Размеры строительного блока: Строительные блоки для стен: виды, размеры, цена за штуку
Строительные блоки виды характеристики — размеры, цены и свойства (фото)
На смену всем известному кирпичу пришел строительный блок. Здания из этого материала возводятся значительно быстрее и имеют ряд преимуществ, одним из которых является высокий уровень сохранения тепла. Прочитав эту статью вы узнаете, какие бывают строительные блоки, виды, размеры. Цена изделия зависит от метода изготовления, материалов и габаритов. Строительные блоки виды, фото, размеры и прочее, всё это мы сейчас рассмотрим.
Обратите внимание на статью о том, как можно снизить стоимость за счёт применения щелевых блоков из керамзита.
Строительные блоки: виды, характеристики
Выделяют две категории камней:
- Искусственные – те, которые производятся на предприятиях путем смешивания сухих смесей в нужной пропорции. Чтобы изделия получились необходимых размеров, смесь заливают в формы.
- Природные – те, которые изготавливаются путем шлифовки натуральных пород камня. Применяются, в основном, для декоративной отделки.
Бюджетными, естественно, являются искусственные блоки строительные. Виды:
- бетонные;
- керамзитбетонные;
- полистиролбетонные;
- газосиликатные;
- пенобетонные.
Бетонные блоки: виды, размеры, цена
Выпуск изделий регламентирован ГОСТом 13579-78. Согласно этому документу они подразделяются на три вида:
- Сплошные фундаментные. Маркировка ФБС.
- С вырезами. Маркировка ФБВ.
- Пустотные. Маркировка ФБП.
Сплошные фундаментные блоки, еще называются стеновыми. Из них возводят стены подвальных помещений и фундамент. Они обладают высокой устойчивостью к нагрузкам, но при этом имеют низкие теплоизоляционные свойства. Укладываются на грунт или песчаную подушку. ГОСТом (указанным выше) строго регламентированы размеры этих изделий:
- ширина – 30 см, 40 см, 50 см, 60 см;
- длина – 238 см, 118 см, 88 см;
- высота – 28 см и 58 см.
Блоки ФБВ — это сплошные блоки с вырезами для прокладывания коммуникаций. Имеют специальные пазы для укладки перемычек. Используются для монтажа перекрытий. Размеры:
- ширина – 30 см, 40 см, 50 см, 60 см;
- длина – 88 см;
- высота – 58 см.
Пустотные блоки. Имеют открытые пустоты, направленные вниз. Размеры согласно ГОСТу:
- ширина – 40 см, 50 см, 60 см;
- длина – 238 см;
- высота – 58 см.
Цены изделий зависят от многих характеристик, которые необходимы именно для Вашего строительства.
Керамзитбетонные блоки
Производство регламентировано ГОСТом 6133-99. Согласно стандарту к керамзитбетонным камням относятся изделия из тяжелых, легких и мелкозернистых бетонов. Они производятсяпустотелымии полнотелыми. Толщина наружных стенок пустотелых камней должна быть не менее 2 см, а масса блока не должна превышать 31 кг. Керамзитобетонные блоки применяются для кладки стен и перегородок. Так, выделяют лицевые и рядовые. Лицевые камни имеют одну (боковую) или две (боковую и торцевую) лицевые поверхности. В зависимости от места в кладке выделяют порядовочный, угловой и связочный камни. Размеры:
- ширина – 7, 9, 19, 30, 39, 42,5, 49,5 см;
- длина – от 12 до 45 см;
- высота – 19 см и 24 см.
Имеют плотность от 400 до 1800 кг/ куб.м.
Полистиролбетонные блоки
Производство полистиролбетона регламентировано ГОСТом 51263-99. Согласно стандарту для получения полистиролбетона смешивают цемент, воду, присадки для прочности и пенополистирольные гранулы. Полистиролбетонные строительные блоки, их виды:
- для возведения несущих стен;
- для возведения ограждающих конструкций каркасных построек;
- для утепления.
Эти камни обладают плотностью от 150 до 600 кг/куб.м и обладают высокими теплоизоляционными характеристиками. Наиболее часто применяемые размеры камней:
- теплоизоляционные плиты 60 см х 30 см х 9-20 см;
- стеновые блоки 60 см х 30 см х 20-25 см;
- межкомнатные перегородки 60 см х 30 см х 8-12 см.
Газосиликатные блоки строительные. Виды, свойства
Бывают в виде блоков или плит. Выпуск регламентирован ГОСТом 31360-2007. Газосиликатные блоки – это неармированные изделия из ячеистого бетона, предназначенные для возведения несущих стен и перегородок.
Могут иметь карманы для захвата, технологические сквозные или несквозные пустоты, а также быть выполнены в U-образной форме. Изготавливаются двумя способами:
- неавтоклавный – изделие застывает в обычных условиях. Имеет более высокий показатель усадки при высыхании и менее прочен;
- автоклавный – изделие высыхает под воздействием пара, который подается под давлением. Обладает повышенными показателями прочности и усадки при высыхании.
Применяются без пароизоляции при влажности воздуха до 75%. Размеры блока 62,5 см х 50 см х 50 см. Размеры плиты 150 см х 100 см х 60 см. Характеристики, определяющие их свойства:
- средняя плотность – не выше D700;
- прочность на сжатие – не ниже B1,5;
- теплопроводность – от 0,08 до 0,1 вт/м;
- усадка на высыхание – согласно ГОСТу 31359;
- морозостойкость – для наружных стен F25, для других целей F15;
- паронепроницаемость – согласно госту 31359.
Вес блока варьируется от 17 до 40 кг.
Пенобетонные блоки
Изготавливаются согласно ГОСТа 21520–89. В зависимости от плотности бывает три вида пеноблоков:
- конструкционные – для постройки фундамента, цоколя или несущих стен. Марки D1000, D1100, D1200. Плотность от 1000 до 1200 кг/ куб.м;
- теплоизоляционные – для монтажа изоляционного слоя. Марки D300, D350, D400, D500. Плотность от 150 до 400 кг/ куб.м;
- конструкционно-теплоизоляционные – для возведения перегородок и несущих стен. Марки D500, D600, D700, D800, D900. Плотность от 500 до 900 кг/ куб.м.
Пенобетон отлично сберегает тепло. Это обусловлено пористой структурой камня.
Использование строительных блоков позволит значительно сэкономить средства при этом получить высококачественное, теплое, надежное помещение, которое прослужит Вам более ста лет.
Рекомендуем к прочтению статью о технологиях разработки газобетона.
виды и характеристики, размеры, цены за м3
При выборе материала для строительства и обустройства дома предпочтение отдается легким, невозгораемым, прочным и доступным изделиям с хорошими изоляционными свойствами и удобными для быстрой кладки размерами. Этим требованиям соответствуют блоки с разными видами наполнителя и вяжущего: бетонные, газосиликатные, шлаковые, керамзитовые, арболитовые, керамические и многослойные. Окончательный вариант подбирается с учетом несущих способностей фундамента, стоимости и сроков ведения работ, опыта строителей, потребности в дополнительном утеплении и других условий эксплуатации.
Оглавление:
- Виды и технические параметры
- Обзор стройматериалов
- Цена блоков
Какие лучше выбрать? Характеристики и свойства
Все строительные элементы разделяются на конструкционные и теплоизоляционные, выдерживаемая нагрузка определяется плотностью и классом прочности. Практически все имеют одинаковую по всему сечению структуру и параметры. Показатели зависят от вида используемого сырья и способа изготовления, технология кладки и число рядов выбираются исходя из размеров и теплового сопротивления.
1. Плотные бетоны.
В эту группу входят полнотелые и пустотные блоки на цементной основе с плотным и мелким наполнителем. Их применение позволяет получить прочные и долговечные конструкции, строительство из этого материала обходится недорого. Минусы всем известны: из-за высокой плотности даже пустотелые элементы стандартного размера (398×190×188 мм) весят не менее 30 кг, толщина швов составляет 10-12 мм, имеют большой коэффициент теплопроводности и выглядят непривлекательно.
2. Из ячеистых бетонов.
Изделия из автоклавного и неавтоклавного газобетона лучше других сохраняют тепло за счет пористой структуры, мало весят и поддаются простой обработке. Эта группа единственная совмещает достаточную прочность, паропроницаемость и низкую теплопроводность. Их советуют купить при ограниченных сроках – кладка на клей упрощает процесс, требования к фундаменту минимальные, при исключении мостиков холода нет необходимости в наружном утеплении, достаточно отделки. К минусам относят низкую прочность на изгиб, из-за риска образования трещин при возведении на неустойчивых грунтах лучше выбрать другой вариант.
3. Керамзитобетон.
Эта разновидность считается промежуточной между кирпичом и легкими бетонами. Она изготавливается путем прессования цементного раствора с наполнителем из обожженной глины, рабочие характеристики во многом зависят от размера фракций компонентов, максимальную плотность имеют изделия с добавлением крупного керамзитового песка. Ассортимент представлен полнотелыми и щелевыми блоками с разным назначением: рядовыми, лицевыми, перегородочными со стандартными размерами 188х190х390 и 188х90х390 мм. Качественный и закрытый от внешних воздействий керамзитобетон имеет практически вечный срок службы (при отсутствии отделки разрушается в первые года), из-за доступной цены его рекомендуют подобрать при ограниченном бюджете строительства. Материал сам по себе хорошо держит тепло, но из-за неровных стенок его кладка на клей невозможна, внешние стены нуждаются в утеплении и облицовке. О том, как сделать блоки из керамзитобетона своими руками, читайте в пошаговом руководстве.
4. Арболит.
Экологичный, огнестойкий и легкий стройматериал, устойчивый к большим весовым и механическим нагрузкам. Блоки из опилок и цемента, пропитанные минеральными добавками, используются в качестве стеновых и перегородочных, при высоких энергосберегающих свойствах они оставляют стены дышащими. Конструкционные марки арболита подходят для возведения домов с этажностью до 3 и внутренних несущих стен, теплоизоляционные – утепляющих прослоек. Стандартная длина составляет 500 мм, высота – 200, ширина варьируется от 150 до 300. Отличительной особенностью является хорошая прочность на изгиб, из всех видов легких бетонов этот самый трещиноустойчивый. К недостаткам относят высокое значение водопоглощения, стены не накапливают внутри влагу, но нуждаются в правильной защите. Качественный арболит обходится дорого, его рекомендуют выбрать при неограниченном бюджете.
5. С облицовкой и утеплителем.
Эти изделия относятся к многослойным и используются при кладке наружных стен. Несущая основа в них выполнена из поризованного керамзитобетона, утепляющая – из пенопласта или пеностекла, фасадная – из бетона повышенной плотности. Их внешняя сторона чаще всего имеет фактурное исполнение, в ряде случаев она даже не нуждается в покраске. Материалы слоев могут быть другими, сцепление их между собой обеспечивает композитная арматура. Элементы имеют высокую геометрическую точность и укладываются на тонкий слой клея, риск образования мостиков холода исключен. Для возведения дома используются несколько видов строительных блоков, номенклатура включает в себя стандартные, половинчатые, угловые, эркерные, поясные, доборные и четвертные (для проемов), при покупке важно знать точное количество.
6. Пенополистиролбетон.
Самая легкая и водоустойчивая разновидность, хорошо защищающая дом от потерь тепла. Назначение зависит от марки, самые плотные можно купить в качестве стеновых, низкий удельный вес позволяет увеличить их размеры и упрощает кладку. К явным минусам относят усадку и плохую адгезию наполнителя с частицами цемента, стены из этого материала нуждаются в надежной защите от УФ и механических воздействий. Низкая плотность также приводит к проблемам при монтаже проемов или крепежей, в целом пенополистиролбетон лучше выбрать в качестве утеплителя, чем стенового элемента.
7. Поризованные керамические блоки.
Имея практически одинаковую с кирпичом основу, весят меньше за счет значительного числа пустот (до 50%) и выигрывают у него в размерах (в 2-3 раза больше) и стоимости. Отличительной особенностью является наличие выступов и пазов на торцах, такое исполнение снижает риск образования мостиков холода на вертикальных швах. Уступая полнотелому кирпичу в прочности, этот вид выигрывает в скорости строительства, при грамотном выполнении стыков стены не нуждаются в отделке.
Эксплуатационных недостатков нет, но из-за тонких стенок требует осторожности при разгрузке (его лучше приобрести с запасом), в ходе монтажа важно исключить попадание внутрь пустот влаги.
Характеристики приведены в таблице:
| Наимено-вание | Диапазон плотности, кг/м3 | Проч-ность, кгс/см2 | Коэффи-циент теплопро-водности, Вт/м·°С | Паро-прони-цаемость, мг/м·ч·ПА | Морозо-стойкость, циклов | Водо-погло-щение, % | Усадка, мм/м |
| Бетон | 500-2000 | От 100 | От 0,8 и выше | 0,3 | 50 | 8 | 0,5 |
| Пенобетон | 150-1200 | 15-25 | 0,07-0,15 | 0,26 | 15-75 | 14 | 3 |
| Газосиликат | 25-45 | 0,08-0,21 | 0,23 | 15-25 | 20 | 0,3 | |
| Арболит | 400-850 | 5-35 | 0,08-0,17 | 0,3 | 25-50 | 40-85 | 0,4-0,5 |
| Керамзито-бетон | 500-1800 | 50-150 | 0,18-0,9 | 0,26-0,094 | 25-75 | 50 | 0 |
| Пенополисти-ролбетон | 200-600 | 15-35 | 0,05-0,145 | 0,135-0,068 | 50-200 | 4 | 1 |
| Керами-ческие блоки | 650-1000 | 100 | 0,2-0,36 | 0,17 | 35-50 | 9-11 | 0 |
Какой материал использовать при строительстве дома?
