RU2634136C1

RU2634136C1 - Construction block

Info

Publication number: RU2634136C1
Application number: RU2016132283A
Authority: RU
Inventors: Пётр Николаевич Дроботов; Андрей Викторович Пчелинцев
Original assignee: Пётр Николаевич Дроботов; Андрей Викторович Пчелинцев
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2017-10-24

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention can be used for manufacturing or warming walls of buildings. A construction block of polystyrene concrete comprises inside hollow channels arranged perpendicular to the block base, and a front panel of strong concrete. The channels have a circular cross-section and are formed by tubes of a light and strong thermal insulation material. Bottles from polyethylene terephthalate (PET) or a similar material are used as tubes, and the faceplate is attached to the block by means of the PET bottle tops embedded into it and into the block body, the necks of these bottles being embedded in the front panel, and the remaining part - in the block body.

EFFECT: increase of thermal resistance.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства и может быть применено для изготовления стен жилых зданий или для утепления зданий любой конструкции и назначения.The invention relates to the field of construction and can be used for the manufacture of walls of residential buildings or for insulation of buildings of any design and purpose.

Известна конструкция строительного наружного ограждения повышенного термического сопротивления (патент РФ №2499105, опубл. 20.11.2013 г.). Известная конструкция представляет собой несущую пустотелую панель или отдельный пустотелый блок. Внутреннее пространство панели облицовано фольгой и заполнено пустотелыми трубками или пустотелыми каналами из фольги, расположенными горизонтально вдоль ограждения в несколько рядов по ширине панели. Число рядов трубок или каналов не ограничено и определяется требованиями к термическому сопротивлению панели. Известная конструкция обеспечивает повышение термического сопротивления элементов зданий. Это происходит в результате использования воздуха, находящегося внутри трубок или каналов, как теплоизолирующего элемента конструкции. Кроме того, использование алюминиевой фольги для создания каналов или трубок увеличивает термическое сопротивление за счет отражения тепловых потоков, проходящих через панель или блок. Фольга препятствует также проникновению влаги внутрь конструкции, что дополнительно увеличивает термическое сопротивление. Однако эта конструкция не лишена недостатков. Применение в строительной конструкции алюминиевой фольги увеличивает себестоимость этой конструкции и трудоемкость ее изготовления и монтажа. Алюминиевая фольга обладает высокой теплопроводностью, что частично снижает эффективность панели. Горизонтальное расположение трубок или каналов внутри панели или блока может способствовать возникновению горизонтальных конвективных потоков воздуха по направлению к мостикам холода, возникающим на стыках элементов строительных конструкций, что снизит эффективность теплозащитных свойств конструкции панели или блока.Known design of the building exterior fencing high thermal resistance (RF patent No. 2499105, publ. 20.11.2013,). The known design is a supporting hollow panel or a separate hollow block. The interior of the panel is lined with foil and filled with hollow tubes or hollow channels made of foil located horizontally along the fence in several rows across the width of the panel. The number of rows of tubes or channels is not limited and is determined by the requirements for thermal resistance of the panel. The known design provides an increase in thermal resistance of building elements. This occurs as a result of the use of air inside the tubes or channels as a heat-insulating structural element. In addition, the use of aluminum foil to create channels or tubes increases thermal resistance by reflecting heat fluxes passing through a panel or block. The foil also prevents the penetration of moisture into the structure, which further increases the thermal resistance. However, this design is not without drawbacks. The use of aluminum foil in the building structure increases the cost of this structure and the complexity of its manufacture and installation. Aluminum foil has a high thermal conductivity, which partially reduces the effectiveness of the panel. The horizontal arrangement of tubes or channels inside the panel or block can contribute to the emergence of horizontal convective air flows towards the cold bridges that occur at the junctions of building structure elements, which will reduce the efficiency of the heat-shielding properties of the panel or block structure.

