Какие существуют строительные блоки: виды, характеристики – размеры и свойства, фото

Содержание

Какие блоки лучше для строительства дома, какие блоки самые надежные

Каменный дом во многих отношениях даст фору деревянным и каркасным строениям. Более прочный, менее пожароопасный он прослужит не одно поколение. Плюс строительные блоки ощутимо сокращают время на возведение здания. Разновидностей блоков много, попробуем разобраться, как выбрать оптимальный вариант под имеющийся бюджет.

 

Строительные блоки: виды и технические характеристики

Основа любого строительного блока – бетон. Иногда только он один, чаще – в комбинации с другими материалами. Классический железобетонный блок изготавливается из цемента и гравия и армируется металлом для повышения прочности конструкции. Стройматериал получается тяжелый (минимальный вес одного блока равен 15 кг), поэтому применяется в основном для укладки фундамента и наружных стен в многоэтажных зданиях.

При строительстве индивидуального жилья, дачного домика, коттеджа, возведении стен для внутренней планировки помещений применяют блоки из так называемых легких бетонов, чья объемная масса не превышает 1800-2000 кг/м3.

«Начинкой» здесь идут пористые, ячеистые и легкие органические заполнители. Производители не просто пытаются сделать бетоны легче, но и снизить теплоотдачу здания, повысить паропроницаемость.

 

Можно выделить следующие виды современных бетонных блоков:

  • Газосиликатные блоки состоят из смеси цемента, извести и алюминия, затвердевшей под давлением выше атмосферного. Материал обладает пористой структурой, удобен в эксплуатации, легко обрабатывается и режется вручную, белые стены из него можно не штукатурить. Как правило, штучное изделие имеет стандартный размер – 60х20х25 см.

 

  • Шлакобетонные блоки создаются в специальных прессовальных машинах на базе шлаковых металлургических и зольных отходов, мелкой щебенки. Про вред для здоровья таких блоков – миф. В СССР из шлакощелочных бетонов успешно строили многоэтажные дома. В Европе до сих пор производят его десятки миллионов тонн в год. Такой бетон и блоки из него в разы дешевле. Из них предпочитают возводить промышленные здания, склады, гаражи, сараи.

 

  • Пенобетонные блоки делают из песка, цемента, воды и пенообразователя (ячеистый бетон). Раствор взбивают и заливают в формы, стандартных размеров 20х30х60 см. Материал легкий, хорошо держит тепло и звук. Удобен при возведении внутренних, не несущих стен.

 

  • Керамзитовые блоки. Материал с наполнителем из гранул пенистой обожженной глины, изготавливается путем прессования. Возможны вариации: полимерные утеплители и облицовка (не требует дополнительных обработки и утепления), имитация кирпича, плитки или даже натурального камня.

 

  • Арболитовые блоки. «Бетонность» материала весьма условна, поскольку на 90 % он состоит из деревянной щепы, скрепленной цементом, а часто и гашеной известью с сульфатом алюминия. Дом со стенами из арболита – почти деревянный дом: сухой и теплый, но при этом материал не горюч и не подвержен гниению, хотя активно поглощает влагу. Близки по составу к ним опилкобетонные блоки.

 

  • Керамические блоки (или поризованный кирпич). Фактически являются кирпичом, но в глину примешиваются деревянные опилки, которые в ходе термической обработки выгорают, образовывая своеобразные поры в структуре материала. Размер стандартного керамоблока составляет 38х24,8х23,8 см. Прочные и хорошо держат тепло, но поглощают много влаги и обладают достаточно хрупкой структурой, поэтому штробить их не рекомендуется, использовать ударный режим при сверлении тоже нельзя.

 

  • Полимерные блоки состоят из бетонной основы и полистирола, что делает материал прочным и хорошо держащим тепло. Но полимерный блок имеет склонность при большой нагрузке на несущую конструкцию усаживаться. Поэтому лучше его применять для возведения перегородок или утепления, но не основных стен.

 

Критерии выбора строительных блоков

Цели может быть три: конструкционная, конструкционно-теплоизоляционная, теплоизоляционная. Проще говоря, нужно просто что-то построить, утеплить или то и другое вместе.

Первый критерий – прочность материала, то есть способность выдерживать определенные физические нагрузки.

Для того чтобы выбрать подходящий блок, нужно смотреть на марку. Так марка керамзита М – 50-150. Значит, материал выдерживает нагрузку от 50 до 150 кг на квадратный сантиметр, это очень высокая прочность.

Например, пеноблок маркируется показателем 0,25-12,5, а значит, возводить из него несущие стены будет ошибочно. В интернете можно найти сводные таблицы прочностей строительных блоков и произвести необходимые для конкретных нужд расчеты.

Второй критерий – отношение к разным температурам

Стоит обратить внимание на морозостойкость материала: любой строительный блок способен выдержать ограниченное количество циклов полной заморозки и оттаивания, после чего он начнет разрушаться. Даже в высоких широтах стены полностью не промерзают, поэтому показатель является условным. Уровень морозостойкости (Мрз) 35 (столько полных заморозок выдержит) является достаточным, большинство легкобетонных блоков его достигают. Для керамических моделей показатель составляет 50.

Способность материала впитывать влагу

Бетон здесь уступает кирпичу, поэтому стены из любого вида блоков нуждаются во внешней отделке фасадов (облицовка, штукатурка, сайдинг и т.д.). Поэтому процедуру отделки не стоит откладывать на год, до начала нового дачного сезона.

Нужно ли учитывать усадку дома или коттеджа из строительных блоков?

Здесь многое зависит от фундамента: для возведения малоэтажных зданий из строительных блоков обычно выкладывается ленточный монолитный фундамент, сравнительно бюджетный и достаточно прочный. Материал тоже играет свою роль: газобетон и пенобетон наиболее подвержены усадке, тогда как керамзитобетон, керамика и арболит с этим вызовом справляются успешно. В любом случае необходимо соблюдать технологию кладки, в частности, не забывать про ее армирование специальной металлической сеткой или альтернативным материалом (пластиком, например) по всему периметру стен. Данная процедура станет чем-то вроде стяжки и предотвратит появление трещин на стенах.

 

Чем бетонные строительные блоки лучше дерева и кирпича?

Строить из бетонных блоков любого типа гораздо быстрее, чем из кирпича, даже с учетом затраченного времени на армирование. Некоторые умельцы справляются своими силами, не прибегая к помощи строительных бригад. Гораздо проще рассчитать необходимое количество блоков (кстати, для этого есть удобные онлайн калькуляторы), чем объемы кирпича или расход дерева.

Но после возведения стен неизбежно встанет вопрос их отделки, и здесь опять возможны варианты. Так, например, для газоблоков и пеноблоков необходимо предусмотреть некоторое вентиляционное пространство, поскольку они хорошо впитывают влагу.

Керамзит и керамика хорошо сочетаются с кирпичными фасадами и штукатуркой. Активно практикуется сайдинг, вагонка, фасады с утеплителем и так далее. Здесь уже все упирается в ваши вкусы и бюджет. Само возведение «скелета» здания из блоков мало того, что быстрее, но еще и обойдется дешевле строительства из кирпича.

При соблюдении нехитрых правил (фундамент с минимальной усадкой, отделка, не допускающая скопления влаги) дом из искусственного камня простоит 100 лет точно. Конструкция из пеноблоков, арболита при правильной эксплуатации выдержит несколько десятков без капитального подновления.

какие бывают и в чём разница

На этапе строительства сооружений активно используются различные строительные блоки. Они являются достойной альтернативой камню и кирпичу. Внедрение инновационных технологий в строительство позволяет увеличить скорость возведение зданий и улучшить их эксплуатационные характеристики. Многочисленные виды строительных блоков позволяют подбирать оптимальные материалы для сооружений различных масштабов.

Строительные блоки – что это такое?

Современные блоки для строительства выполняются в форме прямоугольного параллелепипеда. Габариты элементов намного превосходят стандартный кирпич.

Виды блоков для строительства отличаются по ряду параметров:

  • габаритам;
  • конструкции;
  • типу используемого наполнителя;
  • предназначению;
  • технологии изготовления;
  • особенностям кладки;
  • техническим параметрам.
При выборе блоков следует ориентироваться на конкретное назначение возводимого здания или сооружения

Преимущества большинства видов блоков для строительства по сравнению с кирпичом:

  • минимальный срок возведения;
  • снижение потребностей в рабочей силе;
  • уменьшенные нагрузки на основание;
  • улучшенные теплоизоляционные свойства;
  • отсутствие необходимости в финишном покрытии.

Строительные блоки: виды и характеристики

Рассматривая, какие бывают блоки для строительства, первым критерием для разделения на группы является природа происхождения материала:

  • искусственные. Изготовление производится путём перемешивания смесей. Они удобны благодаря возможности получения различных размеров, смесь заливают в желаемые формы, после застывания блоки готовы к использованию;
  • природные. Для изготовления применяются технологии шлифовки натуральных материалов, обычно в основе лежат различные породы камня. Они предназначаются для отделочных работ.

Самая дешёвая разновидность блоков для строительства – искусственная, к ней относятся:

  • бетонные;
  • смесь керамзита с бетоном;
  • блоки с полистиролом и бетоном;
  • газосиликатные;
  • пенобетонные.
Правильный выбор строительных материалов по теплоизоляционным свойствам позволит избежать дополнительных расходов по утеплению

Строительные блоки различаются по предназначению и используются для:

  • закладывания фундамента;
  • возведения стен;
  • теплоизоляции помещения.

По конструкционному исполнению выделяют виды блоков:

  • полнотелые. Они целостны и не имеют пустот, отчего обладают большим весом и повышенной прочностью. Применяются для возведения стен и формирования фундамента. Габариты подобных блоков: ширина – 30-60 см, длина – 88, 118, 238 см и высота – 28, 58 см;
  • полые. Отличаются наличием нескольких воздушных карманов, они менее прочны, но лёгкие и имеют повышенные теплотехнические параметры. Размеры: ширина – 40-60 см, длина – 238 см, высота – 58 см;
  • гладкие. Применяются для декоративного покрытия, так как имеют идеально гладкую поверхность, не нуждаются в отделочных работах;
  • рифлёные. Изготавливаются с одной или несколькими шероховатыми поверхностями. Они всегда используются для возведения несущих конструкций и дальнейшей обработки. Главное достоинство – лучшая адгезия со штукатуркой.

Современные блоки для строительства включают различные наполнители.

Практически все включают определённое количество портландцемента и песка, а дополнительно вносятся:

Строительные блоки – хорошая альтернатива другим материалам для возведения зданий
  • глина;
  • гашеная известь;
  • гранулы керамзита;
  • шлаки различной природы происхождения;
  • древесная стружка или опилки;
  • вкрапления гранита;
  • крошка полистирола.

Рассматривая, какие бывают блоки для строительства стен, можно запутаться, если не знать основные параметры выбора.

Планируя стройку, подбираются блоки для строительства со следующими характеристиками:

  • прочность. Указывает на устойчивость материала к нагрузкам сжимающего типа без повреждений;
  • уровень теплопроводности. По мере уменьшения показателя увеличивается количество сохраняемого тепла внутри помещения;
  • устойчивость к морозам. Показатель является отражением количества циклов замерзания и оттаивания с сохранением изначальной структуры материала;
  • плотностью. В зависимости от уровня плотности изменяется прочность. Более плотные разновидности отличаются высокой прочностью, применяются для возведения стен в высоконагруженных зданиях, но приводят к увеличению теплопроводности;
  • коэффициент поглощения воды. Отражает способность к впитыванию влаги. Виды с высоким коэффициентом нуждаются в дополнительной облицовке.
Строительные блоки бывают разных видов

Керамзитобетонные блоки

Технической нормой производства строительных блоков керамзитобетонного типа является ГОСТ 6133-99. В стандарте оговаривается, что к группе относятся тяжёлые, лёгкие и мелкозернистые бетоны, которые всегда изготавливаются пустотелыми. Толщина стенок с наружной стороны не меньше 2 см, а вес не более 31 кг.

Керамзитобетонные элементы применяются для следующих целей строительства:

  • создания перегородок;
  • кладки стен в малоэтажных зданиях;
  • возведения звукоизоляционных перегородок;
  • организации естественной вентиляции;
  • формирования фундаментов деревянных срубов.

Для постройки используют 2 разновидности блоков:

  • лицевую. Обладает одной (сбоку) или двумя (сбоку и со стороны торца) лицевыми плоскостями;
  • рядовую. Отсутствуют поверхности с декоративным видом.

По месту кладки элементы разделяются на угловые, связочные и порядовые. В ассортименте представлены блоки с размерами:

  • ширина: 7-49,5 см;
  • длина: 12-45 см;
  • высота: 19 и 24 см.

Материал имеет прочность 400-1800 кг/м3.

Керамзитобетон – это изготовленный методом вибропрессования блок, в составе которого: цемент, песок, керамзит, вода

Полистиролбетонные блоки

Производство полистиролбетона нормируется в ГОСТ 51263-99. По стандарту строительные элементы из полистиролбетона, изготовленные из песка, цемента и воды, всегда включают пенополистирольные гранулы.

Основные сферы применения пенополистирола:

  • устройство несущих стен;
  • создание ограждающих, каркасных построек;
  • утепление дома.

Из полистиролбетона формируют фундамент, фасад, крышу и утепление дома, блоки отличаются хорошим теплообменом и простотой монтажа. По теплопроводности пеноблок подобен полистиролбетоновым элементам, но значительно уступает им по прочности. Плотность материала колеблется в диапазоне 150-600 кг/м3.

Чаще всего применяется для возведения построек любого размера с необходимостью в теплоизоляции.

Продаётся в виде:

  • плит: 60х30х9-20 см;
  • стеновых блоков: 60х30х20-25 см;
  • элементов для перегородок: 60х30х8-12 см.
Строительные блоки из полистиролбетона – это лёгкий бетон с применением цементного вяжущего и вспененного полистирола в качестве заполнителя

Газосиликатные строительные блоки: виды и свойства

При выборе газобетонных, газосиликатных элементов предпочитают блоки для небольших объектов и стен или плиты для перекрытий. На законодательном уровне нормируется ГОСТом 31360-2007. Газосиликатные элементы изготавливаются из неармированного бетона ячеистого типа. Предназначаются для возведения перегородок и стен.

Технология изготовления подразумевает возможность получения блоков с несквозными и сквозными отверстиями, карманами захвата. Производители в ограниченном тираже выпускают U-образные формы.

Изготовление производится двумя методами:

  • автоклавный способ. Для просушивания материала используется влияние пара, его подают под высоким давлением. Результат – высокие прочностные характеристики и устойчивость к усадке в процессе высыхания;
  • неавтоклавный метод. Застывание выполняется в естественных условиях. Характеризуется существенной усадкой в процессе застывания. В сооружениях используется реже из-за пониженной прочности, но стоит дешевле.

Какой газосиликатный блок, можно узнать по маркировке партии. В процессе кладки не требуется монтаж пароизоляционной плёнки, если влажность воздуха не превышает 75%. Блоки имеют стандартные габариты: 62,5х50х50 см. Плиты выполняются в размерах: 150х100х60 см.

Газобетонные блоки соединяются с помощью специального клея, этому способствует их идеальная геометрическая форма с допуском погрешности не более 2 мм

Материал ценится благодаря техническим характеристикам:

  • среднеарифметическая плотность – до D700;
  • усилие на сжатие до деформации – от B1,5;
  • уровень теплопроводности: 0,08-0,1 вт/м;
  • усадка в процессе застывания и паронепроницаемость – соответствует ГОСТу 31359;
  • морозостойкость: для внешних стен F25, для остальных задач F15.

Масса одного блока начинается от 17 кг и доходит до 40 кг.

Пенобетонные блоки

Производители руководствуются ГОСТом 21520-89. Материал разделяется по плотности, выделяют 3 основных типа:

  • конструкционные. Применяются для возведения конструкций с высокой несущей способностью (фундамент, несущие стены, цоколь). К группе причисляются марки D1000-D1200 с плотностью 1-1,2 т/м3;
  • теплоизоляционные. Используются в процессе создания слоя изоляции. В категорию относятся: D300-D500 с плотностью 150-400 кг/м3;
  • конструкционно-теплоизоляционные. Сочетают качества предыдущих групп, применяются в ходе строительства несущих стен невысоких зданий и перегородок. К виду относятся материалы с маркировкой: D500-D900 и плотностью 500-900 кг/м3.
Отличие пенобетона от газобетона в том, что первый твердеет в естественных атмосферных условиях, в остальном характеристики строительных материалов схожи

Пенобетонные блоки обладают высоким уровнем морозоустойчивости и оптимальной прочностью. Теплоизоляционные характеристики обусловлены пористостью материала, порой экономия на платежах за отопление достигает 50-70%. Пенобетон позволяет создать высококачественное, тёплое и надёжное здание, способное к службе на протяжении 100 лет и больше.