Любой из видов пригоден к быстрому возведению малоэтажных жилых и неотапливаемых зданий. За исключением пенополистиролбетона все они соответствуют пожарным нормам. Безопасность эксплуатации зависит от качества блоков, предпочтение лучше отдать заводской сертифицированной продукции. Минимальную нагрузку на фундамент оказывают легкие бетоны, максимальную – конструкционные керамзитовые и песко-цементные изделия и шлакоблоки.
| Наименование | Оптимальный способ применения | Ограничения, обязательные условия монтажа и эксплуатации |
| Шлакоблоки из прессованного бетона | Жилые малоэтажные здания, подвалы и фундаменты | Требуют обязательного утепления и отделки |
| Блоки из ячеистого бетона | Малоэтажные здания с хорошо изолированным от грунтовой влаги цоколем | При нарушении технологии кладки и отделки объект быстро разрушается |
| Арболит | Дома до 3 этажей, каркасные конструкции, внутренние перегородки. Допускается строительство на неустойчивых грунтах | Закрытие стен штукатурными составами или вентиляционными фасадами |
| Блоки с утеплителем | Энергоэффективные дома до 4 этажей | Изделия с разным назначением не заменяют друг друга, разновидность не используется для возведения перегородок |
| Керамзитобетон | Строительство хозпостроек, домов до 3 этажей, монолитно-каркасные объекты (внешнее ограждение и внутренние перегородки) | Плохо переносят ударные воздействия, все коммуникации прокладывают заранее. Уступает остальным видам в способности к поглощению шума. Нуждается в отделке и утеплении |
| Пенополистиролбетон | В качестве утеплителя | Значительная усадка, горючесть, проблемы при отделке |
| Керамические пустотелые | Дома до 10 этажей без армирования, межкомнатные перегородки (материал хорошо поглощает звук) | Кладка ведется на специальный раствор, пустотность снижает способность стен к компенсации перепадов температур |
Стоимость блоков
Ориентировочные расценки с учетом размерных характеристик приведены в таблице:
| Тип кладочного изделия | Размеры, мм | Всего в кубе, шт. | Цена за м3, рубли |
| Пустотелый стеновой бетонный | 390×190×188 | 71 | 2900 |
| Пенобетон D600 | 600×300×200 | 27,78 | 2750 |
| Газосиликат D600 | 625×250×400 | 16 | 3100 |
| Арболит | 500×200×300 | 33 | 4500 |
| 500×200×150 | 66 | 4900 | |
| Теплоблок (с утепляющей прослойкой из пеностекла) | 400×300×200 | 41 | 8500 |
| То же, с пенополистиролом | 3000 | ||
| Керамзитобетон Д1300 полнотелый | 400×200×200 | 62,5 | 3700 |
| То же, D1000, двухщелевые блоки для перегородок | 400×200×200 | 125 | 2900 |
| Пенополистиролбетон D500 | 600×400×300 | 14 | 3600 |
| Блок керамический поризованный | 250×440×219 | 32 | 2214 |
Виды строительных блоков и их сравнение. Размеры и характеристики
Строительные блоки составляют серьезную конкуренцию такому традиционному материалу, как кирпич. Существуют разные виды строительных блоков, которые в свою очередь подразделяются на группы по разным признакам.
Классификация строительных блоков
Исходя из габаритов, различают малогабаритные и крупногабаритные изделия. Первые отличаются небольшой прочностью и слабой теплопроводимостью. Вторые — высокими прочностными характеристиками и хорошими теплоизоляционными свойствами.
Основным компонентом изделий любой группы является бетон. Отличаются блоки строительные разных видов ценой, зависящей от типа наполнителя и технологии изготовления.
Выделяют следующие виды строительных блоков из бетона:
- Пескобетонные;
- Газобетонные;
- Керамзитобетонные;
- Пенобетонные;
- Газосиликатные;
- Арболитовые;
- Полистиролбетонные;
- Керамические;
- Шлакобетонные.
Изделия применяют в строительстве всевозможных зданий — от частных домов до промышленных сооружений. Из них возводят фундаменты, внутренние и наружные стены, перегородки. Наиболее часто используют блоки пескобетонные, газосиликатные, керамзитобетонные, пенобетонные, полистиролбетонные.
Блоки из пескобетона
Эти изделия обладают многими положительными качествами, но при этом достаточно небольшой ценой. Они имеют в своем составе цементный раствор и крупный песок в пропорции 1:3. Путем добавления определенной части портландцемента, изделиям придают дополнительную плотность, морозостойкость, стойкость к повреждениям коррозией.
Блоки наделены высокой плотностью, достаточной морозостойкостью (50 циклов), долговечны. К недостаткам можно отнести большую массу, что создает высокую нагрузку на основание, потребность в дополнительном утеплении. Модели изделий различают в зависимости от назначения: полнотелые для фундаментов, пустотелые для кладки стен, для перегородок, облицовочные виды.
Керамзитобетонные изделия
Эти изделия изготавливают с применением керамзита. Разным видам таких строительных блоков свойственны свои размеры, которые зависят от их предназначения. Наиболее популярные габариты — 19х39х9 см либо 19х39х18,8 см.
Один блок из керамзитобетона заменяет 3-7 шт. стандартного кирпича.
Оптимальная плотность материала — 500-1800 кг/смᶾ. Изделия обладают высоким коэффициентом прочности, хорошими звукоизоляционными свойствами. Используют их строительстве как в гражданском, так и в промышленном.
Блоки газосиликатные
Эти изделия широко востребованы. В состав, кроме ячеистого газосиликатного бетона, входит кварцевый песок, негашеная известь, алюминиевый порошок. Популярность газосиликатных блоков объясняется их уникальными свойствами:
- Небольшим весом, позволяющим возвести дом, создающий минимальное давление на фундамент.
- Низкой теплопроводностью из-за которой внутри дома всегда будет тепло.
- Разнообразием форм.
- Легкостью обработки.
- Пожаробезопасностью.
- Огнестойкостью.
Минус газосиликата — низкие показатели плотности, гигроскопичность, хрупкость. Из этого материала нельзя возводить постройки, имеющие более двух этажей.
Для упрочнения конструкции из этих видов строительных блоков для стен применяют стальное армирование. Габариты газосиликатных блоков — 62,5х50х25 см — рядовые, 62,5х37,5х25 см — пазогребневые, 50х37,5х25 см — U-образные.
Блоки из пенобетона
Эти легкие строительные блоки имеют 4 вида, характеристики каждого зависят от марки материала:
- К теплоизоляционным относят марки D-150-D400 с плотностью 150-400 кг/мᶾ;
- К конструкционно-теплоизоляционным — марки D500- D900, имеющие плотность 500-900 кг/мᶾ;
- В категорию конструкционных входят марки D1000- D1200, обладающие плотностью 1000-1200 кг/мᶾ;
- Конструкционно-поризованные пеноблоки — марки D1300- D1600, их плотность находится в пределах 1300-1600 кг/мᶾ.
Последнюю разновидность пеноблоков производят небольшими партиями, поэтому их характеристик нет в ГОСТ. Исходные материалы для производства пеноблоков — цемент, песок и пенообразователи. Их заливают в формы и выдерживают до полного застывания.
Полистиролбетонные блоки
Это одна из разновидностей композитных материалов. В их составе несколько компонентов — вода, портландцемент, полистирольные гранулы, мелкий песок, пластификаторы. Присутствием полистирола обусловлены высокие характеристики материала:
- Гидроскопичность. Абсолютно не боятся воды и влаги;
- Теплопроводность. Показатели лучше аналогов из газобетона и пенобетона;
- Тепло–энергоэффективность. Лучшие показатели из перечисленных блоков.
Стеновые и перегородочные виды строительных блоков, применяемых для строительства дома, обладают полно- или пустотелой структурой. Их габаритные размеры колеблются в пределах 28,8-62,5 см по длине, 0,92-38 см — по толщине, 8,8-38 см — по высоте.
Масса блоков для возведения стен — 5-35 кг, перегородок — 5-15 кг. Полистиролбетон обладает хорошими прочностными параметрами на изгиб и растяжение. В результате материал имеет хорошую пластичность, не растрескивается при усадке.
Он устойчив к плесени и гниению. Сооружения из полистиролбетонных блоков не нужно дополнительно утеплять, они не нуждаются в гидроизоляции, поскольку коэффициент водопоглощения довольно низкий.
Выбирая блоки для строительства дома, следует исходить из их эксплуатационных характеристик, цены. Только при условии правильного выбора материала в доме будет царить комфортный для проживания микроклимат.
| Полнотелый бетонный фундаментный блок СКЦ-1ПЛП плотность 2250 (40х20х20) | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 51.00 руб | |||||||||||||||
| Трехпустотный стеновой строительный бетонный блок СКЦ-1ЛТ плотность 1670 (40х20х20) с закрытым дном | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 45.00 руб | |||||||||||||||
| Четырехщелевой стеновой строительный бетонный блок СКЦ-4ЛГ плотность 1260 (40х20х20) | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 38.00 руб | |||||||||||||||
| Семищелевой стеновой строительный бетонный блок СКЦ-1ЛГ плотность 1450 (40х20х20) | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 41.00 руб | |||||||||||||||
| Пустотелый стеновой бетонный блок СКЦ-1Л плотность 1530 (20х20х40) с закрытым дном | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 34.00 руб | |||||||||||||||
| Пустотелый стеновой бетонный блок СКЦ-1Л плотность 1200 (20х20х40) с открытым дном | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 34.00 руб | |||||||||||||||
| Пустотелый стеновой бетонный блок СКЦ-14Л плотность 1450 | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 35.50 руб | |||||||||||||||
| Восьмищелевой стеновой строительный бетонный блок СКЦ-8ЛГ плотность 1980 (40х20х20) | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 46.00 руб | |||||||||||||||
| 11-щелевой стеновой строительный бетонный блок (40х20х20) | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 42.20 руб | |||||||||||||||
| Перегородочный пустотелый бетонный блок СКЦ-3Л (80) плотность 1450 | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 21.00 руб | |||||||||||||||
| Перегородочный пустотелый бетонный блок СКЦ-3Л плотность 1500 | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 24.00 руб | |||||||||||||||
| Перегородочный полнотелый бетонный блок СКЦ-25Л плотность 2200 | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 29.00 руб | |||||||||||||||
| Перегородочный полнотелый бетонный блок СКЦ-3ЛК плотность 2200 | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 26.00 руб | |||||||||||||||
| Перегородочный пустотелый бетонный блок СКЦ-12Л плотность 1690 | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 34.00 руб | |||||||||||||||
| Перегородочный полнотелый бетонный блок СКЦ-39Л плотность 2080 | ||||||||||||||||
| Цена c НДС от 41.00 руб | |||||||||||||||
Строительные блоки: виды, технические характеристики
Термин «строительные блоки» подразумевает под собой целый ряд материалов. В качестве основы в них применяются различные вариации ячеистого бетона, реже – глина, тяжелый бетон. Основное достоинство блочного строительства – временные затраты на возведение жилья оказываются намного меньше, чем строительство из обычного кирпича.
Технические характеристики строительных блоков
При выборе строительных блоков нужно ориентироваться на следующие параметры:
-
Прочность. Этот показатель указан в марке материала. Единица измерения – кг/см2. Он характеризует нагрузки, при которых блок деформируется (образуются трещины, нарушается геометрия).
-
Теплопроводность. Считается от 0 и показывает, какое количество тепло пропустит стена, имеющая площадь 1 м2, при колебании температур в 10С. Чем больше данный показатель, тем меньше тепла будет сохранять помещение.
-
Плотность. Данный параметр отвечает за габариты и вес строительного блока. Обозначается буквой D, измеряется в кг/м3. От него напрямую зависит прочность будущей постройки и её теплопроводность.
-
Морозостойкость. Эта характеристика обозначается буквой F (например, F15, F25 и.т.д.), и указывает количество циклов, после которых материал начнёт деформироваться и разрушаться. В России 1 цикл равняется 1-му году, в ходе которого материал теряет 10% своей прочности. Повысить морозостойкость можно, сделав облицовку или отделку стен.
-
Усадка. Величина, указываемая в процентах и характеризующая степень уменьшения блока после завершения строительства. Данное явление наиболее характерно для газобетонных блоков, и наименее – для керамических и керамзитобетонных.
-
Влагопоглощение. Данный параметр показывает количество влаги, которое способен впитать материал. Практически у всех строительных блоков данный параметр невысок, поэтому после возведения здания потребуется отделка фасада.
Разновидности
При строительстве зданий блоки могут быть как несущей конструкцией, так и применяться как теплоизоляция. В соответствии с этими параметрами блоки можно разделить на три основные группы:
-
Конструкционные. Применяются для строительства капитальных конструкций (блоки с плотностью марки D 1000 и выше и морозостойкостью от 15 до 50 циклов). Теплопроводность от 0,2 до 0,3 Вт/м*К.
-
Теплоизоляционные. Не используются для создания несущих частей здания. Предназначены для теплоизоляции стен. Плотность блоков – от 300 до 500 кг/м3, теплопроводность от 0,08 до 0,1 Вт/м*К.
-
Конструкционно-изоляционные. Блоки, сочетающие в себе свойства двух вышеуказанных видов. Обладают низким по
казателем теплопроводности (от 0,1 до 0,2 Вт/м*К) и плотностью от 500 до 900 кг/м3.
Классификация по методу обработки
Существуют автоклавные и неавтоклавные. Блоки первого типа застывают при давлении выше атмосферного. Такое твердение улучшает геометрию и препятствует сильной усадке материала. Неавтоклавные отвердевают без использования повышенного давления, благодаря гидратации.
Стеновые и фундаментные бетонные блоки
Основное назначение бетонных блоков – возведение фундамента и несущих стен. Их применение существенно облегчает бетонирование. Также устраняется ряд технологических процессов, например, установка опалубки.
Опалубка – специальный каркас, предназначенный для создания фундамента. Её основное назначение – удержание бетонного раствора заданной формы до его полного застывания.
Стеновые бетонные блоки применяются в строительстве самых разных сооружений – от гаражей, до частных домов. Благодаря современным технологиям ресурс данного материала составляет более 50 лет, а оптимальная цена делает его прекрасной заменой дорогому кирпичу.
Блоки из легкого бетона
В соответствии с ГОСТ 25192-82, бетон считается легким, если его плотность не более 1800 кг/м3. Эксплуатационные свойства данного материала весьма высоки, кроме того, он легко поддаётся распилу и обработке.
Блоки, изготавливаемые из легкого бетона, подразделяются на 5 основных видов. Это:
-
Пенобетон;
-
Газобетон;
-
Шлакоблоки;
-
Полистиролбетон;
-
Керамзитоблоки.
