RU2030527C1

RU2030527C1 - Structural member

Info

Publication number: RU2030527C1
Authority: RU
Inventors: К.И. Львович; У.Х. Магдеев; Б.Я. Штейн
Original assignee: Московский научно-исследовательский проектно-технологический институт "Стройиндустрия"
Priority date: 1992-06-22
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1995-03-10

Abstract

FIELD: manufacture of building materials. SUBSTANCE: structural member consists of shell of solid material and core of porous material. Block is made of fine concrete with shell thickness equalling 0.1-0.3 of core thickness and shell-core density ratio of 7:1-2:1 and volumes of entrapped air in them of 1-8% and 55-85%, respectively. One of longitudinal walls of shell on upper plane has grooves. EFFECT: simplified technology of manufacture with provision of high warmth-keeping and strength properties. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано в производстве строительных блоков для ограждений с теплозащитными свойствами. The invention relates to the building materials industry and can be used in the manufacture of building blocks for fences with heat-shielding properties.

Известен стеновой строительный элемент, представляющий собой каменный блок из смеси материалов, включающий блок-опалубку и сердцевину из пористого материала [1]. Known wall building element, which is a stone block made of a mixture of materials, including block formwork and a core of porous material [1].

Недостатком этого блока является сложность его изготовления из разных материалов с разделением операций изготовления опалубки и сердцевины. The disadvantage of this unit is the complexity of its manufacture from different materials with the separation of the operations of manufacturing the formwork and the core.

Известен стеновой строительный элемент, представляющий собой бетонный блок с отверстиями или углублениями, заполненными введенной карбамидоформальдегидной смолой до и после отверждения бетона [2]. Known wall building element, which is a concrete block with holes or recesses filled with an introduced urea-formaldehyde resin before and after curing concrete [2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является керамический стеновой блок, состоящий из оболочки и заключенного в нее заполнителя. К недостаткам этого блока следует отнести сложность изготовления, необходимость обжига, низкие теплотехнические характеристики из-за необходимости иметь замкнутую оболочку и использование в качестве "утеплителя" керамзита, замешанного на глине. The closest in technical essence and the achieved result is a ceramic wall block, consisting of a shell and a filler enclosed in it. The disadvantages of this unit include the complexity of manufacturing, the need for firing, low thermal characteristics due to the need to have a closed shell and the use of expanded clay mixed with clay as a “heater”.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления и кладки при обеспечении высоких теплозащитных и прочностных свойств ограждения. The aim of the invention is to simplify the manufacturing technology and masonry while ensuring high heat-shielding and strength properties of the fence.

Это достигается тем, что строительный элемент, включающий оболочку из плотного и сердцевину из поризованного материала, выполнен из мелкозернистого бетона и имеет толщину стенок оболочки, равную 0,1-0,33 толщины сердцевины, при соотношении плотностей оболочки и сердцевины 7:1-2:1 и объемах вовлеченного воздуха в них 1-8% и 55-85- соответственно. Для того, чтобы избежать установки "тычкового" блока для перевязки стены, приводящего к образованию мостиков холода, что значительно снижает теплозащитные свойства ограждения, предлагается при изготовлении на верхней плоскости одной из продольных стенок оболочки выполнить канавки, совмещаемые при перевязке в двух соседних рядах, с тем, чтобы в процессе кладки установить в них П-образную скобу, например, из арматурного прутка, препятствующую раскрытию продольного шва стены. This is achieved by the fact that the building element, including a dense shell and a core of porous material, is made of fine-grained concrete and has a shell wall thickness equal to 0.1-0.33 of the core thickness, with a ratio of shell and core densities of 7: 1-2 : 1 and the volumes of air involved in them are 1-8% and 55-85-, respectively. In order to avoid the installation of a “tying” block for dressing the wall, which leads to the formation of cold bridges, which significantly reduces the heat-shielding properties of the fence, it is proposed that grooves be combined when dressing in two adjacent rows on the upper plane of one of the longitudinal walls of the sheath so that in the process of masonry to install in them a U-shaped bracket, for example, from a reinforcing bar that prevents the disclosure of the longitudinal seam of the wall.

