Облегченная несущая стеновая панель с повышенной дуктильностью и способ ее изготовления
Полезная модель относится к конструкциям несущих стеновых панелей.
Стеновая панель состоит из несущих вертикальных ребер с закладными элементами, ограждающей панели, утепляющего слоя. Стеновая панель армирована нанокомпозитной арматурой. Вертикальные ребра и ограждающий слой панели выполнены из легкого конструкционного бетона.
Стеновая панель имеет повышенную несущую способность, малый собственный вес, не имеет мостиков холода и обеспечивает достижение повышенных значений сопротивления разрушению при предельном нагружении.
Использование инновационных материалов позволяет получить следующие преимущества по сравнению с существующими аналогами:
- Снижение веса стеновой панели до 50%;
- Увеличение этажности здания, за счет возможности установки стеновых панелей в несколько уровней (до шести этажей);
- Снижение логистических расходов;
- Снижение объемов отделочных работ;
- Увеличение влагостойкости конструкции;
- Снижение объемов гидроизоляционных работ.
Задачей предполагаемой полезной модели являются улучшения условий работы панели, за счет уменьшения собственного веса, увеличения несущей способности и изменении самой конструкции панели.
Облегченная несущая стеновая панель используется в конструкциях сборно-панельных зданий в качестве несущих, теплоизолирующих и ограждающих конструкций, но может также выполнять функцию элементов легкосборных перекрытий и кровельных плит.
Количество иллюстраций - 13 фигур.
Полезная модель относится к области строительства, в частности к конструкциям несущих панелей, которые применяются для быстровозводимых зданий и сооружений различного назначения.
Здания и сооружения, особенно малоэтажные, наиболее быстро возводятся на основе использования сборных панельных конструкций, большая часть которых универсально выполняет функции и несущих и теплоизолирующих и декоративных элементов. И это, в частности, самое эффективное средство для решения задач максимально скорого разрешения проблемы обеспечения населения дешевым и комфортным жильем (Например, стоимость 1 кв.м. 2-х этажного здания из кирпича - 19 тыс. рублей, из газобетонных блоков - 15 тыс. рублей, здания многообразных сборно каркасных типов из деловой древесины и деревянных панелей - 14 тыс. рублей. Стоимость же 1 кв.м здания такой же площади сборно-панельного типа не превышает 12 тыс. рублей). Существующие в настоящее время панели для сборных конструкций различаются по собственному устройству, применяемым материалам и по технологии изготовления. При этом постоянно расширяется спектр новых материалов, уже используемых в конструкциях панелей и новейших материалов, которые только появились на строительном рынке и используются в смежных областях строительства. Примерами может служить легкий конструкционный наноструктурированный бетон (Патент РФ 
2355656, приоритет от 10.05.2007 г. и патент РФ 2436749, приоритет от 22.10.2009) и нанокомпозитная арматура (Патент РФ 2405091, приоритет от 2.06.2009 г.). Легкий конструкционный наноструктурированный бетон по патенту РФ 2355656 обладает плотностью 1,4-1,6 т./куб.м., прочностью на сжатие 45-65 МПа, повышенной в 2-3 раза работой полного разрушения при достижении предельного нагружения (повышенной дуктильностью) и коэффициентом теплопроводности 0,4-0,6. Нанокомпозитная арматура по патенту РФ 2405091 обладает адаптивным коэффициентом термического расширения и применима, таким образом, для армирования любых конструкций, выполненных из любых материалов, обладает коэффициентом теплопроводности на уровне 0,4-0,6, выдерживает растягивающее напряжение до уровня 2 ГПа (Для сравнения семипроволочный стальной канат 15 мм имеет аналогичный показатель на уровне - не выше 1,4 ГПа). Разработаны и появились также и другие новые материалы и методы, обеспечивающие реализацию совершенно новых технологических возможностей в строительстве, например, нанокомпозитные материалы на основе высокоресурсных полимерных связующих (Патент РФ 2437902, приоритет от 22.10.2009 г.), которые привели к созданию многофункциональных композиционных самоуплотняющихся покрытий (противовандально-декоративное и антикоррозионно-гидроизолирующее покрытие ЭпоксиПАН), способ регулирования скорости схватывания и твердения водоцементных систем (Патент РФ 2363686, приоритет от 24.12.2007 г.) и т.д.