Известен также строительный стеновой элемент, защищенный патентом RU 495549 U1, который прият за прототип. Элемент по прототипу представляет собой строительный блок из полистиролбетона, содержащий каналы, расположенные перпендикулярно по отношению к основанию блока, а также содержащий облицовочный лицевой слой, соединенный с лицевой частью блока и выполненный из прочного тяжелого бетона - мелкозернистого бетона. Блок по прототипу обеспечивает пониженную материалоемкость, уменьшает трудоемкость монтажа и повышает свои теплотехнические характеристики.Also known is a building wall element protected by patent RU 495549 U1, which is pleasant for the prototype. The prototype element is a building block of polystyrene concrete containing channels perpendicular to the base of the block, and also containing a facing face layer connected to the face of the block and made of durable heavy concrete - fine-grained concrete. The prototype unit provides reduced material consumption, reduces the complexity of installation and increases its thermal characteristics.

Однако блок по прототипу имеет ряд недостатков, которые снижают его прочность и теплоизоляционные свойства. Наличие пустотелых каналов внутри блока уменьшает его прочность. Заполнение этих каналов материалом, имеющим более низкую теплопроводность, чем у полистиролбетона, повышает общую теплопроводность блока, поскольку заполнитель каналов по сравнению с воздухом в пустых полых каналах имеет худшие теплоизоляционные свойства. Кроме того, разница в механических свойствах заполнителя и материала блоков создаст условия для концентрации напряжений на границах каналов, что понизит прочность блока в целом. Крепление облицовочного наружного слоя к блоку по прототипу не предусмотрено, очевидно этот слой просто наливается на фасадную поверхность блока. Это также уменьшает механическую прочность блока, поскольку концентрация напряжений в пограничном слое материала блока с материалом облицовочного слоя будет способствовать разрушению соединения этого слоя с блоком. Известные конструкции соединения (например, с помощью залитых в тело блока и в облицовочный слой металлических крепежных элементов - стержней, болтов, шпилек и т.п.) существенно понизят теплоизоляционные свойства блока, создав мостики холода.However, the prototype unit has several disadvantages that reduce its strength and thermal insulation properties. The presence of hollow channels inside the block reduces its strength. Filling these channels with material having a lower thermal conductivity than polystyrene concrete increases the overall thermal conductivity of the block, since the channel filler has worse thermal insulation properties compared to air in empty hollow channels. In addition, the difference in the mechanical properties of the aggregate and the material of the blocks will create conditions for the concentration of stresses at the boundaries of the channels, which will reduce the strength of the block as a whole. The fastening of the facing outer layer to the block according to the prototype is not provided, obviously this layer is simply poured onto the facade surface of the block. This also reduces the mechanical strength of the block, since the stress concentration in the boundary layer of the block material with the material of the facing layer will contribute to the destruction of the connection of this layer with the block. Known connection designs (for example, using metal fasteners embedded in the body of the block and in the facing layer - rods, bolts, studs, etc.) will significantly reduce the thermal insulation properties of the block, creating cold bridges.

Техническим результатом предлагаемой конструкции строительного блока является повышение его термического сопротивления и механической прочности с одновременным снижением стоимости его изготовления и монтажа.The technical result of the proposed construction of the building block is to increase its thermal resistance and mechanical strength while reducing the cost of its manufacture and installation.

Сущность предлагаемой конструкции строительного блока заключается в том, что блок, выполненный из полистиролбетона, содержит внутри пустотелые каналы, расположенные перпендикулярно по отношению к основанию блока. Лицевая часть блока соединена с лицевой панелью, выполненной из прочного бетона. В отличие от прототипа каналы имеют круглое сечение и образованы трубками. Трубки выполнены из легкого теплоизоляционного материала. Пространство между трубками заполнено полистиролбетоном. В качестве трубок использованы бутылки из полиэтилентерефталата (ПЭТ) или из близкого ему по свойствам материала. Лицевая панель прикреплена к блоку с помощью залитых в нее и в тело блока верхних частей бутылок ПЭТ. Горлышки этих частей бутылок крепления залиты в лицевую панель, а остальные части - в тело блока.The essence of the proposed construction of the building block is that the block made of polystyrene concrete contains hollow channels inside, perpendicular to the base of the block. The front part of the block is connected to the front panel made of durable concrete. Unlike the prototype, the channels have a circular cross section and are formed by tubes. The tubes are made of lightweight insulating material. The space between the tubes is filled with polystyrene concrete. Bottles made of polyethylene terephthalate (PET) or a material close to it were used as tubes. The front panel is attached to the block with the help of the upper parts of PET bottles poured into it and into the block body. The necks of these parts of the fastening bottles are poured into the front panel, and the remaining parts into the block body.

