АРМАТУРА

Полезная модель относится к строительству, а именно к неметаллической композитной арматуре, применяемой для армирования связующих сред, преимущественно бетона и может использоваться при изготовлении монолитных и сборных бетонных конструкций, в частности, плит, панелей, балок, железнодорожных шпал и т.п.
Композитная арматура имеет ряд преимуществ по сравнению с металлической, основными из которых являются ее более высокая прочность, химическая стойкость, существенно меньший вес, низкая теплопроводность и др..
Благодаря высокой прочности арматуры из волокнистых композитов возможно использование арматурных элементов меньших размеров (площади поперечного сечения) для обеспечения необходимой несущей способности армируемых изделий. Это позволяет снизить себестоимость арматуры, но требует принятия мер, направленных на повышение сцепления арматуры с бетоном, зависящего от трех факторов: механического сцепления, адгезионного сцепления и фрикционного, при этом определяющими являются первые два фактора.
Уже известна композитная арматура, выполненная в виде стержня на основе полимерного связующего, армированного ориентированными вдоль его оси высокопрочными волокнами с местными утолщениями, образованными поперечной намоткой на его внешнюю поверхность волокон, скрепленных со стержнем отвержденным полимерным связующим [1].
Создание на наружной поверхности арматурного стержня выступов различной формы повышает его механическое сцепление с бетоном, однако величина этого сцепления ограничена прочностью связующего, удерживающего поперечную намотку на поверхности стержня, которая существенно ниже прочности центральной части стержня с продольными волокнами.
Известен также арматурный двухслойный стержень, наружный слой которого выполнен на основе полимерного связующего, армированного однонаправленными вдоль оси стержня высокопрочными волокнами, а внутренний выполнен в виде сердечника из формообразующего легкого материала [2].
Размещение в центральной части стержня формообразующего сердечника увеличивает наружную поверхность стержня без увеличения количества высокопрочных волокон и связующего, повышая тем самым адгезионное сцепление стержня с бетоном. Однако степень увеличения диаметра стержня (и адгезионного сцепления) ограничена, т.к. при увеличении диаметра стержня снижается толщина его наружного несущего слоя и поперечная (изгибная) прочность стержня.
Наиболее близким из числа известных в уровне техники аналогов заявляемой полезной модели является арматура, содержащая неметаллический стержень, выполненный в виде пучка отдельных непрерывных по длине свитых между собой прядей, удерживаемых в пучке фиксирующим элементом, охватывающим их снаружи [3].
Выполнение арматурного элемента в виде свитых прядей волокон увеличивает площадь его контакта с цементным раствором по сравнению с цилиндрическим стержнем того же диаметра, однако незначительно, т.к. эта площадь практически ограничена наружной поверхностью пучка прядей. Скрутка прядей делает пучок достаточно плотным, препятствуя проникновению цементного раствора внутрь него. Образующиеся при этом спиральные канавки на наружной поверхности стержня повышают механическое сцепление стержня с бетоном, но при этом спиральная ориентация прядей и волокон в них далека от оптимальной (прямолинейной), что существенно снижает их прочность и несущую способность армируемых изделий.
Технический результат, который может быть достигнут при реализации полезной модели заключается, в существенном повышении сцепления арматуры с бетоном, увеличении ее прочности и повышении несущей способности армируемых изделий.
Для достижения указанного технического результата в арматуре, содержащей несущий неметаллический стержень, выполненный в виде пучка отдельных непрерывных по длине прядей, связанных, по крайней мере, одним фиксирующим элементом, предлагается каждую отдельную прядь выполнить в виде прямолинейного прутка из волокнистого полимерного композита на основе полиуретанового связующего, армированного ориентированным вдоль продольной оси прутка высокопрочным волокном.
В качестве армирующего прутки волокна может использоваться арамидное, углеродное, стеклянное, базальтовое, борное и другие, но наиболее целесообразно использование базальтового или стекловолокна, как наиболее удовлетворяющих критерию «цена-качество».
