Экструзионный способ возведения элементов зданий и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области строительства. Технический результат: обеспечение минимальной погрешности отклонения от проектных размеров здания, минимального количества рабочего персонала на стройплощадке, возможности возведения зданий сложной геометрии за счет привлечения компьютерных технологий, изготовление стройматериалов на местах, непосредственно на стройплощадке, отсутствие опалубки, круглосуточное ведение работ. Устройство для возведения элементов зданий содержит экструдер для подвода материала, ограничительные пластины, предназначенные для удерживания материала от растекания до его затвердевания, и механизм для горизонтального перемещения экструдера и ограничительных пластин вдоль контура возводимых элементов зданий, выполненный в виде каретки, на которой закреплены ограничительные пластины и экструдер, содержащий размещенные в ряд между ограничительными пластинами форсунки при использовании в качестве подаваемого материала расплавов либо кристаллизаторы при использовании в качестве подаваемого материала затвердевающих смесей. Также описан способ возведения элементов зданий с помощью указанного устройства. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению капитальных стен, перегородок и других строительных элементов, формирование которых производится безопалубочным способом методом экструзии расплавов, либо быстросхватывающихся смесей.

Известно устройство для возведения элементов зданий, содержащее средство для подвода материала и ограничительные пластины, предназначенные для удерживания материала от растекания до его затвердевания, соединенные с механизмом для их горизонтального перемещения вдоль контура возводимых элементов зданий, в котором упомянутый механизм выполнен в виде каретки, на которой закреплены упомянутые ограничительные пластины, при этом средство для подвода материала выполнено в виде экструдера, установленного на каретке (см. RU 2073777, опубликовано 20.02.1997 г.).

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности регулирования толщины возводимой конструкции, однонаправленное перемещение каретки.

Также известен способ для возведения элементов зданий и устройство для его реализации, содержащее бункер для подвода материала, например бетона, и ограничительные щиты (пластины), удерживающие необходимое время подаваемый материал от растекания. Данные щиты горизонтально перемещают вдоль контура возводимых элементов зданий при помощи специального механизма со скоростью, зависящей от времени, необходимого для выдерживания бетона в щитах. Одновременно с бетонированием выполняют и арматурные работы (см. SU 535404, 15.11.1976 г.).

Недостатками известного технического решения являются высокая погрешность отклонения от проектных размеров здания и сложность возведения здания сложной геометрии, обусловленные используемым для изготовления стен материалом, и невозможность использования компьютерных технологий.

В то же время в современном строительстве наблюдаются следующие перспективы:

- дизайн фасадов зданий, архитектурное решение, а также хитросплетение коммуникационных каналов внутри здания становятся год от года все более изощренными, что однозначно указывает на создание устройства для возведения зданий с применением современных компьютерных технологий;

- мировая тенденция крупных городов превращения их центров в «деловой центр» путем долгосрочной ротации проживающих там граждан (нередко в зданиях, представляющих историко-архитектурное достояние культуры страны) на периферию городской черты;

- тенденция строительства коттеджей семейно-кланового свойства, как правило, на 2-3 семьи (аналог, подобие родового поместья), ориентированных на строительство зданий площадью 500-1000 м².

Таким образом, задачей предлагаемой группы изобретений является обеспечение возможности возведения элементов зданий различной толщины, сложных архитектурных форм при высоких показателях технологичности и качества.

Поставленная задача решается тем, что устройство для возведения элементов зданий содержит экструдер для подвода материала, ограничительные пластины, предназначенные для удерживания материала от растекания до его затвердевания, и механизм для горизонтального перемещения экструдера и ограничительных пластин вдоль контура возводимых элементов зданий, выполненный в виде каретки, на которой закреплены ограничительные пластины и экструдер, при этом экструдер содержит размещенные в ряд между ограничительными пластинами форсунки при использовании в качестве подаваемого материала расплавов либо кристаллизаторы при использовании в качестве подаваемого материала затвердевающих смесей.

В частных вариантах изобретения каретка может быть выполнена с возможностью управления от компьютера, т.е. от специально установленной на нем программы.

Каретка может быть установлена внутри каркаса, выполненного, например, в виде козлового крана с возможностью вращения и фиксации в горизонтальном направлении и с возможностью перемещения вверх-вниз в вертикальном направлении.

К форсункам и кристаллизаторам подводятся, например, через шланги все необходимые компоненты для образования расплавов или затвердевающих смесей.

Для повышения скорости и равномерности затвердевания материала между форсунками или кристаллизаторами установлены дополнительные аналогичные крайним ограничительные пластины.