По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция строительного блока повышает его термическое сопротивление, поскольку каналы заполнены воздухом и ограничены трубками. Теплоизоляционный материал трубок обладает хорошей отражательной способностью, что дополнительно повысит термическое сопротивление блока. Кроме того, бутылки ПЭТ, примененные в качестве трубок, имеют высокую прочность, что может компенсировать значительную часть напряжений, концентрирующихся в зоне контакта защищенных трубками отверстий с полистиролбетоном, заполняющим пространство между отверстиями. Это повысит механическую прочность блока. Применение частей бутылок ПЭТ для крепления к блоку лицевой панели обеспечивает повышение механической прочности ее соединения с блоком. При этом элементы крепления (части бутылок ПЭТ) не образуют мостиков холода, что также повышает термическое сопротивление блока.Compared with the prototype, the proposed construction of the building block increases its thermal resistance, since the channels are filled with air and limited by tubes. The heat-insulating material of the tubes has good reflectivity, which will further increase the thermal resistance of the block. In addition, PET bottles used as tubes have high strength, which can compensate for a significant part of the stresses concentrated in the contact zone of the tube-protected openings with polystyrene concrete filling the space between the openings. This will increase the mechanical strength of the block. The use of parts of PET bottles for fastening to the block of the front panel provides an increase in the mechanical strength of its connection with the block. At the same time, the fastening elements (parts of PET bottles) do not form cold bridges, which also increases the thermal resistance of the block.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид предлагаемого строительного блока, на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - экспериментальный блок после первого удара при испытаниях, и на фиг. 4 - разрушение экспериментального блока после восьмого удара.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of the proposed building block, in FIG. 2 is a section along AA in FIG. 1, in FIG. 3 - experimental block after the first impact during testing, and in FIG. 4 - destruction of the experimental block after the eighth hit.

Предлагаемая конструкция блока содержит внутри тела блока 1 трубки 3, образующие пустотелые каналы. Трубки 3 выполнены из легкого теплоизоляционного материала и установлены перпендикулярно по отношению к основанию блока (см. фиг. 1). Такое расположение трубок 3 обеспечивает повышение прочности блока, поскольку при эксплуатации блока трубки 3 оказываются нагруженными на сжатие вдоль продольной оси, что повышает их устойчивость и прочность блока в целом. Кроме того, вертикальное расположение трубок 3 исключает возможность образования горизонтальных конвективных потоков воздуха к мостикам холода. Пространство между трубками заполнено полистиролбетоном, образующим тело блока 1. Выбор полистиролбетона обусловлен тем, что он обладает низкой теплопроводностью по сравнению с другими бетонами (0,057…1,145 Вт/м°С против 1,51 Вт/м°С у бетона и 0,1…0,38 Вт/м°С у пенобетона). Плотность его существенно меньше (200…600 кг/м³ против 2400 кг/м³ у бетона). При этом прочность блоков из полистиролбетона составляет 14…29 кг/см². Кроме того, полистирол имеет низкую гигроскопичность и экологичен. (Информация получена из электронных ресурсов по адресам: http://ostroymaterialah.ru/bloki/sravnitelnye-xarakteristiki-stroitelnyx-blokov.html; http://psbblock.ru/o_polistirolbetone/psbinfo/; http://www.dornpostroi.com/spravochnik-stroitelstva/Tablica-teploprovodnosti-stroitelnyh-materialov.html)The proposed design of the block contains inside the body of the block 1 tube 3 forming hollow channels. The tubes 3 are made of light heat-insulating material and are installed perpendicular to the base of the block (see Fig. 1). This arrangement of the tubes 3 provides an increase in the strength of the block, since during operation of the block, the tubes 3 turn out to be compressive along the longitudinal axis, which increases their stability and the strength of the block as a whole. In addition, the vertical arrangement of the tubes 3 eliminates the possibility of the formation of horizontal convective air flows to the cold bridges. The space between the tubes is filled with polystyrene concrete, forming the body of block 1. The choice of polystyrene concrete is due to the fact that it has low thermal conductivity compared to other concrete (0.057 ... 1.145 W / m ° C versus 1.51 W / m ° C for concrete and 0.1 ... 0.38 W / m ° C in foam concrete). Its density is significantly lower (200 ... 600 kg / m ³ versus 2400 kg / m ³ for concrete). The strength of the blocks of polystyrene concrete is 14 ... 29 kg / cm ² . In addition, polystyrene has low hygroscopicity and is environmentally friendly. (Information obtained from electronic resources at the following addresses: http://ostroymaterialah.ru/bloki/sravnitelnye-xarakteristiki-stroitelnyx-blokov.html; http://psbblock.ru/o_polistirolbetone/psbinfo/; http: //www.dornpostroi. com / spravochnik-stroitelstva / Tablica-teploprovodnosti-stroitelnyh-materialov.html)