Виды стеновых блоков из железобетона

Самые распространённые изделия из бетона – это железобетон. Нельзя, рассматривая, какие бывают строительные блоки для стен, упустить самый известный вариант строительства. Железобетон, как и остальные виды стеновых блоков, отличается преимуществами и недостатками. К достоинствам относится высокая прочность и долговечность, а к недостаткам – низкая теплоизоляционная способность и большой вес.

Из армированного бетона изготавливают:

  • элементы для формирования фундамента;
  • блоки с технологическими отверстиями для укладывания коммуникаций;
  • пустотелые элементы.

Производится материал в широком диапазоне размеров:

  • длина: от 880 до 2380 мм;
  • ширина: от 300 до 600 мм;
  • высота: от 280 до 580 мм.
При их использовании не исключены лучшие показатели в сравнении с традиционными блоками

Характеристики железобетонных панелей:

  • высокая прочность;
  • минимальное количество раствора для кладки;
  • эффективное шумопоглощение;
  • устойчивость к влаге;
  • невосприимчивость к перепадам температуры.

К недостаткам причисляются:

  • незначительная теплоизоляционная способность;
  • большой вес и габариты, появляется сложность с транспортировкой и монтажом;
  • высокая стоимость постройки.

Какие бывают блоки пазогребневого типа?

Нарастающая востребованность пазогребных блоков обусловлена небольшим весом элементов. В состав добавляют гипс, который не отражается на эксплуатационных и технических параметрах.

Основные характеристики:

  • низкий вес;
  • качественная шумоизоляция;
  • низкая теплопроводность;
  • устойчивость к коррозии;
  • правильная форма и размеры;
  • лёгкость укладки.
Современные гипсовые пазогребневые плиты в зависимости от степени поглощения влаги делятся на обычные и влагостойкие

Благодаря чистой гладкой поверхности и идеальному виду, финишная отделка пазогребневых элементов не требуется.

Предназначается для внутренних работ, обычно производится по 2 методам:

  • стандартный. Обладает чистым, белым цветом;
  • влагостойкий. Выполняется с зелёным окрасом.

Габариты блоков фиксированы: 66,7х50х8 см. В стандартный поддон умещается одновременно 30 элементов с весом каждого до 29 кг. Объём поддона с блоками – 0,8 м3. Из одного поддона удаётся выстроить перегородку площадью 10 м2.

Строительные блоки – какие лучше?

Нельзя однозначно ответить какие строительные блоки лучше, ведь на выбор влияет множество факторов:

  • регион проживания;
  • специфика использования;
  • технические свойства материала;
  • необходимая прочность;
  • бюджет строительства.

На основании конкретных целей, сравнения материалов и предполагаемой стоимости можно сделать выбор предпочтительного материала для строительства.

Сказать определённо, какой из видов блоков лучше, невозможно, необходимо обоснование и конкретные требования к планируемому строительству

Рекомендации

Специалисты советуют:

  • правильно рассчитывать количество материала для снижения затрат на возведение сооружения. Меньшее количество приведёт к необходимости повторной закупки, а большее – бесполезный балласт. Важно учесть все параметры формулы, так как рассчитать блоки на стену следует с учётом запаса, разрушения, дефектов, величины швов и т. д.;
  • при выборе газобетона и пеноблоков важно правильно класть его, так как армировать газобетонные блоки – это обязательное мероприятие для увеличения прочности конструкции. Отличие пеноблока от газоблока для любителя малозаметно, но перед определением конкретного типа стоит узнать о наличии отличий;
  • в домашних условиях можно приготовить блоки из опилок, они практически не уступают производственным материалам и пригодны для построения жилых помещений;
  • для сохранения тепла в помещении лучше выбирать ячеистые блоки. Теплые блоки для строительства дома помогут сэкономить на дополнительном утеплении и оплате за энергоресурсы;
  • на выбор материала влияет сфера использования: несущая конструкция или перегородка. Блоки для перегородок должны выполнять шумоизоляцию, но не предназначены выдерживать большие нагрузки, подойдут пустотелые варианты. Несущие стены изготавливаются исключительно из полнотелых элементов.

Чёткое расставление приоритетов и понимание различий между материалами поможет сделать правильный, основательный выбор. Приоритет должен находиться в плоскости экономии, теплоизоляции или прочности. Каждый материал хороший, но по-своему.

Топ 10 видов блоков для строительства дома, изучаем, какие лучше

Привычные кирпичные стены, которые можно увидеть в многоэтажном и частном строительстве, теряют свою незыблемость и актуальность. При возведении жилых домов всё чаще начинают использоваться строительные блоки, сделанные из лёгких бетонов.

Такие изделия имеют большую теплоизоляцию, обходятся намного дешевле полнотелого кирпича, удобны в плане монтажа. Стройматериал обладает сравнительно небольшим весом, что существенно снижает нагрузку на фундамент, соответственно позволяет сэкономить на его заливке.

Современный строительный рынок предлагает потребителю несколько разновидностей стеновых блоков. Чтобы избежать затруднений при выборе материала, рассмотрим достоинства и недостатки применяемых в строительстве стеновых блоков.

Пенобетонные блоки

Это ячеистый лёгкий бетон, в качестве основного компонента которого выступает цементно-песчаный раствор с добавлением вспенивающих добавок. По мнению специалистов, это наиболее практичный и доступный материал для возведения стеновых конструкций, пользующийся стабильно растущей популярностью.

Достоинства Недостатки
  1. Высокая прочность в сочетании с небольшой плотностью

  2. Незначительный конструкционный вес, обусловленный ячеистой структурой

  3. Отличная теплоизоляция внутренних помещений

  4. Высокая степень поглощения уличного шума

  5. Огнеупорность – материал не возгорается и не поддерживает распространение огня

  6. Устойчивость к влажной среде

  7. Неплохие показатели морозоустойчивости

  8. Бюджетная стоимость

  1. Пенобетон подвержен усадке с течением времени, что стоит учитывать при строительстве

  2. Неоднородная структура: внутренние поры не имеют одного размера

  3. Сложности при внутренней отделке – пенобетон неспособен удержать обычные крепёжные элементы (гвозди, саморезы)

  4. Низкая устойчивость на изгиб, легко трескается

Материал часто производят кустарным способом без соблюдения технологии. Определить подделку визуально практически невозможно, поэтому нужно ответственно подходить к выбору производителя.

Газобетонный материал для возведения стен

Как и в предыдущем случае, газосиликатные блоки имеют пористую структуру. Для производства используется силикатная основа с добавлением вяжущих и пенообразующих добавок.

Достоинства Недостатки
  1. Точная геометрия каждого блока, что упрощает процесс возведения стеновых конструкций и позволяет точно рассчитать расход клея.

  2. Презентабельный внешний вид.

  3. Удобство обработки: разрезать газобетон можно обычной ножовкой.

  4. Высокий уровень пожаробезопасности.

  5. Экологическая безопасность: при производстве не используются химически активные и токсичные вещества.

  6. Крупный размер блока – позволяет сократить время на возведение стен.

  1. Невысокая прочность – газоблок не используется в многоэтажном строительстве.

  2. После завершения работ наблюдается усадка до 1.5 мм на каждый метр высоты. По этому показателю газосиликатные блоки считаются худшими среди лёгких бетонов.

  3. Низкие показатели морозоустойчивости – всего 10 циклов замораживания/оттаивания. Поэтому стены из этого материала обязательно нуждаются в дополнительном утеплении.

  4. Зависимость от влажной среды. Газобетон отлично впитывает воду, что приводит к разрушению структуры блока.

 

В плане теплоизоляции, газобетонные блоки приближены к полнотелому кирпичу, поэтому дополнительное утепление является обязательным условием. Однако блоки обладают минимальным весом, что значительно снижает нагрузку на фундамент.

Пескоблоки изготовленные методом объемного вибропрессования

Это универсальный вариант, равноценно применяемый в многоэтажном строительстве и частном секторе. При изготовлении строительного материала используется цементно-песчаная смесь с включением в состав добавок. Изделия подвергаются прессованию в специальных формах, высушиваются инфракрасным излучением.

Для достижения оптимальной прочности, блоки хранятся при комнатной температуре в хорошо проветриваемых помещениях.

Достоинства Недостатки
  1. Универсальность. Может использоваться для возведения наружных стен и внутренних перегородок.

  2. Длительный срок эксплуатации. Изделия нейтральны к любым внешним воздействиям, сохраняют первоначальные свойства на протяжении всего срока службы.

  3. Привлекательная цена. Один блок способен заменить три полнотелых кирпича.

  4. Большие размеры. Существенно сокращаются сроки возведения стен.

  1. Конструкционная масса. Блоки полнотелые, что создаёт довольно высокую нагрузку на фундамент.

  2. Низкая теплопроводность и паропроницаемость. Стены требуют дополнительного утепления.

Для стен из пеноблоков затраты на утепление будут значительно ниже, чем для бетонных или кирпичных конструкций.

Теплоблок - многослойный элемент стены с облицовочным слоем

Это композитный материал, имеющий трёхслойное строение.

Первый слой называется фасадным и является имитацией натурального камня. Второй – изоляционный, состоит из пенополистирола высокой плотности. Третий – опорный, выполняется из керамзитобетона.

Теплоблоки появились на строительном рынке сравнительно недавно, но уже успели завоевать популярность среди профессиональных строителей.

Плюсы Минусы
  1. Высокая скорость возведения стен. Каждый блок является одновременно декоративной и несущей конструкцией, имеет слой утеплителя.

  2. Отличные показатели теплоизоляции. Блок, толщиной 42 см, аналогичен по показателям двухметровой кирпичной кладки.

  3. Приемлемая стоимость. Неплохая конкуренция газо –и пеноблокам.

  4. Небольшой вес. Можно существенно сэкономить на фундаменте.

  1. Вес. Блоки считаются лёгкими, но справиться в одиночку с укладкой камней, весом 24 кг, будет затруднительно.

  2. Низкая устойчивость к динамическим нагрузкам. Не подходят для зданий, высотой более 3-х этажей.

  3. Геометрия. Правильные формы встречаются только у проверенных производителей. Если блок изготовлен кустарным способом с укладкой гарантированно возникнут проблемы.

Качественные теплоблоки обладают абсолютно правильной геометрией, поэтому допускается финишная отделка без дополнительного выравнивания стен. При монтаже блоков образуются сквозные стыки, которые нуждаются в качественном заделывании.

Если нарушить технологию строительства, высокие показатели теплоэффективности будут сведены к нулю.

Полистиролбетон

Блок представляет собой монолитную структуру, где основным компонентом является высокомарочный цемент. В качестве наполнителя используются кварцевый песок, вспененный полистирол, пластификаторы, повышающие прочность и морозоустойчивость готовых изделий.

Плюсы Минусы
  1. Лучший показатель теплоизоляции на рынке. Позволяет экономить на отоплении внутренних помещений в зимний период.

  2. Высокая прочность. Материал обладает высокой устойчивостью на сжатие и изгиб, практически не имеет усадки.

  3. Отличная паропроницаемость. Стены из таких блоков обладают способностью «дышать», что гарантированно предотвращает появление плесени.

  4. Удобство монтажа. Блоки легко подвергаются дополнительной обработке, обладают крупным типоразмером и правильной геометрией.

  5. Морозоустойчивость. Изделие способно выдерживать до 150 циклов замораживания/оттаивания без потери первоначальных свойств.

  1. Прямая зависимость качества от производителя. Нарушение технологии изготовления приводит к образованию внутренних микротрещин.

  2. Сложности внутренней отделки. Поверхность блока обладает плохой адгезией с штукатурными растворами.

  3. Пористая структура «не держит» гвозди и саморезы.

Полистиролбетонные блоки считаются не горючим материалом, но при воздействии высоких температур начинают выделять фенол – вредное для здоровья человека вещество.

Керамзитобетон - актуальный материал родом из 60-х годов прошлого столетия

В состав такого блока входят цемент, керамзит и песок, смешанные в заданных пропорциях. При изготовлении используется метод вибропрессования, что обеспечивает готовым изделиям довольно плотную структуру.

Плюсы Минусы
  1. Незначительный вес.

  2. Высокая скорость укладки.

  3. Экологическая безопасность.

  4. Доступная цена.

  5. Возможность самостоятельного изготовления, что значительно снижает общую стоимость строительства.

  1. Сравнительная хрупкость – при возведении зданий выше 3-х этажей требуется армирование.

  2. Низкая морозоустойчивость.

  3. Недостаточная теплоизоляция.

Несмотря на явные минусы керамзитные блоки считаются самым распространённым строительным материалом на территории России.

Арболит - материал из древесной щепы и минерального связующего

Композитные блоки, созданные на цементной основе с добавлением воды, песка и опилок. Такое соотношение компонентов делает блок устойчивым к любой агрессивной среде, при этом готовые изделия обладают высоким запасом прочности.

Плюсы Минусы
  1. Теплоизоляция. Аналогов арболитовым блокам на современном рынке стройматериалов пока нет.

  2. Простота монтажа и изготовления. Справиться с работами можно своими силами.

  3. Экологическая безопасность. В составе отсутствуют вредные и токсичные компоненты.

  4. Незначительный вес. Отпадает необходимость в надёжном и прочном основании.

  5. Демократичная цена. Считается одним из наиболее доступных материалов на рынке.

  1. Разрушаются при длительном воздействии влажной среды.

  2. Привлекают грызунов.

  3. Благодаря включению в состав древесины материал горит.

Блоки не подходят для многоэтажного строительства, целевое применение: частный сектор.

Шлакоблок - дешевле не бывает

Материал привлекает внимание покупателей удивительно низкой ценой: при изготовлении допускается использование отходов производства. Изделия уплотняются методом вибропресования, основным связующим компонентом является цемент.

В отличие от предыдущих материалов, шлакоблоки бывают пустотными и монолитными, что значительно расширяет сферу их применения.

Достоинства Недостатки
  1. Абсолютная негорючесть даже при продолжительном воздействии высоких температур.

  2. Длительный срок эксплуатации – не менее 50 лет без потери первоначальных качеств.

  3. Широкий ассортимент. Вариативность наполнителей позволяет подобрать изделие под любые виды строительных работ.

  4. Простота укладки.

  5. Возможность изготавливать в домашних условиях.

  1. Зависимость от влажной среды.

  2. Доставляет неудобство при подведении инженерных коммуникаций.

  3. Низкие показатели звуко- и теплоизоляции.

  4. Отсутствие экологической безопасности: шлак содержит серу и вредные для здоровья кислоты.

Учитывая существенные недостатки, шлакоблоки больше подходят для возведения хозяйственных сооружений, чем жилых строений.

Керамоблок - достойная замена пустотелому кирпичу

Отличная альтернатива обычному кирпичу. Блоки появились на рынке сравнительно недавно, но стремительно набирают популярность в частном строительном секторе. В основе блока лежит обожженная глина, готовые изделия имеют полую, ячеистую структуру.

Достоинства Недостатки
  1. Абсолютная экологическая безопасность.

  2. Отличные показатели теплоизоляции.

  3. Незначительный вес.

  4. Высокий уровень паропроницаемости.

  5. Устойчивость к статическим нагрузкам.

  6. Надёжная звукоизоляция внутренних помещений.

  7. Удобство монтажа: элементы стыкуются замковым соединением «шип-паз».

  1. Завышенная цена.

  2. Ненадёжные торцы.

  3. Относительная хрупкость, что доставляет сложности при транспортировке.

  4. Зависимость от строгого соблюдения технологии укладки.

  5. Сложности внутренней отделки: полая структура не будет «держать» саморезы и гвозди.

Затруднения могут возникнуть при дополнительной обработке: расколоть керамоблок как обычный кирпич не получится, придётся использовать болгарку.

Теплоэффективные блоки Балаева

Сравнительно новый строительный материал, напоминающий теплоблоки. Изделия имеют трёхслойное строение:

  • фасад;

  • наполнитель;

  • основу.

В качестве основных компонентов используются цемент, водя и керамзит. При изготовлении применяется технология вибропрессования в сочетании с прижимным методом. В результате получился принципиально новый стройматериал.

Автором разработки стал Александр Балаев совместно с сыновьями. Идея создания блока пришла изобретателю после пожара в клубе «Белая лошадь», когда погибли свыше 150 человек.

Плюсы Минусы
  1. Презентабельный внешний вид. Фасадная часть имитирует натуральный камень.

  2. Абсолютная пожаробезопасность. Блоки не возгораются даже при длительном воздействии высоких температур.

  3. Длительная эксплуатация. Могут прослужить до 100 лет (по уверению изобретателя).

  4. Практичность. Благодаря уникальной структуре, внутри помещений в любое время года сохраняется оптимальный микроклимат.

  5. Удобство. При необходимости легко режутся обычной пилой.

  1. Плохая изученность.

  2. Высокая стоимость.

Материал появился на рынке в 2009 году, поэтому не успел проявиться с отрицательной стороны. Однако к явным недостаткам уже можно отнести высокую стоимость.