Формование каждого прутка может осуществляться методом пултрузии [4].
Прутки в пучке фиксируются с помощью клипс [5] или хомутов [6], в том числе и пластиковых одноразовых, количество которых зависит от длины пучка.
Каждый пучок может содержать не менее трех прутков, с круглым профилем поперечного сечения и диаметром от 1 мм и более. Прутки также могут иметь прямоугольный или шестигранный профиль поперечного сечения.
Возможное конструктивное исполнение полезной модели представлено на прилагаемых чертежах.
На фиг.1 показан вид спереди на пучок прутков круглого сечения.
На фиг.2 приведено поперечное сечение А-А на фиг.1.
На фиг.3 показаны варианты выполнения арматуры с различным количеством прутков и профилем их поперечного сечения.
Арматура представляет собой несущий неметаллический стержень, собранный из объединенных в пучок 1 непрерывных по длине прутков 2. Каждый из прутков 2 выполнен из волокнистого полимерного композита на основе полиуретанового связующего, армированного ориентированным вдоль оси прутка высокопрочным волокном.
Прутки 2 объединены в пучок 1 посредством охватывающих их хомутов 3 или клипс 4, а также других известных фиксирующих приспособлений.
В качестве армирующего прутки 2 волокна наиболее целесообразно использовать базальтовое или стекловолокно, имеющие высокие прочностные показатели (при растяжении), превышающие показатели стальной арматуры, меньший вес, низкую теплопроводность и высокую химическую стойкость при относительно низкой стоимости. В некоторых случаях возможно использование и других волокон, как неорганических, например, на основе бора, так и органических, например, арамидных или углеродных волокон, а также и иных волокон.
Формование прутков 2 осуществляется методом пултрузии, позволяющим осуществлять равномерное распределение по профилю каждого прутка армирующие волокна и их прямолинейную продольную ориентацию, что обеспечивает высокие и стабильные прочностные характеристики прутков 2.
В зависимости от величины и характера воспринимаемых арматурой нагрузок количество прутков 2 в пучке 1 может составлять три и более при диаметре каждого из них от одного миллиметра. Пучок 1 из прутков 2 малого диаметра (1-3 мм) имеет более высокую прочность на разрыв по сравнению с монолитным стержнем той же площади поперечного сечения, при этом композитные прутки 2 малого диаметра на полиуретановой основе обладают гибкостью и изгибной прочностью.
Прутки 2 имеют преимущественно круглый профиль поперечного сечения (фиг.2), но могут быть выполнены и с другим профилем, например, прямоугольным или шестигранным (фиг.3)
Использование арматуры в виде пучка 1, собранного из прямолинейных прутков 2, выполненных из волокнистого полимерного композита на основе полиуретанового связующего, армированного прямолинейными продольными базальтовыми или стеклянными волокнами, позволяет повысить ее гибкость и прочность, а также существенно увеличить ее адгезионное сцепление с бетоном.
В таблице приведены некоторые сравнительные данные стальной арматуры, базальтопластиковой в виде сплошного стержня и заявляемой в виде пучка из семи базальтопластиковых прутков.
наружный диаметр мм
площадь сечения мм<sup>2</sup>
длина окружн. мм
вес гр/м
растягив. нагрузка Н
стальной стержень
9
50,3
28,3
395
17850
базальтоп. стержень
6
28,26
18,8
40
23540
пучок из 7 прутков баз. пласт.
2,2×7
24,2
46,2
36
46200
Источники информации:
[1]. RU, №2324797, E04C 5/07, 2006.
[2]. RU, №111560, E04C 5/07, 2010.
[3]. US, №7219478, E04C 5/07, 2007, (прототип)
[4]. RU, №102651, E04G 21/00, 2010.
[5]. RU, №2101601, F16L 33/02, 1998.
[6]. SU, №516134, F16B 2/08, 1976.