СИЛИКАТНЫЙ ПУСТОТНО-УТЕПЛЕННЫЙ БЛОК

Полезная модель относится к области производства строительных материалов, а именно к конструкциям силикатных пустотно-утепленных блоков (СПУБ), применяемых при кладке наружных стен зданий.
Известны силикатные кирпичи и блоки (камни) с системой круговых цилиндрических пустот (КЦП) с прямоугольной или шахматной системой их положения [ГОСТ 379-95].
С
Недостатком таких форм является то, что использование круговых цилиндрических пустот для силикатных материалов, имеющих высокую теплопроводность (λ≈0,7 Вт/(м·°C)), целесообразно только с позиций производства (экономия материала) - с точки зрения теплофизики КЦП не имеют смысла [Ильинский В.М. Строительная теплофизика. - М.: Высшая школа, 1974. - С.42].
Известен строительный блок (Патент RU 2020214 по кл. E04B 2/14, заявл. 06.05.1991 г.) с системой сквозных прямоугольных малых и одной большой пустот.
Недостатки такой конструкции заключаются в том, что система пустот позволяет иметь широкие «мостики» холода по основному материалу и по большой призматической пустоте; невозможно найти параметры системы отверстий и размеров блока, обеспечивающих необходимые тепловое сопротивление и малый вес блока для ручной кладки.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению, достигаемому теплотехническому эффекту и выбранный в качестве прототипа является строительный сендвич-блок (ССБ) (Патент RU 90817 по кл. E04C 1/00, заявл. 13.05.2009 г.) с системой овально-вытянутых сквозных щелевых пустот, расположенных симметрично относительно продольной оси в шахматном порядке относительно утеплителя, и круглых отверстий, расположенных на поперечной оси на одной линии с овально-вытянутыми пустотами.
Недостаток такой формы заключается в том, что ССБ по условиям прочности имеет достаточно широкие поперечные перемычки и весьма протяженные щелевые пустоты, расположенные в два ряда, которые не позволяют изготавливать блок малых размеров и не обеспечивают требование норм по тепловому сопротивлению.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является строительное изделие с низкой приведенной теплопроводностью, позволяющей изготавливать экономичные конструкции ограждающих стен, и малый вес блока, приемлемый для ручной кладки.
Указанный технический результат достигается тем, что в силикатном пустотно-утепленном блоке в виде прямоугольного параллелепипеда с несквозной призматической полостью, заполняемой утеплителем, и несквозными малыми щелевыми пустотами, симметричные относительно центральной плоскости, перпендикулярной внешней грани, имеет малые щелевые пустоты, выполненные в виде эллиптических цилиндров, ориентированные большой осью параллельно внешней грани блока, превышающей не менее чем в три раза малую ось, расположенных в шахматном порядке и отделенных друг от друга перемычками переменной толщины, при этом полость для утеплителя смещена к наружной грани блока.
Положения призматической полости и эллиптических цилиндрических пустот (ЭЦП) в блоке обеспечивают совместимость пустот по смежным по высоте рядам кладки и смещение центра тяжести горизонтального сечения блока к его внутренней грани.
Высокая пустотность и габаритные размеры блоков обеспечивают вес, приемлемый для ручной кладки.
а
b
а
b
a
b
a
b
c
0
На фиг.1 представлен силикатный пустотно-утепленный блок, где: 1 - несквозная призматическая полость для утеплителя; 2 - ЭЦП основного размера 2·2 (при />3); 3 - большая и 4 - малая доборные ЭЦП размерами 2·2 и 2·2; 5 - направление теплового потока; 6 - «мостик холода» по материалу СПУБ.
Эллиптические цилиндрические пустоты (фиг.1) размещены с чередованием m рядов так, что один из рядов (основной ряд) содержит n пустот основной длины, а другой (доборный ряд) - одну доборную пустоту на оси симметрии и n-2 пустоты основной длины между двух пустот доборной длины.
Призматическая полость под утеплитель и эллиптические цилиндрические пустоты выполняются открытыми снизу.
Пустоты 2-4 (фиг.1) расположены рядами поперек пересекающего блок направления теплового потока показанного на чертеже стрелками 5. Пустоты 2-4 отделены друг от друга по длине ряда стенками переменной толщины. Пустоты в смежных рядах смещены относительно друг друга с таким расчетом, чтобы «мостик холода» 6 имел максимально возможную длину.
Толщина стенок между эллипсами в основных рядах на оси симметрии подобрана таким образом, чтобы при многорядной кладке происходило перекрывание всех пустот 1 основных рядов и большей части пустот доборных рядов - это позволяет рационально, с минимальной концентрацией напряжений, «передавать» нагрузки с верхних рядов на нижние ряды. На фиг.2 представлен разрез многорядной кладки, показывающий перекрытие пустот.
Геометрические параметры блока связаны следующими зависимостями (см. фиг.1, фиг.2):
;
L
В
Н
где , ,  - габаритные размеры (длина, ширина и высота) блока;
а
а
а
с
0
, ,  - полуоси основных и доборных эллипсов;
1
5
δ, δ - толщины стенок у внутренней и наружной граней блока;
1
4
2
3
Δ, Δ, Δ, Δ - минимальные толщины стенок между эллипсами, торцевыми гранями и полостью с утеплителем у торцов блока, в рядах и в основных рядах на оси симметрии;
2
δ - расстояние между рядами эллипсов;
3
δ - минимальная толщина стенки между рядами эллипсов и полостью с утеплителем;
4
δ - толщина утеплителя в плоскости СПУБ;
в
г
δ, δ - толщины вертикального и горизонтального швов между СПУБ;
1
2
1
2
m, m, m - число рядов ЭЦП во внутренней и внешней частях СПУБ и общее число рядов ЭЦП m=m+m.
Блок может быть изготовлен на любом специализирующемся в данной отрасли предприятии. Такой блок может быть широко использован при строительстве объектов промышленного и гражданского назначения, т.е. является промышленно применяемым.
Размещение пустот в СПУБ заявляемым образом позволяет:
- оптимально распределить пустоты по всему объему блока;
- уменьшить местные напряжения, возникающие в нем от внешних нагрузок;
- сместить центр тяжести сечения к внутренней плоскости блока и уменьшить эксцентриситет нагрузки от перекрытий этажей сооружения;
- обеспечить максимальную длину «мостика холода» 6 (фиг.1) при минимальной его ширине, т.е. наилучшим образом воспрепятствовать прохождению теплового потока от наружной грани блока к его внутренней грани.
l
l
a
Кроме того, тепловое сопротивление ЭЦП оказывается значительным при соотношении /δ>3 (=2 - длина и δ=π·b/2 - приведенная к расчетному прямоугольному сечению толщина) - в этом случае пустоты считаются воздушными прослойками (ВП) [Ильинский В.М. Строительная теплофизика (Ограждающие конструкции и микроклимат зданий). - М: Высшая школа, 1974. - С.42].
Структурные, геометрические и физико-механические характеристики СПУБ определяются по формулам:
п
п
k=A/(L·B);
;
п
п
*
где k, k  - пустотность (макропустотность) по поперечному сечению и объему СПУБ;
η - конструктивный коэффициент: для закрытых пор -η=0,95±0,97;
M
y
λ, λ- теплопроводности матрицы изделия (силиката) и утеплителя;
j
j
M - число ВП на j-м участке СПУБ длиной l по направлению осей рядов ВП;
δ - приведенная к расчетному прямоугольному сечению толщина ВП: δ=π·b/2;
К - число расчетных участков с одинаковыми топологическими условиями прохождения теплового потока через СПУБ;
пp
пр
пр
пр
*
*
λ, λ , R, R  - приведенные теплопроводности и тепловые сопротивления, соответственно, в плоскости СПУБ и его объему.
Некоторые геометрические и теплотехнические характеристики отдельных вариантов силикатных пустотно-утепленных блоков формата B·L=380·258 мм и трех размеров высоты Н представлены в табл.1. На фиг.4 и фиг.5 представлены два варианта блоков формата B·L=380·258 мм с утеплителем и шахматной системой ЭЦП.
Некоторые геометрические и теплотехнические характеристики отдельных вариантов силикатных пустотно-утепленных блоков формата B·L=250·388 мм и трех размеров высоты Н представлены в табл.2. На фиг.6 и фиг.7 представлены два варианта блоков формата B·L=250·388 мм с утеплителем и шахматной системой ЭЦП.
Приведенные в табл.1 и табл.2 варианты параметров призматической полости для утеплителя и эллиптических цилиндрических пустот позволяют выбрать СПУБ в зависимости от его назначения, технологических возможностей производства и необходимых потребительских характеристик - п/ж шрифтом выделены, по нашему мнению, наиболее перспективные (с потребительской точки зрения) варианты силикатных пустотно-утепленных блоков.
Силикатный пустотно-утепленный блок
Таблица 1
Геометрические, физико-механические и теплотехнические характеристики силикатного пустотно-утепленного блока 380×258 мм с δ<sub>4</sub>=100 мм
Геометрические характеристики, мм
k<sub>п</sub>
Приведенные теплотехнические характеристики
Вес СПУБ G<sub>б</sub>, кг
При высоте Н, мм
n
m
δ<sub>2</sub>
2<i>а</i>
2b
R<sup>*</sup> <sub>пр</sub>, м<sup>2</sup>·°С/Вт
λ<sup>*</sup> <sub>пр</sub>, Вт/(м·°С)
247
228
197
4
8
6
54
18
0,481
3,588
0,101
24,22
22,42
19,47
4
54
20
0,509
3,583
0,101
22,98
21,27
18,49
6
56
18
0,491
3,644
0,099
23,81
22,04
19,14
4
56
20
0,519
3,638
0,099
22,52
20,85
18,12
4
10
7
54
14
0,475
3,818
0,095
24,53
22,70
19,72
5
54
16
0,509
3,811
0,095
22,98
21,27
18,48
3
54
18
0,544
3,803
0,095
21,44
19,84
17,25
7
56
14
0,484
3,880
0,093
24,13
22,33
19,40
5
56
16
0,519
3,872
0,093
22,52
20,85
18,12
3
56
18
0,555
3,865
0,093
20,92
19,37
16,84
6
10
7
34
14
0,461
3,758
0,096
25,13
23,26
20,19
5
34
16
0,494
3,751
0,096
23,67
21,91
19,03
7
36
14
0,475
3,845
0,094
24,53
22,70
19,72
5
36
16
0,509
3,837
0,094
22,98
21,27
18,48
Силикатный пустотно-утепленный блок
Таблица 2
Геометрические, физико-механические и теплотехнические характеристики силикатного пустотно-утепленного блока 250×388 мм с δ<sub>4</sub>=50 мм
Геометрические характеристики, мм
k<sub>п</sub>
Приведенные теплотехнические характеристики
Вес СПУБ G<sub>б</sub>, кг
При высоте Н, мм
n
m
δ<sub>2</sub>
2<i>а</i>
2b
R<sup>*</sup> <sub>пр</sub>, м<sup>2</sup>·°С/Вт
λ<sup>*</sup> <sub>пр</sub>, Вт/(м·°С)
247
228
197
6
56
14
0,413
2,146
0,111
26,90
24,88
21,58
6
56
16
0,445
2,142
0,111
25,46
23,55
20,43
6
4
56
18
0,478
2,137
0,111
24,02
22,22
19,28
4
56
20
0,511
2,133
0,111
22,57
20,88
18,13
6
6
56
12
0,413
2,264
0,105
26,91
24,88
21,58
7
5
56
14
0,451
2,259
0,105
25,22
23,33
20,24
4
56
16
0,489
2,253
0,105
23,53
21,77
18,90
6
56
10
0,402
2,383
0,099
27,39
25,33
21,96
8
5
56
12
0,445
2,377
0,099
25,46
23,55
20,43
4
56
14
0,489
2,371
0,100
23,53
21,77
18,90
7
6
42
12
0,413
2,370
0,105
26,91
24,88
21,58
5
42
14
0,451
2,264
0,105
25,22
23,33
20,24
8
8
6
42
10
0,402
2,388
0,099
27,38
25,33
21,96
4
42
14
0,489
2,376
0,100
23,53
21,77
18,90
ЯЗСК<sup>*)</sup>
СПБ 248×249×240
0,225<sup>*)</sup>
0,459<sup>**)</sup>
0,54<sup>*)</sup>
35,11
32,41
28,00
СППБ<sup>***) </sup>248×249×240
0,397<sup>*)</sup>
0,590<sup>**)</sup>
0,42<sup>*)</sup>
27,29
25,19
21,77
<sup>*)</sup> Для силикатных пустотных блоков (СПБ) по данным рекламного проспекта Ярославского завода силикатного кирпича (ЯЗСК);<sup>**)</sup> По расчетам, приведенным к нашим размерам СПУБ;<sup>***)</sup>Силикатная матрица СПБ дополнительно содержит микропоры - силикатный поризованный пустотный блок (СППБ).