- Газобетонные блоки. Изготавливаются в автоклаве, из ячеистого бетона. Помимо песка и цемента, в состав также добавляют известь. Основным газообразующим веществом является пудра или паста из алюминия. Вступая в реакцию с известью, она способствует выделению водорода, который и образует поры в блоке. Типовые размеры блоков – 600x250x50 – 500мм. Существуют также U – блоки, применяемые для монтажа монолитного пояса и выступают в роли несъёмной опалубки. Основные достоинства газоблоков – хорошая паропроницаемость и теплопроводность, а наличие многообразия форм дает возможность воплотить в жизнь самые необыкновенные строительные решения. Важно отметить, что ряд производителей делают блоки с пазогребневым соединением. Недостаток газобетонных блоков — хрупкость.
- Пенобетонные блоки. Один из видов ячеистого бетона, изготавливаемый безавтоклавным способом. В состав входят цемент, песок и пенообразователь. Его основное отличие от газобетона – отвердевание состава происходит при обычных условиях. Обладая низкой теплопроводностью, пенобетонные блоки являются неплохим утеплителем. Стандартные габариты – 200х300х600 мм.
Обратите внимание! Из – за особенностей производства размеры блоков не выдерживаются с должной точностью, и в разных партиях могут отличаться.
- Керамзитбетон. Блоки, изготавливаемые бетона, песка и керамзита (пористого материала, получаемого при обжиге глины). Блоки создаются путем литья и вибропрессования. Из плюсов можно отметить высокую плотность, а из минусов – большой вес и сложность в обработке.
- Полистиролбетон. Материал, изготовляемый из цемента и вспененного полистирола. Известный с середины 20-го века, он отличается низкой теплопроводностью и прост в обработке (для придания нужной формы блоки можно пилить ножовкой, болгаркой, а также штробить). При этом у полистиролбетона есть ряд серьезных недостатков. Например, крепежные элементы должны устанавливаться в бетонную часть, т.к. при попадании в полистирольный шарик фиксация получится ненадёжной. Определенные трудности будут и при нанесении штукатурки. Также необходимо беречь полистиролбетонные блоки от воздействия огня, т.к. происходит выгорание шариков и материал теряет теплоизоляционные свойства.
- Шлакоблоки. Материал получают путем вибропрессования шлака, т.е. промышленных отходов (керамзит, щебенка и.т.д.). Связующим элементом выступает цемент. Стандартный размер шлакоблоков – 200х200х400 мм. По своим достоинствам данный материал близок к блокам из легкого бетона. К плюсам можно отнести правильную геометрию и легкость укладки. В то же время из-за высокой теплопроводности шлакоблоков (от 0,2 до 0,5) построенное из них жилье будет гораздо холоднее. Еще один недостаток данного материала — разрушение под воздействием воды. К плюсам можно отнести невысокую цену и малый вес.
Обратите внимание! Недобросовестные изготовители в качестве сырья используют высокорадиоактивный шлак, поэтому перед покупкой материал нужно проверить дозиметром.
- Керамические блоки. Пустотелый кирпич со множеством пор (не относится к ячеистому бетону). Сырьем служит красная глина, смешанная с абразивными частицами (выгорают при обжиге). Это могут быть торф, опилки и.т.д. Стандартные габариты блока – 250х120х65 мм. Если высота изделия будет составлять 140 мм, то блок будет называться уже керамическим камнем. По форме существуют стандартные керамоблоки (с ложковой и тычковой поверхностями) и пазогребневые. В случае с последними соединение можно производить без нанесения раствора на вертикальные швы. Показатель прочности – 200 кг/м2, теплопроводность – от 0,1 до 0,2 Вт/м*К. Помимо высоких технических характеристик, данный материал обладает небольшим весом. Минусы керамоблоков – хрупкость, трудности при резании. Также для установки, например, навесных шкафов потребуется специальный крепеж.
- Силикатные (газосиликатные) блоки. По способу изготовления наиболее близки к ячеистому бетону с тем отличием, что вместо цемента используется большое количество извести. Конструкционные блоки из газосиликата благодаря высокой прочности могут применяться как в частном строительстве, так и для возведении многоэтажек. Из минусов можно ответить высокую степень влагопоглощения, поэтому данный материал не рекомендуется выбирать для строительства вблизи источников грунтовых вод.
- Арболитовые блоки. Его предшественником является опилкобетон. В состав материала входят цемент и древесная щепа (иногда рисовая соломка и стебли льна). Арболит экологичен, имеет низкую теплопроводность (от 0,07 до 0,1). Прочность позволяет применять эти блоки для строительства зданий высотой до трёх этажей. Изготавливаются методом литья и вибропрессования. Существует два типа данного материала: теплоизоляционный и конструкционный. Щепа в качественных арболитовых блоках должна быть не более 40 мм в длину и 10 мм в ширину. Допускается присутствие листвы, коры и хвои (не более 5-10% от общего состава). Для повышения монолитности и прочности блоков в них также добавляют нитрат и хлорид кальция, жидкое стекло).
Плюсы арболитовых блоков:
-
Экологичность;
-
Из всех видов строительных блоков обладает наилучшей паропроницаемостью;
-
Лёгок, прочен, устойчив к сейсмическому воздействию;
-
Благодаря низкой теплопроводности постройки из данного материала не требуют дополнительного утепления;
-
Хорошая звукоизоляция;
-
Арболит негорюч, и водостоек.
- Бетонные блоки (ФБС). Применяются для монтажа ленточного фундамента и сооружении подвалов. Из-за большого веса не подходит для возведения стен. Данный вид блоков изготавливается из тяжелых марок бетона (плотность от 1800 кг/м3). Согласно ГОСТу, существует три основных подвида блоков ФБС: с отверстиями (для проводки коммуникаций), сплошные (используются для несущих конструкций), пустотелые.
- Пазогребневые плиты из гипса. Применяются исключительно для создания перегородок внутри помещений (т.к. гипс имеет низкую влагостойкость). Гипсовые плиты легко монтируются и более выгодны, чем создание перегородок из кирпича. Однако у данного материала есть два существенных минуса – хрупкость и плохие звукоизолирующие свойства.
- Бессер-блоки (пресованные из пескобетона). Пустотелые блоки с высокой морозостойкостью. Имеют однородную и прочную структуру. Из всех блоков, изготавливаемых методом литья, бессер – блоки обладают наилучшей геометрией. Из минусов можно выделить большой вес (при небольших габаритах), что потребует возведения более прочного фундамента, и низкую теплопроводность.
- Теплоблоки. Их называют универсальным материалом «3 в 1». Изготавливаются при помощи вибропрессования. Внешне выглядит как сэндвич (в средней части полистирол, а по наружным – цементно – песчаный состав). Одна из сторон принимает на себя нагрузку, а другая является фактурной. Для дополнительной прочности конструкция армируется стержнями. Данный тип блоков – новинка для рынка, и ещё только набирает популярность.
Заключение
Подробно рассмотрев разные типы строительных блоков, подытожим основные технические моменты, которые помогут сделать правильный выбор:
- Геометрия – при отклонении от заданных параметров повышается расход раствора, и усложняется монтаж кладки. Из представленных выше материалов наиболее оптимальным будет газобетон.
- Соответствие характеристикам – реже всего кустарным способом изготавливаются керамоблоки и блоки из газобетона, т.к. производственный процесс данных изделий достаточно сложен. Поэтому данные виды наиболее соответствуют требованиям ГОСТов.
- Отсутствие усадки – лидирующие позиции по данной характеристике занимают керамзитные и керамические блоки. У силикатных блоков и пеноблоков усадка составляет 1,5%, а у арболитовых напрямую зависит от качества компонентов, входящих в их состав.
- Долговечность – здесь важны такие показатели, как морозостойкость и прочность. При соблюдении технологических норм производственного процесса и строительства здания, возведенные из большинства рассмотренных блоков, прослужат минимум 50 лет. Наименее предпочтительным является использование шлакоблоков, т.к. в их состав могут входить разлагающиеся со временем компоненты.
- Теплопроводность – по данному параметру наиболее оптимальными будут теплая керамика и газобетон. Дом, возведенный из таких блоков, будет лучше всего сохранять тепло.
- Армирование – все виды блоков в ходе строительства требуют дополнительного укрепления, что достигается с использованием армопояса (армирующей сетки). Наименее требовательными к армированию являются керамзит и шлакоблоки, а наиболее – такие хрупкие материалы, как арболит, пенобетон, газобетон и керамоблоки.
какие бывают для строительства, разновидности, типы, характеристики
Блоки в области строительства считаются самым востребованным и выгодном материалом на сегодняшний день. Приобрести это изделие может в различной вариации, ведь блоки могут быть таких видов, как газобетон, пеноблок, газоблок, кирпич, керамзитобетон, шлакоблок. При этом это далеко не все виды представленного материала. Определиться с таким огромным ассортиментом нелегко. По этой причине необходимо понимать основные свойства и характеристики строительных блоков.
Керамзитовые
Для изготовления материала применяют песок, глину и керамзит. Процесс изготовления подразумевает использование метода вибропрессования с дальнейшей пропаркой. Блок, полученный из обожженной глины, может обладать полнотелой или пустотелой структурой. Процесс установки материала осуществляется пустота вниз на раствор из цемент и песка. Применяют изделия из керамзита при строительстве несущих стен здания, перегородок.
О том как посчитать вес дома из газобетона можно узнать из данной статьи.
Главными достоинствами керамзитовых блоков остаются экологичность, легкость. Благодаря тому, что материал способен «дышать» в доме создаются благотворные для проживания условия. Керамзитовый камень не боится плесени, грибка и грызунов.
На видео -размер блока для строительства дома:
О том какие существуют недостатки газобетонных блоков можно прочесть в данной статье.
Построенные на основе этого материала дома характеризуются отличными тепло- и шумоизоляционными качествами. Если провести аналогию с другими видами блоков, то представленный вариант имеет максимальную прочность и стойкость к морозам. Благодаря таким характеристикам удается увеличить срок службы дома. Еще одним плюсом керамзитового блока считается легкий монтаж, который достигается благодаря пазогребневой системе. Хорошие показатели адгезии способствуют получению качественной отделки, отсутствию усадки, в результате чего можно не переживать, что на построенном доме возникнут трещины.
Чем отличается газобетон от пенобетона, а так же что из них лучше, можно узнать из статьи.
Из минусов можно отметить хрупкость, подвергаемость перепадов температур, сильных морозов и влажности. Эти критерии и снижают область применения керамзитобетона. Также такой материал обладает непривлекательным внешним видом, в результате чего потребуются дополнительные денежные средства на декоративную отделку.
Пенобетон
Этот стеновой блок для наружных стен активно задействуют при возведении зданий. В его составе имеется цемент, песок и пенообразующие компоненты. При его получении применяют минерализацию пены с дальнейшей теплообработкой. Монтаж блоков происходит на раствор из песка и цента, а также можно купить для этого специальный клей. Пенобетонные блоки могут применяться при строительстве любых видов стен.
Пеноблок обладает малым весом и идеальными размерами, что, несомненно, влияет на простоту монтажу. Если соблюдать всю технологию производства, то полученное изделие будет обладать необходимой прочностью, в результате чего станет возможным строить дом, высотой в 3 этажа. Показатели плотность у пеноблока могут сравниться с плотностью дерева. Такая возможность позволяет снизить нагрузку стен на основание и облегчить транспортировку.
Газобетон d500 характеристики и другие технические данные описаны в статье.
На видео – бетонные блоки для строительства дома:
Пеноблоки – это строительный материал, который характеризуется низкими показателями теплопроводности, и отлично сохраняют тепловую энергию в доме. Бывают ситуации, когда строительство дома может происходить без использования теплоизоляционного материала, в результате чего достигаются отличные показатели звукоизоляции. Также удобство заключается в размере пеноблоков для перегородок. Такие преимущества позволяют снизить трудозатраты и стоимость строительства. Благодаря пористой структуре удается добиться шумоизоляции, огнеупорности первой степени, которая позволяет выдерживать влияние открытого огня.
Но пенобетонные блоки имеют хорошую прочность только при условии, что имеется дополнительная паро- тепло – и гидроизоляция. Причина в том, что материал обладает высоким водопоглощением и паропроницаемостью. При строительстве в зоне с высокой влажностью пенобетон начинает терять свои теплосберегательные характеристики и длительной срок эксплуатации дома.
Как устанавливаются размеры газобетонных перегородок можно узнать из данной статьи.
Наличие пор в структуре пенобетона позволяет создать благоприятную среду для развития различных грибковых образований. Кроме этого, пенобетон дает усадку, которая приводит к формированию трещин на стенах.
Газосиликат
Газосиликатные блоки производят на основе песка, силиката и пенообразующих компонентов. В роли вяжущего ингредиента выступает известь и кремнезем. Как правило, при изготовлении такого материала цемент не используется, или же его добавляют в небольшом количестве. Процесс укладки газосиликатных блоков осуществляется с использованием специального клея или смесь из цемента и песка.
Какие строительные блоки лучше для строительства дома подходят можно узнать из данной статьи.
При влиянии открытого огня газосиликата может выдерживать такое воздействии в течение 3-4 часов. Кроме этого, на протяжении всего этого времени материал сохраняет свои показатели относительно стойкости к морозу. Блоки из газосиликата легко поддаются механической обработке, поэтому можно применять резание, сверление, фрезерование. Еще одним преимуществом материала считается экологичность и нетоксичность, в результате чего стены способны «дышать».
На видео – теплые блоки для строительства дома:
Пеноблоки и газосиликатные блоки разница между ними очевидна, о которой можно узнать в данной статье.
К минусам представленного блока стоит отнести высокий уровень водопоглощения, в результате чего при неблагоприятных условиях снизятся показатели теплоизоляции и стойкости к морозу. Кроме этого, уровень влажности воздуха должен быть не выше 75%. Если это условие не соблюдается, то нужно обеспечить дом защитным оштукатуриванием. При увеличении показателей прочности и плотности снижаются показатели тепло- и звукоизоляции.
Силикатный кирпич
Для производства этого строительного материала используют песок, известь и малое количество добавок. При выполнении кладки из силикатного кирпича удается получить высокую прочность и несущую способность строения. Кроме этого, силикатный кирпич характеризуется длительным сроком эксплуатации и отличными геометрическими характеристиками. Для него характерны высокие показатели пожароустойчивости и абсолютная экологичность.
