КОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к строительству, в частности, к неметаллической арматуре для армирования конструкций, выполненных из связующих материалов. В данном описании представлены три варианта арматуры, один из которых предусматривает ее использование для передачи электротока в массиве отвержденного бетона.
Известна композитная арматура, арматурные стержни, способы их изготовления, представленные в описаниях патентной документации:
СА2298281А1, 08.08.2001; CN1587576A, 02.03.2005; CN201280782Y, 29.07.2009; US 2005064184 A, 24.03.2005 и US 7396496 B2, 08.07.2008. Стержни известных арматур имеют в сечении преимущественно круглую форму.
Существенными требованиями, предъявляемыми к композитным арматурам являются обеспечение надежности сцепления арматуры с бетоном и исключение срыва арматуры в отвержденном бетоне при работе бетонной конструкции. В этой связи круглая форма арматурного стержня снижает сопротивление арматуры ее смещению в массиве отвержденного бетона при работе последнего на кручение и изгиб.
С целью повышения сцепления арматуры с бетоном ее выполняют с различного рода зацепами, утолщениями или, например, волнообразной (RU 2431026 С1, 10.20.2011) или в виде плоской ленты с определенным соотношением ширины к толщине (RU 2388878 С1, 10.05.2010).
В другой известной композитной арматуре, содержащей волокна, смолу и зацепы, последние образованы слоем песка, закрепленным на отвержденной поверхности арматуры, при этом зацепы выполнены на концах арматурных стержней в виде утолщений, каждое утолщение выполнено в виде обмотки, покрытой абразивным материалом или цементом (RU 2001113390 А, 10.05.2003; RU 82244 U1, 20.04.2009; RU 104953 U1, 27.05.2011).
Близким техническим решением к решению, представленному в данном описании является композитная арматура, характеризующаяся тем, что она содержит выполненные из волокон жгуты, соединенные между собой путем их свивки вокруг друг друга и фиксации в этом положении отвержденной смолой, причем между витками жгутов образованы углубления (RU 2430220 С2, 20.08.2010). Арматура выполнена из высокопрочного полимерного материала с обмоткой, образующей уступы. Волокна объединены в жгуты, стержень арматуры образован скрученными жгутами, диаметр каждого жгута составляет 25-47% от диаметра стержня арматуры, количество жгутов выбрано не менее трех, а число кручений жгутов на метр стержня находится в диапазоне 5-120. Следует отметить, что число жгутов в арматуре, равное не менее трех, приводит к тому, что между жгутами образуются пустоты, которые также заполняются смолой. Пустоты, заполненные отвержденной смолой, существенно ослабевают арматуру и придает ей хрупкость вследствие большей хрупкости отвержденной смолы в сравнении с хрупкостью пропитанных смолой волокон. Также установлено, что сопротивление арматуры на растяжение, изгиб и сжатие зависит от содержания смолы в арматуре и в этой связи существует оптимальное соотношение смолы и волокон в арматуре. Поскольку в известной арматуре ее поверхность гладкая, и она образована тремя жгутами, то это снижает сцепление арматуры с бетоном вследствие уменьшения углублений между жгутами; В результате при работе арматуры на растяжение в отвержденном бетоне возможны ее сдвиги относительно бетона, а круглая форма каждого жгута уменьшает сопротивляемость арматуры на кручение. Существенным недостатком известной арматуры является ее сравнительно недостаточная гибкость. При нагружении арматуры а заданных режимах арматура становится ломкой.
Известна арматура стеклопластиковая, которая содержит несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку с уступами (RU2194135C2, 22.11.2000). В этой арматуре уступы выполнены в виде жгута нитей, пропитанных связующим и спирально нанесенных с натягом, жгуты вдавлены в поверхность несущего стержня, причем диаметр навивки жгута составляет до 2d, где d - диаметр несущего стрежня. В арматуре, выполненной по второму варианту, уступы выполнены в виде жгута нитей, пропитанных связующим и спирально нанесенных с натягом, вдавлены в поверхность несущего стержня так, что на стержне жгуты чередуются со спиральными уступами и углублениями в виде канавок. Диаметр навивки жгута составляет до 2d. В арматуре стеклопластиковой, выполненной по третьему варианту, уступы выполнены в виде жгута нитей, пропитанных связующим и спирально нанесенных с натягом, при этом стержень снабжен вторым жгутом нитей с противоположным направлением навивки по отношению к первому жгуту, а диаметр навивки первого жгута составляет до 2d. Указанное выполнение арматуры позволяет повысить ее несущую способность.
