Стеновой элемент и способ его изготовления (варианты)

Изобретения относятся к стеновым элементам а также способам их изготовления. Технический результат: сокращение сроков строительства зданий и повышение теплоизоляционных свойств. Стеновой элемент для изготовления наружных стен зданий, имеющий составную конструкцию, состоящую из плиты-основы, выполненной из измельченного растительного материала и минеральных веществ, и изоляционной плиты, выполненной из не препятствующего диффузии теплоизоляционного материала. Причем в плите-основе выполнены выемки под элементы несущей конструкции, в частности под деревянные стойки. Также описаны варианты способов его изготовления. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Известно, что фасонные камни для кладки стен зданий могут изготавливаться из ксилолита (древесно-волокнистого бетона), т.е. материала, содержащего древесную стружку и цемент. Поскольку указанный материал, как правило, не способен выдерживать статическую нагрузку, в фасонных камнях предусматривают выемки, которые либо заполняются бетоном, либо служат для крепления элементов несущих конструкций, выполненных, например, из дерева или стали. Из указанного материала также могут выполняться плиты большего размера, образующие стеновые элементы, путем соединения которых между собой могут изготавливаться целые стены зданий. Преимущество указанного материала заключается в том, что он не препятствует диффузии и является экологически чистым. Однако коэффициент теплопроводности ксилолита сравним с коэффициентом теплопроводности массива дерева. Это означает, что для выполнения из известных ксилолитовых стеновых элементов стен, соответствующих принятым стандартам так называемого "энергетически пассивного дома" (нем. Passivhaus), толщина таких элементов должна достигать приблизительно 36-40 см. Большой вес стен, выполненных из имеющих столь высокую толщину стеновых элементов, делает эти стены плохо пригодными для транспортировки.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача предложить стеновой элемент, не препятствующий диффузии и благодаря своему коэффициенту теплопроводности соответствующий стандартам энергетически пассивного дома даже при сравнительно небольшой толщине.

В соответствии с изобретением указанная задача решается в стеновом элементе, прежде всего для изготовления наружных стен зданий, имеющем составную конструкцию, состоящую из плиты-основы, выполненной из измельченного растительного материала и минеральных веществ, и изоляционной плиты, выполненной из не препятствующего диффузии теплоизоляционного материала, причем в плите-основе выполнены выемки под элементы несущей конструкции, в частности под деревянные стойки. Изоляционные плиты обладают чрезвычайно низким коэффициентом теплопроводности. Использование указанного материала в сочетании с плитой-основой, состоящей, например, из ксилолита, позволяет существенно уменьшить общую толщину предлагаемого в изобретении стенового элемента по сравнению со стеновым элементом, выполненным исключительно из материала плиты-основы. Помимо этого изоляционная плита обладает меньшим весом по сравнению с ксилолитовой плитой аналогичной толщины. В качестве материала для изготовления плиты-основы наряду с деревом может использоваться и иной пригодный для этого растительный материал, такой, например, как пенька, бамбук, сисаль или иной подобный материал. В качестве связующего кроме цемента может применяться и магнезит. Изоляционная плита предпочтительно выполняется из древесного волокна, однако может выполняться и из иного растительного волокна.

Поскольку предлагаемые в изобретении стеновые элементы могут поставляться на деревообрабатывающие производства и/или на предприятия по производству сборных домов в виде полуфабрикатов, наличие в плите-основе поставляемого стенового элемента заранее выполненных выемок под элементы несущей конструкции и, при необходимости, для прокладки внутренних инженерных коммуникаций, дополнительно повышает степень заводской готовности стеновых элементов. Эти выемки могут выполняться в поверхности плиты-основы с тем, чтобы установленные в них элементы несущей конструкции были окружены материалом плиты-основы с трех сторон. Однако такие выемки могут выполняться и такой глубины, чтобы они проходили от поверхности плиты-основы до изоляционной плиты. При этом элементы несущей конструкции могут соединяться непосредственно с изоляционной плитой.

Указанные выемки предпочтительно выполнять фрезерованием. Помимо выемок под элементы несущей конструкции в плите-основе и/или изоляционной плите могут предусматриваться каналы для прокладки внутренних инженерных коммуникаций.

Существенным при выборе материала для изготовления плиты-основы является то, что теплопроводность этого материала предпочтительно должна быть меньше теплопроводности массива дерева или в крайнем случае должна быть равна ей, поскольку иначе не представляется возможным придать готовым, имеющим сравнительно небольшую толщину стеновым элементам требуемые теплоизоляционные свойства.