Минусами силикатного кирпича считаются невысокие показатели теплоизоляции, подвергаемость к постоянному воздействию влаги и высоких температур. По причине больших габаритов процесс строительства занимает много времени. При строительстве дома из силикатного кирпича необходимо в точности соблюдать правила перевязки кирпичных рядов, а также постоянного контролирования за вертикальностью стен.
О том сколько стоит газосиликатный блок можно узнать из данной статьи.
Опилкобетон и шлакоблоки
Эти блоки сегодня пользуются низкой популярностью. При изготовлении шлакоблока применяют сталелитейные отходы, следовательно, материал обладает низким уровнем экологичности.
Стоимость опилкобетонных блоков ниже, да и вес у них небольшой. Но для них характерна плохая геометрия и невысокая стойкость к морозу. В результате снижается срок службы стен, возведенных как из шлакоблока, так и из опилкобетона.
Какие плюсы и минусы могут быть у газосиликатного блока, можно узнать прочитав данную статью.
Габариты
Размеры керамзитных блоков могут быть самые различные. Кроме этого, они могут отличаться от стандартных и производиться по индивидуальным заказам. При возведении наружных стен задействуют материал таких габаритов:
- Значение длины может достигать: 400, 600, 900, 1000, 1200, 1300, 1500, 1800, 2100, 3300 мм.
- Значение высоты: 300, 600, 800, 1000, 1500, 1600, 2200, 2500, 2700, 2800, 3000, 3300, 3900 мм.
- Толщина: 200-600 мм.
На видео – какие бывают блоки для строительства:
О плюсах и минусах керамзитобетонных блоков можно узнать из данной статьи.
При строительстве внутренних стен необходимо применять блоки с размерами:
- Длина принимает такие значения: 400, 900-3300 мм.
- Высота может иметь следующие значения 300-600, 1100, 2100, 2500, 2800, 3000, 3300 мм.
- Толщина: 160, 200, 250, 300 мм.
А про размеры шлакоблоков вы можете почитать в нашей статье.
Строительные блоки – это уникальный материал, благодаря которому удается возвести прочную и долговечную конструкцию. Выбор того или иного блока обусловлен с условиями, в которым вы собираетесь строить дом, а также конструкционные особенности строения. При выборе материала обращайте внимание на такие критерии, как морозостойкость, прочность и теплоизоляция.
Стандартные размеры шлакоблока и расчет необходимого количества для строительства
Просмотров 7.8k. Обновлено
Искусственный стеновой камень, или как чаще его называют — шлакоблок, изготавливается методом вибропрессования бетонно-песчаной смеси в специальных формах, благодаря которым блоки получаются с различного объема пустотами внутри, что и обуславливает их отличные теплоизоляционные свойства и легкость. Немаловажным достоинством шлакоблока является и его довольно низкая себестоимость, что и привело к его популярности в среде строительства небольших зданий частными домовладельцами.
Размеры и правила расчета шлакоблока
Перед началом строительства как правило производится расчет необходимого количества шлакоблоков, для чего необходимо знать его размеры. Итак, стандартный размер шлакоблока, который производится промышленным способом:
- 390 мм в длину;
- 190 мм в ширину;
- 188 мм в высоту.
По объему один стеновой камень эквивалентен 4-5 кирпичам. Менее распространены следующие размеры 400×200х200 мм и 395×195х195 мм. Собственно, это промышленные размеры но поскольку шлакоблоки часто изготавливаются самостоятельно (в этом нет ничего сложного) то форму можно сделать несколько иного размера, необходимого строителю. Стандартный размер остается неизменным — 390×190х188, но вот объем внутренних пустот может варьироваться так как указано на рисунке. Исходя их этого есть такие виды стенового камня: с пустотелостью 40%, 30% или 20%, а также полнотелые блоки, без пустот.
При расчете необходимого количества шлакоблоков мы пользуемся простой формулой: допустим, нужно соорудить стену в полблока. Для того, чтобы рассчитать площадь широкой грани блока, следует умножить длину блока на ширину, к примеру, 390×190 мм. Получается 74100 кв. мм или примерно 0, 074 кв. м.
Калькулятор количества блоков
1. Размеры жилого дома | ||
| Периметр (м) | ||
| Высота (м) | ||
2. Архитектурные особенности | ||
| Если размеры дверей разные, то в поле «Количество внешних дверей (шт)» введите «1», в поле «Ширина одной двери (м)» — сумму длин всех дверей, в поле «Высота одной двери (м)» — сумму высот всех дверей | ||
| Количество внешних дверей (шт) | ||
| Ширина одной двери (м) | ||
| Высота одной двери (м) | ||
| Если размеры окон разные, то в поле «Количество окон (шт)» введите «1», в поле «Ширина одного окна (м)» — сумму длин всех окон, в поле «Высота одного окна (м)» — сумму высот всех окон | ||
| Количество окон (шт) | ||
| Ширина одного окна (м) | ||
| Высота одного окна (м) | ||
3. Кладка | ||
| Вид кладки | Кирпич одинарный щелевойКирпич утолщенный щелевой (полуторный)Кирпич двойной, поризованный 2,1 NFБлок керамический поризованный 4,5NFБлок керамический поризованный 9 NFБлок керамический поризованный 10,7 NFБлок керамический поризованный 14,3 NFКирпич полнотелый одинарныйКирпич лицевой пустотелый одинарныйКирпич лицевой пустотелый утолщенныйБлок газосиликатный 19*29*59Блок газосиликатный 20*29*59Блок газосиликатный 40*25*60Керамзитобетонные блокКерамзитобетонные перегородка | |
| Толщина кладки (м) | ||
| Толщина шва (раствора) (м) | ||
Чтобы рассчитать количество блоков на 1 квадратный метр стены, нужно разделить единицу на полученный результат, выраженный в кв. м.: 1 / 0,074 = 13,51. Округлив, мы получим цифру 14. Это количество блоков потребуется для сооружения 1 кв.м. стены здания. Далее умножаем 14 на площадь вашей стены, которую предполагается выложить, и получаем общее число блоков.
Размеры, формы и отделки бетонных блоков (CMU)
Бетонные блоки, также известные как блоки бетонной кладки или CMU, обеспечивают очень прочные структурные и неструктурные перегородки. Обычно они используются в качестве опорной стены, которая покрывается отделочным материалом или выставляется в утилитарных помещениях, таких как механические помещения или подвалы. Их можно покрасить, чтобы получить более чистую отделку, но они также производятся с другой отделкой, которая помогает улучшить эстетическое качество по сравнению с традиционным серым CMU.
Номинальные и фактические размеры
Как и кирпич, КМУ имеют фактические и номинальные размеры. Номинальный размер CMU равен фактическому размеру плюс ширина шва. Типичные швы из раствора CMU составляют 3/8 дюйма. Номинальный размер соответствует 4-дюймовой сетке, которой следуют другие строительные материалы. На приведенном ниже графике показана разница между номинальными и фактическими размерами.
Бетонный блок — номинальные и фактические размерыБетонный блок (CMU), размеры
Бетонные блоки для каменной кладки (БКМ) производятся в различных размерах.Их идентифицируют по глубине, т. Е. Толщине стены, которую они создают. Например, 6-дюймовый CMU имеет номинальную глубину 6 дюймов, а 10-дюймовый CMU — номинально 10 дюймов.
Бетонные блоки также бывают половинного размера, что помогает уменьшить необходимость резать блоки в поле по углам или по краям стен. Архитектор всегда должен пытаться проектировать здания, используя номинальные размеры с точностью до ближайшего полблока, чтобы уменьшить количество отходов и трудозатрат из-за резки блоков.
В следующей таблице указаны номинальные и фактические размеры бетонных блоков.Стандартными размерами являются 4, 6, 8, 10 и 12 дюймов, но некоторые производители предлагают другие размеры, не указанные ниже.
| CMU Размер | Номинальные размеры Д x В x Д | Фактические размеры Д x В x Д |
|---|---|---|
| 4 «CMU Full Block | 4 дюйма x 8 дюймов x 16 дюймов | 3 5/8 «x 7 5/8» x 15 5/8 « |
| 4-дюймовый полублок CMU | 4 дюйма x 8 дюймов x 8 дюймов | 3 5/8 «x 7 5/8» x 7 5/8 « |
| 6-дюймовый CMU Full Block | 6 дюймов x 8 дюймов x 16 дюймов | 5 5/8 «x 7 5/8» x 15 5/8 « |
| Полублок CMU 6 дюймов | 6 дюймов x 8 дюймов x 8 дюймов | 5 5/8 «x 7 5/8» x 7 5/8 « |
| 8-дюймовый CMU Full Block | 8 дюймов x 8 дюймов x 16 дюймов | 7 5/8 «x 7 5/8» x 15 5/8 « |
| 8-дюймовый полублок CMU | 8 дюймов x 8 дюймов x 8 дюймов | 7 5/8 «x 7 5/8» x 7 5/8 « |
| 10-дюймовый CMU Full Block | 10 дюймов x 8 дюймов x 16 дюймов | 9 5/8 «x 7 5/8» x 15 5/8 « |
| Полублок CMU 10 дюймов | 10 дюймов x 8 дюймов x 8 дюймов | 9 5/8 «x 7 5/8» x 7 5/8 « |
| 12-дюймовый CMU Full Block | 12 дюймов x 8 дюймов x 16 дюймов | 11 5/8 «x 7 5/8» x 15 5/8 « |
| 12-дюймовый полублок CMU | 12 дюймов x 8 дюймов x 8 дюймов | 11 5/8 «x 7 5/8» x 7 5/8 « |
Технические характеристики бетонной кладки (CMU)
ПроизводителиCMU должны соответствовать стандартам ASTM при изготовлении бетонных блоков.Стандарты определяют соответствующие материалы, прочность на сжатие, допуск по размерам, влагопоглощение и другие рабочие характеристики.
Бетонный кирпич изготавливается из бетона, подобного бетонному блоку, но бетонные кирпичи изготавливаются в размерах, соответствующих традиционным глиняным кирпичам (т.е. 2 2/3 дюйма в высоту).
Вес бетонных блоков различается в зависимости от плотности используемой бетонной смеси. Существует три классификации CMU: легкие (менее 105 фунтов / фут 3 ), среднего веса (от 105 фунтов / фут 3 до 125 фунтов / фут и нормальный вес (более 125 фунтов / фут 3 ). .Более легкие CMU менее дороги, требуют меньше труда для установки и, как правило, обладают лучшими характеристиками огнестойкости. Более тяжелые блоки имеют тенденцию к снижению передачи звука, имеют гораздо более высокую прочность на сжатие и большую теплоаккумулирующую способность; однако они более дорогие и их установка дороже. Архитекторы должны указать вес CMU, если требуется конкретный вес.
В следующей таблице представлены стандарты ASTM, применимые к бетонным кладкам. ASTM C90 охватывает большинство стандартных конструкций CMU и является стандартом, на который ссылаются коды ICC.
| ASTM Designtaion | Тип CMU |
|---|---|
| ATSM C55 | Бетонный кирпич |
| ASTM C73 | Кирпич облицовочный из силиката кальция |
| ASTM C90 | Несущие бетонные блоки |
| ASTM C139 | КМУ для строительства водосборных бассейнов и колодцев |
| ASTM C744 | Каменная кладка из предварительно обработанного бетона и силиката кальция |
| ASTM C936 | Бетонные блоки с монолитным замком |
| ASTM C1372 | Сегментные подпорные стенки |
Формы бетонных блоков (CMU)
Доступно почти бесконечное количество форм CMU.На изображениях ниже представлены наиболее распространенные формы, но вам следует уточнить у местного производителя CMU, нужны ли вам особые формы или отделка.
Отделка поверхности бетонной кладки (CMU)
Как и в случае с формами, существует большое количество вариантов отделки, поэтому вы можете сделать утилитарный серый бетонный блок более эстетичным. Обязательно встретитесь с вашим местным представителем CMU, чтобы узнать, какие типы отделки они предлагают и по какой цене.
Цветной CMU
Пигменты можно добавлять как в бетонный блок, так и в раствор.Это позволяет блоку и раствору смешиваться вместе или иметь резкий контраст. Имейте в виду, что цвет модулей CMU будет естественным, даже если они из одной производственной партии. Поэтому важно, чтобы архитектор рассмотрел не менее 3 образцов блоков, демонстрирующих ожидаемые цветовые вариации.
Если цвет должен быть однородным или точным, вы можете рассмотреть возможность окраски блока и раствора. Окраска обычно выполняется внутри, но может также выполняться на внешних поверхностях.Обязательно обратитесь к производителю CMU и поставщику краски, чтобы выбрать подходящую краску для вашей ситуации.
Застекленный КМУ
Glazed CMU имеет глазурованное покрытие, напоминающее плитку, с покрытием на основе смолы. Покрытие предлагает широкий выбор цветов, а также некоторые рисунки из искусственного материала. Эти поверхности могут обеспечивать повышенную устойчивость к граффити и химическим веществам. Застекленный CMU покрывается стандартом ASTM C744, но блоки по-прежнему должны соответствовать стандарту ASTM C90 для несущего CMU.
Расщепленный CMU
CMU с разъемной поверхностью изготавливается путем формования двух блоков бок о бок с последующим их механическим разделением после обжига. Это создает очень грубую текстуру, которая, по мнению некоторых, похожа на камень, тем более что агрегаты в блоке также расколоты или обнажены.
Ребристые или рифленые блоки (рисунок выше в разделе «Фигуры») также могут иметь отделку с разделенной поверхностью для добавления дополнительной текстуры.
Разъемный CMU снизу, гладкий CMU сверхуSoft-Split CMU
Soft-Split CMU изготавливается с использованием специальных форм, которые создают вид разделенной поверхности вместо механического разделения блоков.Эффект немного менее грубый, чем при расколотом покрытии. Кроме того, плесень означает, что агрегаты не обнажаются.
Вороненый или полированный CMU
Также называемый CMU с шлифованной поверхностью, бетонные блоки можно полировать или полировать, чтобы обнажить естественные заполнители в бетонной смеси. Важно работать с производителем, чтобы выбрать привлекательный заполнитель и протестировать процесс полировки, чтобы убедиться, что вы получите желаемый эстетический вид.