Изобретение соответствует критерию "новизна". Выбор соотношений плотностей оболочки и сердцевины позволяет, экономично используя цемент, обеспечить теплозащитные и прочностные свойства стены. Использование одного материала - мелкозернистого бетона - технологично, поскольку предполагает работу с одним заполнителем и оборудованием для дозировки, перемешивания, термообработки, сокращает складские и транспортные операции и т.д. При использовании однородных материалов упрощается процесс тепловлажностной обработки элемента, который в данном случае может быть однократным с оптимальным режимом, для достижения требуемых прочностных и теплозащитных характеристик оболочки и сердцевины с применением обычных для бетона камер тепловлажностной обработки. Кроме того, из-за использования одного вяжущего для оболочки и сердцевины достигается максимальное сцепление слоев. Уровень поверхности сердцевины может быть ниже уровня поверхности оболочки. Тогда при кладке раствор помещается в образовавшееся углубление и достигается эффект бесшовной кладки, т.к. и вертикальный шов также может быть спрятан в шпонку. В связи с возможной неоднородностью нагрузок, приходящихся на продольные и поперечные стенки оболочки, а также на разницу в нагрузках на продольные стенки из-за внецентренного нагружения, например при передаче нагрузки от перекрытий, толщины продольных стенок в блоке могут отличаться друг от друга а также от толщины поперечных стенок. Как известно, к ограждающим конструкциям блочных стен предъявляются два основных требования: обеспечение восприятия собственного веса и временных нагрузок, а также теплотехнических требований. Блок, имеющий оболочку из плотного и сердцевину из насыщенного воздухом материала, наилучшим образом отвечает таким требованиям: нагрузки воспринимаются оболочкой, прочность которой можно увеличивать по мере роста этажности здания, теплотехнические требования обеспечиваются сердцевиной, на которую практически нет силовых и атмосферных воздействий и которая лишь препятствует конвекции воздуха внутри блока, и поэтому может быть максимально насыщена воздухом. Исследование свойств мелкозернистых бетонов в зависимости от технологии их изготовления показывает, что формирование оболочки из особо жестких цементно-песчаных смесей методом объемного вибропрессования является наиболее рациональным как с точки зрения расхода цемента, так и возможностей немедленной распалубки, и что коэффициент уплотнения К_у= γ_эксп/γ_теор= 0,97, где γ_эксп - экспериментально полученная объемная масса бетонной смеси; γ_теор - теоретическая объемная масса бетонной смеси, (3% вовлеченного воздуха) является оптимальным как с точки зрения минимального времени формования, так и мощности оборудования и энергозатрат. Повышение коэффициента уплотнения до К_у=0,995 не приводит к значительному росту прочности, но требует более чем вдвое увеличить воздействие формования (пригруз, амплитуду колебаний формующего органа). Снижение величины К_у приводит к снижению прочностных характеристик материала, снижению способности сопротивляться воздействию попеременного замораживания-оттаивания, снижению водонепроницаемости. Показано, что снижение К_у на 1% приводит к снижению на 4-5% прочности мелкозернистого бетона, а снижение К_у до 0,91-0,92 - к резкому падению прочности материала. Таким образом, оптимальным следует признать К_у= 0,97-0,98, а минимально возможным - 0,91-0,92. Изготовление пенопесчаных бетонов для сердцевины показало, что снижение количества песка в составе смеси приводит к снижению объемной массы, большей кратности пены (снижается гашение пены тяжелыми частицами песка) и повышению однородности. При полном отказе от использования песка (пеноцемент) возможно достигнуть объемной массы 270-300 кг/м³. В этом случае традиционными методами невозможно определить прочностные характеристики материала (он легко продавливается пальцем) и создаются определенные трудности с перевозкой блоков, так как сердцевина может высыпаться при ударах в процессе транспортировки. Использование материала с объемной массой γ=350 кг/м³ можно принять как нижнюю границу допустимых прочностных характеристик материала (0,15-0,25 МПа после термообработки). При объемной массе мелкозернистого (песчаного) бетона 2,3 т/м³ 350 кг/м³ соответствует 85% вовлеченного воздуха. При увеличении объемной массы материала сердцевины снижаются теплозащитные свойства блоков, и если при γ_сердц=350 кг/м³ стена толщиной 40 мм соответствует экономически целесообразному сопротивлению теплопередаче жилых зданий для регионов с температурой наиболее холодной пятидневки -48^оС, то при γ=450 кг/м³ - это температура московской области -26^оС. При повышении объемной массы сердцевины свыше 1000-1100 кг/м³ изготовление блоков, имеющих оболочку и сердцевину, становится бессмысленным, ибо прочностные характеристики сердцевины превышают 5 МПа, что может позволить изготовление стен только из "сердцевины".The invention meets the criterion of "novelty." The choice of the ratios of the densities of the shell and the core