КОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА

Полезная модель относится к строительству, а именно к неметаллической композитной арматуре, которая применяется для армирования термоизоляционных стеновых конструкций, монолитных бетонных и сборных конструкций; для использования в конструктивных элементах зданий в виде отдельных стержней; для армирования грунта основания зданий и сооружений, в том числе оснований автомагистралей и дорог; для анкеровки в грунте подпорных стен и сооружений.
Известна арматура стеклопластиковая по патенту 2194135 (опубл. 2002.12.10) содержащая несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку с уступами, которые выполнены в виде жгута нитей, пропитанных связующим и спирально нанесенных с натягом. Данный вид арматуры, содержит несущий стержень из высокопрочного полимерного материала (например, стекловолокно ГОСТ 17139-79, СВМ ТУ 6-06-1153-78), который относится к низкомодульным стеклянным волокнам, обеспечивающим получение арматуры с модулем упругости до 55000 МПа и пределом прочности до 1000 МПа. При использовании данной арматуры для армирования бетонных плит наблюдаются повышенные прогибы, что ухудшает качество изделий.
Известна арматура композитная по патенту №77310 (опубл. 2008.10.20) содержащая несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку жгутами нитей противоположного направления навивки, причем, соотношение площадей сечений первого обмоточного жгута и второго обмоточного жгута, навитого в противоположном направлении находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки второго обмоточного жгута составляет 92°-150°.
Данный вид арматуры содержит несущий стержень, который выполнен из полимерного материала (например, стекловолокно ГОСТ 17139-79, базальтовое волокно ТУ 5952-001-13308094-04), имеющего модуль упругости при растяжении 75000 МПа, обеспечивающий прочность при растяжении 1200-1400 МПа. Для армирования бетонных плит в промышленности используется стальная арматура с модулем упругости равным 200000 МПА, а композитная арматура обладает характеристиками, которые не позволяют ее использовать для армирования бетонных плит.
Недостатком этой арматуры является то, что модуль упругости композитной арматуры ниже модуля упругости стальной арматуры, что приводит к ухудшению качества изделий и препятствует использованию неметаллической композитной арматуры в бетонных конструкциях.
Предлагаемой полезной моделью решается задача создания композитной неметаллической арматуры обладающей модулем упругости при растяжении не менее 200000 МПа
Для достижения указанного технического результата в композитной арматуре, содержащей несущий стержень из низкомодульных волокон и обмотки с уступами, несущий стержень выполнен армированным высокомодульными волокнами при соотношении линейных плотностей низкомодульных волокон к высокомодульным от 1,5 до 5, причем в качестве высокомодульных волокон могут быть использованы углеродные, борные, кевларовые волокна, волокна из сверхвысокомолекулярных полимеров и др.
Отличительными признаками предлагаемой полезной модели от указанного выше наиболее известного является то, что несущий стержень выполнен армированным высокомодульными волокнами при соотношении линейных плотностей низкомодульных волокон к высокомодульным от 1,5 до 5, причем в качестве высокомодульных волокон могут быть использованы углеродные, борные, кевларовые волокна, волокна из сверхвысокомолекулярных полимеров и др.
р
р
Благодаря наличию этих признаков создана новая конструкция высокопрочной композитной арматуры с модулем упругости при растяжении Е≥200000 МПа, который равен модулю упругости стальной арматуры с одновременным повышением предела прочности при растяжении до 1800 МПа. Данный вид арматуры по сравнению с описанными аналогами обеспечивает получение повышенных физико-механических свойств при уменьшении количества дорогостоящих высокомодульных материалов, что уменьшает стоимость изделия. При изготовлении данного вида арматуры появляется возможность регулирования модуля упругости арматуры при растяжении в диапазоне Е=75000-200000МПа, за счет использования высокомодульных нитей различных свойств.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1 показан общий вид композитной арматуры с одной спиральной обмоткой.
На фиг.2 показан общий вид композитной арматуры со спиральными обмотками противоположного направления навивки.
На фиг.3 показано поперечное сечение композитной арматуры с равномерно расположенными 5-ю пучками высокомодульных волокон.
На фиг.4 показано поперечное сечение композитной арматуры с равномерно расположенными 8-ю пучками высокомодульных волокон.
Арматура композитная содержит несущий стержень 1 (фиг.1, 2) на котором расположена одна обмотка 2 (фиг.1) или две спиральные обмотки 3 и 4(фиг.2).
Несущий стержень 1 выполнен из низкомодульных стеклянных или базальтовых волокон пропитанных полимерным связующим. Высокомодульные волокна 5 (фиг.3 и 4) равномерно, в соответствии с канальной раскладкой пучков ровингов, расположены в массиве
низкомодульных волокон несущего стержня 1. В качестве высокомодульных волокон могут быть использованы волокна органического и неорганического происхождения, например углеродные, борные, кевларовые, сверхвысокомолекулярные полимеры, которые имеют модуль упругости при растяжении более 200000 Мпа. Для получения необходимых характеристик несущий стержень может быть выполнен с различной канальной раскладкой пучков ровингов, например, на фиг.3 показан несущий стержень, включающий 5 ровингов высокомодульного волокна, а на фиг.4 показан несущий стержень, включающий 8 ровингов высокомодульного волокна.