Известна трехслойная панель по системе STYRODOM (Фабрика «Мажино», Web: www.fabrika-magino.ru). Панель состоит из двух слоев бетона разделенных слоем утеплителя. Наружный слой - декоративный, внутренний - несущий. Недостатками данных панелей являются ее большой собственный вес, наличие мостиков холода (металлические элементы и тяжелый бетон с высокой теплопроводностью), которые требуют дополнительного утепления и невысокий уровень способности сопротивления разрушению при предельных нагрузках, характерный для стандартных железобетонных конструкций.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является железобетонная панель «БМЗ серии 7018-М» (ОДО "ОБЪЕДИНЕНИЕ ДНЕПРОЭНЕРГОСТРОЙПРОМ", Web: www.zavodbmz.com.ua). Недостатком известной конструкции является ее большой вес, малая несущая способность, дороговизна и сложность транспортировки и также низкий уровень способности сопротивления разрушению при предельных нагрузках.
Техническим результатом при использовании предлагаемой полезной модели является уменьшение собственного веса с одновременным увеличением несущей способности панели и повышение способности сопротивления разрушению при предельных нагрузках.
Указанный технический результат достигается тем, что основным конструкционным материалом панели принят легкий конструкционный бетон (По патенту РФ 2355656). В зависимости от требуемой прочности (табл.1) на основе указанной смеси могут быть получены и использованы бетоны разных классов по ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия». В качестве армирующих элементов используется нанокомпозитная арматура (По патенту РФ 2405091). На внешнюю и внутреннюю поверхность панели наносят покрытие из нанокомпозитного материала на основе полимерных связующих, дисперсно - армированного модифицированной базальтовой микрофиброй, модифицированной многослойными углеродными наночастицами фуллероидного типа тороидальной формы.
| Табл.1. | ||||||||
| Характеристики бетонной смеси, в зависимости от вариантов состава и качества цементного вяжущего | ||||||||
| Состав | Плотность, Т/м3 | Прочность на сжатие, МПа | Водонепроницаемость W | Теплопроводность | Морозостойкость, F | Работа полного разрушения, % отн. бетона В35 по СНИП | ||
| 1 | 1,2 | 40 | 20 | 0,3 | 450 | 150 | ||
| 2 | 1,4 | 50 | 20 | 0,4 | 500 | 200 | ||
| 3 | 1,6 | 70 | 20 | 0,6 | 600 | 300 | ||
| Примечание: состав 1 - легкий конструкционный бетон (По патенту РФ 2355656) класс бетона В35 (по ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия»); состав 2 - легкий конструкционный бетон (По патенту РФ 2355656) класс бетона В45 (по ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия»; состав 3 - легкий конструкционный бетон (По патенту РФ 2355656) класс бетона В50 (по ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия») | ||||||||
| Таблица 2 | ||||||||
| Характеристики нанокомпозитной арматуры | ||||||||
| Характеристики | Значение | ||||||
| 1 | Прочность на сжатие, МПа, не менее | 150 | ||||||
| 3 | Прочность на изгиб, ГПа, не менее | 1,8 | ||||||
| 4 | Теплостойкость, С°, не менее | 600 | ||||||
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 изображен общий вид облегченной несущей стеновой панели с наружной стороны. Несущая стеновая панель состоит из несущих вертикальных ребер - 1 (материал - легкий конструкционный бетон (По патенту РФ 2355656)), соединенных между собой П-образными связями - 2 (материал - легкий конструкционный бетон (По патенту РФ 2355656)), и ограждающего слоя - 3 (материал - легкий конструкционный бетон (По патенту РФ 2355656)). Также изображены позиции разрезов А-А, Б-Б, В-В.
На фиг.2 изображен разрез Б-Б облегченной несущей стеновой панели. Выноска 1 - несущие вертикальные ребра (материал - легкий конструкционный бетон (По патенту РФ 2355656)); выноска 2 - П-образные связи (материал - легкий конструкционный бетон (По патенту РФ 2355656)); выноска 3 - ограждающий слой (материал - легкий конструкционный бетон (По патенту РФ 2355656)); выноска 4 - теплоизоляционные плиты, например по 2 вариантам, теплоизоляционные плиты «Ниатерм» выпускаемых по ТУ 8397-018-45680943-2012, теплоизоляционные плиты «GREEN BOARD» на основе эковаты (web: http://greenboard.su/).
На фиг.3. изображен общий вид облегченной несущей стеновой панели с внутренней стороны. В конструкции панели предусмотрены закладные детали из композитных материалов для осуществления транспортировки и удобства монтажа. Масса закладных деталей и их расположение не меняет общей прочности панели и не создает мостиков холода.