allows, using the cement economically, to provide heat-protective and strength properties of the wall. The use of one material - fine-grained concrete - is technologically advanced, since it involves working with one aggregate and equipment for dosing, mixing, heat treatment, reduces storage and transport operations, etc. When using homogeneous materials, the process of heat-moisture treatment of the element is simplified, which in this case can be single-shot with the optimal mode, in order to achieve the required strength and heat-shielding characteristics of the shell and core using conventional heat-moisture treatment chambers for concrete. In addition, due to the use of one binder for the shell and core, maximum adhesion of the layers is achieved. The surface level of the core may be lower than the surface of the shell. Then, during masonry, the solution is placed in the formed recess and the effect of seamless masonry is achieved, because and the vertical seam can also be hidden in the key. Due to the possible heterogeneity of the loads on the longitudinal and transverse walls of the shell, as well as on the difference in the loads on the longitudinal walls due to eccentric loading, for example, when transferring loads from floors, the thickness of the longitudinal walls in the block may differ from each other and also from thickness of the transverse walls. As you know, two basic requirements are imposed on the enclosing structures of block walls: ensuring the perception of dead weight and temporary loads, as well as thermal engineering requirements. A block having a dense shell and a core of air-saturated material best meets these requirements: the loads are absorbed by the shell, the strength of which can increase as the number of storeys in the building increases, the heat engineering requirements are provided by the core, on which there is practically no power and atmospheric effects and which only prevents convection of air inside the unit, and therefore can be as saturated as possible with air. The study of the properties of fine-grained concrete, depending on the technology of their manufacture, shows that the formation of a shell of particularly hard cement-sand mixtures by volume vibropressing is the most rational both in terms of cement consumption and the possibility of immediate stripping, and that the compaction coefficient K _y = γ _exp / γ _theory = 0.97, where γ _exp is the experimentally obtained bulk density of the concrete mixture; γ _theory - theoretical volumetric mass of the concrete mixture, (3% of the involved air) is optimal both in terms of minimum molding time and equipment power and energy consumption. Increasing the compaction coefficient to K _y = 0.995 does not lead to a significant increase in strength, but requires more than doubling the impact of molding (load, vibration amplitude of the forming member). A decrease in K _y leads to a decrease in the strength characteristics of the material, a decrease in the ability to resist the effects of alternating freezing and thawing, and a decrease in water resistance. It was shown that a decrease in K _y by 1% leads to a 4-5% decrease in the strength of fine-grained concrete, and a decrease in K _y to 0.91-0.92 leads to a sharp decrease in the strength of the material. Thus, K _y = 0.97-0.98 should be recognized as optimal, and 0.91-0.92 as the minimum possible. The manufacture of foam concrete for the core showed that a decrease in the amount of sand in the composition of the mixture leads to a decrease in bulk mass, a greater foam ratio (foam quenching by heavy sand particles is reduced) and to increase uniformity. With a complete rejection of the use of sand (foam cement) it is possible to achieve a bulk density of 270-300 kg / m ³ . In this case, it is impossible to determine the strength characteristics of the material by traditional methods (it is easily pressed with a finger) and certain difficulties are created with the transportation of blocks, since the core can spill out during impacts during transportation. The use of material with a bulk density of γ = 350 kg / m ³ can be taken as the lower limit of the allowable strength characteristics of the material (0.15-0.25 MPa after heat treatment). With a bulk density of fine-grained (sand) concrete of 2.3 t / m ^3, 350 kg / m ³ corresponds to 85% of the involved air. By increasing the bulk density of the core material heat-shielding properties are reduced blocks and _{of heart} if γ = 350 kg / m ³ wall thickness of 40 mm corresponds economically expedient resistance to heat residential buildings for regions with the temperature of the coldest five days -48 ^{° C,} then for γ = 450 kg / ^m3 - is the temperature of the Moscow region -26 ° ^C. At higher bulk density over the core of 1000-1100 kg / m ³ production of blocks having a shell and core, is meaningless, because the strength characteristics of the core exceeds 5 MP and, which may allow the manufacture of walls only from the "core".