Арматуру композитную изготавливают методом «нидлтрузии» путем протягивания волокон несущего стержня через раздельные каналы с последующей обмоткой намоточным жгутом. Низкомодульные и высокомодульные волокна равномерно распределены по каналам и пропитаны термореактивным компаундом на основе эпоксидной смолы.
После отверждения, полученный стержень разрезают на отрезки необходимой длины.
р
р
р
р
р
р
p
Несущий стержень состоит из массива низкомодульных волокон, например, стеклянных (Е=55000 МПа) или базальтовых (Е=75000 MПа) и высокомодульных волокон с модулем упругости, превышающим модуль упругости стальной арматуры: (Е=200000 МПа), например, углеродных волокон (Е=230000÷800000 МПа), борных волокон (Е=400000÷800000 МПа), кевларовых волокон (Е=150000÷400000 МПа), волокон сверхвысокомолекулярных полимеров (E=180000÷450000 МПа).
Ниже приведен пример испытаний композитной базальтопластиковой арматуры с диаметром 6 мм при армировании несущего стержня углеродными волокнами с различным модулем упругости. Цель испытаний - определение оптимального соотношения низкомодульных и высокомодульных волокон для создания качественной композитной арматуры, обладающей модулем упругости при растяжении не менее 200000 МПа
Результаты испытаний приведены в таблице, где:
н
Т - линейная плотность низкомодульных волокон (ед. измерения - тэкс)
в
Т - линейная плотность высокомодульных волокон (ед. измерения - тэкс)
m
Линейная плотность волокон определяется по ГОСТ 6943-79 «Материалы текстильные стеклянные» по формуле: Т=1000·/, где:
m - масса отдельного мотка или отрезка, (ед. измерения - грамм)
- длина нити, пряжи, ровинга, или отрезка (ед. измерения - метр)
р
По результатам испытаний было выявлено, что соотношение линейных плотностей низкомодульных и высокомодульных волокон в несущем стержне арматуры для обеспечения Е=200000 МПа в зависимости от используемого высокомодульного волокна изменяется от 1,5 до 5.
Предлагаемая конструкция неметаллической композитной арматуры позволяет достичь модуля упругости при растяжении до уровня металлической арматуры равной 200000 МПа с одновременным увеличением предела прочности при растяжении до 1800-1870 МПа.
Предлагаемая композитная арматура обладает необходимыми качественными характеристиками, позволяющими широко использовать ее для армирования ответственных монолитных бетонных конструкций.
ТАБЛИЦА
Пример п/№
Низкомодульные волокна
Высокомодульные волокна
Тн/Тв
Ер, МПа
σ<sub>р</sub>, МПа
1
Базальтовый ровинг РБН-1260 Е<sub>р</sub>=95000 МПа Т<sub>н</sub>=26400 тэкс
94510
1300
2
Базальтовый ровинг РБН-1260 Е<sub>р</sub>=95000 МПа Т<sub>н</sub>=26400 тэкс
Углеродная нить УКН-М-760 Е<sub>р</sub>=230000 МПа Т<sub>в</sub>=760 тэкс
34,7
104400
1350
3
Базальтовый ровинг РБН-1260 Е<sub>р</sub>=95000 МПа Т<sub>н</sub>=26400 тэкс
Углеродная нить УКН-М-760 Е<sub>р</sub>=230000 МПа Т<sub>в</sub>=1520 тэкс
1,7
201100
1830
4
Базальтовый ровинг РБН-1260 Е<sub>р</sub>=95000 МПа Т<sub>н</sub>=26400 тэкс
Углеродная нить УКН-М-1600 Е<sub>р</sub>=345000 МПа Т<sub>в</sub>=1600 тэкс
16,5
113000
1370
5
Базальтовый ровинг РБН-1260 Е<sub>р</sub>=95000 МПа Т<sub>н</sub>=26400 тэкс
Углеродная нить УКН-М-1600 Е<sub>р</sub>-345000 МПа Т<sub>в</sub>=14400 тэкс
1,8
203400
1870
6
Базальтовый ровинг РБН-1260 Е<sub>р</sub>=95000 МПа Т<sub>н</sub>=26400 тэкс
Углеродная нить УКН-М-1600 Е<sub>р</sub>=500000 МПа Т<sub>в</sub>=9600 тэкс
2,75
202300
1850
7
Базальтовый ровинг РБН-1260 Е<sub>р</sub>=95000 МПа Т<sub>н</sub>=26400 тэкс
Углеродная нить УКН-М-1600 Е<sub>р</sub>-600000 МПа Р<sub>в</sub>=8000 тэкс
3,3
201900
1830
8
Базальтовый ровинг РБН-1260 Е<sub>р</sub>=95000 МПа Т<sub>н</sub>=26400 тэкс
Углеродная нить УКН-М-1600 Е<sub>р</sub>=700000 МПа Т<sub>в</sub>=6400 тэкс
4,1
200050
1790
9
Базальтовый ровинг РБН-1260 Е<sub>р</sub>=95000 МПа Т<sub>н</sub>=26400 тэкс
Углеродная нить УКН-М-1300 Е<sub>р</sub>=800000 МПа Т<sub>в</sub>=6400 тэкс
4,9
201300
1830