Другая возможность улучшения теплоизоляционных свойств стенового элемента заключается в выполнении в нем, по меньшей мере в плите-основе, воздушных камер. При этом объем и расположение воздушных камер определяют таким образом, чтобы избежать возникновения в этих камерах конвективных потоков воздуха. Исходя из вышеизложенного, воздушные камеры предпочтительно располагать горизонтально или в основном горизонтально. При таком расположении воздушных камер они могут иметь сравнительно большой объем, поскольку конвективные потоки воздуха могут возникать лишь в вертикальном направлении.

Плита-основа может соединяться с изоляционной плитой различными методами. Так, например, обе плиты могут склеиваться между собой. Однако между плитой-основой и изоляционной плитой может быть предусмотрено и соединение с геометрическим замыканием. Для этой цели поверхности обеих плит могут иметь, например, соответствующие зубцы. В другом варианте осуществления изобретения плита-основа и изоляционная плита могут соединяться друг с другом анкерными элементами.

Толщина плиты-основы и изоляционной плиты может варьироваться в зависимости от конкретных требований к стеновому элементу по прочности и теплоизоляционным свойствам. В предпочтительном варианте толщина изоляционной плиты составляет примерно 10 см, а толщина плиты-основы - примерно от 10 до 20 см.

Указанные выемки предпочтительно выполнять фрезерованием. Помимо выемок под элементы несущей конструкции в плите-основе и/или изоляционной плите могут предусматриваться каналы для прокладки внутренних инженерных коммуникаций.

Из предлагаемых в изобретении стеновых элементов путем их сборки могут изготавливаться готовые наружные стены зданий. При этом изоляционные плиты стеновых элементов, как обладающие меньшей теплопроводностью, образуют лицевые, или наружные, поверхности этих стен и могут поставляться уже покрытыми штукатурным составом (сухой штукатуркой) или имеющими обшивку или обрешетку, пригодную для ее облицовки фасадной плиткой. В предусмотренные в стеновых элементах выемки вводятся с последующим закреплением элементы несущей конструкции. После этого оштукатуривать или покрывать сухой штукатуркой можно также тыльные (т.е. обратные, или обращенные внутрь здания) поверхности этих стен, образованные плитами-основами стеновых элементов. В таком виде предварительно смонтированные из стеновых элементов стены здания перевозятся на стройплощадку, где и соединяются с заранее подготовленным фундаментом, а также между собой.

В соответствии с первым вариантом предлагаемого в изобретении способа изготовления стеновых элементов предлагается заливать изоляционную плиту с ее тыльной, или обратной, стороны материалом плиты-основы, находящимся в жидком состоянии, и уплотнять указанный материал. Указанный подход позволяет обеспечить соединение изоляционной плиты и плиты-основы между собой, надежность которого обеспечивается взаимопроникновением материалов обеих плит. В соответствии со вторым вариантом предлагаемого в изобретении способа материал плиты-основы заливают в литьевую форму и уплотняют, после чего на материал плиты-основы накладывают изоляционную плиту, увлажненную со стороны контакта с плитой-основой, при необходимости прижимая изоляционную плиту к материалу плиты-основы. При этом в материале плиты-основы могут выполняться воздушные камеры, для чего используют вытеснители, расположенные в литьевой форме или устанавливаемые в нее, и/или подмешивают в материал плиты-основы. Подмешивание кусков льда может использоваться и в первом варианте способа. Тепло, выделяющееся в процессе схватывания (твердения) материала плиты-основы, приводит к таянию льда, а образующаяся в результате таяния вода абсорбируется в ходе того же процесса твердения. Использование для образования воздушных камер вытеснителей, покрытых льдом, позволяет упростить процесс извлечения стенного элемента из формы после завершения процесса твердения.

Надежность описанного выше соединения между материалами плиты-основы и изоляционной плиты может быть настолько высока, что каких-либо дополнительных мер по креплению двух плит друг к другу может и не потребоваться. Для дополнительного повышения надежности соединения обеих плит друг с другом изоляционная плита может быть выполнена со структурированной поверхностью для образования геометрического замыкания с плитой-основой.

