - многопустотной панели перекрытия с улучшенными эксплуатационными свойствами были выполнены лабораторные модельные испытания.
Так как многопустотная панель перекрытия работает на изгиб, то в качестве модели были изготовлены стандартные балочки 40 х 40 х 160 мм, как чисто бетонные, так и облегченные комбинированные балочки - с внутренним одним слоем из изготовленного полимерного композитного перфорированного полотнища толщиной 2 мм, с выпуклостями в виде 16 полусфер диаметром 16 мм каждая. При этом объем пустот составил 6,7%. Полотнище было выполнено из стеклоткани, пропитанной эпоксидной смолой. Выпуклости выполнялись путем продавливания стальным шариком диаметром 16 мм. Нижняя поверхность подготовленного полотнища заклеивалась скотчем. Перфорация в виде 6 отверстий диаметром 5 мм выполнялась путем сверления. Готовое полимерное композитное перфорированное полотнище укладывалось в форме на высоте 15 мм от ее поддона нижней поверхности балочки (ниже нейтральной оси).
В процессе формования облегченной балочки через отверстия перфорации полотнища происходило проникновение бетонной смеси из верхнего слоя в нижнее, что обеспечивало прочное соединение ее слоев.
Для изготовления балочек использовалась цементо-песчаная смесь в соотношении 1:3. Песок использовался карьерный, средней крупности, вяжущее портландцемент М500. Водоцементное отношение задавалось 0,5. Балочки формовались на виброплощадке с вертикально направленными колебаниями с последующей тепловой обработкой в пропарочной камере.
Испытания на изгиб стандартных и облегченных образцов балочек выполнялись на испытательной машине МИИ-100.
В результате лабораторных испытаний модельных балочек было получено, что прочность неармированных балочек составила 4,05 МПа, а с армированием полимерным композитным полотнищем с пустотными выпуклостями прочность составила 5,71 МПа, что на 27%, больше прочности не усиленной балочки и при меньшей массе за счет обеспеченной пустотости.
Многопустотная панель перекрытия была изготовлена в виде модели в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ и показала возможность ее производства как в заводских условиях, так и в реальных условиях строительства. Данное техническое решение можно использовать при устройстве нестандартных перекрытий зданий и сооружений.