На фиг. 1, 2 представлен строительный элемент; на фиг. 3, 4 - вид кладки в плане из строительного элемента (1-й и 2-й ряд соответственно). In FIG. 1, 2 presents a building element; in FIG. 3, 4 - plan view of masonry from a building element (1st and 2nd row, respectively).

Строительный элемент включает оболочку 1 и сердцевину 2. На верхней плоскости одной из продольных стенок оболочки 1 выполнены канавки 3. Толщина стенок оболочки 1 составляет 0,1-0,33 толщины сердцевины. The building element includes a shell 1 and a core 2. On the upper plane of one of the longitudinal walls of the shell 1, grooves 3 are made. The wall thickness of the shell 1 is 0.1-0.33 of the thickness of the core.

Проведены экспериментальные работы, оценивающие прочностные и теплозащитные характеристики указанного строительного элемента. Оболочка изготавливалась из мелкозернистого бетона, например, следующего состава кг/м³: Ц= 420; П=1770; В=170 методом объемного вибропрессования. После формовки оболочка подвергалась немедленной распалубке и в ее сердцевину заливалась поризованная бетонная масса, например, состава кг/м³: Ц=300; П=200; В=300; пенообразующая добавка OП-3. Уровень заливки поризованной мелкозернистой смеси на 1 см ниже верха оболочки. Затем строительный элемент подвергался тепловлажностной обработке в пропарочной камере, причем режим ТВО оптимизировался исходя из требований к обоим видам мелкозернистого бетона.Experimental work was carried out evaluating the strength and heat-shielding characteristics of the specified building element. The shell was made of fine-grained concrete, for example, the following composition kg / m ³ : C = 420; P = 1770; B = 170 by volume vibropressing method. After molding, the shell was immediately stripped off and a porous concrete mass was poured into its core, for example, with the composition of kg / m ³ : C = 300; P = 200; B = 300; OP-3 foaming additive. The fill level of the porous fine-grained mixture is 1 cm below the top of the shell. Then the building element was subjected to heat and moisture treatment in a steaming chamber, and the TVO mode was optimized based on the requirements for both types of fine-grained concrete.

Допустим, что количество вовлеченного воздуха соответствует соотношению плотностей оболочки и сердцевины от 7: 1 до 2:1. Работа предлагаемого строительного элемента практически сводится к восприятию сжимающих напряжений. Известно, что для элементов конструкций, работающих на сжатие, увеличение прочности и соответствующее снижение площади сечения всегда экономически целесообразны. Это означает, что уменьшение толщины оболочки с одновременным увеличением (при необходимости) ее прочности приводит не только к улучшению экономических показателей ограждающей конструкции и снижению ее материалоемкости, но и повышению теплозащитных свойств стены. При изготовлении блоков размерами 200х200х400 мм (основной размер блоков, принятый в отечественной и зарубежной практике) минимальная толщина стенки опалубки, определяемая возможностями формующих агрегатов, - 20 мм или 0,125 толщины сердцевины. При изготовлении оболочки менее эффективными способами ее толщина составляет до 40 мм или 0,33 толщины сердцевины. При увеличении ширины блока до 0,5 м (большая толщина стены нецелесообразна) толщина стенки блока 40 мм составляет около 0,1 толщины сердцевины. Assume that the amount of air involved corresponds to a ratio of the densities of the shell and core from 7: 1 to 2: 1. The work of the proposed building element is practically reduced to the perception of compressive stresses. It is known that for structural elements operating in compression, an increase in strength and a corresponding decrease in the cross-sectional area are always economically feasible. This means that reducing the thickness of the shell with a simultaneous increase (if necessary) in its strength leads not only to an improvement in the economic indicators of the building envelope and a decrease in its material consumption, but also to an increase in the heat-shielding properties of the wall. In the manufacture of blocks with dimensions of 200x200x400 mm (the main block size adopted in domestic and foreign practice), the minimum wall thickness of the formwork, determined by the capabilities of the forming units, is 20 mm or 0.125 core thickness. In the manufacture of the shell by less efficient methods, its thickness is up to 40 mm or 0.33 of the core thickness. When the width of the block is increased to 0.5 m (a large wall thickness is impractical), the wall thickness of the 40 mm block is about 0.1 of the core thickness.

Допустим, что характеристики технически целесообразных блоков следующие: плотность оболочки 2230 кг/м³; Р=42 МПа; плотность сердцевины 450 кг/м³.Suppose that the characteristics of technically feasible blocks are as follows: sheath density 2230 kg / m ³ ; P = 42 MPa; core density 450 kg / m ³ .

Кладку стены из указанного строительного элемента осуществляют преимущественно в два ряда с перевязкой, помещая раствор в образованное сердцевиной 2 углубление, что исключает горизонтальный растворный шов в кладке. Вертикальный растворный шов также отсутствует благодаря шпоночному соединению. Предлагаемая конструкция блока позволяет получить также архитектурно выразительный строительный элемент, изготавливая оболочку из цветного мелкозернистого бетона с рельефной или колотой поверхностью. Wall masonry from the specified building element is carried out mainly in two rows with dressing, placing the solution in the recess formed by the core 2, which eliminates the horizontal mortar joint in the masonry. The vertical mortar joint is also absent due to the keyway connection. The proposed design of the block also allows you to get an architecturally expressive building element, making the shell of colored fine-grained concrete with a relief or chipped surface.

Claims

1. BUILDING ELEMENT, comprising a dense shell and a core of porous materials, characterized in that the shell and core of the building element are made of fine-grained concrete, the shell having a wall thickness equal to 0.1 - 0.33 of the core thickness, and the ratio of shell densities and the core is 7 - 2: 1 with the volumes of air involved in them 1 - 8% and 55 - 85%, respectively.

2. The element according to claim 1, characterized in that one of the longitudinal walls of the shell along the upper plane is made with grooves for skipping connecting brackets.