СТРОИТЕЛЬНАЯ КОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА

Полезная модель относится к строительству, строительным элементам и конструкциям, в частности - к строительной композитной арматуре, например, для бетонных монолитных конструтащй или армируемых изделий из бетона (композитобетона), в том числе - стеновых панелей, оснований зданий и сооружений, подпорных стен и других строительных конструкций.
Из существующего уровня техники известны технические решения композитной арматуры, содержащей несущий стержень из пучка стеклонитей (или другого наполнителя), пропитанных отвержденной полимерной смолой и поверхностный (контактный) слой из конгломерата частиц абразивного материала, прикрепленных к стержню отвержденной полимерной смолой.
Известно техническое решение арматурного элемента из композитного материала, описанное в авторском свидетельстве СССР на изобретение №642449 (опубл. 15.01.1979 г.). Арматурный элемент состоит из стержня, выполненного на основе полимерных материалов, поверхность которого покрыта слоем абразивного материала, например, песка, закрепленного посредством отвержденного полимерного связующего, например, на основе эпоксидной смолы.
Основным недостатком известного технического решения является то, что при использовании для обсыпки песка промышленных фракций и модулей крупности, не позволяет обеспечить равномерность покрытия поверхности стержня как по толщине, так и по качеству скрепления со стержнем. Это связано с тем, что в песке имеются фракции частиц до 1,5-2.0 мм в сотни раз превосходящих диаметр единичных стеклонитей, измеряемых несколькими десятками микрон. Проникновение частиц абразивного материла в них затруднено, что сказывается на конечной прочности изделия.
Известно другое техническое решение строительной композитной арматуры, описанное в патенте на изобретение №2522556 (опубл. 20.07.2014 г.), характеризующаяся тем, что она содержит выполненные из волокон жгуты, пропитанные смолой, на поверхности арматуры закреплены частицы абразива, зафиксированные отвержденной смолой, жгуты соединены между собой путем их свивки, причем каждый из них которых имеет в поперечном сечении овальную форму. Между витками жгутов образованы углубления, в зоне контакта жгутов по всей длине арматуры выполнен винтообразный соединительный слой из отвержденной смолы и волокон двух жгутов. При этом площадь поперечного сечения каждого жгута выбрана в пределах 40-49% от общей площади поперечного сечения арматуры, площадь поперечного сечения соединительного слоя выбрана в пределах 20-2,0% от общей площади поперечного сечения арматуры, а площадь корки в ее поперечном сечении выбрана в пределах 2-15% от суммарной площади поперечного сечения жгутов и соединительного слоя.
Недостатком решения является то, что винтовые впадины, образуемые в пустотах вписанного круга арматуры нормальной формы для диаметра арматуры, которую заменяет этот составной стержень, фактически не работают: длина окружности (а значит- площадь контактного слоя) вписанного круга в них равна или приблизительно равна длине, а значит площади контактного слоя) 8-образного сечения. Кроме этого, поверхность контакта жгутов, покрытая абразивным материалом, растягивающие усилия не может передавать, а значит, она ослабляет конструкцию в целом.
В итоге получается сложная и менее прочная конструкция, чем арматура «вписанного» диаметра обычной конструкции.
Наиболее близким является взятое в качестве прототипа техническое решение арматурного элемента, описанного в патенте на полезную модель №31802 (опубл. 27.08.2003 г.). В соответствии с полезной моделью арматурный элемент содержит стержень из продольного наполнителя в виде нитей прочного низкомодульного материала, скрепленных полимерным связующим, а также утолщения стержня в виде нанесенного в несколько слоев абразивного материала, образующего конгломераты, скрепленные отвержденной полимерной смолой.
Недостатком прототипа является то, что при обсыпке стержня абразивным материалом со случайным фракционным составом частиц на поверхности стержня могут образовываться пустотные участки (с высотой слоя конгломератов h=0) и большие выступы с высотой слоя конгломератов, равной максимальному размеру частиц (h=h max).
Это приводит к тому, что на поверхности стержня образуются «островки» конгломератов абразива, которые, будучи связаны между собой полимерным связующим, также прикрепляются к матрице стержня и работают на сдвиг в теле бетона при нагрузке на строительную конструкцию.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, состоит в увеличении прочности арматурного стержня путем более качественного соединения матрицы стержня и матрицы конгломератов абразивного материла.