Таблица сравнения технических характеристик

Вид блокаПлотность, кг/м3Масса в стенеВодопоглоще-ние, %Теплопровод-ность, т/М*кМорозостой- костьПрочность
Газоблок 300 - 1200 100 - 900 20 - 25 0,1 - 0,4 35 0,5 - 25
Пеноблок 300 - 1200 100 - 900 10 - 16 0,1 - 0,4 35 0,25 - 12,5
Керамзитобетонный блок 300 - 1500 900 - 1000 50 0,15 - 0,45 25 - 75 50- 150
Арболитовые блоки 500 - 900 300 - 700 75 - 85 0,2 - 0,3 25 20 - 50
Керамический блок 700 - 900 600 - 800 12 - 15 0,1 - 0,2 50 2,5 - 25

Сравнение блоков по стоимости возведения

Зачастую, ценовой вопрос является ключевым при выборе строительного материала. На диаграмме выше показано сравнение цены блоков относительно друг друга в процентном соотношении. За 100% принят самый дорогой блок Балаева.

В зависимости от региона страны, и с течением времени данное соотношение может изменяться.

Стоимость блока не является ключевым показателем. Например, блоки Балаева являются самым дорогостоящим материалом, однако не нуждаются в дополнительной отделке и утеплении. Окончательная смета выполненных работ будет намного ниже, чем при возведении стен из керамзитобетонных блоков.

Краткое заключение

Идеальных строительных материалов не существует в природе. Поэтому при выборе строительных блоков, нужно ориентироваться не только на цену изделия, но и на область применения и технические характеристики.

Рекомендуем ответственно подходить к выбору производителя: если блок изготавливается с нарушением технологического процесса, эффективность будет сведена к нулю.

виды, характеристики, преимущества и недостатки

Стеновые и фундаментные строительные блоки являются популярной альтернативой дереву и кирпичу при возведении жилых, административных, производственных и других зданий, построек и конструкций различного назначения. Они отличаются крупными габаритами, низкой теплопроводностью, разнообразием минеральных и синтетических наполнителей. Все эти качества делают блочные стройматериалы привлекательными для частного и многоэтажного строительства.

Бетонные блоки

Этот материал состоит из цемента, щебня и песка, бывает полнотелым и пустотелым. Блоки для строительства стен в многоэтажных домах и для фундаментов (ФБС) выполняются полнотелыми. Щелевые изделия широко применяются при возведении малоэтажных построек. Железобетонные строительные блоки – это наиболее прочные изделия из всего ассортимента. Они производятся из тяжелых марок бетонов и арматуры (сетки). ЖБ-блоки монолитны, предназначены для устройства цокольных этажей и фундаментов многоэтажных домов.

 


Ячеистые блоки из газобетона и пенобетона

Для облегчения блочных стройматериалов из бетона применяется технология вспенивания. При этом в толще материала образуются поры (до 85 % объема), а плотность уменьшается до 950 кг/м3 и ниже. По технологии изготовления ячеистые блоки для стройки делятся на следующие типы.




  • Пенобетонные. Производятся путем добавления в состав органического или синтетического пенообразователя. В результате получается материал с закрытыми порами и достаточно низким водопоглощением. Пеноблок затвердевает без автоклава или печи в естественных условиях. Он подходит для небольших домов, некапитальных строений, гаражей, перегородок и пр.

  • Газобетонные. Изготавливаются путем добавления в бетонное тесто алюминиевой пудры и извести. В результате химической реакции между ними происходит вспенивание. Подготовленный газобетонный блок получает прочность после выдержки в автоклаве, но некоторые виды твердеют без специальной обработки. Газосиликат – это разновидность газобетона, которая содержит повышенное количество извести и песка (в соотношении 0,6:0,24). Материал дает малую нагрузку на фундамент за счет небольшого веса. Однако при своей прочности он позволяет возводить строения до 5 этажей.



Строительные блоки с наполнителями

Эти блочные материалы содержат, помимо бетона, различные наполнители для уменьшения массы и улучшения эксплуатационных характеристик. В зависимости от состава они бывают следующих типов.




  • Шлакоблоки. Производятся с помощью вибропрессования цементной смеси с добавлением измельченных отходов доменных производств – кусков цемента, золы, отсева щебня и пр. Они используются для строительства промышленных помещений, мастерских, складов, малоэтажных жилых домов. Такие изделия имеют высокую теплопроводность, и строения из них требуется утеплять. Стандартный размер шлакоблока – 380 х 190 х 188 мм. Также выпускаются изделия с толщиной 90 мм для перегородок. Данные блоки бывают различной пустотности (25–30 %) и полнотелыми.


  • Керамзитобетонные блоки. Они изготавливаются путем вибропрессования смеси кварцевого песка, цемента и мелкого керамзита (вспененной и обожженной глины). При производстве стеновых блоков используется фракция с удельным весом 400–450 кг на 1 м3. В изделии удельный вес керамзитоблоков составляет от 800 до 1200 кг на 1 м3. Марка по прочности бывает М25–М100, а морозостойкость составляет 25–100 циклов заморозки. Они производятся полнотелыми и пустотелыми, подходят для возведения несущих стен в малоэтажном строительстве.


  • Керамические стеновые блоки («теплая керамика»). Дорогой и высокотехнологичный керамический стеновой блок производится из смеси глины и опилок, обжигаемой при температуре +1000 °С. При обжиге древесина выгорает, образуя мелкие пустоты в теле камня. Керамические блоки используются в частном домостроении. Каждая из единиц «теплой керамики» в 10–15 раз больше кирпича, не уступает ему по прочности и значительно превышает по энергоэффективности. Крупные, но не тяжелые камни легко складываются друг с другом в пазогребневый стык с минимальным использованием специального раствора с перлитом, пены или клея только между рядами.



  • Полистиролбетон. Он изготавливается из смеси цемента с гранулами вспененного пенополистирола. Это самые легкие из бетонных блоков с объемным весом всего 500 кг/м3. Пенополистиролбетон имеет отменные теплоизоляционные качества, но используется в домостроении ограниченно из-за недолговечности. Недорогие полибетонные блоки применяются для гаражей, времянок, отдельно стоящих хозяйственных построек, а также как кладочный материал для стен с обязательным армированием каждого ряда.


  • Деревобетонные блоки (арболит). Они состоят из древесной щепы или опилок, извести, цемента высокого качества, глинозема, кальция хлорида, ряда добавок для повышения адгезии цемента в дерево. При низкой плотности (до 600 кг на кв. м) этот материал отлично держит тепло, при этом достаточно огнестоек и может выдерживать воздействие открытого огня 90 минут. Прочность деревобетона достаточна для постройки двух- и трехэтажных зданий.


  • Пазогребневые блоки. Изготавливаются на основе гипсового связующего с модифицирующими присадками. Пазогребневые плиты имеют по периметру пазы и гребни для сочленения друг с другом, что дает экономию на 15 % по сравнению с кирпичом и на 10 % – с гипсокартоном. Гипсовые блоки имеют малую прочность и недостаточную водостойкость, применяются только в ненесущих конструкциях и в помещениях с малой влажностью.

Многослойный стеновой камень

Это принципиально новый материал из керамзитобетона или пенобетона с облицовкой из искусственного камня и полистироловым утеплителем. Все слои блока скрепляются стеклопластиковой арматурой. Использование комбиблоков призвано исключить из строительных смет работы по утеплению и наружной отделке. Сейчас предлагаются многослойные стеновые блоки под гранит, кирпич, керамику, известняк самых разных расцветок.


Чтобы заказать в нашем интернет-магазине блоки для строительства домов и других сооружений, обращайтесь по телефону +7 (495) 369-33-88 или оформите заявку на сайте через «Корзину».

 

Хит Хит



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:

  1. Виды и технические параметры
  2. Обзор стройматериалов
  3. 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-ваниеДиапазон плотности, кг/м3Проч-ность, кгс/см2Коэффи-циент теплопро-водности, Вт/м·°СПаро-прони-цаемость, мг/м·ч·ПАМорозо-стойкость, цикловВодо-погло-щение, %Усадка, мм/м
Бетон500-2000От 100От 0,8 и выше0,35080,5
Пенобетон150-120015-250,07-0,150,2615-75143
Газосиликат25-450,08-0,210,2315-25200,3
Арболит400-8505-350,08-0,170,325-5040-850,4-0,5
Керамзито-бетон500-180050-1500,18-0,90,26-0,09425-75500
Пенополисти-ролбетон200-60015-350,05-0,1450,135-0,06850-20041
Керами-ческие блоки650-10001000,2-0,360,1735-509-110

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.

НаименованиеОптимальный способ примененияОграничения, обязательные условия монтажа и эксплуатации
Шлакоблоки из прессованного бетонаЖилые малоэтажные здания, подвалы и фундаментыТребуют обязательного утепления и отделки
Блоки из ячеистого бетонаМалоэтажные здания с хорошо изолированным от грунтовой влаги цоколемПри нарушении технологии кладки и отделки объект быстро разрушается
АрболитДома до 3 этажей, каркасные конструкции, внутренние перегородки. Допускается строительство на неустойчивых грунтахЗакрытие стен штукатурными составами или вентиляционными фасадами
Блоки с утеплителемЭнергоэффективные дома до 4 этажейИзделия с разным назначением не заменяют друг друга, разновидность не используется для возведения перегородок
КерамзитобетонСтроительство 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
ПенополистиролбетонВ качестве утеплителяЗначительная усадка, горючесть, проблемы при отделке
Керамические пустотелыеДома 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 изделияРазмеры, ммВсего в кубе, шт.Цена за м3, рубли
Пустотелый стеновой бетонный390×190×188712900
Пенобетон D600600×300×20027,782750
Газосиликат D600625×250×400163100
Арболит500×200×300334500
500×200×150664900
Теплоблок (с утепляющей прослойкой из пеностекла)400×300×200418500
То же, с пенополистиролом3000
Керамзитобетон Д1300 полнотелый400×200×20062,53700
То же, D1000, двухщелевые блоки для перегородок400×200×2001252900
Пенополистиролбетон D500600×400×300143600
Блок керамический поризованный250×440×219322214

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.

Какие блоки лучше для строительства дома: характеристики, достоинства и недостатки

Дом должен быть удобным, надежным и теплым. С этим согласятся, наверное, все. А еще желательно недорогим и чтобы строился быстро. Как ни странно, но такие варианты есть. Один из них — строительные блоки. Не даром ведь их появляется все больше. Но вот какие блоки лучше для строительства дома? Попробуем разобраться. Сначала определите себе ключевые позиции и все материалы рассматривайте опираясь на них.

Содержание статьи

Как выбрать лучший строительный материал для дома

Чтобы построенный дом вас радовал, придется выбирать материал для его постройки самостоятельно. Почему? Да потому что идеального строительного блока нет. Все они имеют плюсы и минусы. Надо просто подобрать такой вариант, чтобы «минусы» компенсировались или были не так важны, а «плюсы» использовались по полной. А еще условия постройки разные. Кто-то живет в довольно теплом климате, а кто-то на севере. А еще у каждого «лучший» дом свой. Так что даже два соседа могут строиться из разных материалов, но каждый из них будет чистосердечно считать, что его вариант лучше.

Какие блоки лучше для строительства дома? Крепкие, прочные и теплые

Обычно задумываются о доме из строительных блоков, потому что это быстрее, чем с использованием традиционных строительных материалов. Скорость скоростью, но качественные характеристики не менее важны. А чтобы их правильно подобрать, вот что стоит знать.

  • Уровень грунтовых вод. Может быть важным, если собираетесь строить дом с подвалом или цокольным этажом. Можно, конечно, сделать качественную гидроизоляцию фундамента и хороший дренаж вокруг дома и на участке, но это большие затраты денег и времени. Делать дренаж желательно до начала возведения стен, параллельно с изготовлением фундамента.
  • Тип фундамента и степень его «устойчивости». Некоторые блоки не переносят подвижек, так что нужно знать, насколько надежным и стабильным будет основание.
  • Насколько быстро потребуется возвести стены.

    Стоимость блоков для строительства дома тоже играет немалую роль. Самые дешевые — полистиролбетонные и керамзитобетонные

  • Надо ли будет их оставлять зимовать или сразу планируете накрыть кровлей. Это зависит от сроков и от бюджета.
  • Сможете ли сразу сделать наружную отделку. Не все материалы строительных блоков спокойно переносят намокание и их надо сразу закрывать от дождя, снега и морозов.
  • Хотите ли вы иметь паропроницаемые стены или важнее теплоизоляция и низкие затраты на отопление.

Как видите, перечень немалый, но эти сведения необходимы. Без них нет смысла решать, какие блоки лучше для строительства дома. У вас просто не будет критериев для выбора.

Виды блоков

Блочное строительство привлекает тем, что времени на постройку требуется мало. Намного меньше, чем при использовании того же кирпича. Но какие бывают блоки для строительства дома, чем они отличаются, в чем их достоинства и недостатки. Вот перечень блочных материалов для возведения наружных и внутренних стен.

  • Блоки из легкого бетона
  • Керамоблок или поризованная керамика;
  • Прессованные цементно-песчаные блоки (полнотелые, пустотелые и теплоблоки).

Далее рассмотрим строительные блоки, их виды и характеристики. Также кратко опишем процесс производства. В некоторых случаях это помогает лучше понимать достоинства и недостатки материала.

Блоки из легкого бетона для наружных и внутренних стен

Легкий бетон бывает двух типов. В одном используется заполнитель малого веса, что уменьшает массу строительного камня или блока. Во втором вес снижается за счет поризации — цемент вспенивается и в таком состоянии застывает. В обоих случаях масса строительного материала становится значительно ниже, а теплотехнические и звукоизоляционные характеристики выше.

Характеристики покажут, какие блоки для строительства дома лучше

Газобетонные блоки

Газобетон — это цементно-песчаная смесь в которую добавлены сухие реагенты для образования пены. При добавлении воды, реагенты вступают в реакцию с цементным молочком, начинается активное пенообразование. После увеличения объема, раствор раскладывают в формы и ждут вызревания. В результате газобетон состоит из тонких бетонных оболочек, внутри которых заключен воздух. То есть, блок получается легкий и теплый, паропроницаемый. Воды он не боится, но «тянет» ее солидно. Так что нужна хорошая гидроизоляция фундамента и с отделкой затягивать не стоит.

Какие блоки лучше для строительства дома? Рассмотрите пеноблок
Достоинства и недостатки

При довольно крупных размерах (длина 600 мм, высота 200 мм, ширина — от 150 мм до 400 мм) стандартный блок весит немного. Точный вес зависит от марки, но со средней плотностью можно работать в одиночку. Для примера скажем, что масса стенового блока М400 толщиной 200 мм — около 13 кг, толщиной 250 мм — около 17 кг.

Какой газоблок лучше для строительства дома? Газобетон автоклавного твердения

Есть две технологии производства газобетонных блоков. По одной раствор раскладывают в формы заданного размера и потом их используют. По второй делают крупные блоки, а потом их распиливают на более мелкие. Особенность второй технологии в том, что позволяет выдерживать размеры с высокой точностью. Это дает возможность использовать не кладочный раствор из цемента и песка, а специальный клей. Его можно класть очень тонким слоем — буквально в пару миллиметров. Зачем? Да потому что раствор и тот же клей имеют теплоизоляционные характеристики намного хуже, чем у газобетона. А тонкие швы уменьшают потери тепла. Но клей дорогой, так что это увеличивает стоимость постройки. Зато можно будет сэкономить на утеплении.

Достоинства газобетонаНедостатки газобетонных блоков
Точная геометрия, что ускоряет кладку и позволяет использовать специальный клей очень тонким слоем для улучшения теплотехнических свойств стены.Клей дорогой, это повышает стоимость строительства
Легко обрабатывается. Можно резать ножовкойТребуется армирование для повышения прочности стен
Паропроводимый материалНаружная отделка также должна быть паропроницаемой
Впитывает влагу, плохо реагирует на заморозку/разморозку (мало циклов)Требуется хорошая гидроизоляция фундамента и наружная отделка
Крупный блокНе переносит изгибающих нагрузок, требуется стабильный надежный фундамент, не подходит для мест с сейсмической активностью
Не горит, горение не поддерживаетМогут быть проблемы с навешиванием тяжелых предметов на стены
Производится из экологически безопасных веществ

Газобетон легко обрабатывается, его можно пилить даже ручной пилой или проделывать канавки металлической полосой. С другой стороны, он не настолько плотный, чтобы можно было тяжелые вещи вешать на стены без специального крепежа.

Без недостатков, конечно, не обошлось. Блоки хрупкие, плохо переносят изгибающие нагрузки. То есть, на свайном или столбчатом фундаменте дом из газоблоков лучше не строить. Только плита или лента глубокого заложения. Второй момент: для того чтобы стены были прочнее, в каждом третьем или четвертом ряду укладывается стальная арматура. Армируются также дверные и оконные проемы, делается армопояс под установку кровельной конструкции. Это существенно влияет на стоимость постройки, и затраты на арматуру также необходимо включить в смету.