Пескоструйная обработка CMU
Пескоструйная очистка бетонных блоков каменной кладки также обнажает заполнитель, но также удаляет часть песка и цемента, чтобы создать более грубый вид.Некоторые люди считают, что это создает естественный вид выветривания вместо более гладкого вида полированного или полированного CMU.
Грабли ЦМУ
Рифленые (или бороздчатые) блоки имеют вертикальные передние отметки, нанесенные в процессе формования. Следы граблей не такие глубокие, как блоки с насечками или ребрами, указанные выше в разделе «Фигуры», но они добавляют привлекательной текстуре блоку. Вы также можете указать, что блоки с насечками или ребрами имеют дополнительный узор с граблями, применяемый для большей текстуры.
ТИПОВЫЕ РАЗМЕРЫ И ФОРМЫ БЕТОННЫХ БЛОКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Бетонная кладка — один из самых универсальных строительных продуктов, доступных из-за большого разнообразия внешнего вида, который может быть достигнут с использованием бетонных блоков. Бетонные блоки для каменной кладки производятся разных размеров, форм, цветов и текстур для достижения различных отделок и функций. Кроме того, из-за своей модульной природы различные бетонные блоки можно комбинировать в одной стене, чтобы добиться различий в текстуре, узоре и цвете.
Некоторые размеры и формы бетонной кладки считаются стандартными, в то время как другие популярны только в определенных регионах. Местные производители могут предоставить подробную информацию о конкретных продуктах или возможности производства нестандартных единиц.
РАЗМЕР УСТАНОВКИ
Как правило, бетонные блоки из каменной кладки имеют номинальные лицевые размеры 8 дюймов (203 мм) на 16 дюймов (406 мм) и имеют номинальную толщину 4, 6, 8, 10, 12, 14 и 16 дюймов.(102, 152, 203, 254, 305, 356 и 406 мм). Номинальные размеры относятся к размеру модуля для планирования схем склейки и модульной компоновки по отношению к дверным и оконным проемам. Указанные 3 размера бетонных блоков каменной кладки обычно на 3/8 дюйма (9,5 мм) меньше номинальных размеров, так что модуль 4 или 8 дюймов (102 3 или 203 мм) выдерживается с 3/8 дюйма (9,5 мм). ) растворные швы. На Рисунке 1 показаны номинальные и указанные размеры для номинального блока бетонной кладки 8 x 8 x 16 дюймов (203 x 203 x 406 мм).В дополнение к этим стандартным размерам у местных производителей бетонной кладки могут быть доступны блоки другой высоты, длины и толщины.
Стандартные технические условия для несущих бетонных блоков, ASTM C90 (ссылка 1) является наиболее часто используемым стандартом для бетонных блоков. ASTM C90 включает минимальную толщину лицевой оболочки и стенки для различных размеров бетонных блоков, как указано в таблице 1. Общие размеры блока (ширина, высота и длина) могут изменяться на ± 3/8 дюйма.(3,2 мм) от указанных размеров. При необходимости блоки могут изготавливаться с более жесткими допусками, чем те, которые предусмотрены ASTM C90. ASTM C90 также определяет разницу между пустотелыми и массивными бетонными каменными блоками. Чистая площадь поперечного сечения твердого блока составляет не менее 75% от общей площади поперечного сечения.
В дополнение к размерам блоков, указанным выше, бетонный кирпич, соответствующий стандарту ASTM C1634, Стандартные спецификации для облицовочного бетонного кирпича (ссылка 2), доступен в широком диапазоне номинальных длин и высот; обычно с номиналом 4 дюйма.(102 мм) ширина для облицовки. Бетонный кирпич может быть на 100% сплошным или полым, при условии, что площадь заполнителя кирпича не превышает 25% общей площади поперечного сечения.
Рисунок 1 — Номинальные и указанные размеры блока Таблица 1 —– Минимальные требования к лицевой оболочке и полотнуФОРМЫ УСТРОЙСТВА
Формы бетонных блоков были разработаны для широкого спектра применений.Некоторые общие конфигурации блоков показаны на Рисунке 2. Как правило, облицовочные панели и перемычки имеют конусность на бетонных блоках из каменной кладки. В зависимости от литейных форм, используемых при изготовлении узлов, торцевые оболочки и перемычки могут иметь конусообразную форму с раструбом на одном конце или могут иметь прямой конус сверху вниз. Конус обеспечивает более широкую поверхность для раствора и упрощает работу каменщику.
Узлы с открытым концом позволяют навинчивать узлы на арматурные стержни. Это избавляет от необходимости поднимать элементы поверх арматурного стержня или продевать арматуру через сердечники кладки после того, как стена будет построена.Связующие балки в бетонных стенах из кирпичной кладки могут быть размещены либо путем распиловки части стенок из стандартного блока, либо с помощью блоков связующих балок. Блоки из клееных балок производятся либо с уменьшенными перемычками, либо с «выбивными» перемычками, которые удаляются перед размещением блока в стене. В эти агрегаты легко помещается арматура горизонтальной соединительной балки. Блоки перемычки похожи на блоки связующей балки, за исключением того, что нижняя часть блока твердая, чтобы удерживать раствор на перемычке. Перемычки доступны с различной глубиной, чтобы выдерживать соответствующие нагрузки перемычки над дверными и оконными проемами.Блок створки имеет вертикальный паз, сформованный на одном конце для размещения оконной створки. Блок створки может быть уложен таким образом, чтобы канавки находились рядом друг с другом для размещения предварительно отформованной прокладки управляющего соединения. Универсальный или пропиленный блок содержит две близкорасположенные перемычки в центре, а не обычную одиночную перемычку. Это позволяет легко разделить блок на строительной площадке, получая два блока длиной 8 дюймов (203 мм), которые обычно используются рядом с проемами, на концах или в углу стены.
На рис. 3 показаны блоки, разработанные для конкретных настенных применений.Блоки управляющих шарниров изготавливаются с одним охватываемым и одним охватывающим концом для передачи поперечной нагрузки через управляющие соединения. Устройства с выпуклым носом доступны с одинарным или двойным выпуклым носом для смягчения углов. Блоки экрана доступны во многих размерах и рисунках (№ 4). Типичные области применения — внешние заборы, внутренние перегородки и проемы внутри бетонных каменных стен. Блоки со скошенным концом, образующие угол 45 ° с лицевой стороной блока, используются для формирования стен, пересекающихся под углом 135 °.Единицы в соседних рядах перекрываются, образуя непрерывный рисунок соединения в углу. Пилястры и колонны используются для легкого размещения стыка стена-колонна или стена-пилястра, обеспечивая пространство для вертикального армирования в центре полости.
Для повышения энергоэффективности разработаны различные блоки для каменной кладки. Эти блоки, примеры которых показаны на рисунке 4, могут иметь уменьшенные площади перемычек для уменьшения теплового потока через полотна. Веб-области можно уменьшить, уменьшив высоту или толщину полотна, уменьшив количество полотен или и то, и другое.Кроме того, внутреннюю лицевую оболочку блока можно сделать толще, чем типичная лицевая оболочка, для увеличения аккумулирования тепла и, следовательно, для дальнейшего повышения энергоэффективности. Изоляционные вставки также могут быть включены в стандартные бетонные блоки для повышения энергоэффективности.
Акустические блоки (Рис. 5) подавляют звук, улучшая, таким образом, характеристики шумоподавления внутреннего пространства. Акустические блоки часто используются в школах, на промышленных предприятиях, церквях и в аналогичных помещениях, где требуется улучшенная внутренняя акустика.
Рисунок 2 — Типичные блоки бетонной кладки Рисунок 3 — Специальное подразделение Sapes Рисунок 4 — Примеры блоков бетонной кладки, предназначенных для обеспечения энергоэффективности Рисунок 5 — Примеры акустических бетонных блоковОТДЕЛКА ПОВЕРХНОСТИ
Готовый внешний вид бетонной стены из каменной кладки может варьироваться в зависимости от размера блоков, формы блоков, цвета блоков и раствора, рисунка склеивания и отделки поверхности блоков.Описанные выше бетонные блоки различной формы и размера часто доступны с различной отделкой поверхности. Некоторые поверхности формуются в блоки в процессе производства, а другие наносятся отдельно.
Для получения дополнительной информации об архитектурной отделке поверхностей см. Архитектурные бетонные блоки TEK 2-3A (ссылка 5).
ОБОЗНАЧЕНИЯ
A nw = нормализованная веб-область, дюймы. 2 / фут 2 (мм 2 / м 2 )
t fs = Минимальная толщина лицевой оболочки, дюймы (мм)
t w = Минимальная толщина стенки, дюймы (мм)
W = Номинальная ширина блока, дюймы (мм)
Список литературы
- Стандартные спецификации
- для несущих бетонных блоков кладки, ASTM C90-16, ASTM International, 2016.
- Стандартные технические условия на облицовочный бетонный кирпич, ASTM C1634-15, ASTM International, 2015.
- Стандартные методы испытаний для отбора проб и испытаний бетонных блоков и связанных с ними блоков, ASTM C140 / C140M-16, ASTM International, 2016.
- Бетонные перегородки из каменной кладки, TEK 3-16A, Национальная ассоциация бетонных каменщиков, 2016.
- Architectural Concrete Masonry Units, TEK 2-3B, Национальная ассоциация бетонных кладок, 2017.
NCMA TEK 02-01B, доработка 2017 г.
Заявление об ограничении ответственности: Несмотря на то, что прилагаемая информация была максимально точной и полной, NCMA не несет ответственности за ошибки или упущения, возникшие в результате использования данного TEK.
Размеры кирпича: Стандартные Размеры кирпича
Дом кирпичный. ФОТО / ПРЕДСТАВЛЕНИЕКирпич — это небольшой четырехгранный блок, обычно сделанный из обожженной или высушенной на солнце глины и используемый при строительстве стен, проезжей части и других элементов каменной кладки.
Кирпичи изготавливаются путем смешивания глины с водой, песком, известью и несущим грунтом или другими бетонными материалами, а затем обжигом смеси в процессе изготовления кирпича. Это предполагает формование кирпича желаемой формы, а также сушку и обжиг кирпича.
В то время как форма кирпича важна, размеры кирпича имеют большее значение, поскольку материалы используются в различных типах строительства, каждый из которых требует определенных размеров материала.
Размеры кирпича — (указаны как длина x глубина x высота)
В разных странах производят кирпич разных размеров для различных целей:
Стандартные кирпичи
Точного кирпича стандартного размера не существует, поскольку размеры кирпичей меняются в зависимости от времени и места.Например, кирпич стандартного размера в Австралии (230 мм x 110 мм x 76 мм) полностью отличается от кирпича стандартного размера в Кении (225 мм x 110 мм x 75 мм).
Обычные размеры кирпича
Блоки: Блоки с размерами 440 мм x (варьируются) x 215 мм, изготавливаются из бетона или цемента и часто имеют полую сердцевину, чтобы сделать их легче и улучшить изоляцию. .
Модульный кирпич: Модульный кирпич размером 194 мм x 92 мм x 57 мм обычно используется для строительства жилых домов.
Королевские кирпичи: При размерах 244 мм x 79 мм x 70 мм кирпичи королевы немного меньше и дешевле модульных кирпичей.
Закрывающие кирпичи: Закрывающие кирпичи размером 194 мм x 92 мм x 92 мм используются для завершения конструкции стены, особенно по углам.
Норвежский кирпич: Норвежский кирпич размером 295 мм x 92 мм x 71 мм часто используется для строительства несущих стен.
Кирпичи Monarch: Кирпичи Monarch с размерами 397 мм x 92 мм x 92 мм представляют собой огромные блоки, которые в основном используются для возведения длинных участков стен.
Кирпич пустотелый.Кирпичи Double Monarch: Кирпичи Double Monarch с размерами 397 мм x 92 мм x 194 мм представляют собой усовершенствованную форму кирпичей Monarch, используемых для строительства более прочных участков стен.
Нормандский кирпич : Нормандский кирпич размером 295 мм x 92 мм x 57 мм представляет собой классический промышленный кирпич, используемый для строительства зданий. Они доступны в красном или белом цвете.
Часто задаваемые вопросы
Что такое процесс изготовления кирпичей?
Процесс изготовления кирпичей обычно включает подготовку глины, формование, сушку и обжиг блоков для их упрочнения.Строительный кирпич, в отличие от строительного камня, не требует отделки.
Какой размер кирпича стандартного размера?
Хотя действительно кирпича стандартного размера не существует, размеры «стандартного кирпича» составляют 190 мм x 90 мм x 90 мм. При толщине шва 10 мм размер составляет 200 мм x 100 мм x 100 мм.
Какой стандартный размер кирпича в США?
Стандартный размер кирпича в США составляет 203 мм × 92 мм × 57 мм, как рекомендовано Американским обществом испытаний и материалов.Однако обычно используется модульный кирпич 194 мм × 92 мм × 57 мм.
Какой стандартный размер кирпича в Великобритании?
Стандартный размер кирпича в Великобритании составляет 215 мм × 102,5 мм × 65 мм.
Какой стандартный размер кирпича в Индии?
Стандартный размер кирпича в Индии составляет 190 мм x 90 мм x 90 мм, как рекомендовано BIS.
Какой стандартный размер кирпича в Кении?
Стандартные размеры кирпича в Кении — 225 x 110 x 75 мм.При толщине шва 10 мм размеры в сумме составляют 235 мм x 120 мм x 85 мм.
Никогда не пропустите историю. Подпишитесь на нашу рассылку.
Читать дальше …Четырехмерные микро-строительные блоки | Science Advances
Abstract
Четырехмерная (4D) печать полагается на печать на нескольких материалах, узоры армирования или микро / нановолоконные добавки в качестве программируемых инструментов для достижения желаемых реконфигураций формы.Тем не менее, существующие подходы к программированию по-прежнему следуют так называемому принципу дизайна оригами для создания реконфигурируемых структур с помощью самосгибающихся двухмерных материалов, особенно в небольших масштабах. Здесь мы предлагаем программируемую модульную конструкцию, которая непосредственно создает трехмерные реконфигурируемые микроструктуры, способные выполнять сложные преобразования трехмерных форм в трехмерные путем сборки четырехмерных микростроительных блоков. Прямое лазерное письмо 4D используется для печати двухфотонно полимеризуемых, реагирующих на стимулы гидрогелей для создания строительных блоков в микрометровом масштабе.Параметры Денавита-Хартенберга (DH), используемые для определения кинематики манипулятора робота, представлены в качестве руководства по сборке микростроительных блоков и планированию трехмерного движения собранных блоков цепи. Наконец, с использованием параметров DH для управления движением различных собранных отсеков разработан и изготовлен напечатанный на 3D-принтере микромасштабный трансформатор, способный изменять свою форму от гоночного автомобиля до робота-гуманоида.