Технический результат достигается тем, что в строительной композитной арматуре, содержащей несущий стержень из пучка стеклонитей, пропитанных отвержденной полимерной смолой и контактный слой из конгломерата частиц абразивного материала, прикрепленных к стержню отвержденной полимерной смолой, дополнительно контактный поверхностный слой состоит из двух слоев абразивного материала: первого слоя частиц мелкого фракционного состава и второго - из частиц крупного фракционного состава, скрепленных между собой компаундом, толщина слоя которого не меньше половины диаметра зерен крупного фракционного состава; модуль крупности абразивного материала контактного слоя крупного фракционного состава, в два раза больше модуля крупности контактного слоя мелкого фракционного состава, а максимальные размеры частиц мелкого фракционного состава превышают размер поперечного сечения стеклонитей не более, чем в 3-5 раз. При этом в конструктивном объеме арматуры содержатся три характерных, охватывающих тело стержня, составляющих элемента:
- слоя слияния (взаимного радиального проникновения) матрицы контактного слоя в матрицу стержня частицами мелких фракций;
- матрицы контактного слоя из смеси частиц мелкого и крупного фракционного состава;
- поверхности рабочих выступов частиц слоя крупного фракционного состава над матрицей контактного слоя.
Благодаря увеличению прочности арматуры, при прочих равных условиях, создается возможность уменьшения поперечного сечения несущего стержня и возможность экономии ровинга и связующего, что удешевляет производство арматуры и повышает эффективность ее применения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - поперечный разрез арматурного стержня с обсыпкой абразивным материалом случайного модуля крупности. Показано, что в этом случае в любом сечении могут иметься места, в которых частицы абразивного материала не соединились с поверхностным слоем матрицы стержня или эти участки покрыты материалом очень мелких фракций. Эти места обозначены значком;
на фиг. 2 - продольный разрез арматурного стержня с обсыпкой абразивным материалом случайного модуля крупности. Видно, что по длине стержня могут иметься места, в которых частицы абразивного материала не соединились с поверхностным слоем матрицы стержня или эти участки покрыты материалом очень мелких фракций;
на фиг. 3 - характер распределения абразивного материала случайного модуля крупности и геометрические характеристики распределения слоя на поверхности стержня (Вид I, фиг. 2). Пунктиром показана условная линия среза частиц крупной фракции при вырыве стержня из бетона, поскольку в этих местах крупные частицы материала работают «на срез»;
на фиг. 4 - продольный разрез арматурного стержня с двухслойной обсыпкой абразивным материалом с регулируемым модулем крупности слоев обсыпки. На разрезе матрица контактного слоя на внутренней поверхности условно показана гладкой цилиндрической. Главный информационный смысл иллюстрации показать, что при двухслойном контактном слое отсутствуют места, не закрытые матрицей;
на фиг. 5 - характер распределения абразивного материала с двухслойной обсыпкой с регулируемым модулем крупности слоев обсыпки на поверхности стержня (Вид I, фиг. 4). Показаны размеры рабочих зон контактного слоя h1-h3;
на фиг 6 - характер распределения частиц абразивного материала, матрицы стержня и матрицы контактного слоя при проникновении друг в друга (Разрез А-А, фиг. 5).
Арматура композитная содержит несущий стержень 1 и контактный слой 2 из конгломератов частиц абразивного материала. Стержень 1 состоит из пучка стеклонитей 3, пропитанных и скрепленных отвержденной полимерной смолой - матрицей 4.
Контактный слой 2 состоит из двух слоев частиц абразивного материала: первого слоя 5 из частиц мелкого фракционного состава и второго слоя 6 - из частиц крупного фракционного состава, пропитанных и скрепленных отвержденной полимерной смолой - матрицей 7.
Модуль крупности слоя 6 в два раза больше модуля крупности слоя 5, а фракционные размеры частиц слоя 4 в 3-5 раз превышают диаметр стеклонитей.
За счет таких соотношений и существованию протяженных вдоль стеклонитей 3 пустот происходит проникновение частиц 5 контактного слоя 2 в матрицу 4.
Образуются три характерных рабочих слоя:
- h1 - слияния матриц 4 и 7;
- h2 - плотного слоя 5, состоящего из мелких частиц;
- h3 - рабочих выступов слоя 6, состоящего из частиц крупных фракций.
Частицы мелкой фракции слоя 5 вдавлены в матрицу 2 стержня 1 и матрицу 5 контактного слоя 3, а частицы 4 крупного слоя 7 вдавлены в матрицу 2 стержня 1 через слой 6.