На фиг.4 изображен разрез А-А облегченной несущей стеновой панели. Выноска 1 - несущие вертикальные ребра (материал - легкий конструкционный бетон (По патенту РФ 2355656)); выноска 2 - П-образные связи (материал - легкий конструкционный бетон (По патенту РФ 2355656)); выноска 3 - ограждающий слой (материал - легкий конструкционный бетон (По патенту РФ 2355656)); выноска 4 - теплоизоляционные плиты, например по 2 вариантам, теплоизоляционные плиты «Ниатерм» выпускаемых по ТУ 8397-018-45680943-2012, теплоизоляционные плиты «GREEN BOARD» на основе эковаты (web: http://greenboard.su/).
На фиг.5 изображен разрез В-В облегченной несущей стеновой панели. Выноска 3 - ограждающий слой (материал - легкий конструкционный бетон (По патенту РФ 2355656)); выноска 4 - теплоизоляционные плиты, например по 2 вариантам, теплоизоляционные плиты «Ниатерм» выпускаемых по ТУ 8397-018-45680943-2012, теплоизоляционные плиты «GREEN BOARD» на основе эковаты (web: http://greenboard.su/); выноска 5 - штукатурный слой, который наносится на теплоизоляционные плиты; выноска 6 - покрытие из нанокомпозитного материала на основе полимерных связующих, дисперсно - армированного модифицированной базальтовой микрофиброй, модифицированной многослойными углеродными наночастицами фуллероидного типа тороидальной формы - (Патент РФ 2437902, приоритет от 22.10.2009 г.), которое наносится на внешнюю и внутреннюю поверхности панели.
На фиг.6 изображен общий вид облегченной несущей стеновой панели с наружной стороны с обозначением позиции разрезов Г-Г, Д-Д и узла Л.
На фиг.7 изображен разрез Г-Г облегченной несущей стеновой панели, с обозначением позиций узлов Ж, И, К.
На фиг.8 изображен разрез Д-Д облегченной несущей стеновой панели. Выноска 7 - продольная нанокомпозитная арматура. Выноска 8 - поперечная нанокомпозитная арматура. В качестве армирующих элементов используется составная нанокомпозитная арматура (По патенту РФ 2405091) различных диаметров.
На фиг.9 изображен узел К облегченной несущей стеновой панели. Выноска 7 - продольная нанокомпозитная арматура. Выноска 8 - поперечная нанокомпозитная арматура. В качестве армирующих элементов используется составная нанокомпозитная арматура (По патенту РФ 2405091) различных диаметров.
На фиг.10 изображен узел Л облегченной несущей стеновой панели. Выноска 7 - продольная нанокомпозитная арматура. Выноска 8 - поперечная нанокомпозитная арматура. В качестве армирующих элементов используется составная нанокомпозитная арматура (По патенту РФ 2405091) различных диаметров.
На фиг.11 изображен узел Ж облегченной несущей стеновой панели. Выноска 7 - продольная нанокомпозитная арматура. Выноска 8 - поперечная нанокомпозитная арматура. В качестве армирующих элементов используется составная нанокомпозитная арматура (По патенту РФ 2405091) различных диаметров.
На фиг.12 изображен узел И облегченной несущей стеновой панели. Выноска 7 - продольная нанокомпозитная арматура. Выноска 8 - поперечная нанокомпозитная арматура. В качестве армирующих элементов используется составная нанокомпозитная арматура (По патенту РФ 2405091) различных диаметров.
На фиг.13 изображена схема нагружения при расчете таблицы 3. Символом (х) обозначены точки приложения силы Р=400 кг.
Таблица 3. Сравнения железобетонной панели «БМЗ серии 7018-М» и облегченной несущей стеновой панели с повышенной дуктильностью по 2 вариантам прочности, имеющие одинаковые геометрические параметры, такие как высота, ширина и размеры сечений, по предельной разрушающей нагрузке и по прочности и жесткости (при заданной нагрузке).