Виды и разновидности газоблоков

Газобетонные блоки бывают автоклавного и обычного твердения. Для возведения наружных стен лучше брать автоклавный, так как он имеет более стабильные характеристики. Такие блоки стоят дороже и лучше именно они.

Газобетон может быть не только из цемента и песка. Часть цемента заменяют другим вяжущим. В результате получаем блоки из другого легкого ячеистого бетона:

  • известь + цемент — силикатобетон;
  • размолотый доменный шлак + цемент — шлакогазобетон;
  • зола + цемент + известь = зологазобетон.
Разновидности строительных блоков: газоблок позволяет быстро построить теплый дом

Из всех перечисленных блоков, для строительства домов постоянного проживания применяют силикатобетонные блоки. Они отличаются от обычного газобетона цветом. Газобетон имеет серый цвет, силикатобетон — белый. Что дает добавка извести? Снижение цены при незначительном понижении характеристик. Но есть один довольно существенный минус: известь разъедает сталь. Чтобы армопояса оставались в целости, их укладывают в слой ЦПС или применяют полимерную арматуру.

Пеноблоки для строительства дома

На первый взгляд, пеноблоки очень похожи на газобетон. Отличие в том, что в смесь бетона и песка добавляется готовая пена, а не сухой реагент. Смесь вымешивается, укладывается в формы и оставляется для просушки. Собственно, все. Очень просто. В этом и недостаток. Сделать пенобетон можно и в гараже. Но ни о какой стабильности параметров говорить нельзя. А сам материал неплох.

Пенобетонные блоки — хороший материал для возведения дома. Но только качество трудно отследить
Достоинства и недостатки пенобетонных блоков

Теплотехнические характеристики у пенобетона одни из лучших. Чуть хуже, чем у газобетона. Что значит, что стены из пенобетона должны быть толще. Хорошо это или плохо? Больше толщина стен, больше масса, больше нагрузки на фундамент. Это означает увеличение габаритов фундамента и расходов на него, хотя сам материал для стен дешевле. Но однозначного ответа, что получится дешевле нет. Надо считать.

Пенобетонные блоки для строительства дома — хороший выбор. При условии, что они сделаны строго по технологии

Худшая теплопроводность газобетона обусловлена тем, что стенки воздушных пузырьков толще. То есть воздуха в том же объеме содержится меньше. Это имеет еще два «последствия» — более высокую прочность материала и больший вес. Выше прочность — это хорошо. В стены из пеноблоков уже можно вкручивать саморез, а специальный крепеж вообще держится «на ура».

Плюсы пеноблоков для строительства домаМинусы пенобетонных блоков
Небольшая плотность сочетается с высокой прочностьюИз-за простоты производства можно нарваться на материал кустарного производства с низким качеством
Имеет хорошие теплоизоляционные свойстваНе выдерживает изгибающих нагрузок, нужен стабильный фундамент
Небольшой вес, что означает не слишком дорогой фундаментРазные размеры пор дают неоднородные характеристики
Поверхность блока шершавая, что улучшает сцепление со штукатурными составамиБолее широкий шов между блоками (до 20 мм), что повышает теплопотери
Паропроницаемая стенаТребует особого подхода к выбору отделки
Крупные размеры блоков ускоряют строительство
Не горит и горение не поддерживает
Экологически безопасный

Больший вес — это уже не так хорошо. Это снова увеличение габаритов фундамента и необходимость иметь подсобника для самостоятельной стройки. Хотя если сравнивать с толщиной кирпичной стены, то она в два раза меньше. Так что материал экономичный.

Есть и еще одно последствие более толстых стенок из цемента — его сложнее обрабатывать. Не сравнить, конечно, с кирпичом, но и не слишком легко.

К плюсам материала стоит отнести его хорошие звукоизоляционные характеристики, негорючесть, экологическую безопасность. Пар материал проводит, но не в такой степени, как газобетон. Зато морозоустойчивость его выше. Влагу он впитывает еще лучше, так что в отделке также нуждается.

Стандартных размеров блоки стоят относительно немного. Это самый дешевый из блочных материалов

Кроме того, пенобетон не отличается такой уж идеальной геометрией. Разница в размерах может быть значительной. Это значит, что кладку ведут только на раствор и шов делают достаточно толстым, чтобы компенсировать разницу в размерах блоков. Толстые швы — снижение теплосопротивления стены в целом.

Если обобщить, вот какую картину получим. Недорогой материал, но надо быть уверенным в качестве. Стены возводятся быстро, дом получается «тихий» и теплый, саморезы стены удерживают. Нежелательно оставлять под зимовку без крыши. Отделка нужна, но можно не сразу после возведения.

Блоки из полистиролбетона

Полистиролбетон — это цемент, в который добавлены гранулы полистирола, добавки для улучшения удобоукладываемости. Смесь перемешивается, добавляется вода, заливается в формы до застывания. По такой технологии идеальной геометрии ждать не приходится, но материал легко обрабатывается. Пилить можно ручной пилой. И это при том, что прочность и стабильность формы высокая, величина усадки минимальная, небольшая масса (даже меньше, чем у газобетона той же прочности).

Какие бывают блоки для бюджетного строительства дома? Полистиролбетон — тепло и недорого

Блоки из полистиролбетона довольно крупные (15-30 на куб), так что стройка идет быстро. Кладут на обычный раствор, можно применять клей. Он идет более тонким слоем, хоть и стоит дороже. Минус характерен для всех блоков из легкого бетона — для повышения прочности требуется армирование. Некоторые производители могут укладывать арматуру в сами блоки. Такие применяют для кладки несущих стен. Отдельно выпускают перемычки для установки над оконными и дверными проемами. Они однозначно содержат арматуру внутри. За счет монолитности такая перемычка работает не хуже уголков, которые используют как альтернативу.

Плюсы блоков из полистиролбетонаМинусы полстиролбетонных строительных блоков
Легкий, прочный, плотныйТехнология неидеальна, свойства зависят от соблюдения пропорция и технологии
Легок в обработке, блоки крупные, кладка идет быстроТребуется армирование, что требует затрат времени и средств
Не горит, горение не поддерживаетВ зоне поражения выкрашивается
Очень хорошие характеристики по теплопроводности, звукоизоляцииНеобходим специальный крепеж для закрепления чего-то в стенах
Хорошие показатели по морозостойкостиСодержит искусственную составляющую
Паропроницаемость на уровне с древесинойТребует наружной отделки
Низкая впитываемость влаги
Хорошие звукоизоляционные характеристики

Паропроницаемость блоков из полистиролбетона средняя. На уровне с древесиной. Теплопроводность вполне приличная. У конструкционных блоков прочностью D400 — 0,15 -0,20 Вт/м°C. Радуют хорошие показатели морозостойкости порядка 50-70 циклов для материала той же марки прочности. По сравнению с 20-25 пенобетона, это уже совсем хорошо.

Чтобы решить какие блоки лучше для строительства дома, изучаем характеристики и свойства
Недостатки и особенности

Минус — дом из полистиролбетонного блока требует облицовки. Не по техническим причинам, а по эстетическим из-за непривлекательного вида. Что хорошо — он легко переживет пару зим без облицовки, так как имеет неплохую морозостойкость. Какой тип облицовки? Самый лучший выход — вентилируемый фасад, но можно и штукатурку. Только вот обычная на цементе держится плохо. Требуется со специальными полимерными добавками, а они стоят дорого. Хорошая новость в том, что расход будет небольшой — стена получается довольно ровной. Кроме того, можно обойтись без черновой штукатурки. Набить сетку, а по ней декоративную штукатурку. Но насколько будет надежным такой вид отделки, сказать трудно. Так делают, но отзывов нет.

Размер строительного блока из полистиролбетона — длина от 60 см, ширина от 20 см, высота от 20 см. Могут быть и в два раза толще/выше

В качестве резюме. Если хотите быстро и недорого построить теплый дом, то полистирольные блоки можно считать лучшими для строительства такого дома. С одним замечанием — вы не имеете ничего против использования полистирола, и необходимость продумывать крепление к стенам вас не слишком напрягает. Ведь придется каким-то образом ставить окна, двери.

Блоки из керамзитобетона

Блоки из керамзитобетона известны давно. В смесь песка и цемента добавляют керамзит, все это перемешивают, затем добавляют воду. Технология для бетона стандартная, но со своими особенностями. Керамзит — это обожженная глина и этот вид материала гигроскопичен. Поэтому для затворения раствора воды требуется больше.

В прошлом веке блочное строительство домов велось в основном из керамзитобетонных блоков

Кроме того, керамзит не слишком хорошо обволакивается раствором, так что требуется более длительный замес. В условиях производства, проблема требуемого уровня прочности решается двумя способами: обработкой в автоклаве либо вибропрессованием. Без такой обработки материал получается с более низкими прочностными характеристиками. А так как технология проста, то часто «производство» открывают в гараже, а блоки просто выбивают из форм и сушат. Причем, как стандартный бетон, керамзитобетон набирает прочность 28 дней. Но для его хранения требуется место, так что его могут продать и раньше. Если вы знаете об этом, можете дома уложить на «дозревание». Если не знаете и сразу уложите в кладку, он может рассыпаться. Как отличить? Да по цене. Заводские дороже. Но если вам нужны блоки для строительства дома, то кустарные покупать опасно.

Достоинства и недостатки

Достоинства керамзитобетонных блоков схожи с перечисленными выше: малый вес, большой размер, хорошие теплоизоляционные характеристики по сравнению с кирпичом. Но у полнотелого керамзитобетона теплопроводность ниже, чем у всех материалов, описанных выше. Зато он намного прочнее. Это позволяет делать щелевые блоки, а для кладки наружных стен применяются именно они. В таком виде теплоизоляцию получаем примерно на том же уровне. К тому же пустоты уменьшают вес, что хорошо.

Блоки для стройки из керамзитобетона имеют средние характеристики по теплоэффективности

Из других плюсов. Стены из керамзитобетона не требуют дополнительного армирования, что позволяет кладку делать быстрее. Блоки лучше переносят изгибающие нагрузки, так что требования к фундаментам не такие жесткие. Здания из керамзитоблоков можно строить и на свайном или столбчатом фундаменте.

Недостатки блоков из керамзитобетона довольно серьезные. Первый и основной — водопоглощение высокое (на уровне с газобетоном), так что наружная отделка желательна сразу. Не стоит оставлять зимовать без кровли, так как влагу наберет значительно и сократится срок службы. Идеальной геометрии нет, но штукатурки на основе цемента ложатся очень хорошо и держатся надежно.

Плюсы керамзитобетонных блоков для строительства домаНедостатки керамзитобетонных блоков
Простая технология, натуральные материалыВелик шанс попасть на некачественную продукцию
Высокая прочность при небольшом весеНедостаточная теплоизоляция для применения полнотелых блоков
Хорошие теплотехнические характеристикиСильно поглощает влагу, нуждается в наружной отделке и защите внутренних стен от пара
Средняя морозоустойчивость у вибропресованных (порядка 35 циклов) и высокая у автоклавных (до 80 или 100 циклов)Отклонения в размерах
Хорошая сцепляемость со штукатуркой на цементной основе
Не горит и горение не поддерживает

И еще, даже при условии применения щелевых блоков из керамзитобетона, для большей части территории требуется дополнительное наружное утепление. В силу гигроскопичности этот материал не рекомендован для возведения перегородок в помещениях с высокой влажностью. То есть, для строительства бани или перегородок в санузле лучше искать другой материал. И в частном доме, чтобы избежать вечной сырости, изнутри укладывают паробарьер. А чтобы регулировать влажность в помещении, нужна хорошая вентиляция.

Даже при условии использования щелястых блоков, стена должна быть толстой

Какие можно сделать выводы? Раньше, до появления ячеистого бетона, керамзитобетон считался наиболее легким и теплым материалом для строительства дома. Сегодня он явно уступает по этим показателям пено-газо-полистирол-бетонным блокам и недостатки имеет солидные. Поэтому постепенно вытесняется с рынка.

Шлакоблоки

Как понятно из названия, засыпкой в шлакобетоне выступает шлак. По идее, шлак используется доменный, который образуется при плавке руды и покрывает металл. Он имеет пористую структуру и плохо проводит тепло. Именно поэтому и был использован для производства дешевых блоков для строительства жилья. Но во времена СССР, когда материалы гоняли по всей необъятной, можно было надеяться на то, что в регионах, где нет сталеплавильных производств, получишь действительно шлакоблок. Сегодня надежда на это невелика — доставка дорогая, что делает производство такого материала невыгодным.

Сравнение блоков из легкого бетона по разным технологиям и с разными заполнителями

Так что имеем? Отсутствие в шлакоблоке шлака. Его заменяют щебнем, керамзитом, битым стеклом, кирпичным боем. То есть, используют тоже «шлак», в смысле отходов, но не доменный. Как результат — характеристики непредсказуемые, теплопроводность низкая, долговечность — как повезет.

Даже если сравнивать характеристики блоков из шлакобетона с заполнителем из доменного шлака, они не впечатляют. А еще надо добавить, что влагопоглощение у него очень высокое — более чем в два раза выше, чем у пено- и газо- бетона. И это при более низкой теплопроводности в сухом состоянии. Так что становится понятным, что лучшим этот блок не назовешь, да и далеко не самый дешевый он. Доменный шлак стоит немало. Этот материал сейчас явно проигрывает по многим показателям. Последние лет двадцать о нем вспоминают «по старой памяти».

Керамоблок или поризованная теплая керамика

Этот поризованный керамоблок — производят по той же технологии, что и кирпичи и из тех же материалов. Вся разница в том, что «тело» материала не сплошное, а состоит из пустот и керамических перемычек. Такая структура эффективна: для средней полосы России стена из поризованной керамики должна быть 50 см. Такая же толщина стены нужна и из газобетона. И дополнительного утепления при такой толщине не требуется. То есть, стена будет однослойной, что гораздо лучше, чем многослойная. И отделку можно сделать из облицовочного кирпича или клинкера. Керамика с керамикой «подружатся» без проблем. Но далеко не все так радужно.

Пустотелые блоки для стен из керамики можно было бы считать лучшим вариантом, если бы не большой процент боя и сложности с крепежом

Достоинства и недостатки керамоблоков

Основные плюсы перечислили — хорошие теплотехнические характеристики и небольшой (по сравнению с обычным или даже пустотелым кирпичом) вес. Но керамика — вещь хрупкая. А тонкие перегородки ломаются и бьются легко. При транспортировке можно получить порядка 10% боя. Кроме того, отрезать керамоблок не так просто. Пила тут не поможет. Требуется другое, более серьезное оборудование. Еще один минус — требуется специальный крепеж, так как в тонких стенках может удержаться только он.

Плюсы керамоблоковМинусы пустотелых блоков из керамики
Хорошие теплоизоляционные характеристикиХрупкий материал, который легко колется и разбивается
Высокий уровень звукоизоляцииТребуется специальный инструмент для резки блоков
Среднее водопоглощениеНужен специальный крепеж
ПаропроводимостьБлоки не такие большие, если сравнивать с легким бетоном
Неплохая морозостойкостьНеидеальная геометрия, высокая стоимость у шлифованных, которые имеют стабильные размеры
Высокая прочность
Наличие рифленой поверхности, которая увеличивает теплосопротивление кладки.
Высокое теплопоглощение. Работает как большой теплоаккумулятор, но для постройки домов периодического отопления это плохо.

Другие преимущества такие же как у кирпича: натуральная керамика, среднее водопоглощение, морозостойкость от 30 до 80 циклов, хорошие звукоизоляционные свойства — до 55 Дб, что очень неплохой показатель. Кроме того, есть такое понятие, как теплоемкость. Оно показывает сколько тепла может в себе аккумулировать материал. Чем больше тепла он в себя «принимает», тем дольше потом будет отдавать. Для домов с постоянным проживанием более комфортны именно материалы с большой теплоемкостью. И у керамики она немаленькая. Такая стена — своеобразный аккумулятор тепла. Для дома постоянного проживания это хорошо, а вот для дачи, навещаемой зимой лишь временами — плохо. На прогрев уходит много топлива и времени. Так что для дачек или бань этот строительный блок не лучший.

Стоит еще добавить, что сегодня стоимость куба керамического поризованного блока и стоимость автоклавного газобетона практически одинакова. Местами газобетон даже дороже. Но размеры блоков из газобетона больше, расход клея и затраты времени меньше. По времени можно поспорить, так как для керамики наличие армопоясов не обязательно, но и лишним не будет. А с размерами блоков не поспоришь. И с точностью геометрии. Нет, есть шлифованные керамические блоки, которые подгоняются под размеры. Их можно укладывать с минимальным слоем клея. Но такие блоки значительно дороже. Тем не менее, с оглядкой на все факты, стоит сказать, что керамику мы все знаем. Так что, при прочих равных, более обоснованно выбрать ее.