ВВЕДЕНИЕ
Системы изменения формы были разработаны и используются в широких областях, включая камуфляж ( 1 ), мягкие роботизированные приводы ( 2 — 5 ), системы слежения за солнцем ( 6 ) и биомедицинские устройства ( 7 — 10 ), чтобы облегчить контроль и восприятие при взаимодействии между машинами и их средой.Самоформирование из двумерных (2D) материалов имеет стандартную парадигму при создании машин трехмерного морфинга с помощью вычислительных конструкций оригами. Самоформование — это особенно уникальный и эффективный метод при создании небольших станков, поскольку он не зависит от ручного процесса сборки, а изменение формы может осуществляться по беспроводной сети ( 11 — 17 ). Исследователи также реализовали программируемые преобразования формы в 2D-материалах путем введения волокнистых микро- и наноархитектур ( 18 , 19 ), усиления наночастиц ( 20 — 23 ) или неоднородного сшивания ( 24 , ). 25 ) в реагирующие на раздражители гели или полимеры с памятью формы.Хотя оригами в основном может отображать любые трехмерные формы на сложные двухмерные чертежи, оно визуализирует машины оригами либо с плохими несущими конструкциями, либо с упругими мягкими структурами с ограниченной нагрузочной способностью ( 26 — 29 ).
Последние достижения в области 3D-печати наделили машины для прямой печати пространственно управляемыми механическими свойствами ( 30 — 34 ). Сложные методы печати из нескольких материалов, которые сочетают в себе материалы, реагирующие на раздражители, с различными свойствами и микро / нанодобавками, были разработаны для обеспечения программируемого изменения формы при 3D-печати ( 35 , 36 ).Однако существующие подходы к программированию унаследованы непосредственно от своих аналогов оригами. Таким образом, современные машины 3D-морфинга по-прежнему создаются посредством 3D-печати в плоских 2D-самосгибающихся структурах ( 37 , 38 ). Отсутствие программируемой парадигмы проектирования, характерной для 3D-печати, можно объяснить заметно возросшей вычислительной сложностью прямого и обратного проектов преобразований формы из 3D в 3D. Более того, анализ методом конечных элементов (FEA) ( 39 , 40 ), который долгое время был единственным инструментом, способным моделировать преобразования формы прямых 3D-печатных структур, является трудоемким процессом, особенно при анализе эволюции. сложной 3D-формы.Вычислительная нагрузка значительно возрастает по мере усложнения программируемых конструкций. Модульные конструкции в качестве альтернативы исследовались в реконфигурируемой робототехнике на протяжении десятилетий, чтобы обогатить морфологию, возможности и степени движения отдельных роботов ( 41 — 43 ). Было разработано несколько алгоритмов для автоматического создания конструкции сборки и планирования движения в модульных роботах ( 44 ). Однако алгоритмы модульного проектирования вряд ли применимы к малоразмерным машинам из-за фундаментальных различий в конструкции, изготовлении и принципах срабатывания.
В этой работе мы предлагаем программируемую модульную конструкцию морфинга, вдохновленную модульной робототехникой ( 41 — 44 ) и LEGO-подобными строительными блоками ( 45 ), чтобы облегчить проектирование сложных 3D-в-3D. преобразования формы в микроструктурах, напечатанных на 3D-принтере. Прямая лазерная запись 4D (4D DLW) с субмикронным разрешением ( 46 ) используется для создания множества микромасштабируемых строительных блоков с изменяющейся формой с использованием двухфотонного полимеризуемого гелевого предшественника, степень сшивки которого может модулироваться дозировкой лазера ( Инжир.1А). Пространственно и временно управляемая лазерная запись создает дифференциально сшитые полимерные сети, которые жизненно важны для разработки направления и величины преобразования формы в ответ на внешние стимулы, таким образом обеспечивая строительные блоки активно деформирующимися слоями, жесткими слоями и эластичными шарнирными соединениями. Модульная конструкция может реконструировать большие и сложные преобразования формы континуума путем сборки крошечных реплицированных строительных блоков с небольшими и простыми дискретными деформациями.Каждый строительный блок можно рассматривать как двигатель с ограниченным вращением, так что сборка строительных блоков напоминает роботизированную руку, движение которой может быть зафиксировано прямой кинематикой с использованием параметров Денавита-Хартенберга (DH). Параметры DH также дают нам рекомендации по сборке строительных блоков в 3D и планированию их движения в 3D. Метод FEA вводится для количественного изучения деформации каждого вида воспроизводимых строительных блоков. Этот анализ хорошо согласуется с экспериментальными результатами.Как только мы получаем контроль над отдельными строительными блоками с помощью FEA, параметры DH используются в качестве руководящих принципов проектирования для сборки различных строительных блоков и программирования трехмерного движения каждой собранной секции для обеспечения сложных преобразований из трехмерного изображения в трехмерное, что значительно снижает вычислительную нагрузку. .
Рис. 1 Пространственное и временное управление при прямой лазерной записи для обеспечения пространственно-контролируемых дифференциально сшитых полимерных сетей.( A ) Схема процесса печати с использованием системы DLW.Цветовая шкала мощности лазера (LP) колеблется от 10 до 40 мВт. ( B ) Механические характеристики печатного материала с изменяющейся мощностью лазера, в которых σ обозначает номинальное напряжение сжатия, а λ — соответствующий коэффициент растяжения. ( C ) Влияние мощности лазера на плотность сшивки Nv и параметр взаимодействия Флори (χ). ( D ) Цветочная микроструктура с запрограммированной чувствительностью для демонстрации контролируемой деформации. Внешние (пассивные) слои всех лепестков были напечатаны с мощностью лазера 40 мВт и скоростью сканирования 8 мм / с; внутренний (активный) слой каждого лепестка был напечатан с той же скоростью, но с постепенно увеличивающейся мощностью лазера.После полного обезвоживания трансформированные лепестки демонстрировали такую же кривизну изгиба, как и предсказанные методом FEA. Масштабная линейка 40 мкм.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
МКЭ для четырехмерных строительных блоков
В отличие от трехмерной печати, четырехмерная печать в значительной степени полагается на математику для решения сложных прямых и обратных задач. Успех 4D-печати зависит от того, насколько точны расчетные модели по сравнению с экспериментальными результатами. Как правило, точный FEA требует большой вычислительной нагрузки, и расхождение становится критической проблемой, когда моделируемая трехмерная модель становится более сложной.Чтобы решить эту проблему, мы предлагаем модульную конструкцию, в которой большую и сложную трехмерную структуру и ее преобразование формы можно реконструировать с помощью небольших дискретных строительных блоков. Эти строительные блоки следуют параметрам DH, которые определяют прямую и обратную кинематику собранных цепных блоков. Затем вводится метод FEA для изучения деформации каждого реплицированного строительного блока.
Здесь мы проводим МКЭ на основе теории Флори ( 47 ), в которой нам нужно только охарактеризовать механические свойства геля, полимеризованного с различной мощностью лазера в полностью набухшем состоянии.Другие свойства материала, такие как плотность сшивки и параметр взаимодействия Флори, наряду с эволюцией формы при различных условиях окружающей среды, могут быть впоследствии получены с помощью теории Флори. Сначала мы охарактеризуем соотношение напряжения и деформации полимеризованных гелей в зависимости от мощности лазера с помощью группы микромеханических испытаний на сжатие на месте (см. Раздел S1 и рис. S1). Этот тест проводился в щелочном растворе с pH ≈ 9, в котором образцы были полностью набухшими.На рис. 1В показана зависимость номинального напряжения сжатия от степени растяжения гелевых образцов с различными параметрами фотоотверждения. Наклон аппроксимирующих кривых напрямую связан с мощностью лазера, принятой во время фотополимеризации. Следуя работе Hong et al. ( 47 ) номинальное напряжение может быть выражено с помощью частной производной функции свободной энергии с поправками на преобразование Лежандра относительно градиента деформации, которая дает следующее (см. Разделы S2 и S3 для более подробной информации) vσijkT = Nv ( Fij − Hij) + [Jln (1−1J) + 1 + χJ − μkTJ] Hij (1) где σ ij — номинальное напряжение; F ij представляет градиент деформации; J = det F = λ 1 λ 2 λ 3 = 1 + vC — инвариант градиента деформации, где λ 1 , λ 2 и λ 3 обозначают растяжение полимера в трех основных направлениях соответственно; C — концентрация молекул растворителя; v — объем на молекулу; μ — химический потенциал; и H ij представляет собой обратное транспонирование градиента деформации.Здесь χ — параметр взаимодействия Флори, обозначающий степень смешения растворителя и полимера, величина которой зависит от температуры и концентрации полимера. Чтобы устранить сингулярность свободной энергии в формуле. 1, мы назначаем в качестве эталона состояние свободного набухания, а не сухое состояние. Таким образом, мы можем разумно предположить, что химический потенциал (μ) растворителя равен нулю, и уравнение. 1 можно вывести как Nv (λ0λ1′ − 1λ0λ1 ′) + λ02λ2′2ln (1−1λ03λ1′λ2 ′) + 1λ0λ1 ′ + Nv (λ02−1) + λ03ln (1−1λ03) + 1λ04λ1′2λ2′2 = λ02σ M (2) с M = kT / v и λ2′2 = λ1′2 − σ′λ0λ1 ′ / MNv, где λ 0 — растяжение, вызванное свободным набуханием.Для изотропной деформации со свободным набуханием λ 1 = λ 2 = λ 3 = λ 0 . Уравнение 2 представляет внутреннюю взаимосвязь между номинальным напряжением и растяжением, где переменные σ ‘ и λ1′ могут быть определены экспериментально из испытания на одноосное сжатие (рис. 1B). Впоследствии мы установили произведение N и v как безразмерный параметр Nv , который характеризует плотность сшивки геля.Мы обнаружили, что есть только два неизвестных параметра, Nv и λ 0 , в уравнении. 2, значения которого при различных параметрах отверждения можно оценить, подбирая уравнение. 2 с экспериментальными данными, полученными при испытаниях на одноосное сжатие. На рис. 1C представлены безразмерный параметр Nv и параметр взаимодействия Флори χ в зависимости от мощности лазера, изменяющейся от 20 до 40 мВт с постоянной скоростью сканирования. Nv неуклонно увеличивается и постепенно выходит на плато по мере приближения мощности лазера к ~ 30 мВт, что указывает на то, что гель полностью полимеризован и его плотность сшивания в конечном итоге становится постоянной.Точно так же параметр взаимодействия Флори χ постепенно увеличивается с увеличением мощности лазера и становится инвариантным, когда мощность лазера превышает 30 мВт. Это также означает, что взаимодействие при перемешивании между растворителем и полимером постепенно становится стабильным.
После получения характеристик материала мы провели моделирование методом конечных элементов на основе коммерческого программного обеспечения Abaqus (Abaqus / CAE 2016, Dassault Systèmes S.A., Франция), чтобы предсказать эволюцию формы 3D-печатных структур с различным химическим потенциалом.Мы использовали формулу. 1 для описания деформации гелей в растворителях с разными химическими потенциалами. Nv и χ с различной мощностью лазера были импортированы в моделирование для определения механических свойств гелей. Чтобы проверить точность нашего предсказания методом конечных элементов морфинга формы печатных структур, был спроектирован микроцветок, состоящий из 10 двухслойных лепестков (рис. 1D), каждый из которых был закодирован с помощью различных дозировок лазера для обеспечения различной кривизны морфинга. и протестирован в различных средах на разбухание и усадку.Печатная структура осталась неизменной при набухании в щелочном растворе, хотя в кислотном растворе она значительно уменьшилась. Таким образом, усадка в кислотном растворе является доминирующей движущей силой, используемой в этой работе для деформации печатных строительных блоков. Кроме того, предлагаемый FEA может даже захватывать форму, когда он полностью обезвоживается на воздухе (рис. 1D). В следующих разделах мы сосредоточимся на деформации печатных структур, вызванной усадкой при снижении значений pH окружающей среды.
Стратегии конструирования строительных блоков
Представьте себе, что произвольная трехмерная структура представлена как модульная конструкция, созданная путем сборки множества реплицированных трехмерных печатных строительных блоков, подобных LEGO. Следуя этой концепции, мы можем представить реконфигурируемую архитектуру как модульную морфирующую систему, состоящую из различных деформируемых строительных блоков 4D (рис. 2A). Строительные блоки 4D можно просто рассматривать как кубическую ячейку с двухслойной конфигурацией, включающей активный и пассивный материал.Гетеродислойная конфигурация изгибается в направлении активного слоя по мере усадки активного материала. Чтобы еще больше улучшить деформируемость и программируемость строительных блоков 4D, мы представляем шарнирный механизм, основанный на неоднородности сверхвысокой точности 4D DLW. Шарнирно-сочлененные микро-строительные блоки состоят из нескольких тонких двойных слоев, состоящих из активного и пассивного слоев, податливых шарниров и жестких опор в едином строительном блоке. Податливые соединения облегчают деформацию, вызываемую активными слоями, и увеличивают степень свободы морфинга.На рис. 2В показана расчетная кривизна изгиба обычных четырехмерных строительных блоков и шарнирных четырехмерных микро-строительных блоков с различным соотношением толщин ( м ) между их активным и пассивным слоями. Кривизна изгиба шарнирного соединения как минимум в два раза больше, чем у обычного (см. Раздел S3). На рисунке 2C также показано, что кривизну изгиба шарнирных микростроительных блоков можно точно настроить, изменяя их соотношение гибкости ( b , ширина к высоте) и мощность лазера на активном слое (фиг.S2 и S3). Благодаря пространственно и временно контролируемой плотности сшивки в печатном материале степени свободы преобразования шарнирных строительных блоков могут быть дополнительно увеличены путем изменения пространственного расположения активных и пассивных слоев, а также шарнирных соединений. Несколько вариантов шарнирных строительных блоков показаны на рис. 2D, показывая, что наличие шарнирных соединений может привести к совершенно другой форме.