Вместе с тем, возможен также вариант, в котором в изоляционную плиту перед нанесением на нее материала плиты-основы или перед ее наложением на материал плиты-основы вводят множество анкерных элементов, выступающих с тыльной стороны изоляционной плиты. Эти анкерные элементы охватываются материалом плиты-основы и после затвердевания указанного материала обеспечивают надежное жесткое крепление обеих плит друг к другу.

Для дополнительного увеличения степени заводской готовности стеновых элементов после полного затвердевания материала плиты-основы на ее тыльной стороне можно выполнять, прежде всего фрезерованием, выемки под элементы несущей конструкции и/или каналы для прокладки внутренних инженерных коммуникаций.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере трех вариантов выполнения соответствующих ему стеновых элементов со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - частично показанный в разрезе первый стеновой элемент,

на фиг.2 - частично показанный в разрезе второй стеновой элемент, и

на фиг.3 - частично показанный в разрезе третий стеновой элемент.

Показанный на фиг.1 стеновой элемент 10 имеет составную конструкцию, состоящую из плиты-основы 11 и изоляционной плиты 12. Обе плиты 11 и 12 изготовлены из растительных материалов. В качестве связующего в материале плиты-основы 11 может использоваться, например, цемент. В процессе изготовления стенового элемента 10 изоляционная плита с ее тыльной, или внутренней, стороны 12.1 заливается материалом плиты-основы 11. Для повышения надежности соединения между собой обеих плит 11 и 12 перед заливкой материалом плиты-основы 11 в изоляционную плиту 12 с обращенной к плите-основе стороны 12.1 последней внедряются или заделываются обеспечивающие жесткое крепление обеих плит друг к другу анкерные элементы 13. Анкерные элементы 13, окруженные со всех сторон материалом плиты-основы 11, обеспечивают оптимальное соединение обеих плит 11 и 12 между собой. С внутренней стороны 11.1 в плите-основе 11 фрезерованием выполнены приблизительно квадратные в сечении выемки 14. В них могут вставляться элементы несущей конструкции, например деревянные стойки.

Аналогично предыдущему варианту показанный на фиг.2 стеновой элемент 20 также представляет собой составную конструкцию, состоящую из изоляционной плиты 22 и плиты-основы 21, каждая из которых выполнена из материала, аналогичного использованному для изготовления соответствующих плит 11 и 12. И в этом варианте процесс изготовления стенового элемента 20 предусматривает заливку изоляционной плиты 22 с ее тыльной, или внутренней, стороны 22.1 материалом плиты-основы 21. Однако в данном варианте между плитой-основой 21 и изоляционной плитой 22 предусмотрено соединение с геометрическим замыканием, для обеспечения которого тыльная сторона 22.1 изоляционной плиты 22 выполнена структурированной, т.е. с профилированием, в пустоты которого проникает материал плиты-основы 21, что обеспечивает образование неразъемного соединения двух плит 21 и 22 между собой.

Аналогично предыдущему варианту в плите-основе 21 фрезерованием выполняются выемки 24, однако в данном варианте форма сечения этих выемок напоминает двутавр, а сами эти выемки доходят по глубине до изоляционной плиты 22. В данном варианте осуществления изобретения введенные в такие выемки 24 элементы несущих конструкций могут крепиться непосредственно к изоляционной плите 22. Помимо этого указанная форма сечения выемок 24 позволяет обеспечить соединение этих элементов с плитой-основой 21 с геометрическим замыканием. Очевидно, что в дополнение к вышесказанному, элементы несущих конструкций могут крепиться и к самой плите-основе 21. Помимо этого в плите-основе 21 фрезерованием выполнен канал 25 для прокладки внутренних инженерных коммуникаций. В этом канале могут прокладываться трубы и/или электропроводка.