Легкие блоки для строительства из поризованной керамики имеют неплохие характеристики, но могут быть с трещинами, которые ГОСТу не противоречат. Некоторые производители такой материал меняют без проблем. Другие же не считают это браком

Все так, но есть одна незадача. Керамический блок — разновидность кирпича. А по ГОСТу в кирпиче допускаются несквозные трещины, если они на прочность не влияют. У цельного кирпича так и есть. Наличие небольших трещин с одной из сторон не считается браком и на качество кладки никак не влияет. Но если есть трещина в одной из граней керамоблока, он явно будет не таким прочным. Второе. Когда одна из граней разорвана, она расходится, стороны перестают быть параллельными. Использовать такой блок в кладке вряд ли стоит, хотя технически это не является браком.

Прессованные цементные блоки из пескобетона (бессер-блоки)

Еще один вид пустотелых строительных блоков делают из пескобетона. По той же технологии делают и полнотелые, но они имеют низкую теплоэффективность. Зато стена — практически монолит, пробить ее сложно, несущая способность высокая. Но такой дом, чтобы быть теплым, будет иметь очень толстые стены, что увеличит затраты на фундамент.

Поэтому лучшим вариантом считается комбинированная постройка. В том смысле, что стену кладут из полнотелого и пустотелого вибропрессованного блока. Наружный слой — полнотелый, внутренний — с пустотами. Таким образом прочность стены и ее несущая способность высокая, и теплотехнические характеристики на высоте. Еще стоит сказать, что технология позволяет одну из сторон блока делать «лицевой», с гладкой поверхностью или под «рваный камень». Пескоцементные виброблоки хороши тем, что в них можно добавлять краситель. Выглядит все вполне достойно, а по цене такие камни с «лицевой» стороной стоят лишь чуть дороже. Нужны просто особые формы, а технология не меняется.

Какие блоки лучше для строительства дома? Если в приоритете прочные стены, то вибропрессованные вне конкуренции

Процесс формирования вибропрессованных блоков такой: смесь из цемента и песка разводят водой. Раствор заливают в формы, которые затем обрабатываются на вибропрессовальном столе. То есть, раствор одновременно подвергается вибрации и давлению. Это придает ему повышенную прочность и позволяет делать стенки тонкими, а пустоты значительными. Это все дает возможность уменьшить вес, а также повысить теплотехнические характеристики. Технология эта в Америке давно применяется. Из такого строительного блока строят бюджетные дома. Называется он бессер-блок.

Достоинства и недостатки вибропрессованных блоков

Основное преимущество данной технологии — обработка вибрированием с одновременным давлением. Бетонный камень получается очень прочным и однородным. Нет пустот, неоднородностей, характеристики и свойства стабильны, стенки ровные и гладкие. А еще такая обработка дает возможность контролировать размеры. Из всех блоков, которые заливают в формы, у этого лучшая геометрия.

Пескобетонные блоки: основные характеристики полнотелых

Далее по свойствам: морозостойкость высокая — от 50 циклов (до 300), прочность — М100 или выше. Теплопроводность пустотелых блоков — 0,9 Вт/м²С, что значительно ниже чем требуется, так что либо стенка толстая должна быть, либо утеплять надо. Влагу поглощает, но в небольших количествах, намокания не боится. Данных о теплопроводности полнотелого блока нет. Надо понимать, что они крайне неутешительные.

При строительстве стен из пустотелых виброблоков рекомендуется армирование. Причем делают и вертикальное, и горизонтальное. Для вертикального используют прутки, которые хорошо бы связать с выпусками из фундамента. А горизонтальное армирование — металлическая сетка. Это не требование, но так получаются более прочные стены.

Какие блоки лучше для строительства дома? По красоте — эти

Из «чистых» недостатков — достаточно большой вес и небольшие размеры камня. Это если сравнивать с блоками из легкого бетона. Соответственно, фундамент под большой вес нужен более мощный, что ведет к увеличению затрат на него.

По цене — вполне демократично, так как компоненты доступные, а вибростол — не такое дорогое оборудование, чтобы сильно поднимать стоимость. В общем, вполне достойный вариант. Но как ни расписывай достоинства, цемент остается цементом. И строят из этого материала дома нечасто. Зато часто строят заборы или используют как облицовочный камень. Кстати, часто его и называют «заборный» блок или Бессер.

Теплоблок

На основе технологии вибропрессования сделан теплоблок. Это многослойная конструкция, в середине которой находится полистирол, а по бокам цементно-песчаный вибропрессованный состав. Причем одна сторона лицевая, окрашена в массе и, как правило, фактурная, а вторая — полнотелый строительный камень, который несет нагрузку. Для повышения надежности конструкция скреплена армирующими стержнями.

Пожалуй, самый энергоэффективный вариант. Вот только пока он не слишком популярен

То есть, теплоблок — это материал «три в одном». Сразу и стена возводится, и ее теплоизоляция и отделка. Задумка очень интересная и заманчивая. Но, как водится, новинка вызывает опасения — как такой пирог поведет себя со временем? Насколько надежны такие стены? В общем, пока народ не спешит, хотя эти блоки лучше для быстрого строительства дома.

Тут характеристики найти не так сложно. Видимо, потому что теплопроводность радует

Introduction to Building Blocks

Introduction to Building Blocks (Введение в строительные блоки)

Введение в строительные блоки

Обзор Общие характеристики Архитектурные строительные блоки Строительные блоки решения


Обзор

В этом подразделе описаны характеристики строительных блоков. Использование строительства блоки в ADM описываются отдельно в разделах Building Blocks и Метод разработки архитектуры TOGAF.

Общие характеристики строительных блоков

Строительные блоки

имеют следующие общие характеристики:

  • Building Block - это пакет функций, определенных для удовлетворения бизнес-потребностей в организация
  • Строительный блок опубликовал интерфейсы для доступа к функциям
  • Строительный блок может взаимодействовать с другими, взаимозависимыми строительными блоками.
  • Хороший строительный блок имеет следующие характеристики:
    • Он учитывает реализацию и использование и развивается с учетом технологий и стандартов
    • Может быть собран из других строительных блоков
    • Это может быть сборка других строительных блоков
    • В идеале строительный блок должен быть многоразовым, заменяемым и хорошо определенным
  • Строительный блок может иметь несколько реализаций, но с разными взаимозависимыми Строительные блоки

Building Block - это просто пакет функций, определенных для соответствия потребности бизнеса.Способ, которым функциональность, продукты и индивидуальные разработки собранные в строительные блоки будут широко варьироваться в зависимости от архитектуры. Каждый организация должна решить для себя, какое расположение строительных блоков лучше всего подходит для нее. Хороший выбор строительных блоков может улучшить интеграцию устаревшей системы, совместимость и гибкость при создании новых систем и приложений.

Системы

состоят из наборов строительных блоков, поэтому большинство строительных блоков имеют взаимодействовать с другими строительными блоками.Везде, где это правда, важно, чтобы интерфейсы к стандартному блоку опубликованы и достаточно стабильны.

Строительные блоки могут быть определены на различных уровнях детализации, в зависимости от того, на каком этапе достигнуто развитие архитектуры.

Например, на ранней стадии строительный блок может просто состоять из группы такие функции, как база данных клиентов и некоторые инструменты для поиска. Строительные блоки на этот функциональный уровень определения описан в TOGAF как Архитектура . Строительные блоки (ABB) .Позже, реальные продукты или особые нестандартные разработки замените эти простые определения функциональности, и тогда строительные блоки будут описывается как Solution Building Blocks (SBBs) .

Более подробная информация о каждом из этих аспектов строительных блоков приведена ниже.

Архитектурные строительные блоки

Архитектурные строительные блоки (ABB) относятся к архитектуре Continuum, и определяются или выбираются в результате применения Метод разработки архитектуры.

Характеристики

Архитектурные строительные блоки:

  • определите, какой функционал будет реализован
  • захват бизнеса и технические требования
  • разбираются в технологиях
  • направляет и направляет разработку строительных блоков решений
Содержание спецификации
  • Спецификации архитектурных строительных блоков включают как минимум следующее:
  • Основные функции и атрибуты - семантические, однозначные, включая безопасность возможности и управляемость
  • Интерфейсы - выбранный набор, поставляемый (API, форматы данных, протоколы, аппаратные интерфейсы, стандарты)
  • Зависимые ББ с требуемой функциональностью и именованными используемыми интерфейсами
  • Карта предприятий / организаций и политик

Компоненты решения

Строительные блоки решения

(SBB) относятся к решениям Континуум, и может быть получен или развит.

Характеристики
Стандартные блоки решения

:

  • определяет, какие продукты и компоненты будут реализовывать функциональность
  • определить реализацию
  • выполнить бизнес-требования
  • осведомлены о продукте или поставщике
Содержание спецификации
Технические характеристики стандартного блока решения

включают как минимум следующее:

  • Особые функции и атрибуты
  • Интерфейсы - реализованный набор
  • Стандартные блоки необходимого решения, используемые с требуемой функциональностью и именами используемые интерфейсы
  • Сопоставление компонентов решения с топологией ИТ и операционными политиками
  • Спецификации атрибутов, совместно используемых в среде (не путать с функциональность), такие как безопасность, управляемость, локализуемость, масштабируемость,
  • Производительность
  • , возможность настройки
  • Проектные драйверы и ограничения, включая физическую архитектуру
  • Взаимосвязи между строительными блоками решения и архитектурными строительными блоками

Авторские права The Open Group, 1998, 1999


Строительные блоки материи - Урок

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 6 (5-7)

Требуемое время: 15 минут

Зависимость урока: Нет

Тематические области: Химия, Физические науки

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Резюме

Учащиеся используют соответствующее задание, чтобы узнать об атомах и их структуре (протонах, электронах, нейтронах) - строительных блоках материи.Они видят, как научные открытия об атомах и молекулах влияют на новые технологии, разработанные инженерами. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Некоторые студенты, возможно, слышали об антивеществе, «фазерах» (лазерное оружие из Star Trek ™, которое испускает высокоэнергетические световые вспышки, чтобы оглушить или смертельно ранить врага) и «Лучи меня, Скотти! (сигнал Star Trek ™ в комнату транспортера).Воображение - это здорово, и по мере того, как технологии развиваются и инженеры узнают больше о строительных блоках материи, эти типы технологий переходят от воображения к реальности.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

  • Определите молекулу.
  • Перечислите основные компоненты и структуру атома.
  • Понять, как инженеры используют свои знания об атомной структуре для разработки новых технологий.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения - наука
Общие основные государственные стандарты - математика
  • Объясните закономерности в количестве нулей в произведении при умножении числа на степень 10 и объясните закономерности в расположении десятичной точки при умножении десятичной дроби или делении десятичной дроби на степень 10.Используйте целые числа для обозначения степеней десяти. (Оценка 5) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Понять концепцию отношения и использовать язык отношений для описания отношения отношения между двумя величинами.(Оценка 6) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии - Технология
ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Больше подобной программы

Gumdrop Atoms

Студенты используют мармеладки и зубочистки, чтобы делать модели атома лития.Используя эти модели, они исследуют состав атомов, включая их относительный размер.

Lights Out!

Этот урок знакомит с концепцией электричества, предлагая студентам представить, какой была бы их жизнь без электричества. Студенты узнают, что электроны могут перемещаться между атомами, оставляя атомы в заряженном состоянии.

Поверхностно-активные вещества: помогают молекулам перемещаться

Студенты узнают об основах молекул и о том, как они взаимодействуют друг с другом. Они узнают об идее полярных и неполярных молекул и о том, как они действуют с другими жидкостями и поверхностями. Студенты получают концептуальное представление о молекулах поверхностно-активных веществ и о том, как они работают на молекулярном уровне....

Взять на себя ответственность! Все о статическом электричестве

Студенты приходят к пониманию статического электричества, узнавая о природе электрического заряда и различных методах зарядки объектов. В практической деятельности учащиеся индуцируют электрический заряд на различных объектах и ​​экспериментируют с электрическим отталкиванием и притяжением.

Введение / Мотивация

Осмотрите класс. Как вы думаете, что составляет все предметы в классе? (Возможные ответы: атомы, материя, твердые вещества и т. Д. Некоторые студенты могут ответить более конкретно, например: столы, стены, воздух, люди и т. Д.). Все живое и неживое вокруг нас состоит из вещества, называемого материей .Фактически, любой предмет, имеющий массу и занимающий место, можно считать материей.

Знаете ли вы, как называются основные строительные блоки материи? Ну, основные строительные блоки, из которых состоит материя, называются атомами . Иногда два или более атома связываются или слипаются, образуя молекулу . Молекула - это самая маленькая часть вещества, которая все еще обладает всеми свойствами этого вещества. Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.Иногда молекула состоит из двух или более одинаковых атомов, например, молекула газообразного гелия. Материя и молекулы, из которых состоит окружающий нас мир, в основном образованы множеством различных атомов, связанных вместе, каждый из которых имеет свои собственные свойства или атрибуты.

Атомы маленькие, но при высвобождении их энергии они сильно упадут. Начнем с основных частиц, составляющих атом, и связанных с ними зарядов и структуры. Атомы состоят из трех частиц: отрицательно заряженных электронов , положительно заряженных протонов и нейтронов , которые имеют нейтральный заряд.Легко запомнить типы зарядов на каждой из этих частиц, если использовать простую ассоциацию. Например, протоны положительны, и оба этих слова начинаются с p. Также нейтроны нейтральны, они начинаются с n. Тогда нам нужно запомнить только одну частицу: электроны, и они имеют отрицательный заряд. Где все эти частицы расположены в атоме? Электроны существуют на орбитах или оболочках, которые вращаются вокруг ядра атома, содержащего протоны и нейтроны. На самом деле эти оболочки выглядят как нечеткие облака, в которых движутся электроны.

Инженеры

используют свои знания о структуре атомов для всего, от разработки новых материалов (антипригарных покрытий для сковородок, более безопасных футбольных шлемов, углеродного волокна для более быстрых автомобилей, более легких протезов и велосипедов и т. Д.) До использования энергии ядерной энергии. реакции на электричество. Они также создают машины, такие как лазеры, для искусственного создания элементов. Лазеры используются в медицине и стоматологии, а также в различных отраслях промышленности. Многие технологии из старого сериала «Звездный путь» представляют собой реальные возможности для будущего, поскольку ученые и инженеры узнают больше о структуре материи.Во время этого урока мы узнаем больше о материи и ее основном строительном блоке - атоме. Давайте также подумаем о том, как мы можем использовать наши знания о материи для понимания новых инженерных технологий.

Предпосылки и концепции урока для учителей

История

Древние греки запустили процесс катания атомного шара. Демокрит был первым, кто предположил, что материя состоит из маленьких кусочков.Левкипп был первым, кто использовал термин атом (atomon), что в переводе с греческого означало «неделимый». Теперь мы знаем, что атом делится и состоит из еще более мелких частей - загадочных субатомных частиц. Поскольку у греков не было возможности проверить и подтвердить свои теории, нам пришлось ждать почти 2000 лет, чтобы подтвердить, что атомы действительно существуют, хотя и не совсем так, как предполагали греки.

В 16 веке Роберт Бойль высказал идею, что существует элементов , которые нельзя разбить дальше, но только в 18 веке Джон Дальтон решил, что элементы могут состоять из атомов.

Атом и структура атома

Основные факты, которые нужно знать об атоме, заключаются в том, что он состоит из трех основных субатомных частиц: 1) электронов (отрицательный заряд), которые вращаются в оболочках вокруг ядра , которое состоит из 2) протонов ( положительный заряд) и 3) нейтронов (нейтральный заряд). Как правило, количество протонов и электронов уравновешивается, чтобы атом имел электрически нейтральный заряд. Электроны, наиболее удаленные от ядра атома (валентные электроны), легче всего разделяются с другими атомами или передаются им.Атомы, у которых отсутствует электрон или совместно используют дополнительный электрон, называются ионами и легко объединяются с другими ионами, образуя молекул .

Число протонов в атоме называется атомным номером . Это число определяет элемент атома. Внутри элемента количество нейтронов может варьироваться, создавая разные изотопы или нуклиды . По большей части это не влияет на электрическое и химическое поведение атома.(Есть некоторые исключения, связанные с массой изотопа, поскольку более тяжелые изотопы, как правило, реагируют медленнее, чем более легкие.) Есть некоторые вещи, которые влияют на количество протонов и нейтронов в ядре атома, включая ядерное деление, ядерный синтез. и радиоактивный распад. Однако обычно количество электронов - это частица, которую легче всего изменить из-за ее более низкой энергии связи.

Традиционно атом представляли как некую миниатюрную солнечную систему. Теперь ученые понимают, что если бы мы могли видеть атом, он был бы больше похож на маленькое нечеткое облачко.Фактически, ученые могут только предсказать, где электрон может быть в своей оболочке, используя теорию вероятности : точное положение и импульс электрона нельзя определить одновременно.