В качестве трубок 3 использованы бутылки из полиэтилентерефталата или из близкого ему по свойствам материала. Этим достигается, во-первых, способностью материала трубок 3 отражать тепло, во-вторых, полиэтилентерефталат плохо проводит тепло, коэффициент его теплопроводности γ=0,14 Вт/(мК). Это увеличивает тепловое сопротивление блока. И в-третьих, обеспечивается возможность использования в качестве трубок 3 бывших в употреблении бутылок ПЭТ, что снижает стоимость предлагаемого блока.As tubes 3 used bottles of polyethylene terephthalate or from a material close to it in properties. This is achieved, firstly, by the ability of the tube material 3 to reflect heat, and secondly, polyethylene terephthalate does not conduct heat well, its heat conductivity coefficient γ = 0.14 W / (mK). This increases the thermal resistance of the unit. And thirdly, it is possible to use 3 used PET bottles as tubes, which reduces the cost of the proposed unit.

Лицевая грань блока 1 соединена с лицевой панелью 2, выполненной из прочного бетона. Это обеспечивает повышение прочности и долговечности предлагаемого блока в целом, декоративных свойств стены, изготавливаемой из предлагаемых блоков, и снижает гигроскопичность блока. Лицевая панель 2 прикреплена к телу блока 1 с помощью верхних частей 5 бутылок ПЭТ, причем горлышки этих частей бутылок заливаются в тело лицевой панели при ее изготовлении, а остальные части бутылок заливаются полистиролбетоном в процессе формирования тела блока 1 (см. фиг. 2). Эти признаки предлагаемого блока также повышают его прочность и термическое сопротивление и уменьшают его стоимость. Количество и размеры трубок 3 и крепежных частей 5 лицевой панели 2 не ограничиваются и определяются в зависимости от требуемой теплозащиты сооружаемых стен и от допустимых в соответствие с нормами охраны труда размерами блоков.The front face of the block 1 is connected to the front panel 2, made of durable concrete. This provides increased strength and durability of the proposed block as a whole, decorative properties of the wall made from the proposed blocks, and reduces the hygroscopicity of the block. The front panel 2 is attached to the body of block 1 using the upper parts of 5 PET bottles, with the necks of these bottle parts being poured into the body of the front panel during its manufacture, and the remaining parts of the bottles are filled with polystyrene concrete during the formation of the body of block 1 (see Fig. 2). These features of the proposed block also increase its strength and thermal resistance and reduce its cost. The number and sizes of tubes 3 and fastening parts 5 of the front panel 2 are not limited and are determined depending on the required thermal protection of the walls being built and on the sizes of blocks that are acceptable in accordance with labor protection standards.