| Панель | Вес, т | Момент, т×м | Прогиб f, мм | Предельная разрушающая нагрузка Р, т |
| 1 | 3,2 | 10,45 | 30 | 0,8 |
| 2 | 1,8 | 6,3 | 20 | 1,1 |
| 3 | 2,1 | 4,55 | 15 | 1,5 |
| Примечание: Панель 1 - . железобетонная панель «БМЗ серии 7018-М»; панель 2 - облегченная несущая стеновая панель с повышенной дуктильностью из легкого конструкционного бетона (По патенту РФ 2355656) класс бетона В35 (по ГОСТ 7473- | ||||
| 2010 «Смеси бетонные. Технические условия»), армированная нанокомпозитной арматурой (по патенту РФ 2405091); Панель 3 - облегченная несущая стеновая панель с повышенной дуктильностью из легкого конструкционного бетона (По патенту РФ 2355656) класс бетона В50 (по ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия»), армированная нанокомпозитной арматурой (по патенту РФ 2405091). |  |
Именно синергизм совместного использования легкого конструкционного бетона по патенту РФ 2355656, нанокомпозитной арматуры по патенту РФ 2405091 и внешних и внутренних покрытий на основе нанокомпозитного материала на полимерных связующих, диспрсно-армированного базальтовой микрофиброй, модифицированной многослойными углеродными наночастицами фуллероидного типа тороидальной формы обеспечивает достижение поставленной цели - получения облегченной (табл.3) панели со значительно повышенной несущей способностью (табл.3) и повышенной дуктильностью (табл 3).
Нанокомпозитная арматура по патенту РФ 2405091, залитая легким конструкционным бетоном по патенту РФ 2355656 позволяет получить однородную конструкцию, в которой все напряжения от нагрузок механического и теплового характера распределяются равномерно и панель работает, как единое целое (нет локальных перенапряжений, связанных с различиями КТР (коэффициент температурного расширения) металлической арматуры и бетона), причем нанокомпозитная арматура выполняемая по патенту РФ 2405091 заполняется бетонной смесью того же состава, что и основная панель. Это обеспечивает полное совпадение КТР (коэффициент температурного расширения), а углепластиковая оболочка выполняется из жгутов, переплетенных под некоторым углом, что обеспечивает полную компенсацию всех температурных изменений размеров панели.
Таким образом, облегченная несущая стеновая панель имеет повышенную несущую способность. В отличии от панелей из обычного бетона, армированных стальной арматурой, панель изготовленная из легкой конструкционной бетонной смеси, армированная композитной арматурой, имеет малый собственный вес, что позволяет значительно сократить составляющую собственных несущих нагрузок, уменьшить необходимые сечения несущих элементов, и снизить расходы на транспортировку панелей. Облегченная несущая стеновая панель с повышенной дуктильностью позволит строить более безопасные здания - по отношению к сейсмике, к террористической опасности и по отношению к другим техногенным и природным катастрофам.
Заявляемую стеновую панель изготавливают следующим способом:
1. Изготавливают арматурные каркасы из нанокомпозитной арматуры, закладные детали, также из композитных материалов;
2. Изготавливают металлическую, или метало-полимерную форму;
3. Собирают пространственный арматурный каркас, устанавливают закладные детали;
4. Производят формовочные работы: подача металлоформы, заливка бетонной смеси (легкий конструкционный бетон по патенту РФ 2355656 - самоуплотняющийся, именно поэтому ускоряется и удешевляется производство) в металлоформу.
5. Подают формы в камеру набора прочности;
6. Вынимают формы из камеры;
7. Производят распалубку, доводку и маркировку изделия.
Облегченная несущая стеновая панель используется в конструкциях сборно-панельных зданий в качестве несущих, теплоизолирующих и ограждающих конструкций, но может также выполнять функцию элементов легкосборных перекрытий и кровельных плит.
Облегченная несущая стеновая панель с повышенной дуктильностью, состоящая из несущих вертикальных ребер с закладными элементами, ограждающего слоя, утепляющего слоя и штукатурного слоя, в которой несущие вертикальные ребра и ограждающий слой выполнены из легкого конструкционного бетона на основе портландцемента с легким заполнителем, дисперсно-армированного базальтовой микрофиброй, модифицированной многослойными углеродными наночастицами фуллероидного типа тороидальной формы с добавлением песка, активного микрокремнезема и пуццолановых добавок, в сочетании с крупным армированием панели, выполненным из составной нанокомпозитной арматуры, в которой имеется внешний слой из высокомодульного углепластика в виде сплетенных под углом жгутов, модифицированных многослойными углеродными наночастицами фуллероидного типа тороидальной формы, а внутренний слой выполнен из того же легкого конструкционного бетона с расширяющими добавками, причем внешняя и внутренняя поверхность панели покрыта самоуплотняющимся нанокомпозитным материалом на основе полимерных связующих, наполненных базальтовой микрофиброй, модифицированной многослойными углеродными наночастицами фуллероидного типа тороидальной формы.