Рис. 1. Атомный масштаб. Copyright

Copyright © 2000 Particle Data Group of Lawrence Berkeley National Laboratory http://particleadventure.org/

Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковую массу; однако электроны более чем в 1000 раз легче. Насколько малы мы говорим? Что ж, как показано на рисунке 1, мы говорим очень и очень крошечные.

  • атом = 1 x 10 -10 метров
  • ядро ​​= 1 x 10 -15 до 1 x 10 -14 метров
  • нейтрон или протон = 1 x 10 -15 метров
  • электрон - точно не известно, но предположительно порядка 1 x 10 -18 метров

Атом можно разбить на несколько субатомных частиц меньшего размера. Три основных - это протонов, и нейтронов, , которые находятся в ядре или ядре атома, и электронов, , которые существуют вне ядра.Обратитесь к упражнению Gumdrop Atoms, чтобы проиллюстрировать анатомию атома, чтобы дать учащимся лучшее понимание того, как взаимодействуют эти субатомные частицы. Физики недавно разделили атомы на еще более мелкие субатомные частицы, такие как фермионы (кварки, лептоны, нейтрино, электроны) и бозоны (глюоны, фотоны, гравитроны). Трудно (если не невозможно) определить физические свойства чего-либо на основе количества кварков и лептонов, которые оно содержит. То, что мы видим в нашем мире (вода, дерево, металл, кожа, зубы), лучше понять и организовать с помощью количества протонов, нейтронов и электронов, содержащихся в их атомах (и молекулах).Подобно тому, как мы смотрим на формы различных деталей LEGO ™, а не на пластик, из которого они сделаны, в этом уроке мы просто рассмотрим протоны, нейтроны и электроны как «LEGO ™» материи.

Интересный факт: Если мы изобразим атом в масштабе и сделаем протоны и нейтроны диаметром в сантиметр, то электроны будут меньше диаметра волоса, а весь диаметр атома будет больше, чем длина тридцати футбольных полей. ! Фактически 99.9% объема атома - пустое место! (Источник: http://particle.adventure.org/particleadventure/)

Сопутствующие мероприятия

Закрытие урока

Итак, что это за штука вокруг нас? (Ответ: Материя) Материя - это все, что имеет массу и занимает пространство. Основные строительные блоки, из которых состоит материя, называются атомами. Какие частицы содержатся в атомах? (Ответ: электроны, протоны и нейтроны) Где они находятся? (Ответ: протоны и нейтроны находятся в ядре, а электроны находятся в оболочках вокруг ядра.) Кто помнит, что такое молекула? (Ответ: молекула - это наименьшая часть вещества, которая все еще обладает всеми свойствами этого вещества; когда два или более атома связываются или слипаются, они образуют молекулу.)

Атому предстоит открыть еще много загадок. За последние 100 лет мы узнали много нового о том, как ведет себя атом, но нам предстоит еще многое узнать. Когда ваши родители росли, у них не было некоторых технологий, которые есть у нас сегодня. Прогресс в технологиях частиц, таких как использование лазеров, произошел благодаря тому, что инженеры использовали атомные открытия ученых для создания устройств, которые делают нашу жизнь лучше и продвигают человеческое общество.Лазеры используются в промышленности, медицине, военном деле и даже во многих потребительских товарах, таких как компьютеры и DVD-плееры.

Словарь / Определения

атом: основная единица материи; наименьшая единица элемента, имеющая все характеристики этого элемента; состоит из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженного центра, называемого ядром.

атомная теория: теория, согласно которой вся материя состоит из элементарных частиц, называемых атомами; концепция атома как состоящего из субатомных частиц.

электрон: частица, вращающаяся вокруг ядра атома с отрицательным зарядом.

молекула: наименьшая единица вещества, которая сохраняет химические и физические свойства вещества; два или более атомов, удерживаемых вместе химическими связями.

нейтрон: частица в ядре атома без заряда.

Ядро: плотное центральное ядро ​​атома (состоящее из протонов и нейтронов).

протон: частица в ядре атома с положительным зарядом.

Оценка

Оценка перед уроком

Вопрос для обсуждения: Запрашивайте, объединяйте и обобщайте ответы студентов.

  • Попросите учащихся осмотреть предметы в классе, а затем спросите их, что, по их мнению, является «материалом», из которого состоят предметы в классе. Включите технологические элементы, такие как компьютеры, телефоны и домофоны.(Возможные ответы: атомы, материя, твердые вещества и т. Д.)

Оценка после введения

Голосование : Задайте вопрос «правда / ложь» и попросите учащихся проголосовать, подняв палец вверх за истину и вниз за ложь. Подсчитайте голоса и запишите итоги на доске. Дайте правильный ответ.

  • Верно или неверно: атом - это наименьший строительный блок материи (Ответ: Верно)
  • Верно или неверно: молекулы состоят из двух или более атомов. (Ответ: Верно; молекула - это также самая маленькая часть вещества, которая все еще обладает всеми свойствами этого вещества.)
  • Верно или неверно: электроны находятся в ядре атома. (Ответ: Неверно; электроны находятся в оболочках за пределами ядра.)
  • Верно или неверно: инженеры используют свои знания об атомах и молекулах для разработки новых технологий. (Ответ: Верно)
  • Верно или неверно: Лазеры используются только в научных лабораториях. (Ответ: Неверно; лазеры используются во многих сферах, включая промышленность, стоматологию и медицину, военные и потребительские товары, такие как компьютеры и DVD-плееры.)

Итоги урока Оценка

Карточки : Каждый ученик в команде создает карточку с вопросом на одной стороне и ответом на другой. Если команда не может прийти к единому мнению, ей следует проконсультироваться с учителем. Передайте карточки следующей команде. Каждый член команды читает карточку, и каждый пытается ответить на нее. Если они правы, они могут передать карту следующей команде. Если они считают, что у них есть другой правильный ответ, они должны написать свой ответ на обратной стороне карточки в качестве альтернативы.После того, как все команды заполнили все карточки, проясните все вопросы. Ниже приведены примеры вопросов:

  • Заряд протона положительный, отрицательный или нейтральный? (Ответ: положительный)
  • Какие атомные частицы существуют в ядре? (Ответ: Протоны и нейтроны)

Мероприятия по продлению урока

Будьте SME!

Люди, разрабатывающие учебные планы и программы обучения, часто полагаются на специалиста по предмету или SME (произносится «смэ») - часто инженеров или других профессионалов - чтобы дать им самую свежую информацию о материале.Для этого задания каждый студент может стать специалистом в области малого и среднего бизнеса в своей предметной области и выступить с стендовой презентацией на научной ярмарке в классе «Загадочные частицы». Студенты могли индивидуально выбрать субатомную частицу и стать специалистом по этому предмету. Или несколько студентов могут работать вместе, чтобы объяснить структуру атома, например, демонстрируя, как электроны движутся в оболочках. Следует поощрять учащихся разыгрывать свойства частиц.

Студенты могут индивидуально исследовать атомы (через Интернет или другие источники).

Студенты могут пройти интерактивную викторину FunBrain Periodic Table по адресу: https://www.funbrain.com/games/periodic-table-game и исследовать каждый элемент через Интернет или другие источники.

Рекомендации

Andrew Rader Studios, Rader's Chem4Kids.com, Atom Basics: Обзор, «Атомы вокруг нас», http://www.chem4kids.com/, дата обращения 31 августа 2006 г.

Бэтчелор, Дэвид Аллен. Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, "Наука Звездного пути", 1993.

Браун, Джуди. Музей науки Майами, Семья Атома, «Портретный салон Призрака», http://miamisci.org/af/sIn/phantom/index.html.

Группа данных о частицах Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, «Приключение частиц: основы материи и силы», 2002 г.

Национальный ускорительный комплекс Томаса Джефферсона - Управление естественнонаучного образования, естественнонаучного образования, игр и головоломок, «Это элементарно: Периодическая таблица элементов», http: // education.jlab.org/inexpages/elementgames.html, по состоянию на 31 августа 2006 г.

Макинтайр, Стейси. Министерство энергетики США, Управление энергетической информации, Energy Kid's Page, Energy Facts, «Источники энергии», http://www.eia.doe.gov/kids/ По состоянию на 31 августа 2006 г.

Университет Колорадо в Боулдере, Центр комплексных исследований плазмы, Physics 2000, декабрь 2004 г., http://www.colorado.edu/physics/ По состоянию на 31 августа 2006 г.

Авторские права

© 2006 Регенты Университета Колорадо.

Авторы

Брайан Кей; Дарья Котыс-Шварц; Малинда Шефер Зарске; Джанет Йоуэлл

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано за счет гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.S. Министерство образования и Национальный научный фонд ГК-12, грант No. 0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 12 января 2021 г.

аминокислот | Строительные блоки белка

Мы склонны думать, что белок - это простой макроэлемент, который необходим вашему организму.Однако, если вы когда-либо посещали уроки биологии, вы знаете, что белок - это не одно вещество. Напротив, у белка есть много разных частей; аминокислоты - важная часть, известная как строительные блоки белка. Давайте глубже погрузимся в эти органические соединения и их важную функцию в нашей повседневной жизни

Что такое аминокислоты?

Аминокислоты - это органические соединения, которые образуют белки. Обычно они известны как строительные блоки белка.Помимо построения белков, они также способствуют синтезу гормонов и нейромедиаторов. 1

Состоит из одной или нескольких линейных цепочек аминокислот (называемых полипептидами), всего в белках содержится 20 типов аминокислот. 2 Вы можете думать об этом как о разных ароматизаторах, которые соединяются вместе, как бусинки на нитке, чтобы образовать длинные цепи, которые мы называем полипептидами, и это строительные блоки белков. Самое интересное в аминокислотах заключается в том, что, когда они связаны друг с другом, они складываются, чтобы сформировать окончательную форму белка, а форма белка определяет, что он может делать в клетке. 3 Основная структура аминокислоты - это центральный атом углерода, связанный с аминогруппой (Nh3), карбоксильной группой (COOOH) и атомом водорода. 4

3 типа аминокислот

1. Условные аминокислоты

Когда организм испытывает периоды сильной травмы или стресса в результате термической травмы, сепсиса, хирургического вмешательства, заменимые аминокислоты становятся условно незаменимыми или условно незаменимыми. 5 Ваше тело перенапрягается в периоды восстановления и нуждается во всей возможной помощи.Следовательно, условные аминокислоты обычно не являются необходимыми, за исключением периодов болезней и стресса. К ним относятся аргинин, цистеин, глутамин, тирозин, глицин, орнитин, пролин и серин.

2. Заменимые аминокислоты

Заменимые аминокислоты - это те аминокислоты, которые вырабатываются в организме, даже если мы не получаем их из пищи, которую мы едим. 6 Заменимые аминокислоты включают: аланин, аргинин, аспарагин, аспарагиновую кислоту, цистеин, глутаминовую кислоту, глутамин, глицин, пролин, серин и тирозин.

3. Незаменимые аминокислоты

Наконец, у нас есть незаменимые аминокислоты. Незаменимые аминокислоты - это аминокислоты, которые ваше тело не может производить, поэтому они должны поступать с пищей. 7 Девять незаменимых аминокислот - это гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и валин.

Нет необходимости употреблять незаменимые и заменимые аминокислоты при каждом приеме пищи, но важно соблюдать их баланс в течение всего дня. 8

Узнайте больше о 9 незаменимых аминокислотах и ​​источниках пищи, чтобы найти их

Преимущества аминокислот

Аминокислоты, в конечном счете, являются строительными блоками белка, обеспечивая решающую роль в восстановлении здоровья и защите ваше тело от болезней. Исследования также показали несколько преимуществ для здоровья при приеме в концентрированных дозах, таких как дополнительные формы. 9 Другие исследования показывают, что аминокислоты уменьшают распад белка во время упражнений и снижают уровень креатинкиназы, которая является индикатором повреждения мышц. 10

Включив в рацион продукты, содержащие аминокислоты, вы заметите улучшение своего настроения, сна, спортивных результатов и набора мышечной массы. К счастью, вы можете найти эти соединения во многих продуктах животного и растительного происхождения.

Подробнее о продуктах, богатых белком


Создано Паулиной Черна-Фрага

Какие продукты вы хотите включить, чтобы увеличить потребление аминокислот? Дайте нам знать в комментариях ниже!

Единое видение строительных блоков жизни

С момента открытия ДНК до секвенирования генома человека, матрично-зависимое образование биологических молекул от гена до РНК и белка было центральным принципом биологии.Тем не менее, истоки многих заболеваний, включая аллергию, болезнь Альцгеймера, астму, аутизм, диабет, воспалительные заболевания кишечника, болезнь Лу Герига, рассеянный склероз, болезнь Паркинсона и ревматоидный артрит, по-прежнему ускользают от нашего понимания. Ожидания о том, что определенные вариации в схеме ДНК послужили бы точному определению даже мультигенных причин этих заболеваний, остаются невыполненными. Исследования различных популяций выявили различные гены, и те гены, которые были идентифицированы, вносят вклад в заболевание у небольшой части людей с диагнозом 1,2,3 .Перечня генетических частей кажется недостаточным для объяснения происхождения многих тяжелых болезней. Факторы окружающей среды, включая диету и микроорганизмы, также являются причинами болезней. Например, диабет 2 типа, которым страдают сотни миллионов людей, связан с диетой с высоким содержанием жиров 4 , и этот механизм возникновения болезни является общим для различных видов. Когда болезнь возникает из-за клеточного ответа на патоген или раздражитель окружающей среды, одна только геномика вряд ли даст ответы на все вопросы.Эта точка зрения подтверждается наблюдением, что удивительно одинаковое количество генов существует даже у самых разных форм жизни. Более того, хотя геном обеспечивает основу и основные инструкции, по которым клетка развивается и функционирует, полная сложность клеточной жизни не может быть непосредственно им закодирована.

Как неделимые единицы жизни клетки всех организмов состоят из четырех основных макромолекулярных компонентов: нуклеиновых кислот (включая ДНК и РНК), белков, липидов и гликанов.Благодаря конструкции, модификации и взаимодействию этих компонентов клетка развивается и функционирует. Борьба за понимание этого взаимодействия - забота биологов, а в последнее время и тех, кто занимается системной биологией. Но готовы ли мы принять во внимание все компоненты биологических систем для точного моделирования здоровья и болезней? Для этого должен быть очевиден основной состав всех ячеек.

Физические науки разработали периодическую таблицу элементов, чтобы передать состав и взаимосвязь материи.Родственная конструкция для биологии может обеспечить более сбалансированное представление о клетке и ее биохимии. Четыре основных компонента клеточной жизни происходят из 68 молекулярных строительных блоков (рис. 1). В отличие от генома и протеома, гликом и липидом непосредственно не кодируются ДНК. Тем не менее, гликом и липидом вносят вклад в патогенез и тяжесть растущего числа заболеваний и узурпируются патогенами в качестве рецепторов инфекции 5,6,7,8,9 . Научные дискуссии, касающиеся этих компонентов, остаются относительно нечастыми в белкоцентричном мире клеточной биологии.Некоторые ученые сетуют на «сложность молекул». Однако наш алфавит из 26 символов, не говоря уже о китайских иероглифах, довольно легко усваивается. Представьте себе мир, в котором каждый из нас знал лишь часть алфавита.

Рис. 1. Молекулярные строительные блоки жизни.

Есть 68 молекул, которые способствуют синтезу и первичным структурам 4 основных макромолекулярных компонентов всех клеток: нуклеиновых кислот, белков, гликанов и липидов. ДНК и РНК производятся из 8 нуклеозидов.Хотя дезоксирибоза (d) и рибоза (r) являются сахаридами, они являются неотъемлемой частью энергетически заряженных нуклеозидных строительных блоков, которые используются для синтеза ДНК и РНК. В синтезе белков используются 20 природных аминокислот. Первоначально гликаны получают из 32, а возможно, и более сахаридов, используемых в ферментативном процессе гликозилирования, и часто присоединяются к белкам и липидам, хотя некоторые из них существуют в виде независимых макромолекул. Липиды представлены 8 недавно классифицированными категориями и содержат большой набор гидрофобных и амфипатических молекул.Количество молекулярных строительных блоков не дает прямого вывода об относительной структурной сложности репертуара каждого компонента. Не показано множество различных постсинтетических модификаций молекул в этих компонентах.

Междисциплинарное образование и исследования могут обеспечить обмен идеями и достижениями и будут иметь важное значение для борьбы со сложными заболеваниями, связанными с особенностями человека. Тем не менее, для отдельных ученых рискованно заниматься междисциплинарными исследованиями. Механизмы финансирования исследований по-прежнему препятствуют рискованному поведению.Между тем учебные программы университетов и программы крупных симпозиумов редко демонстрируют комплексное видение биологии двадцать первого века. Государственные и частные учреждения, которые разрабатывают образовательные программы и предоставляют финансирование, несут ответственность за обеспечение того, чтобы следующие поколения ученых получали подготовку, поддержку и ресурсы, необходимые для участия в обучении и исследованиях, которые могут беспрепятственно охватить все основные компоненты, критически важные для клеток.