Инжир.2 Эволюция 3D-печатных строительных блоков.( A ) Микростроительные блоки 4D эволюционируют от обычных статических строительных блоков, напечатанных на 3D-принтере, до деформируемых строительных блоков и, далее, в шарнирные строительные блоки благодаря развитию активных материалов и методов микрообработки. Усадка активного слоя в основном вызывает деформацию при снижении pH растворителя, что заставляет двухслойные структуры изгибаться к активному слою. ( B ) Влияние отношения толщины между активным слоем и пассивным слоем ( м ) на кривизну изгиба (κ), указывая на то, что шарнирные строительные блоки деформируются больше, чем обычные двухслойные строительные блоки.( C ) Кривизна изгиба шарнирных строительных блоков точно настраивается путем изменения коэффициента гибкости ( b ′) между шириной и высотой блоков и параметрами лазера между активным и пассивным слоями. ( D ) Различные моделируемые режимы преобразования формы шарнирных строительных блоков путем изменения пространственного расположения двухслойных механизмов и податливых шарнирных соединений.
Правила сборки и планирования движения модульной системы
Принимая во внимание общую жесткость конструкции, свободу сборки и программируемость четырехмерных микростроительных блоков, мы также представляем восьмиугольный призматический микроцилиндр в качестве основных строительных блоков для создания большего и более крупного объекта. сложная морфируемая модульная система, которая следует принципу суперпозиции.На виде сбоку на фиг. 3A мы можем видеть, что восьмиугольный призматический строительный блок состоит из пары активных слоев и шарнирных соединений, а также трех пар пассивных слоев. Его трехмерную конфигурацию можно рассматривать как выдавливание вида сбоку в нормальном направлении. Деформация одного призматического строительного блока также моделируется методом FEA. Усадка строительного блока вызывает вращательное движение в собранных цепных блоках, как показано на фиг. 3В. Каждый строительный блок можно рассматривать как поворотное соединение, соединяющееся с другим звеном (опорой).Сборка нескольких строительных блоков напоминает роботизированную руку для создания желаемых трехмерных движений. Движение собранных цепей с ограниченным количеством строительных блоков также может быть хорошо оценено методом FEA, что хорошо согласуется с экспериментальными результатами. Однако FEA не может уловить сложное движение, создаваемое сборкой большого количества ( n > 60) строительных блоков, поскольку численные результаты имеют тенденцию к расхождению. Чтобы решить эту проблему, мы вводим параметры DH, которые используются для расчета преобразований формы роботизированной руки, состоящей из нескольких шарниров и жестких стержней.Параметры DH следуют принципу суперпозиции и описывают любые сложные преобразования только с четырьмя физическими параметрами в закрытой аналитической форме ( 48 , 49 ). Уравнения кинематики для последовательной цепи модульной системы получаются с использованием преобразования [ Z ] для характеристики относительного перемещения, разрешенного в каждом соединении, и отдельного преобразования [ X ] для определения размеров каждого звена. Результатом является последовательность преобразований, которые чередуют преобразования суставов и звеньев от основания цепи к ее конечному звену, которое приравнивается к указанной позиции для конечного звена [T] = [Z1] [X1] [Z2] [X2] ] ⋯ [Zn-1] [Xn-1] (3) где T — преобразование, определяющее конечное звено последнего строительного блока.Это соглашение позиционирует соединительную раму таким образом, чтобы она состояла из винтового смещения по оси Z [Zi] = Transzi (di) Rotzi (θzi) (4), и это позиционирует соединительную раму таким образом, чтобы она состояла из винтового смещения вдоль ось X [Xi] = Transxi (Ri, i + 1) Rotxi (αi, i + 1) (5), где θ z i , d i , R i и α i , i + 1 известны как параметры DH (см. Раздел S4).Эти параметры могут быть реализованы в нашей модульной системе морфинга. Они определяют правила сборки и планирования движения строительных блоков, показанных на рис. 3 (от B до E). На рис. 3 (B и C) показано смоделированное вращательное движение пяти собранных строительных блоков, закодированных с различными θ z и R . Эти строительные блоки соединены друг с другом с помощью жесткого стержня, чтобы избежать взаимодействия деформаций между каждым строительным блоком, обеспечивая справедливость принципа суперпозиции.Амплитуда и ориентация каждого строительного блока, вращающегося вокруг оси Z , определяются (θ z i ) и могут контролироваться путем изменения плотности мощности лазера и пространственного расположения внутренних активных слоев соответственно. На рисунке 3D показан каждый строительный блок, собранный со смещениями ( d i ) вдоль противоположной оси Z. Следовательно, рис. 3, B и D вместе представляют смещение винта вдоль оси Z , напоминая формулу.4, в то время как смещение другого винта по оси X реализуется в комбинации фиг. 3, C и E. На фиг. 3C показано, что соединение поворотных соединений с неактивными строительными блоками может увеличить радиус вращения ( R i , i + 1 ) по оси X . Между тем, на рис. 3E показаны строительные блоки, собранные с углами (α i , i + 1 ), вращающимися вокруг оси X , измеренной от предыдущей оси Z к новой оси Z .Эти четыре параметра вместе определяют правила трехмерного преобразования и сборки предлагаемых модульных систем.
Рис. 3 Принцип построения и правила сборки модульной системы с помощью моделирования методом конечных элементов.( A ) Схема и расчетная геометрия шарнирных строительных блоков, основная структура которых представляет собой восьмиугольный призматический полый цилиндр, состоящий из пар активных слоев, пассивных слоев и шарнирных соединений. ( B ) Вращательная деформация, вызванная усадкой активных слоев.Каждый строительный блок можно рассматривать как комбинацию вращающегося шарнира и жесткого стержня, напоминающего манипулятор робота. ( C — E ) Схемы вращательных движений с контролируемой амплитудой и ориентацией, обеспечиваемые сборкой различных предварительно запрограммированных строительных блоков. (B), (C), (D) и (E) определяют, как четыре параметра DH θ, R , d и α реализуются в наших модульных строительных блоках соответственно. FEA предоставляет средства для количественной сборки сложной модульной системы.
Обратная и прямая конструкция модульных систем
Если задана произвольная трехмерная форма в качестве цели, мы можем преобразовать ее в дискретный аналог, состоящий из конечного числа соединений. Затем мы можем получить параметры DH с помощью обратной кинематики и построить преобразование формы между целевым и первоначально собранными строительными блоками с помощью уравнения. 3 (см. Рис. 4A, рис. S5 и раздел S4 для получения более подробной информации). Например, рассмотрите форму волны как целевую форму и первоначально собранную конструкцию в форме рулона.Параметры DH позволяют найти преобразование между формой волны и формой валка. Здесь θ z — единственный переменный параметр, связывающий волну и качение, и мы кодируем этот параметр в рулон, чтобы он трансформировался из формы рулона в форму волны. Жизненно важно, чтобы количество дискретных стыков мишени было таким же, как количество строительных блоков в собранной конструкции. На рисунке 4B показаны экспериментальные результаты с геометрически идентичными плоскими полосами, которые состоят из 60 строительных блоков, закодированных с различными θ z , d и R , которые могут трансформироваться в различные целевые формы, а именно соты, рулоны и волна [см. рис.4B (с I по III) и фильмы с S1 по S6]. Их обратные параметры (θ z ) представлены в таблицах S1 и S2.
Рис. 4 Обратный и прямой дизайн морфируемых модульных систем.( A ) Нахождение обратной задачи для программирования структуры, которая принимает желаемую форму. Учитывая произвольную форму, такую как волна, модульная конструкция преобразует ее в дискретный аналог с конечным числом соединений, а затем получает параметры DH. Модульная система затем создает преобразование формы между заданной формой волны и конфигурацией собранного валка путем кодирования перевернутого θ z в валок, чтобы он трансформировался в форму волны.На изображении обратной конструкции рулона, закодированного разными цветами, сплошные кружки указывают, что θ z является положительным, а полые кружки указывают, что θ z отрицательно. ( B ) Оптические изображения собранных строительных блоков, закодированные с различными параметрами DH.
Как правило, обратная конструкция может быть изменена на прямую. Однако в случае с очками обратная сторона обратной конструкции отличается от ее передней конструкции.Обратите внимание, что если на пути преобразования формы происходит столкновение, то прямая кинематика не может зафиксировать преобразование. Мы показываем, что плоская полоса, состоящая из всех строительных блоков, закодированных с одним и тем же θ z , также может трансформироваться в форму очков, в которых создаются два круга с одинаковой кривизной, без обратной схемы (рис. 4B, IV). На рис. 4B (V и VI) показаны экспериментальные результаты смещения винта по оси Z с изменением d i и θ z в каждом строительном блоке, которые могут быть зафиксированы уравнением.4. Добавив в сборку постоянное смещение оси Z ( d i ), очки можно преобразовать в спиралевидные, и форма рулона станет спиральной.
Используя три параметра ( R , d и θ z ), как показано на рисунке 4, мы получаем контроль над прямой и обратной задачами относительно простых модульных структур (1D и 2D сборка и одиночная свобода вращения). Кроме того, назначая четвертый параметр α для включения трехмерной сборки, мы можем создавать сложные трехмерные структуры, закодированные с помощью более сложных преобразований формы из трехмерного в трехмерное.Следуя конструктивному принципу прямой кинематики, представленному на рис. 3, мы дополнительно разработали преобразователь микрометрового масштаба путем трехмерной сборки и трехмерного планирования движения четырехмерных строительных блоков (рис. 5A) и напечатали его с помощью 4D DLW (рис. 5B). ). Разработаны пять основных функциональных частей, включая шею (I), плечо (II), руки (III), позвоночник (IV) и ноги (V), и их соединения описаны на рис. 5C. Преобразования каждого отсека можно зафиксировать отдельно с помощью ряда параметров DH, показанных на рис.5D. Мы выбрали этот преобразователь в качестве демонстрации, потому что он использует комбинацию нескольких уникальных преобразований, чтобы понять изменение формы между гоночным автомобилем и гуманоидным роботом (рис. 5E).
Рис. 5 Трехмерная сборка четырехмерных строительных блоков для построения трансформатора микрометрового масштаба.( A ) Компьютерная модель микромасштабного гоночного автомобиля в соответствии с предлагаемым правилом сборки. Розовый цвет обозначает жесткие и недеформируемые компоненты.( B ) 4D DLW проектирование и изготовление сконструированного гоночного автомобиля. ( C ) Подробное описание соединений пяти основных частей: шеи, плеч, рук, позвоночника и ног. ( D ) Запрограммированная деформация каждого отсека, закодированная с определенными параметрами DH. ( E ) Последовательные оптические изображения, показывающие процесс преобразования формы из 3D в 3D микромасштабного преобразователя из гоночного автомобиля в робота-гуманоида. Синяя стрелка обозначает направление диффузии потока кислой жидкости.
Насколько нам известно, это первый раз, когда был создан трансформатор, который автоматически меняет свою форму и встает в таком маленьком масштабе (см. Фильм S7).Однако одна из основных проблем при проектировании трансформатора — обеспечить одновременное преобразование каждого компонента. Особенно важно иметь рациональный дизайн, чтобы каждый компонент не мешал другим, чтобы обеспечить желаемое преобразование формы. По этой причине микромасштабный трансформатор, показанный на рис. 5, выглядит слишком упрощенным по сравнению с его крупномасштабными аналогами. Реальные четырехмерные печатные структуры, в которых временное измерение также может быть закодировано во время печати, в значительной степени облегчили бы реконфигурируемые конструкции в виде различных отсеков, которые могут последовательно преобразовываться в желаемом порядке.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мы предложили программируемую модульную конструкцию, основанную на сборке микростроительных блоков 4D, чтобы облегчить сложные прямые и обратные задачи 4D печати. Модульная конструкция позволяет реконструировать большие и сложные трехмерные структуры и преобразовывать их формы с помощью трехмерной сборки реплицированных четырехмерных строительных блоков, закодированных с небольшими дискретными деформациями. Прямая кинематика и параметры DH используются для предоставления рекомендаций по сборке и фиксации преобразований формы.FEA прогнозирует изменение формы каждого строительного блока без учета всей конструкции. Это заметно снижает вычислительную сложность. Мы продемонстрировали, что микромасштабный трансформатор, способный к сложным трехмерным преобразованиям формы, может быть разработан и изготовлен с использованием четырех параметров DH и одноэтапного изготовления DLW в фотореактивных гидрогелях. Мы ожидаем, что предлагаемая модульная конструкция, которая напоминает прямую и обратную кинематику манипулятора робота, проложит путь к упрощению проектирования сложной прямой 4D-печати.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Синтез предшественников геля
В типичной процедуре N -изопропилакриламид (NIPAAm; 98%) и акриловая кислота (AAc; 99%) служили функциональными мономерами геля, реагирующего на раздражители, и добавляли к раствору этиллактата (EL; 98%) и интенсивно перемешивали в течение 30 мин. Поливинилпирролидон (ПВП; средняя молекулярная масса ~ 1300000) был добавлен для регулирования вязкости фоторезиста, чтобы предотвратить структурный коллапс и сдвиг во время создания сложных трехмерных архитектур.После полного растворения вышеуказанный раствор, дипентаэритритпентаакрилат (DPEPA; 98%) сшивающий агент, триэтаноламин (TEA; 99%) фотосенсибилизатор и 4,4′-бис (диэтиламино) бензофенон (EMK; 97%) / N Раствор фотоинициатора , N -диметилформамида (ДМФ; 99,5%) (20 мас.%) Смешивали и перемешивали в течение 2 часов с получением гомогенного и прозрачного предшественника геля. Фоторезист перед использованием хранился в условиях отсутствия окружающего ультрафиолетового света. NIPAAm, AAc, EL, PVP, DMF и TEA были закуплены у Aladdin Chemicals.EMK был получен от Reading Chemical Technology (Shanghai) Co. Ltd. DPEPA был предоставлен American Barki Chemical Inc. Все химические вещества использовались без дополнительной очистки.