Близкой композитной арматурой к представленной в данном описании арматуре является металло-стеклопластиковая композитная арматура, содержащая несущий стержень, у которого рельеф поверхности создан обмоточным жгутом, причем несущий стержень выполнен в виде композитной матрицы, состоящей из стального сердечника и стеклопластиковых нитей, пропитанных связующим композитным веществом и нанесенных на стальной сердечник, а обмоточный стеклопластиковый жгут при помощи многозаходной навивки навит на пропитанную эпоксидным компаундом внешнюю поверхность стержня (RU120984U1, 10.10.2012). Технической задачей данной полезной модели повышение прочности арматурного стержня на растяжение и изгиб и надежности сцепления стержня с бетоном. В этой полезной модели стальной сердечник имеет гладкую поверхность и диаметр не более половины диаметра арматурного стержня. Стеклопластиковые нити нанесены на стальной сердечник однозаходной или многозаходной навивкой. В ином варианте нити и сердечник выполнены совместно, Стеклопластиковые нити нанесены на стальной стержень в виде винтовой или рифленой поверхности с целью создания рифленой или винтовой поверхности стержня. Стеклопластиковый жгут навивается на заранее пропитанную эпоксидным компаундом поверхность и прижиматься с усилием, которое не должно превышать предел прочности на изгиб стеклопластиковых нитей. Форма жгута после прижимания и склеивания представляет собой эллипсовидную форму. Для возможности изгиба арматурный стержень имеет стальной сердечник. Стальной сердечник позволяет использовать данную арматуру без предварительного натяжения, так как модуль упругости данного сердечника выше, чем стержень арматуры из однородного стеклопластика.
Арматура по патенту RU 120984, имеющая гладкий стальной сердечник, не предусматривает выбор коэффициентов теплового расширения несущего стержня и стального сердечника, что приводит к микроскопическим сдвигам их контактных поверхностей относительно друг друга при нагреве и охлаждении. При этом гладкая поверхность стального сердечника способствует указанным сдвигам, которые приводят к разрывам связей между поверхностями сердечника и несущего стержня. В результате в процессе нагружения бетона, имеющего металло-стеклопластиковую арматуру, несущий стержень арматуры и сердечник работают отдельно друг от друга и расчетная несущая способность арматуры, заложенная в проекте бетонной конструкции, существенно снижается. В этом случае бетон разрушается в непредусмотренной зоне его разрушения.
Техническим результатом полезной модели, представленной в данном описании, является повышение несущей способности арматуры. Другим техническим результатом является расширение функциональных возможностей арматуры.
Указанный технический результат получен композитной арматурой, характеризующейся тем, что она содержит, по меньшей мере, один жгут, выполненный из соединенных между собой отвержденной смолой стекловолокон, на поверхности жгута расположен по спирали пучок других стекловолокон, стекловолокна пучка соединены между собой и со стекловолокнами жгута, внутри жгута расположен металлический сердечник с выполненными на его поверхности зацепами в виде выступов на поверхности сердечника, площадь поперечного сечения сердечника выбрана в пределах 5-30% от площади поперечного сечения жгута, а угол наклона пучка стекловолокон выбран в пределах 1-89° к продольной оси жгута.
Указанный технический результат получен композитной арматурой, характеризующейся тем, что она содержит, по меньшей мере, один жгут, выполненный из соединенных между собой отвержденной смолой стекловолокон, на поверхности жгута расположен по спирали пучок других стекловолокон, стекловолокна пучка соединены между собой и со стекловолокнами жгута, внутри жгута расположены, по меньшей мере, два скрученных между собой по продольной оси арматуры металлических сердечника, образующих в местах скрутки волнообразную поверхность, находящуюся в зацеплении со стекловолокнами жгута, площадь поперечного сечения сердечника выбрана в пределах 5-30% от площади поперечного сечения жгута, а угол наклона пучка стекловолокон выбран в пределах 1-89° к продольной оси жгута.
Для расширения функциональных возможностей арматуры она использована в качестве элементов передачи электрического тока. На фиг.1 показан первый вариант композитной арматуры;
на фиг.2 показан второй вариант композитной арматуры;
на фиг.3 - схема расположения пучков стекловолокон на жгуте.