Определение молекулярных строительных блоков жизни обеспечивает концептуальную основу для биологии, которая может улучшить образование и исследования, способствуя интеграции знаний.Понимание, которое дает преодоление разрыва, существующего между дисциплинами, может еще больше смягчить мнение о том, что исследователи должны неизменно жертвовать широтой знаний, чтобы обрести глубину понимания. Развитие этой интеграции будет отражать более целостные и строгие усилия, которые в конечном итоге потребуются, если мы хотим воспринимать биологические механизмы здоровья и болезней и наиболее эффективно ими манипулировать.

Список литературы

  1. 1

    Шрайнер, Д., Воган, Л. К., Падилла, М. А. и Тивари, Х. К. Проблемы с общегеномными ассоциативными исследованиями. Наука 316 , 1840–1842 (2007).

    CAS Статья Google Scholar

  2. 2

    Райт, Л. Глубоко, глубоко вглядываясь в свои гены. Onearth 29 , 32–35 (2007).

    Google Scholar

  3. 3

    Гарбер К. Неуловимые гены БАС. Наука 319 , 20 (2008).

    Артикул Google Scholar

  4. 4

    Смит С. и Херон А. Диабет и ожирение: две эпидемии. Nature Med. 12 , 75–80 (2005).

    Артикул Google Scholar

  5. 5

    Gagneux, P. & Varki, A. Эволюционные соображения в связи разнообразия олигосахаридов с биологической функцией. Гликобиология 9 , 747–755 (1999).

    CAS Статья Google Scholar

  6. 6

    Fahy, E. et al. Комплексная система классификации липидов. J. Lipid Res. 46 , 839–861 (2005).

    CAS Статья Google Scholar

  7. 7

    Дубе, Д. Х. и Бертоцци, К. Р. Гликаны при раке и потенциале воспаления для терапии и диагностики. Nat. Rev. Drug Discov. 4 , 477–488 (2005).

    CAS Статья Google Scholar

  8. 8

    Оцубо, К. и Март, Дж. Д. Гликозилирование в клеточных механизмах здоровья и болезней. Cell 126 , 855–867 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  9. 9

    Wymann, M. P. & Schneiter, R. Передача сигналов липидов при заболевании. Nature Rev. Mol. Cell Biol. 9 , 162–176 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

Скачать ссылки

Благодарности

Я благодарю Джона Поллока, Карен Чин и Аджита Варки за обсуждения. J.D.M. поддерживается Медицинским институтом Говарда Хьюза и грантами Национальных институтов здравоохранения HL57345, HL78784 и GM62116. Иллюстрация Кэти Рис-Викари.

Информация об авторе

Принадлежность

  1. Джейми Д.Март работает в отделении клеточной и молекулярной медицины и в Медицинском институте Говарда Хьюза, 9500 Gilman Drive-0625, Калифорнийский университет в Сан-Диего, Ла-Хойя, Калифорния 92093, США. [email protected]

    Джейми Д. Март

Об этой статье

Цитируйте эту статью

Март, Дж. Единое видение строительных блоков жизни. Nat Cell Biol 10, 1015 (2008). https://doi.org/10.1038/ncb0908-1015

Ссылка для скачивания

Дополнительная литература

  • Полимеры с отпечатком поверхностного белка на основе наноматериалов: синтез и применение в медицине

    • Mingfei Pan
    • , Liping Hong
    • , Xiaoqian Xie
    • , Kaixin Liu
    • , Jingying Yang
    • и Shuo Wang

    Химия и физика высокомолекулярных соединений (2021 год)

  • Систематический дизайн биомолекулярных силовых полей

    Текущее мнение в области структурной биологии (2021 год)

  • Дискриминация изомерных трисахаридов и их относительное количественное определение в меде с использованием спектрометрии подвижности захваченных ионов

    • Cédric Przybylski
    • & Véronique Bonnet

    Пищевая химия (2021 год)

  • Ультратонкое кремнеземное покрытие наноструктур ДНК оригами

    • Минь-Кха Нгуен
    • , Ву Хоанг Нгуен
    • , Эшвин Картик Натараджан
    • , Йике Хуанг
    • , Йонас Рисси
    • , Боксуан Шен
    • и Антон Кузык

    Химия материалов (2020)

  • Химический синтез 5’-β-гликоконъюгатов витамина B6

    • Томас Бахманн
    • , Кристиан Шнурр
    • , Лаура Зайнер
    • и Майкл Рихлик

    Исследование углеводов (2020)

Четырехмерные микростроительные 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 напрямую конструирует трехмерные реконфигурируемые микроструктуры, способные выполнять сложные преобразования трехмерной формы в трехмерную 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 был 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 машин, поскольку он не требует 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 контролируемыми 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 для 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 прямых и обратных схем преобразования форм 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 проекта 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-to-3D. преобразования формы в микроструктурах, напечатанных на 3D-принтере. Прямая лазерная запись 4D (4D DLW) с субмикронным разрешением ( 46 ) используется для создания разнообразных микромасштабных 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 сети из полимеров с различными поперечными связями, 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 податливыми 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

Метод FEA для микростроительных блоков 4D

В отличие от 3D-печати, 4D-печать в значительной степени полагается на математику для решения сложных прямых и обратных задач. Успех 4D-печати зависит от того, насколько точны вычислительные 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 изменении условий 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 in situ (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 подобранных кривых напрямую связан с мощностью лазера, принятой во время фотополимеризации. Следуя работе Hong et al. ( 47 ) номинальное напряжение может быть выражено частной производной преобразования Лежандра с поправкой на функцию свободной энергии относительно градиента деформации, которая дает следующее (подробнее см. Разделы S2 и S3) 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 задали 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 рисунке 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 спрогнозировать 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 кислом 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 трансформируемую систему, состоящую из различных деформируемых 4D строительных блоков (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 петель 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 ) 4D микростроительные блоки 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), что указывает 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 параметров 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 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. 3B. 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, вызванное сборкой большого количества ( n > 60) строительных блоков, поскольку численные результаты имеют тенденцию расходиться. 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 получены 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 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. Таким образом, 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 рис. 3, C и E. На рис. 3C показано, что соединение поворотных соединений с неактивными строительными блоками может увеличить радиус вращения 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 до 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. (От C до 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 реализованы в наших модульных строительных блоках соответственно. FEA предоставляет средства для количественной сборки сложной модульной системы.

Обратное и прямое проектирование модульных систем

Если задана произвольная трехмерная форма, 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. Очень 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 вдоль оси Z при изменении 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 спиральные, 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 в масштабе микрометра 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 создания трансформатора микрометрового масштаба.

( A ) Компьютерная модель микромасштабного гоночного автомобиля в соответствии с предлагаемыми правилами сборки. Розовый цвет обозначает жесткие и недеформируемые компоненты.( B ) 4D DLW проектирование и производство разработанного 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 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 4D-напечатанные структуры, в которых измерение времени также может быть закодировано во время печати, в значительной степени облегчили бы реконфигурируемые конструкции в виде различных отсеков, которые могут последовательно трансформироваться 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 , N Раствор фотоинициатора -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 использовали 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. Предшественник 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, гибрид) 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. На практике 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 4D микростроительных блоков.

Ссылки ( 50 - 52 )

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution, 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 была поддержана при финансовой поддержке Национального фонда 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. построил 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).

Чтение: Строительные блоки материи

Зачем изучать химию минералов? Минералы состоят из атомов , которые влияют на поведение и характеристики минерала.Таким образом, чтобы понять, объяснить и предсказать поведение минералов и горных пород, состоящих из минералов, мы должны понять некоторые основные факты об атомах и их поведении. Это требует базового понимания химии. Мы начнем с конструирования атомов в нашем мышлении в терминах трех субатомных частиц, из которых состоят атомы.

Атомов

Рис. 1. Изображенные здесь элементы, такие как гелий, состоят из атомов. Атомы состоят из протонов и нейтронов, расположенных внутри ядра, а электроны находятся на орбиталях, окружающих ядро.

Атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Протоны имеют положительный (+) электрический заряд. Электроны имеют отрицательный (-) заряд, который в точности равен электрическому заряду протона и противоположен ему. Нейтроны электрически нейтральны.

Большая часть массы атома заключена в его крошечном ядре. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, которые имеют примерно одинаковую массу (около 1,67 × 10 −24 грамма).С другой стороны, электроны расположены на определенных орбиталях вокруг ядра атома; они также намного меньше по массе, чем протоны и нейтроны, и весят всего 9,11 × 10 −28 граммов, или примерно 1/1800 веса протонов и нейтронов.

Несмотря на то, что масса электрона является крошечной массой по сравнению с массой протона или нейтрона, электроны занимают большую часть объема атома (см. Рисунок 1).

Ионы

У нейтрального атома такое же количество электронов, как и у протонов.Атом, который потерял или получил какие-либо электроны, больше не является электрически нейтральным атомом. Этот тип атома, который не является электрически нейтральным и имеет связанный с ним электрический заряд, называется ионом . Атомы, получившие электроны, являются отрицательно (-) заряженными ионами или анионами . Атомы, потерявшие электроны, являются положительно (+) заряженными ионами, или катионами, .

Также возможно иметь ионы, которые на самом деле представляют собой небольшие группы атомов, связанных вместе.Они известны как многоатомные ионы. Одним из примеров многоатомного иона является карбонат-ион (CO 3 ) 2-, который имеет два дополнительных электрона, что дает ему чистый электрический заряд 2−.

Химические формулы

Мы только что видели, что карбонат-ион также может называться (CO 3 ) 2-. Но что конкретно это означает?

Сначала давайте посмотрим на буквы: CO. Атомы имеют химические символы; каждому элементу присвоена одна или две буквы, обозначающие его.Таким образом, C обозначает углерод, а O обозначает кислород (все эти химические символы можно увидеть в периодической таблице на рисунке 2 ниже).

Как мы читали выше, 2- означает, что у иона есть два дополнительных электрона. А как насчет 3 ? Это означает, что в ионе есть три атома кислорода. Число атомов в конкретной формуле всегда указывается в нижнем индексе. Заряд всегда пишется надстрочным индексом в конце формулы (надстрочный индекс в начале формулы означает что-то еще - мы вернемся к этому, когда будем обсуждать изотопы ниже).Скобки вокруг CO 3 указывают на то, что заряд принадлежит всей многоатомной единице, а не только O 3 .

Таким образом, карбонат-ион представляет собой один атом углерода (C), три атома кислорода (O 3 ) и два дополнительных электрона ( 2-), которые заряжают весь многоатомный ион.

Периодическая таблица

Встречающиеся в природе атомы, обнаруженные на Земле, варьируются от водорода с одним протоном в ядре до урана с 92 протонами в ядре.Это природные химические элементы, в том числе такие общеизвестные элементы, как углерод, кислород, железо и так далее. В периодической таблице перечислены все химические элементы таким образом, чтобы можно было узнать, сколько протонов у каждого из них, как устроены его электроны и каково общее химическое поведение каждого элемента.

Рис. 2. Перейдите по этой ссылке, чтобы перейти к большой версии Периодической таблицы. Ссылка откроется в новом окне, чтобы вы могли легко ссылаться на нее при чтении этой страницы.

Как показано на рисунке 2, периодическая таблица состоит из восемнадцати групп и семи периодов. Под основной таблицей помещены два дополнительных ряда элементов, известных как лантаноиды и актиниды. Эти элементы размещены отдельно, чтобы сделать стол более компактным. Все элементы в группе имеют схожее химическое поведение. Это связано с тем, что все элементы в группе имеют одинаковое расположение электронов в своих атомах, и именно расположение электронов определяет химическое поведение элемента.

Для каждого элемента предоставляется имя, атомный символ, атомный номер и атомная масса. Атомный номер - это целое число, которое представляет количество протонов: каждый химический элемент отличается количеством протонов в его ядре. Например, в ядре каждого атома элемента кислорода есть восемь протонов. Вот почему атомный номер кислорода равен 8. Если в ядре атома больше или меньше восьми протонов, это не кислород, это какой-то другой химический элемент.В периодической таблице атомный номер каждого элемента указан над химическим символом элемента.

Атомная масса, которая представляет собой среднюю массу различных изотопов, оценивается с точностью до двух десятичных знаков. Например, водород имеет атомный символ H, атомный номер 1 и атомную массу 1,01. Атомная масса всегда больше атомного номера. Для большинства мелких элементов атомная масса примерно в два раза больше атомного номера, так как количество протонов и нейтронов примерно равно.

Элементы делятся на три категории: металлы, неметаллы и металлоиды. Они образуют диагональную линию от периода два, группа тринадцать, до периода седьмого, группы шестнадцатого. Все элементы слева от металлоидов - металлы, а все элементы справа - неметаллы.

Периодическая таблица Менделеева была создана, чтобы помочь химикам лучше понять элементы и их функции. Это карта поведения элементалей.

Изотопы

Каждый атом определенного элемента должен иметь одинаковое количество протонов в ядре.Этот номер является его атомным номером. Однако существует диапазон возможных количеств нейтронов, которые он может иметь в своем ядре. Тот факт, что атомы химического элемента могут иметь разное количество нейтронов, приводит к тому, что каждый химический элемент имеет несколько изотопов. Изотопы - это атомы данного химического элемента, которые имеют разное количество нейтронов в своих ядрах.

Например, в то время как все атомы элемента кислорода имеют восемь протонов в своих ядрах, эти атомы кислорода могут иметь восемь, девять или десять нейтронов.Различное количество нейтронов в ядре отличает три изотопа кислорода. Кислород-16 - изотоп кислорода с 8 нейтронами в ядре. Число 16 называется атомным массовым числом. Атомное массовое число - это общее количество протонов и нейтронов в ядре изотопа. Из этого определения и зная, что все атомы кислорода имеют 8 протонов в ядре, вы можете сделать вывод, что кислород-17 является изотопом кислорода с 9 нейтронами, а кислород-18 - изотопом кислорода с 10 нейтронами.Сокращенно обозначенные символами, три изотопа кислорода записываются как 16 O, 17 O и 18 O.

Изотопы не очень важны для понимания минералов, но важны для понимания того, как применять химию и ядерную физику к геологии, например, как использовать измерения радиоактивных изотопов для измерения возраста горных пород и минералов и как использовать изотопы кислорода из слоев ледникового льда, чтобы определить, какой была температура земли во время ледникового периода.

Внесите свой вклад!

У вас была идея улучшить этот контент? Нам очень понравится ваш вклад.

Улучшить эту страницуПодробнее

Строительные блоки взаимодействия - организация взаимодействия

Скачать PDFРаспечатать эту страницу

В Участие общественности в демократии 21 века , всеобъемлющий текст по теории, науке и практике участия общественности в демократическом принятии решений и решении проблем, Тина Набатчи и Мэтт Лейнингер предлагают простую схему для классификации целей и задач различных стратегий взаимодействия.Модель Building Blocks of Engagement описывает шесть общих форм образовательного взаимодействия, которые при совместной работе могут создать основу для эффективной системы вовлечения и участия учеников, семьи и сообщества.

«Потенциал участия общественности в образовании может быть больше, чем по любому другому вопросу. Школьная система - это большое институциональное присутствие почти в каждом сообществе, и образование часто привлекает больше внимания, приверженности и беспокойства, чем любая другая общественная проблема….Мы знаем, что участие в образовании может принести самые разные выгоды - от более качественного определения школьной политики до успехов отдельных учащихся. Однако, несмотря на то, что большинство школьных систем поддерживают широкий спектр направлений и сфер взаимодействия, неадекватность этой инфраструктуры - и используемых в ней процессов - не позволяет большинству сообществ использовать потенциал участия общественности в образовании ».

Тина Набатчи и Мэтт Лейнингер, Участие общественности в демократии 21 века

Набатчи и Лейнингер пишут, что «образование является основополагающим для участия и демократии по одной простой причине: люди заботятся о детях.То, как мы обучаем молодых людей, является предметом глубокой надежды и беспокойства для многих из нас, независимо от того, являемся ли мы сами родителями ». В Участие общественности в демократии 21 века авторы предлагают несколько дополнительных причин того, почему участие в образовании, в частности, играет центральную роль в функционировании современных демократических систем:

  • «Мы смотрим на наши системы образования как на тренировочную площадку для будущих граждан, дающую учащимся навыки, знания и опыт, необходимые им для того, чтобы стать членами демократии.»
  • « Создание среды, в которой их дети могут развиваться, является чрезвычайно убедительным стимулом для родителей. Для многих людей это основная мотивация, втягивающая их в общественную жизнь, - выход или даже предварительное условие для их участия в решении других вопросов ».
  • «Как физическое пространство, школы могут быть естественными центрами сообщества; иногда их используют для общественных собраний и других собраний ».
  • «Во многих местах школьная система является крупнейшим работодателем и представляет собой самую большую часть налоговых поступлений; Решение о школьном бюджете может быть самой важной проблемой государственных финансов, с которой сталкивается сообщество.
  • «Помимо того, что молодые люди являются лидерами завтрашнего дня, они могут быть эффективными лидерами сегодня - студенты могут участвовать не только в улучшении своего образования, но и в других аспектах общественной жизни».