Показанный на фиг.3 стеновой элемент 30 состоит, аналогично стеновому элементу 10, из плиты-основы 31 и изоляционной плиты 32, и также имеет выемки 34 для крепления не показанных на чертеже деревянных стоек. Однако процесс изготовления стенового элемента 30 отличается от процесса изготовления стенового элемента 10. В процессе изготовления стенового элемента 30 сначала материал плиты-основы 31 заливают в литьевую форму. В этой форме расположены бруски, выполняющие функцию вытеснителей, позволяющих выполнить в плите-основе 31 воздушные камеры 35. Залитый в форму материал плиты-основы 31 уплотняют. Затем в уплотненный материал с верхней стороны вдавливается решетка, служащая для выполнения воздушных камер 36 непосредственно на поверхности плиты-основы 31. После этого на материал плиты-основы 31 накладывается и при необходимости прижимается к нему изоляционная плита 32, увлажненная со стороны контакта с плитой-основой 31. После удаления из формы вытеснителей воздушные камеры 35, 36 могут использоваться для подвода воздуха, позволяющего ускорить процесс схватывания/твердения. Для упрощения процесса извлечения стенового элемента из формы целесообразно использовать предварительно покрытые льдом вытеснители. В процессе схватывания лед тает. Образующаяся в результате таяния вода участвует в процессе схватывания наряду с водой, содержащейся в самом твердеющем материале плиты-основы 31. Вместо описанных выше вытеснителей в материал плиты-основы 31 могут подмешиваться куски льда, после сопровождающего процесс схватывания указанного материала таяния которых в этом материале образуются воздушные камеры малого объема. Однако предусмотренные в рассматриваемом варианте осуществления изобретения воздушные камеры 35 и 36 имеют сравнительно большой объем, причем эти камеры проходят в горизонтальном направлении, что препятствует возникновению в них конвективных потоков воздуха. Такие воздушные камеры могут проходить по всей ширине стенового элемента 30. Воздушные камеры не только позволяют ускорить процесс схватывания материала за счет подвода по ним в процессе изготовления стеновых элементов 30 воздуха, но и улучшают теплоизоляционные свойства готового стенового элемента 30. Помимо этого их наличие позволяет уменьшить вес и тем самым улучшить транспортабельность стенового элемента 30. При необходимости и в данном варианте осуществления изобретения для обеспечения надежного соединения между собой изоляционной плиты 32 и плиты-основы 31 между указанными плитами может быть предусмотрено аналогичное используемому в стеновом элементе 20 соединение с геометрическим замыканием, соответственно аналогичное используемому в стеновом элементе 10 соединение с использованием анкерных элементов.

Очевидно, что элементы 10, 20 и 30 могут изготавливаться и без выемок 14, 24 и 34, а также и без каналов 25 для прокладки внутренних инженерных коммуникаций, и поставляться на деревообрабатывающие производства или на предприятия по производству сборных домов в виде полуфабрикатов. Там из нескольких стеновых элементов путем их соединения друг с другом изготавливаются готовые стены зданий, а также выполняются требуемые выемки в плитах-основах. Затем в предусмотренные в стеновых элементах выемки вводятся с последующим закреплением элементы несущей конструкции. После этого плиты-основы 11, 21, 31 могут с тыльной, или обращенной внутрь здания, стороны 11.1 и 21.1 снабжаться плитами для перекрытия каналов, например, штукатурными маяками. Изоляционные плиты могут с лицевой (наружной) стороны покрываться первым слоем штукатурки. Изготовленные описанным путем готовые стены зданий доставляются на стройплощадку, где они устанавливаются и соединяются между собой.

Из предлагаемых в изобретении стеновых элементов могут выполняться здания, объединяющие в себе преимущества монолитных сооружений с преимуществами сборных домов. Сами по себе стеновые конструкции таких зданий являются монолитными. Одновременно с этим само здание может целиком собираться из элементов заводского изготовления аналогично известным сборным домам. Такой подход позволяет сократить сроки строительства здания. Дополнительное преимущество предлагаемых в изобретении стеновых элементов заключается в том, что они позволяют выполнять на их основе не препятствующие диффузии стены зданий, обладающие хорошими теплоизоляционными свойствами. Помимо этого предлагаемые в изобретении стеновые элементы могут полностью выполняться из возобновляемого растительного сырья и благодаря этому являются на 100% пригодными для переработки и вторичного использования.

1. Стеновой элемент, прежде всего для изготовления наружных стен, зданий, имеющий составную конструкцию, состоящую из плиты-основы (11, 21), выполненной из измельченного растительного материала и минеральных веществ, и изоляционной плиты, выполненной из не препятствующего диффузии теплоизоляционного материала (12, 22), отличающийся тем, что в плите-основе (11, 21) выполнены выемки (14, 24) под элементы несущей конструкции, в частности, под деревянные стойки.

2. Стеновой элемент по п.1, отличающийся тем, что плита-основа (11, 21) в качестве связующего содержит цемент.

3. Стеновой элемент по п.1, отличающийся тем, что изоляционная плита (12, 22) выполнена из древесного волокна или иного растительного волокна.

4. Стеновой элемент по п.1, отличающийся тем, что теплопроводность материала плиты-основы (11, 21) меньше теплопроводности массива дерева или в крайнем случае равна ей.

5. Стеновой элемент по п.1, отличающийся тем, что плита-основа (11, 21, 31) имеет воздушные камеры.

6. Стеновой элемент по п.5, отличающийся тем, что воздушные камеры расположены, по меньшей мере в основном, горизонтально.

7. Стеновой элемент по п.1, отличающийся тем, что плита-основа (11, 21) и изоляционная плита (12, 22) соединены между собой с геометрическим замыканием.

8. Стеновой элемент по п.7, отличающийся тем, что геометрическое замыкание обеспечивается зубцами, предусмотренными на поверхностях (12.1, 22.1) плит (11, 12, 21, 22).

9. Стеновой элемент по п.1, отличающийся тем, что плита-основа (11, 21) и изоляционная плита (12, 22) соединены между собой анкерными элементами (13).

10. Стеновой элемент по п.1, отличающийся тем, что толщина изоляционной плиты составляет примерно 10 см, а плиты-основы - от 10 до 20 см.

11. Стеновой элемент по п.1, отличающийся тем, что выемки (24) проходят по глубине от поверхности (21.1) плиты-основы (21) до изоляционной плиты (22).

12. Стеновой элемент по п.1, отличающийся тем, что выемки (14, 24) выполнены фрезерованием.

13. Стеновой элемент по п.1, отличающийся тем, что в плите-основе (11, 21) и/или в изоляционной плите (12, 22) предусмотрены каналы (25) для прокладки внутренних инженерных коммуникаций.

14. Стеновой элемент по п.1, отличающийся тем, что из нескольких стеновых элементов (10, 20) могут быть собраны готовые наружные стены здания.

15. Стеновой элемент по п.14, отличающийся тем, что изоляционные плиты (12, 22) стеновых элементов (10, 20) образуют лицевые поверхности наружных стен и покрыты штукатурным составом.

16. Способ изготовления стенового элемента по одному из пп.1-15, отличающийся тем, что изоляционные плиты (12, 22) с тыльной стороны (12.1, 22.1) заливают материалом плиты-основы (11, 21), находящимся в жидком состоянии, и указанный материал уплотняют, причем после полного затвердевания материала плиты-основы (11, 21) на ее тыльной стороне (11.1, 21.1) выполняют, в частности, фрезерованием выемки (14, 24) под элементы несущей конструкции и/или каналы (25) для прокладки внутренних инженерных коммуникаций.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что изоляционную плиту (12, 22) выполняют со структурированной поверхностью (22.1) для образования геометрического замыкания с плитой-основой (11, 21).

18. Способ по п.16, отличающийся тем, что в изоляционную плиту (12, 22) перед нанесением на нее материала плиты-основы (11, 21) вводят множество анкерных элементов, выступающих с тыльной стороны (12.1, 22.1) изоляционной плиты (12, 22).

19. Способ изготовления стенового элемента по одному из пп.1-15, отличающийся тем, что материал плиты-основы (11, 21, 31) заливают в литьевую форму и уплотняют, после чего на материал плиты-основы (11, 21, 31) накладывают изоляционную плиту (12, 22, 32), увлажненную со стороны контакта с плитой-основой (11, 21, 31), причем после полного затвердевания материала плиты-основы (11, 21) на ее тыльной стороне (11.1, 21.1) выполняют, в частности, фрезерованием выемки (14, 24) под элементы несущей конструкции и/или каналы (25) для прокладки внутренних инженерных коммуникаций.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что в материале плиты-основы (11, 21, 31) выполняют воздушные камеры, для чего используют вытеснители, расположенные в литьевой форме или устанавливаемые в нее, и/или подмешивают в материал плиты-основы (11, 21, 31) куски льда.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что перед заливкой материала плиты-основы (11, 21, 31) в литьевую форму вытеснители покрывают льдом.

22. Способ по одному из пп.19-21, отличающийся тем, что изоляционную плиту (12, 22) выполняют со структурированной поверхностью (22.1) для образования геометрического замыкания с плитой-основой (11, 21).

23. Способ по одному из пп.19-21, отличающийся тем, что в изоляционную плиту (12, 22) перед ее наложением на материал плиты-основы (11, 21, 31) вводят множество анкерных элементов, выступающих с тыльной стороны (12.1, 22.1) изоляционной плиты (12, 22).

Приоритет по пунктам:

16.03.2004 по пп.1-23.