Первый вариант композитной арматуры (фиг.1) содержит выполненный из стекловолокон 1, по меньшей мере, один жгут 2, стекловолокна которого соединены между собой отвержденной смолой 3, условно показанной точечной ретушью. На поверхности 4 жгута 2 расположен по спирали пучок 5, выполненный из стекловолокон 6, которые соединены отвержденной смолой между собой и со стекловолокнами 1 жгута 2. Стекловолокна пучка 5 расположены так, что между витками 7 пучка образованы впадины 8, расположенные по всей длине арматуры и образующие зацепы для бетона.
Внутри жгута 2 расположен выполненный из металла сердечник 10, простирающийся по всей длине арматуры. Сердечник 10 имеет форму стержня, на поверхности которого выполнены зацепы 11. Для арматуры, имеющей сравнительно большие диаметры, сердечник может быть выполнен, например, из стандартного металлического арматурного стержня с зацепами на его поверхности.
Второй вариант композитной арматуры (фиг.2) содержит элементы первого варианта, за исключением сердечника первого варианта. Во втором варианте имеется другой сердечник, выполненный, по меньшей мере, из двух скрученных между собой по продольной оси арматуры металлических проволок, образующих пару сердечников 12. В местах скрутки сердечников 12 они образуют волнообразную поверхность 13 с выемками 14. Волнообразная поверхность 13 и выемки 14 образуют собой зацепы сердечника, находящимися в зацеплении со стекловолокнами жгута 2. Во втором варианте композитной арматуры в качестве ее сердечника может быть использован металлический канат, имеющий множество проволок или сердечников 12, свитых между собой в заданном порядке. Волнообразная поверхность каната образует зацепы, надежно соединенные с волокнами 1 и смолой 3 жгута 2.
В обеих вариантах арматуры ее сердечники выполнены из металла или из биметалла, или из специального сплава металла с другими компонентами, придающими сердечнику свойства материала, близкого к материалу жгута 2 арматуры по показателям их теплового расширения.
В обеих вариантах арматуры площадь поперечного сечения сердечника выбрана в пределах 5-30% от площади поперечного сечения жгута 2 арматуры, а угол (3 наклона пучка 5 стекловолокон выбран в пределах 1-89° к продольной оси жгута 2.
Предусмотрен вариант использования арматуры для передачи электротока через арматуру, находящуюся в массиве отвержденного бетона. В этом случае электроток пропускают через сердечник арматуры. Каждый конец сердечника арматуры может иметь отверстие или утолщение для соединения этого конца с другим сердечником другой ветви арматуры или с электрическим разъемом, посредством которого сердечники двух ветвей композитной арматуры соединяют между собой и с линиями электропитания в процессе монтажа конструкции сооружения.
Изготавливают арматуру путем пропитки волокон арматуры смолой, причем сначала изготавливают жгут 2 с сердечником в нем, а затем на жгут наматывают по спирали с натягом пучок 5 стекловолокон. При монтаже конструкций зданий в случае использования арматуры для передачи электротока, разъемами соединяют ветви арматуру по заданным схемам ее расположения в бетонных конструкциях, а затем соединяют концы арматуры с источником и потребителем тока. После изготовления ветви арматуры ее сердечник герметизируется и находится в надежном электроизолированном состоянии.
Работает арматура следующим образом. Соединяют отрезки арматуры между собой в пространственную арматурную конструкцию известным образом, и заливают арматуру бетоном или иным вяжущим материалом. При этом впадины 8 между пучками 5 заполняются бетоном. В процессе отверждения бетона его "вяжущие частицы вступают во взаимодействие с поверхностями впадин 8 и пучками 5 стекловолокон и образуют прочное соединение арматуры с бетоном.
При нагревании и охлаждении бетона арматура нагревается и охлаждается. Благодаря тому, что на поверхности сердечника первого варианта арматуры имеются зацепы 11, а во втором варианте арматуры- ее волнообразная поверхность 13 образует выемки 14,то обеспечивается заданная прочность соединения каждого сердечника арматуры со жгутами 2. Подбор соответствующих материалов сердечников и жгутов по свойствам их теплового расширения практически исключают сдвиги поверхностей сердечников относительно жгутов арматуры в широком диапазоне температурных воздействий на бетон и арматуру. Благодаря тому, что спиралеобразные пучки 5 образуют зацепы для бетона, жгут 2 имеет надежную связь с бетоном. Использование металлического сердечника арматуры позволило существенно повысить гибкость арматуры, ее прочность, уменьшить ломкость арматуры и обеспечить возможность передачи через нее электрического тока. При этом в целом несущая способность арматуры повышена.