Предложенная Тиной Набатчи и Мэттом Лейнингером в документе « Общественное участие для демократии 21 века» , структура «Строительные блоки взаимодействия» описывает шесть основополагающих компонентов общесистемного подхода к вовлечению учащихся, семьи и сообщества в образование.Модель также включает наглядные примеры стратегий взаимодействия для каждого «строительного блока». Источник изображения: Укрепление и поддержание участия общественности в Вермонте: Руководство по планированию для сообществ .

Основные элементы взаимодействия

Один из организационных принципов модели «Строительные блоки взаимодействия» состоит в том, что разные формы взаимодействия лучше подходят для одних целей, чем для других, и что местные лидеры должны понимать сильные и слабые стороны каждого «строительного блока», чтобы они могли использовать правильный подход к конкретной проблеме или цели.

В своем введении к «Основам взаимодействия» Тина Набатчи и Мэтт Лейнингер выделяют три важных момента:

  1. «Каждый из шести строительных блоков необходим, по крайней мере до некоторой степени, в любой успешной инфраструктуре участия. На первый взгляд это может показаться ошеломляющим. Однако многие настройки и инструменты для этих мероприятий уже существуют, по крайней мере, до некоторой степени, в каждом школьном округе ».
  2. «Некоторые из этих условий, такие как родительские группы и школьные советы, являются центральными и разносторонними - они потенциально могут сыграть жизненно важную роль во всех шести мероприятиях… Но для большинства родителей, школьных чиновников и других руководителей, отвечающих за них В существующих условиях более эффективная поддержка участия потребует изменений, иногда значительных, в том, как они действуют и как они думают о вовлечении.»
  3. « Значимая и устойчивая инфраструктура для участия в образовании не может быть построена в одночасье. Это требует времени, стратегии, усилий и поддержки - не только со стороны преподавателей, родителей и студентов, но и со стороны многих других людей и организаций в сообществе, которые заинтересованы в успехе молодых людей (другими словами, все)."

Шесть строительных блоков взаимодействия:

1. Распространение информации

Хотя «вовлечение» обычно рассматривается как двусторонний процесс, и многие специалисты по взаимодействию предостерегают от «односторонних» форм коммуникации, распространение информации является важным компонентом любой эффективной стратегии вовлечения ученика, семьи и сообщества.Проблемы с односторонними формами коммуникации обычно возникают, когда местные лидеры в значительной степени или полностью полагаются на одностороннюю коммуникацию или когда они считают, что простая передача информации квалифицируется как «взаимодействие» (и тем самым освобождает их от необходимости делать что-либо еще).

Хотя взаимодействие следует понимать как двусторонний процесс, важно признать, что одностороннее общение играет важную роль в создании условий для эффективного двустороннего взаимодействия.Например, необходимо продвигать возможности взаимодействия, иначе люди не появятся, а родители должны знать, что происходит в школе их ребенка, иначе они не смогут принимать осознанные решения, отвечающие наилучшим интересам их детей.

Говоря более фундаментально, для правильных решений требуется хорошая информация - информация, которая является фактической, точной, информативной и максимально объективной, - а неправильные решения часто являются результатом неправильного понимания или дезинформации. Например, было бы невозможно вести продуктивную публичную беседу о предлагаемом школьном бюджете, если община совершенно не информирована о том, что на самом деле заложено в бюджет.Важно отметить, что, когда округа и школы общаются часто и прозрачно, это имеет тенденцию уменьшать беспокойство, напряженность и споры, которые часто делают другие формы взаимодействия более сложными или более острыми.

Исторически средства массовой информации были основным средством информирования общественности о своих местных школах, но Набатчи и Лейнингер отмечают, что Интернет и другие коммуникационные технологии значительно улучшили способность руководителей школ напрямую общаться со своими учениками, семьями и заинтересованными сторонами.Примеры таких технологий включают не только школьные веб-сайты, социальные сети или информационные бюллетени по электронной почте, но и онлайн-«информационные панели», которые представляют школьные данные в простых для понимания форматах, информационные системы для учащихся, которые позволяют родителям получать доступ к новейшим мгновенная информация об успеваемости ребенка или системы обмена сообщениями, которые отправляют новости и уведомления родителям и семьям с помощью мобильных текстовых сообщений или аудиозаписей.

2.

Сбор исходных данных и данных

Если целью распространения информации является информирование учащихся, семей и членов сообщества об их округе или школе, то сбор данных, отзывов и других данных помогает руководству округа и школы оставаться в курсе своих учеников, семей и членов сообщества. .Такие стратегии, как опросы, опросы и фокус-группы, исторически использовались для оценки общественного мнения и информирования о политических, правительственных или образовательных решениях, и многие округа и школы регулярно используют эти стратегии, особенно опросы, для оценки мнения учащихся, членов семьи и персонала. по множеству вопросов, таких как школьная культура или обучение в классе.

Как и распространение информации, сбор данных часто является односторонним процессом, и могут возникнуть проблемы, когда руководители округа, школы или сообщества спрашивают у людей их время и мнение, но затем не могут сообщить сообществу результаты сбора данных. процесс сбора или как он повлиял на принятие решения.Когда сбор данных не сопровождается такой обратной связью, учащиеся, семьи и сообщества с большей вероятностью будут рассматривать опросы или фокус-группы как пустую трату времени, а также, вероятно, будут разочарованы или рассержены, если сочтут, что их опасения были нарушены. не слышали и не действовали.

Однако процессы сбора данных могут быть очень эффективным компонентом всеобъемлющей стратегии или системы взаимодействия. Например, местные лидеры могут использовать результаты опросов, опросов, фокус-групп и другие формы данных, такие как демографические или социально-экономические данные, чтобы определить, чем обеспокоены или увлечены члены сообщества, или где существуют неотложные проблемы в регионе. школьная система или сообщество.

Результаты процесса сбора и анализа данных могут затем использоваться для информирования о дизайне и целях процесса взаимодействия. Например, исследование школьной культуры может выявить системные проблемы, которые затем могут стать темами для серии диалогов, направленных на выработку решений в партнерстве со студентами, семьями и сотрудниками.

В дополнение к более традиционным формам сбора данных, Набатчи и Лейнингер отмечают, что новые технологии теперь предлагают более творческие и интерактивные способы сбора входных данных, отзывов и других данных.Разнообразные недорогие и легкодоступные онлайн- и мобильные приложения позволяют местным лидерам собирать информацию и идеи, например, позволяя членам сообщества голосовать и оценивать различные предложения или отправлять фотографии физических проблем со школьными объектами, чтобы их можно было исправить. .

3. Обсуждение и подключение

Набатчи и Лейнингер пишут, что «социальные аспекты участия часто упускаются из виду, но они имеют решающее значение для установления таких отношений, которые необходимы сообществам для повышения качества образования.«Хотя они не часто считаются формами« взаимодействия », неформальные взаимодействия могут давать те же результаты, которых часто добиваются местные лидеры, применяющие стратегии намеренного взаимодействия - например, формируются доверительные отношения, укрепляется межкультурное понимание и т. Д. По этой причине округам, школам и сообществам следует рассматривать общественные места, общественные мероприятия и другие личные или онлайн-форумы как важные компоненты комплексной стратегии взаимодействия с учащимися, семьей и обществом.

Когда члены сообщества регулярно общаются и взаимодействуют, особенно несмотря на культурные различия, это создает среду, в которой люди могут быть более склонны и мотивированы участвовать в запланированных мероприятиях. Кроме того, важно, чтобы взаимодействие не рассматривалось исключительно как «работа», т. Е. Что-то, что является сложной задачей, требует много времени и должно приводить к определенному результату.

Поскольку общение, празднование или прием пищи являются мощными мотиваторами, местные лидеры могут также расширить участие сообщества, сочетая формальные и неформальные стратегии взаимодействия и более целенаправленно участвуя в неформальной обстановке.Например, школьные руководители могут обучать персонал использовать эффективные стратегии приветствия с родителями и семьями, общественные группы могут быть приглашены использовать школьные помещения по вечерам или в выходные дни, или социальные мероприятия могут быть изменены, чтобы включить возможности для межкультурного диалога и построения отношений .

→ Соответствующее обсуждение см. В разделе «Принцип организации, участия и справедливости»

4. Возможность принятия решений учащимися и их семьями

По словам Набатчи и Лейнингера: «Люди хотят выбора, и выбор, который их больше всего волнует, как правило, оказывает наибольшее влияние на их жизнь или жизнь их детей.Когда учащиеся и родители имеют возможность сделать этот выбор при участии и руководстве преподавателей, используя информацию, которой они доверяют, они берут на себя большую ответственность за другие аспекты системы образования. Это также может помочь им сделать лучший и мудрый выбор, что, в свою очередь, может оказать положительное влияние на школы и школьные системы ».

Когда учащимся, родителям и членам семьи предоставляется возможность более активно участвовать в принятии решений об обучении и обучении, например, это может улучшить академическую мотивацию, прогресс и стремления учащихся, а также помочь родителям и учителям воспринимать друг друга как партнеры в воспитании детей.Примеры участия учеников и их семей в принятии решений включают конференции под руководством учеников, группы родителей и учителей и другие партнерские отношения, практики или проекты, которые дают отдельным ученикам или членам семьи руководящие роли или роли в принятии решений в образовательном процессе.

5. Обеспечение принятия решений сообществом

Nabatchi и Leighninger пишут, что «инфраструктура для участия в школьной системе была бы неадекватной, если бы она не помогала округу принимать важные политические решения и разрабатывать долгосрочные стратегические планы.Поскольку они, вероятно, являются наиболее заметными и важными примерами участия, возможности принимать общественные решения в отношении образования имеют важное значение для легитимности участия в целом ».

Когда учащимся, семьям и членам сообщества дается возможность участвовать в управлении школой или в важном процессе принятия решений, эти возможности часто вызывают больший уровень доверия к руководству школы и усиление поддержки школьной политики, предложений или бюджета.Поскольку члены сообщества часто хотят внести положительный вклад в развитие своих школ и сообщества, создание возможностей для руководства и принятия решений для заинтересованных сторон может вызвать чувство мотивации, расширения прав и возможностей и сопричастности, которые имеют решающее значение для успешного взаимодействия.

В последние годы политическая поляризация и другие факторы усилили враждебность по отношению к руководителям школ и напряженность в обществе по поводу местных расходов на образование, что разрушило исторически прочные отношения между государственными школами и их сообществом.Как отмечают Набатчи и Лейнингер, принятие решений с участием сообщества может помочь узаконить школьные решения и тем самым снизить напряженность между школой и сообществом или активизировать общественную поддержку, финансовую и прочую, для государственных школ.

Когда семьи и члены сообщества не участвуют в решениях, которые влияют на них или их детей, они с большей вероятностью будут скептически относиться к ним, разочароваться или рассердиться, но когда они вовлечены, в малой или большой степени, они с большей вероятностью будут чувствовать, что их опасения были учтены (или, по крайней мере, учтены), и они с большей вероятностью будут испытывать чувство сопричастности или гордости за результат.Примеры участия сообщества в принятии решений включают консультативные комитеты учащихся, членов семьи или сообщества, составление бюджета с участием общественности, стратегическое планирование с участием сообщества, участие учащихся в принятии решений о найме администраторов и другие стратегии, которые включают участие сообщества в формальную структуру управления школой или краткосрочный процесс управления.

6. Поощрение общественных работ

В модели «Building Blocks of Engagement» общественная работа определяется как деятельность, в которой учащиеся, семьи и члены сообщества «тратят время, энергию и пот равным образом, чтобы улучшить качество образования.«Хотя акты общественной работы могут не предоставлять возможности принятия решений членам сообщества, они, тем не менее, могут давать аналогичные положительные результаты, включая большую мотивацию для участия в школьных мероприятиях, повышение доверия к школьным руководителям или административным решениям, а также большую поддержку школьных программ или бюджеты.

Родительские волонтерские программы и кампании по сбору средств, возможно, являются наиболее традиционными и привычными возможностями для общественной работы в сфере образования, но общественная работа может принимать самые разные формы, включая обучение на уровне общины или проекты обучения служению, в которых молодежь может заработать академические баллы, , например, узнать о важной проблеме сообщества, разработать предложение по ее решению и стать волонтером в организации, активно работающей над решением проблемы.Общественная работа может также принимать форму волонтерской работы преподавателей для общественных организаций, участия в советах местных некоммерческих организаций или координации общественных программ и кампаний.

Развитие инфраструктуры для системного взаимодействия

В документе «Участие общественности в демократии 21-го века» , Тина Набатчи и Мэтт Лейнингер обсуждают некоторые особенности системного уровня, которые школьные администраторы, члены школьных советов, государственные должностные лица, директора программ и другие местные лидеры должны учитывать при развитии всестороннего обучения учащихся. , стратегия взаимодействия с семьей и общественностью:

1.

Обучение и развитие навыков

Педагог, молодежь, семья и общественные лидеры обычно нуждаются в обучении стратегиям и методам эффективного взаимодействия, будь то стратегии организации инклюзивных и приветливых мероприятий, содействия общественным обсуждениям или понимания и учета культурных различий.

2.

Профессиональные поощрения

Nabatchi и Leighninger утверждают, что «людям нужны навыки, но им также нужны стимулы.По большей части педагоги не получают вознаграждения за хорошее участие в общественной жизни; то, как учителя взаимодействуют с родителями или как администраторы взаимодействуют с общественностью, редко напрямую включается в рубрики для расчета повышения заработной платы, продвижения по службе или других способов профессионального продвижения ».

Кроме того, участие учащихся, членов семьи и сообщества редко является явной частью должностных инструкций преподавателя, а процессы найма администраторов, учителей и другого персонала редко включают оценку опыта взаимодействия, навыков или полномочий.Любой эффективный общесистемный подход к взаимодействию должен включать как профессиональные стимулы, так и формальные ожидания вовлеченности, связанные с работой. Набатчи и Лейнингер также отмечают, что «неденежные стимулы, такие как признание, награды, формы власти и легитимности, также могут быть эффективными».

3.

Политики и процедуры

Если участие не встроено в политику и процедуры округа или школы, вряд ли оно станет приоритетом в загруженных школьных системах, которые ежедневно жонглируют многочисленными важными приоритетами.Поскольку преподаватели регулярно сталкиваются с неотложными потребностями в их времени и внимании, их легко отвести в сторону от этих требований или отнести к категории «необязательных». Хотя участие может дать немедленные и видимые результаты, для реализации многих из наиболее важных результатов взаимодействия могут потребоваться месяцы или годы - например, восстановление доверия в сообществе, которое считает, что школьная система их подвела.

По этим причинам, как предполагают Набатчи и Лейнингер, взаимодействие наиболее эффективно, когда оно встроено в каждую часть системы и когда политики и процедуры требуют, чтобы члены совета директоров, администраторы, учителя и сотрудники включали участие в повседневную работу. работа района или школы.

4.

Финансирование и составление бюджета

Nabatchi и Leighninger пишут, что «чтение длинного списка потенциальных мероприятий по участию может вызвать шок от наклеек» для школьных администраторов, членов правления, директоров программ и других лиц, ответственных за распределение ограниченного финансирования. «Некоторые могут возразить, что даже если родители и другие лидеры сообщества вмешаются, финансовые затраты школы на поддержание такого широкого спектра возможностей участия будут непомерно высокими», - продолжают авторы.«Однако другие могут возразить, что участие является ключом к поддержанию или увеличению пула финансовых ресурсов, доступных школьным округам, потому что ресурсы будут поступать (или нет) от участвующих родителей или членов сообщества».

Nabatchi и Leighninger делают в ответ два момента: (а) во время финансового дефицита или кризиса должности по связям и взаимодействию часто сокращаются в первую очередь, и тем не менее именно эти должности помогают школам выдерживать финансовый кризис, и (б) что затраты на усиление взаимодействия не должны быть чрезмерными или неконтролируемыми, особенно когда взаимодействие включено в существующие программы, мероприятия и профессиональные роли.


Благодарности

Organizing Engagement благодарит Мэтта Лайнингера за его вклад в улучшение этого введения и Public Agenda за разрешение переиздать изображение из «Укрепление и поддержание вовлеченности общественности в Вермонте: руководство по планированию для сообществ» .

Список литературы

Leighninger, M. (2017). Укрепление и поддержание участия общественности в Вермонте: руководство по планированию для сообществ . Вашингтон, округ Колумбия: общественная повестка дня

Набатчи Т.

Какие существуют строительные блоки: виды, характеристики – размеры и свойства, фото

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *