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.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является строительное изделие с низкой приведенной теплопроводностью, позволяющей изготавливать экономичные конструкции ограждающих стен, и весом блока, приемлемым для ручной кладки.
Указанный технический результат достигается тем, что СПУБ в виде прямоугольного параллелепипеда с призматической полостью, заполняемой утеплителем, и малыми щелевыми пустотами, симметричные относительно центральной плоскости, перпендикулярной внешней грани, отличающийся тем, что малые пустоты выполнены в виде эллиптических цилиндров, ориентированных большой осью, превышающей не менее чем в три раза малую ось, параллельно внешней грани блока, расположенных в шахматном порядке, отделенных друг от друга перемычками переменной толщины, полость и малые пустоты несквозные, при этом полость для утеплителя смещена к наружной грани блока.
СПУБ 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.
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].
Недостатком таких форм является то, что использование круговых цилиндрических пустот для силикатных материалов, имеющих высокую теплопроводность (С0,7 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.
На фиг.1 представлен силикатный пустотно-утепленный блок, где: 1 - несквозная призматическая полость для утеплителя; 2 - ЭЦП основного размера 2а·2b (при а/b >3); 3 - большая и 4 - малая доборные ЭЦП размерами 2a c·2b и 2a0·2 b; 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):
;
где L, В, Н - габаритные размеры (длина, ширина и высота) блока;
а , ас, а0 - полуоси основных и доборных эллипсов;
1, 5 - толщины стенок у внутренней и наружной граней блока;
1, 4, 2, 3 - минимальные толщины стенок между эллипсами, торцевыми гранями и полостью с утеплителем у торцов блока, в рядах и в основных рядах на оси симметрии;
2 - расстояние между рядами эллипсов;
3 - минимальная толщина стенки между рядами эллипсов и полостью с утеплителем;
4 - толщина утеплителя в плоскости СПУБ;
в, г - толщины вертикального и горизонтального швов между СПУБ;
m1, m2, m - число рядов ЭЦП во внутренней и внешней частях СПУБ и общее число рядов ЭЦП m=m1+m2.
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.
Кроме того, тепловое сопротивление ЭЦП оказывается значительным при соотношении l/>3 (l=2a - длина и =·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:
kп=Aп/(L·B);
;
где kп, k*п - пустотность (макропустотность) по поперечному сечению и объему СПУБ;
- конструктивный коэффициент: для закрытых пор -=0,95±0,97;
M, y - теплопроводности матрицы изделия (силиката) и утеплителя;
Mj - число ВП на j-м участке СПУБ длиной lj по направлению осей рядов ВП;
- приведенная к расчетному прямоугольному сечению толщина ВП: =·b/2;
К - число расчетных участков с одинаковыми топологическими условиями прохождения теплового потока через СПУБ;
пp, *пр, Rпр, R*пр - 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 4=100 мм | ||||||||||
Геометрические характеристики, мм | kп | Приведенные теплотехнические характеристики | Вес СПУБ Gб, кг | |||||||
При высоте Н, мм | ||||||||||
n | m | 2 | 2а | 2b | R*пр, м2·°С/Вт | *пр, 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 4=50 мм | ||||||||||
Геометрические характеристики, мм | kп | Приведенные теплотехнические характеристики | Вес СПУБ Gб, кг | |||||||
При высоте Н, мм | ||||||||||
n | m | 2 | 2а | 2b | R*пр, м2·°С/Вт | *пр, 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*) | СПБ 248×249×240 | 0,225*) | 0,459**) | 0,54*) | 35,11 | 32,41 | 28,00 | |||
СППБ***) 248×249×240 | 0,397*) | 0,590**) | 0,42*) | 27,29 | 25,19 | 21,77 | ||||
*) Для силикатных пустотных блоков (СПБ) по данным рекламного проспекта Ярославского завода силикатного кирпича (ЯЗСК);**) По расчетам, приведенным к нашим размерам СПУБ;***)Силикатная матрица СПБ дополнительно содержит микропоры - силикатный поризованный пустотный блок (СППБ). |
Силикатный пустотно-утепленный блок в виде прямоугольного параллелепипеда с призматической полостью, заполняемой утеплителем, и малыми щелевыми пустотами, симметричные относительно центральной плоскости, перпендикулярной внешней грани, отличающийся тем, что малые пустоты выполнены в виде эллиптических цилиндров, ориентированных большой осью, превышающей не менее чем в три раза малую ось, параллельно внешней грани блока, расположенных в шахматном порядке, отделенных друг от друга перемычками переменной толщины, полость и малые пустоты несквозные, при этом полость для утеплителя смещена к наружной грани блока.