Поставленная задача решается также способом возведения элементов зданий, заключающимся в подаче материала посредством экструдера в пространство между ограничительными пластинами, удерживающими материал от растекания до его затвердевания, и их горизонтальном перемещении вдоль контура возводимых элементов зданий, при этом для подачи материала используют экструдер, содержащий размещенные в ряд между ограничительными пластинами форсунки при использовании в качестве подаваемого материала расплавов либо кристаллизаторы при использовании в качестве подаваемого материала затвердевающих смесей.

В частных вариантах способа первый слой наносят из материала возводимых элементов зданий, обеспечивая его растекание по фундаменту, после чего проводят подрубку кромок первого слоя для обеспечения положения нижних частей ограничительных пластин ниже верхнего уровня первого слоя.

Первый слой может быть нанесен без использования экструдера из материала фундамента (бетона), по контуру, предварительно начерченному на фундаменте.

В качестве подаваемого материала могут быть использованы расплавы или смеси, образующие при их затвердении вспененный материал, т.е. материал, имеющий множество пор. Для получения расплавов в экструдер, снабженный горелкой, подают горючий газ и шихту. Для получения смесей в экструдер, снабженный смесителем, подают рабочую смесь и отвердитель.

Использование предлагаемого технического решения позволяет обеспечить:

- минимальную погрешность отклонения от проектных размеров здания;

- минимальное количество рабочего персонала на стройплощадке;

- возможность возведения зданий сложной геометрии за счет привлечения компьютерных технологий;

- изготовление стройматериалов на местах, непосредственно на стройплощадке;

- отсутствие опалубки;

- круглосуточное ведение работ (полная независимость производства работ от светлого времени суток).

Сущность предлагаемого изобретения поясняется с помощью чертежей.

На фиг.1 показан вид сбоку на предлагаемое устройство, на фиг.2 показан вид сверху на предлагаемое устройство, на фиг.3 показано решение оконного проема в используемом способе.

Устройство содержит управляемую компьютером каретку 1, которая устанавливается внутри каркаса с возможностью перемещения вверх-вниз (по вертикали) и влево-вправо (по горизонтали), а также с возможностью вращения посредством узла 5 в горизонтальной плоскости на 90° и 180° и с последующей фиксацией. Конструкция каркаса может быть различной. Подходит конструкция козлового крана облегченного типа. Высота крана, ширина (расстояние между монорельсами) и их длина (протяженность) обусловлены форматом проектов строительства жилых зданий, например: высота - до 5 этажей, ширина - до 30 метров, длина - до 100 метров.

На каретке 1 по горизонтали установлен экструдер 2, состоящий из множества, ориентировочно 20-ти, независимых, включающихся и выключающихся по команде компьютера форсунок или кристаллизаторов (не показаны).

В обоих случаях предполагается, что остывший после нагрева, либо затвердевший после кристаллизации материал будет иметь ширину не более 5 см. Таким образом, экструдер 2 охватывает фронт до одного метра шириной. На практике ширина стен более одного метра встречается крайне редко.

Каждая форсунка или кристаллизатор экструдера 2 содержит исполнительный механизм 6, смещаемый их вверх-вниз и имеющий клапанные запоры, перекрывающие подачу рабочего материала из шлангов в момент его нахождения в нейтральном положении.

На экструдере 2 по его краям и между форсунками или кристаллизаторами установлены ограничительные пластины 4, имеющие высоту, примерно, 10 см и длину - 100 см, которые поднимаются или опускаются согласно запроектированной ширине строительного элемента. Задача пластин 4 - удерживать от растекания крайние слои до момента начала отвердевания. Например, при движении каретки 1 со скоростью 5 см/сек и времени начала затвердевания не более 20 сек длина ограничительной пластины должна составлять 100 см. Наличие ограничительных пластин 4 дает возможность возводить здание данным способом без применения стационарной опалубки, т.е. используется принцип скользящей опалубки.

Нижняя поверхность каретки 1 в рабочем положении расположена на расстоянии h, равном 50-70 мм, от верхней поверхности возводимого элемента, при этом нижние части (кромки) ограничительных пластин 4 расположены ниже верхней поверхности возводимого элемента примерно на эту же величину. На фиг.1 пунктиром показано положение экструдера 2 и ограничительных пластин 4 в рабочем положении.

При экструзии расплавов к каретке 1, а на ней к каждой форсунке отдельно извне подводятся шланги 3 для подачи газа и для подачи шихты (например, измельченный базальт, обсидиан, вермикулит и т.д., плюс специальные добавки). При этом форсунка снабжена горелкой. Возможен подвод шланга для принудительного охлаждения расплава.

При экструзии быстротвердеющих смесей к каретке 1, а на ней к каждому кристаллизатору извне подводятся шланги с рабочей смесью и отвердителем. При этом кристаллизатор снабжен смесителем.

Как шихта для расплавов, так и быстротвердеющая смесь по своим физико-механическим свойствам и химическому составу рассчитаны на то, чтобы после остывания-затвердевания образовался конечный материал со множеством пустот - вспененный, обладающий высокими теплоизоляционными свойствами, малым удельным весом и высокими прочностными характеристиками.