Предлагаемый строительный блок изготавливается следующим образом. Изготавливают лицевую плиту 2. Внутрь опалубки заливают бетон и до начала его твердения устанавливают в него отрезанные верхние части 5 бутылок ПЭТ (фиг. 2), на которые могут быть навинчены пробки 4, так чтобы над торцами горлышек или над пробками 4 оставалась прослойка бетона толщиной 3…5 мм до внешней поверхности лицевой панели 2. После затвердевания бетона лицевую панель 2 устанавливают ребром на плиту и сопрягают с опалубкой для формирования блока, используя ее как замыкающую деталь этой опалубки. В опалубке ставят бутылки 3 ПЭТ горлышком или навинченной на него пробкой 4 вниз до упора в плиту (в дно опалубки). Равномерное расположение бутылок ПЭТ обеспечивают с помощью шаблона. Внутрь опалубки заливают полистиролбетон. Донышки бутылок 3 при этом могут быть закрыты слоем полистиролбетона толщиной 1…2 см, что обеспечивает гладкую поверхность блока, сопрягаемую с другими блоками при кладке стен.The proposed building block is made as follows. A face plate is made 2. Concrete is poured into the formwork and, before hardening begins, the cut upper parts of 5 PET bottles are placed in it (Fig. 2), onto which stoppers 4 can be screwed so that a layer of concrete with a thickness of over the ends of the necks or over the stoppers 4 3 ... 5 mm to the outer surface of the front panel 2. After the concrete has hardened, the front panel 2 is installed with an edge on the plate and mated with the formwork to form a block, using it as the closing part of this formwork. In the formwork, 3 PET bottles are placed with the neck or cork 4 screwed on it down to the stop in the slab (at the bottom of the formwork). A uniform arrangement of PET bottles is provided using a template. Polystyrene concrete is poured into the formwork. The bottoms of bottles 3 can be closed with a layer of polystyrene concrete with a thickness of 1 ... 2 cm, which ensures a smooth surface of the block, mating with other blocks when laying walls.

Для проверки возможности изготовления предлагаемого строительного блока был изготовлен и испытан опытный экземпляр блока длиной 400 мм, шириной 280 мм и высотой 350 мм (Фиг. 3). Внутрь блока устанавливали два ряда бутылок ПЭТ ∅ 80 мм и высотой 330 мм по три бутылки в каждом ряду. Расстояния между стенками бутылок и гранями блока, а также между стенками соседних бутылок составляло 40 мм. Лицевую панель 2 отливали из бетона марки 500 на портландцементе. Толщина панели 2 была принята 20 мм. В панель 2 заливались верхние части 5 четырех бутылок ПЭТ, каждая из них состояла из горлышка и конической части бутылок. В тело лицевой панели заливались горлышки. Расстояние от осей частей 5 бутылок до торцов панели 2 и между осями частей 5 составляло 80 мм. Панель 2 после затвердевания бетона устанавливали ребром на рабочий стол и использовали ее как часть опалубки для отливки блока. Сторону панели 2, на которой были установлены части 5 бутылок, устанавливали внутрь опалубки. Внутрь опалубки заливали полистиролбетон, гранулы полистирола в нем имели диаметр 7,0…20,0 мм. Объем полистирола на 1 блок составлял 30 дм³. В качестве связующего применяли раствор портландцемента марки 500 в воде. Количество раствора на один блок составляло 20 кг.To test the possibility of manufacturing the proposed building block was made and tested a prototype of a block 400 mm long, 280 mm wide and 350 mm high (Fig. 3). Two rows of PET ∅ 80 mm bottles and 330 mm high three bottles in each row were installed inside the block. The distance between the walls of the bottles and the faces of the block, as well as between the walls of adjacent bottles was 40 mm. The faceplate 2 was cast from 500 grade concrete on Portland cement. The thickness of the panel 2 was adopted 20 mm In panel 2, the upper parts of 5 of four PET bottles were poured, each of which consisted of a neck and a conical part of the bottles. Mouths were poured into the body of the front panel. The distance from the axes of the parts 5 of the bottles to the ends of the panel 2 and between the axes of the parts 5 was 80 mm Panel 2 after hardening of concrete was installed edge-on on the worktable and used it as part of the formwork for casting the block. The side of the panel 2, on which the parts of 5 bottles were installed, was installed inside the formwork. Polystyrene concrete was poured inside the formwork, the polystyrene granules in it had a diameter of 7.0 ... 20.0 mm. The volume of polystyrene per 1 block was 30 dm ³ . As a binder, a solution of Portland cement grade 500 in water was used. The amount of solution per block was 20 kg.

В залитый полистиролбетон устанавливали вниз горлышками бутылки 3 ПЭТ по указанной выше схеме. Донышки бутылок 3 ПЭТ были покрыты слоем полистиролбетона толщиной 10…20 мм. В процессе заливки следили за тем, чтобы пространства между бутылками 3 и пространства под коническими частями 5 бутылок и внутри этих конических частей были полностью залиты плистиролбетоном и не имели газовых пузырей.In filled polystyrene concrete, 3 PET bottles were placed down the neck of the bottle according to the above scheme. The bottoms of 3 PET bottles were coated with a layer of polystyrene concrete with a thickness of 10 ... 20 mm. During the pouring process, it was ensured that the spaces between the bottles 3 and the spaces under the conical parts 5 of the bottles and inside these conical parts were completely filled with polystyrene concrete and had no gas bubbles.

После полного затвердевания полистиролбетона блок вынули из опалубки и подвергли испытаниям на ударную нагрузку до разрушения. В процессе испытаний по средней части верхней грани блока наносили удары кувалдой весом 8,7 кг. После каждого из семи ударов на поверхности блока возникали вмятины (Фиг. 3). Разрушение наступило после восьмого удара. При этом бутылки 3 ПЭТ (Фиг. 4) от блока 1 не отделились, смялась только одна средняя бутылка, по которой пришелся удар кувалды. Лицевая панель 2 от блока также не отделилась. Всего до полного разрушения верхней части блока было произведено двенадцать ударов, после чего нижняя часть блока осталась не разрушенной и все шесть бутылок от нее не отделились. Лицевая панель 2 полностью отделилась от блока и раскололась, однако части 5 бутылок 3, которыми она крепилась к телу блока 1, не разрушились, они оказались вырванными из тела блока 1.After the polystyrene concrete has completely hardened, the block was taken out of the formwork and subjected to impact tests before breaking. During the tests, a hammer with a weight of 8.7 kg was hit in the middle of the upper face of the block. After each of seven blows, dents occurred on the block surface (Fig. 3). Destruction came after the eighth strike. At the same time, PET bottles 3 (Fig. 4) did not separate from block 1, only one middle bottle was crumpled, which hit the sledgehammer. The front panel 2 from the block also did not separate. In total, twelve blows were made before the upper part of the block was completely destroyed, after which the lower part of the block remained not destroyed and all six bottles did not separate from it. The front panel 2 completely separated from the block and split, however, the parts 5 of the bottles 3 with which it was attached to the body of block 1 did not collapse, they were torn from the body of block 1.

Таким образом предлагаемый строительный блок обеспечивает достижение технического эффекта: он обладает высоким тепловым сопротивлением, повышенной механической прочностью и низкой стоимостью. Прочностные свойства блока позволяют применить его для малоэтажного и каркасного многоэтажного строительства. Предлагаемый блок может быть изготовлен с помощью известных в технике средств и материалов. Следовательно, предлагаемый строительный блок обладает промышленной применимостью.Thus, the proposed building block provides a technical effect: it has high thermal resistance, increased mechanical strength and low cost. The strength properties of the block allow it to be used for low-rise and frame multi-story construction. The proposed block can be made using known in the art means and materials. Therefore, the proposed building block has industrial applicability.

Claims

A building block made of polystyrene concrete, containing hollow channels inside, perpendicular to the base of the block, and a front panel made of strong concrete, characterized in that the channels have a circular cross section and are formed by tubes made of light and durable heat-insulating material, polyethylene terephthalate bottles are used as tubes (PET) or a material close to it in properties, and the front panel is attached to the block with the help of the upper parts of PET bottles poured into it and into the block body, with the neck of these hours These bottles are poured into the front panel, and the remaining parts into the body of the unit.