Процедуры 4D μ-печати
Перед печатью квадратную подложку из боросиликатного стекла (22 мм на 22 мм, толщиной от 0,13 до 0,17 мм; Thermo Fisher Scientific Inc.) очищали ацетоном, изопропиловым спиртом (IPA) и деионизировали. водой и сушили в атмосфере азота перед тем, как поместить в печь при 120 ° C на 20 мин.После охлаждения до комнатной температуры поверхность была модифицирована с помощью кислородной плазмы для получения напечатанной микроструктуры с хорошей адгезией. Прекурсор геля капали на предметное стекло, на котором микроструктура была напечатана с помощью имеющейся в продаже системы трехмерной лазерной литографии (Photonic Professional GT, Nanoscribe GmbH) с масляно-иммерсионным объективом с числовой апертурой (NA) 63 × 1,4. Во время изготовления мощность лазера (от 0 до 50 мВт) с длиной волны 780 нм и скоростью сканирования (от 0 до 100 мм / с) были запрограммированы для сшивания материалов с различной плотностью.После печати образцы проявляли IPA в течение 30 минут и дважды промывали свежим IPA с последующим погружением в сверхчистую воду.
МКЭ и компьютерное проектирование
Мы провели МКЭ для моделирования реакции микроструктур, напечатанных в формате 4D, на различные стимулы, как указано в основном тексте. Вкратце, мы построили трехмерные модели этих микроструктур и сгенерировали сетки конечных элементов с типом элемента C3D8H (восьмиузловой линейный кирпич, гибридный) с помощью программного обеспечения Abaqus (Dassault Systèmes S.A., Франция) для проведения анализа с помощью численного моделирования. Мы использовали теоретическую модель Хонга и соавторов ( 47 ), чтобы охарактеризовать деформацию гелевых материалов в различных растворителях с химическим потенциалом, в которой параметры Nv и χ были определены с помощью экспериментально подобранных кривых данных, как показано на рис. 1С. Фактически, мы ввели в Abaqus определяемую пользователем подпрограмму гиперупругих материалов (UHYPER) для определения механических свойств микроструктур на основе геля при различных дозах воздействия и предположили, что безразмерные параметры представляют собой нулевой химический потенциал.Во всех численных моделированиях мы игнорировали влияние силы тяжести, потому что плотность геля в набухшем состоянии была очень близка к плотности воды или других растворов, которые мы использовали в экспериментах. Точно так же мы выполнили компьютерный дизайн на основе FEA, чтобы охарактеризовать морфологические изменения микроструктур перед печатью. Варьируя μ, мы можем моделировать изменение формы при различных значениях pH. Как упоминалось ранее, мы указали μ = 0, когда печатные структуры находятся в полностью набухшем состоянии и pH ≈ 9.Сравнивая результаты FEA с экспериментами, мы получили, что μ = — 2, когда печатные структуры находятся в полностью усадочном состоянии (в кислотных растворителях с pH ≈ 6).
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Дополнительные материалы к этой статье доступны по адресу http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/6/3/eaav8219/DC1
Раздел S1. Испытания на набухание, усадку и механические свойства печатных материалов
Раздел S2. Теоретическое моделирование и определение параметров
Раздел S3.Сравнение деформации обычных и шарнирных строительных блоков
Раздел S4. Обратная конструкция
Рис. S1. Характеристика набухания, усадки и механических свойств гелевых материалов.
Рис. S2. Схематические кривизны различных стратегий 4D-печати и геометрических размеров.
Рис. S3. Концепции дизайна и формы деформации двух стратегий 4D-печати.
Рис. S4. Сравнение экспериментальных результатов спиральных строительных блоков и моделирования методом конечных элементов.
Рис. S5. Обратный дизайн на основе микростроительных блоков 4D.
Таблица S1. Параметры угла поворота при преобразовании сот в волну.
Таблица S2. Параметры угла поворота спирально-волнового преобразования.
Фильм S1. Модульная система морфинга, состоящая из 60 строительных блоков, закодированных в сотовые формы.
Фильм S2. Модульная система морфинга, состоящая из 60 строительных блоков, закодированных в формы рулона.
Фильм S3. Модульная система морфинга, состоящая из 60 строительных блоков, закодированных в формы волн.
Фильм S4. Модульная система морфинга, состоящая из 60 строительных блоков, закодированных в формы очков.
Фильм S5. Модульная система морфинга, состоящая из 60 строительных блоков, закодированных в спиральные формы.
Фильм S6. Модульная система морфинга, состоящая из 60 строительных блоков, закодированных в спиральные формы.
Фильм S7. Трансформатор собран из микростроительных блоков 4D.
Ссылки ( 50 — 52 )
Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons с атрибуцией авторства, которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что в результате используется , а не для коммерческой выгоды и при условии правильного цитирования оригинальной работы.
Благодарности: Мы благодарим Q.W. Чао и С. Lv за их проницательные комментарии и предложения по редактированию этой статьи. Мы также благодарим W. Cui из Nanoscribe GmbH (Китай) и F. Qiu из FemtoTools AG за техническую поддержку. Финансирование: Эта работа финансировалась Национальным фондом естественных наук Китая в рамках гранта №№. 91848201, 11988102, 11521202, 11702003, 11802004 и 11872004; Пекинским фондом естественных наук в рамках гранта № L172002; и Гонконгским советом по исследовательским грантам (RGC) в рамках гранта №JLFS / E-402/18. Вклад авторов: T.-Y.H., H.-W.H. и H.L.D. задумал идею и разработал исследование. T.-Y.H. и H.L.D. построили экспериментальную площадку. T.-Y.H., D.D.J. и Q.Y.C. разработал 4D μ-печать, основанную на прямом лазерном письме. T.-Y.H., H.-W.H., Q.Y.C., D.D.J. и L.Z. провели исследование и проанализировали данные. Q.Y.C. и J.Y.H. сформулирована и реализована вычислительная модель. H.-W.H., T.-Y.H. и H.L.D. написал статью при участии всех авторов. Конкурирующие интересы: T.-Y.H., H.L.D. и D.D.J. являются изобретателями по заявке на патент, связанной с этой работой, поданной Пекинским университетом (CN201810153284.6, поданной 14 февраля 2018 г.). T.-Y.H. и H.L.D. являются изобретателями по патенту, связанному с этой работой, поданному Пекинским университетом (201810151527.2, подана 14 февраля 2018 г.). Авторы заявляют об отсутствии другого конфликта интересов. Доступность данных и материалов : Все данные, необходимые для оценки выводов в документе, представлены в документе и / или дополнительных материалах.Дополнительные данные, относящиеся к этой статье, могут быть запрошены у авторов.
- Copyright © 2020 Авторы, некоторые права защищены; эксклюзивный лицензиат Американской ассоциации содействия развитию науки. Нет претензий к оригинальным работам правительства США. Распространяется по некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (CC BY-NC).
Строительные материалы для фундаментных блоков | Руководства по дому
Блочный фундамент должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать вес дома или другой конструкции.Фундаментная стена состоит из трех важных частей — блоков, лежащих под почвой, блоков, которые возвышаются над ними, и основания, на котором опирается вся стена. Каменщики используют разные типы строительного раствора и блоков в зависимости от того, будет стена ниже или выше уровня земли. Местные нормы определяют минимальную ширину стены, свойства фундамента и необходимое количество арматуры.
Размеры блоков
Стандартные стеновые блоки размером 8 на 8 на 16 дюймов с двумя плоскими сторонами, двумя вертикальными полыми сердечниками и зубчатыми концами.При измерении длина блока составляет чуть менее 16 дюймов, чтобы уложить шов на 3/8 дюйма. Угловые блоки имеют три плоские стороны, что придает углам законченный вид. Блоки половинной ширины — 8 на 8 на 8 дюймов — доступны с двумя плоскими сторонами или тремя плоскими сторонами для бокового и углового размещения соответственно.
Типы блоков и строительного раствора
Для фундамента необходимы блоки с высокой устойчивостью к сжатию, когда часть стены будет находиться ниже уровня земли. Они продаются как блоки «невысокого качества».Поскольку долговечность раствора также должна увеличиваться, раствор типа S или типа M используется в нижних слоях грунта. Если стена только надземная, можно использовать раствор Типа N. Для фундаментных стен, которые обычно несут вес, избегайте использования раствора типа O, который приемлем только для стен, которые не являются несущими.
Материалы для опор
Блочные стены требуют устойчивых опор для предотвращения смещения. Стандартные минимальные опоры как минимум в два раза превышают ширину блочной стены. Для 8-дюймовой стены обычно требуется бетонная опора шириной не менее 16 дюймов.Весовые нагрузки варьируются от конструкции к конструкции, поэтому инженер-строитель должен изучить планы стен и фундаментов до начала строительства. Двухэтажный дом требует большей опоры, чем небольшой одноэтажный дом. Фундаменты должны содержать арматуру, обеспечиваемую вставкой стальных стержней арматуры в сетку. Дополнительные стержни, вставленные в верхнюю часть фундамента, пока бетон еще влажный, входят в полые стержни блоков.
Материалы для армирования стен
Стены из фундаментных блоков зависят от заполненных сердечников для обеспечения структурной целостности.Местные строительные нормы и правила определяют, сколько арматуры необходимо, но, как правило, армирование требует заполнения минимального количества пустотных стержней гравием, типами, раствором S, N или M или заливным бетоном. В стержнях, содержащих стержни арматуры, необходим бетон или раствор.
Ссылки
Писатель Биография
Гленда Тейлор — подрядчик и писатель, специализирующийся на строительных работах. Ей также нравится писать статьи о бизнесе и финансах, о еде и напитках, а также о домашних животных.Ее образование включает маркетинг и степень бакалавра журналистики Канзасского университета.
Стандартные блоки | Поставщик стандартных блоков
Описание
Roadstone производит самый широкий ассортимент стандартных блоков в Ирландии из заполнителей высочайшего качества, произведенных на наших собственных карьерах. Стандартные блоки на протяжении десятилетий были опорой современных строительных технологий в Ирландии.
Характеристики- Доступен с высокой прочностью на сжатие
- Класс A1 — огнестойкость
- Отличная звукоизоляция
- Низкая теплопроводность и высокая теплоемкость
- Долговечность
- Экологичный производственный процесс
- Обширный ассортимент полнотелых и полых блоков
- Стандартные размеры — метрические 450 мм и модульные 400 мм
- Широкий выбор аксессуаров
- Произведено в национальном масштабе
- Возможна техническая консультация по продукту
- Экономичный
Технические характеристики
Стандартные блоки доступны как в метрических, так и в модульных размерах и подходят для оштукатуривания.
Стандартные бетонные блоки- I.S. EN ISO 9001: 2000 система менеджмента качества
- И.С. EN 771-3: 2011 Технические условия для блоков каменной кладки — Часть 3: заполнители бетонных блоков с использованием NSAI, Система 2+ Сертификат заводского контроля производства Продукция
- Roadstone также соответствует законодательным требованиям соответствующих разделов Строительных норм Ирландии 2014 г.
- 450 мм Диапазон 100 мм / 140 мм / 215 мм
- 400 мм Диапазон 90 мм / 190 мм
- Quoins, полость, доводчик, перемычки, соединительные балки
- Полный ассортимент форм и размеров Forticrete может быть изготовлен по заказу
- Доступно для I.S. EN772-1 FM сухой
- Группа 1 (сплошная) 7,5 Н / мм² 13 Н / мм² и 18 Н / мм²
- Группа 2 (полость) 4,5 Н / мм² 5 Н / мм² и 13 Н / мм²
- Еврокод 6 — I.S. Стандарт EN 1996 «Проектирование каменных конструкций — Часть 1-2: Общие правила — Конструктивное противопожарное проектирование» определяет методы и расчеты для определения огнестойкости стен из бетонных блоков. Таблица N.B3.1 — Таблица N.B3.6 приложения A. Блоки Roadstone имеют класс огнестойкости
- И.S. EN 1745 Кладка и изделия из кирпича. Методы определения расчетных тепловых значений. стол А3
- Типичное значение термического сопротивления «R» сплошного блока 100 мм = 0,084 (м²K / Вт)
- Типичное значение термического сопротивления «R» блока полости 215 мм = 0,210 (м²K / Вт)
Типы и размеры бетонных блоков — CEMEX USA
Щелкните здесь, чтобы загрузить нашу презентацию Concrete Block 101
Традиция здравого смысла
Качественные архитекторы и строители в течение многих лет использовали бетонные блоки для каменной кладки при строительстве домов, школ, промышленных зданий и муниципальных сооружений.Есть несколько «здравых» причин для использования бетонных блоков в любой конструкции.
Экономика Стены из готовых бетонных блоков имеют очень конкурентоспособную цену по сравнению с другими строительными материалами. Бетонные блоки не требуют трудоемкой формовки или крепления, что снижает трудозатраты на возведение стены. Стены из бетонных блоков обеспечивают отличную устойчивость к повреждениям без дополнительных затрат на защитные устройства.
Долговечность Бетонные блоки не ржавеют, не гниют, не гниют и не являются домом для вредных насекомых, как другие строительные материалы.Когда вы используете бетонные блоки для дома, офиса или бизнеса, вам не нужно беспокоиться об ухудшении и / или ослаблении фундамента или стен.
Универсальность Бетонные блоки позволяют легко встраивать двери, окна, кирпичные выступы и углы под любым углом в конструкцию здания. Если изменения вносятся в конструкцию конструкции во время или после строительства, бетонные блоки могут быть удалены или добавлены легче, чем многие другие типы строительства.
Environmentally Friendly Бетонные блоки — экологически безопасный продукт. Они не содержат никаких материалов, опасных для окружающей среды, а конструкция из бетонных блоков помогает снизить нагрузку на наши лесные угодья.
Beauty Бетонные блоки могут придавать зданию различный вид. Архитектурные элементы могут использоваться для придания текстуры и / или цвета внешнему виду здания. Шлифованные лицевые панели обеспечивают красивую, но очень гладкую поверхность, которую можно использовать как для наружных, так и для внутренних работ.На бетонные блоки также можно легко нанести штукатурку, краску или морилку, чтобы получить множество других текстур и цветов.
Противопожарные бетонные блоки обеспечивают лучшую и наиболее долгосрочную противопожарную защиту, доступную в строительстве. Огнестойкость до 4 часов легко достигается при использовании только бетонных блоков и раствора.
Благодаря этим и другим преимуществам неудивительно, что строительство из бетонных блоков стало общепринятым методом строительства.