Пример осуществления предлагаемого способа

Предлагаемый способ возведения зданий аналогичен работе заводских станков с ЧПУ, только больших размеров.

Для начала производства работ возведения зданий экструзионным способом необходимо завершение первой фазы строительных работ - фундамента, согласно строительной терминологии именуемой как «нулевой цикл». Внутренние перегородки фундамента должны быть возведены до верхней отметки периметра фундамента обязательно, то есть наивысшая отметка самого фундамента, а также всех его внутренних перегородок должны находиться в одной горизонтальной плоскости.

При установке каретки 1 на конструкции, аналогичной козловому крану, вдоль фундамента по его длинной стороне прокладывают монорельсы и монтируют сам кран.

Первый (пилотный) слой может быть нанесен на фундамент одним из следующих способов.

По составленной компьютерной программе, согласно проектным габаритным размерам здания, при движении каретки 1 с расположенными на ней экструдером 2 и ограничительными пластинами 4 наносят на фундаменте и на всех его внутренних перегородках первый экструзионный слой из материала возводимых элементов здания. Ширина фундамента и его внутренних перегородок должна быть на 50-100 мм больше проектных размеров возводимых на них строительных элементов, что дает возможность первым слоям при растекании иметь под собой основу. Кромки первых слоев подрубают вручную для обеспечения положения нижних частей (кромок) ограничительных пластин 4 ниже верхнего уровня первого слоя на величину не менее 50 мм, для того чтобы задействовать функционально ограничительные пластины 4, играющие роль автоматической опалубки.

В другом варианте каретка 1 по заданной программе специальным устройством наносит (чертит) на фундаменте контур возводимых на нем строительных элементов, после чего производят наращивание фундамента на заданную величину (бетоном, раствором и т.д.) строго по нанесенному пилотному контуру.

Дальнейшее наращивание слоев контролируют соответствующими датчиками, особенно их горизонтальность, так как возможно прохождение заниженных по уровню участков повторно.

Над оконными, дверными и прочими проемами предусматривается установка перемычек 7 (фиг.3) из жести П-образной формы необходимой длины, которые укладываются с целью нанесения первых слоев строительного материала. Формирование пилотных слоев на перемычках 7 не требуется, так как ограничительные пластины 4 имеют возможность свободно занять свое крайнее нижнее положение в качестве скользящей опалубки.

1. Устройство для возведения элементов зданий, содержащее экструдер для подвода материала, ограничительные пластины, предназначенные для удерживания материала от растекания до его затвердевания и механизм для горизонтального перемещения экструдера и ограничительных пластин вдоль контура возводимых элементов зданий, выполненный в виде каретки, на которой закреплены ограничительные пластины и экструдер, отличающееся тем, что экструдер содержит размещенные в ряд между ограничительными пластинами форсунки при использовании в качестве подаваемого материала расплавов либо кристаллизаторы при использовании в качестве подаваемого материала затвердевающих смесей.

2. Устройство для возведения элементов зданий по п.1, отличающееся тем, что каретка выполнена с возможностью управления от компьютера.

3. Устройство для возведения элементов зданий по п.1, отличающееся тем, что каретка установлена внутри каркаса, выполненного, например, в виде козлового крана, с возможностью вращения и фиксации в горизонтальном направлении и с возможностью перемещения вверх-вниз в вертикальном направлении.

4. Устройство для возведения элементов зданий по п.1, отличающееся тем, что между форсунками или кристаллизаторами установлены дополнительные ограничительные пластины.

5. Способ возведения элементов зданий, заключающийся в подаче материала посредством экструдера в пространство между ограничительными пластинами, удерживающими материал от растекания до его затвердевания, и их горизонтальном перемещении вдоль контура возводимых элементов зданий, отличающийся тем, что для подачи материала используют экструдер, содержащий размещенные в ряд между ограничительными пластинами форсунки при использовании в качестве подаваемого материала расплавов, либо кристаллизаторы при использовании в качестве подаваемого материала затвердевающих смесей.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что первый слой наносят из материала возводимых элементов зданий, обеспечивая его растекание по фундаменту, после чего проводят подрубку кромок первого слоя для обеспечения положения нижних частей ограничительных пластин ниже верхнего уровня первого слоя.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что первый слой наносят из материала фундамента по контуру, предварительно начерченному на фундаменте.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве подаваемого материала используют расплавы или смеси, образующие при их затвердении вспененный материал.

9. Способ по п.5, отличающийся тем, что для получения расплавов в экструдер, снабженный горелкой, подают горючий газ и шихту.

10. Способ по п.5, отличающийся тем, что для получения смесей в экструдер, снабженный смесителем, подают рабочую смесь и отвердитель.