АРМАТУРА КОМПОЗИТНАЯ

Полезная модель относится к строительству, а именно к неметаллической композитной арматуре непрерывной рельефности, которая может быть использована для армирования бетонных фундаментов, плит, стен, балок и других изделий.
Известен арматурный элемент, описанный в книге Фролова В.П. «Стеклопластиковая арматура и стеклобетонные конструкции» (М., Стройиздат, 1980, стр.20-27), содержащий стержень из стеклянных волокон, пропитанных полимерным связующим и скрепленных спиральной обмоткой.
Недостатком данного арматурного элемента являются низкие прочностные свойства, проявляющиеся при увеличении диаметра изготавливаемых стержней, а также отсутствие необходимой рельефности для сцепления с бетоном.
Известен трехслойный стержень по патенту RU 2052606, (опубл. 20.01.1996), выполненный из различных минеральных и химических волокон, скрепленных полимерным связующим.
Недостатком данного стержня являются низкие прочностные свойства, проявляющиеся при увеличении диаметра изготавливаемых стержней, связанные с отсутствием уплотнения внутренних слоев продольных волокон, а также отсутствие необходимой рельефности для сцепления с бетоном.
Наиболее близкой к предлагаемому решению является арматура композитная по патенту на ПМ RU 82246 (опубл. 20.04.2009), содержащая несущий стержень из высокопрочного материала и рельефную обмотку с уступами, обеспечивающую необходимое сцепление с бетоном.
Недостатком этой арматуры являются низкие прочностные свойства, проявляющиеся при увеличении диаметра изготавливаемой арматуры, например, при увеличении диаметра арматуры с 10 до 20 мм временное сопротивление разрыву уменьшается на 30%. Это связано с недостаточностью уплотнения внутренних слоев волокон несущего стержня.
Предлагаемой полезной моделью решается задача создания арматуры неметаллической композитной обладающей высокими прочностными свойствами.
Для достижения указанного технического результата в композитной арматуре, содержащей несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотки с уступами выполнен слоистым и содержит внутренний сердечник и последующие слои, которые выполнены со спиральной обмоткой. Внутренние спиральные обмотки могут быть выполнены из высокопрочных нитей или плоских лент с различным направлением навивки в каждой обмотке, спиральные обмотки образованы одно или многозаходными навивками. Слои несущего стержня могут быть выполнены из высокопрочного материала с различными физико-механическими и химическими свойствами. Сердечник и его обмотка могут быть выполнены, например, из стеклянного волокна, а второй слой и его обмотка выполнены из базальтового волокна. Наружный слой может быть выполнен из базальтового или смеси базальтового и углеродного волокна с наружной обмоткой с уступами из стеклянных или базальтовых волокон. Наружный слой несущего стержня или его часть могут быть выполнены другого цветового исполнения. Наружная часть несущего стержня может быть выполнена с добавкой антипиренов.
Отличительными признаками предлагаемой полезной модели от указанного выше наиболее известного изобретения является следующее. Во первых, несущий стержень выполнен слоистым и содержит внутренний сердечник и последующие слои, которые выполнены со спиральной обмоткой.
Во вторых, внутренние спиральные обмотки могут быть выполнены из высокопрочных нитей или плоских лент с различным направлением навивки в каждой обмотке, спиральные обмотки образованы одно или многозаходными навивками.
В третьих, слои несущего стержня могут быть выполнены из высокопрочного материала с различными физико-механическими и химическими свойствами.
В четвертых, сердечник и его обмотка могут быть выполнены, например, из стеклянного волокна, а второй слой и его обмотка выполнены из базальтового волокна.
В пятых, наружный слой несущего стержня или его часть могут быть выполнены другого цветового исполнения.
В шестых, наружная часть несущего стержня может быть выполнена с добавкой антипиренов.
Благодаря наличию этих признаков создана новая конструкция высокопрочной арматуры композитной, обладающая необходимыми прочностными свойствами во всем диапазоне изготавливаемых типоразмеров, причем, приобретена возможность производства арматуры с цветовой идентификацией и с пониженной горючестью.
Арматуру композитную изготавливают методом безфильерной протяжки со спиральной намоткой уступов из высокопрочного материала (стеклянные, базальтовые, углеродные и прочие волокна), пропитанного, например, эпоксидным компаундом на основе смолы ЭД-20 с отвердителем в соотношении, указанным в описании к патенту US 4829733 (опубл. 1989). После отверждения полученный стержень разрезают на отрезки требуемой длины.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1 показана арматура композитная предлагаемой конструкции.
На фиг.2 арматура композитная предлагаемой конструкции, содержащая 4 слоя, в разрезе.
На фиг.3 арматура композитная предлагаемой конструкции, содержащая 3 слоя, в разрезе.
На фиг.4 арматура композитная предлагаемой конструкции, содержащая 2 слоя, в разрезе.
Арматура композитная содержит несущий стержень 1 (фиг.1) из высокопрочного материала (стеклянные, базальтовые, углеродные волокна) и обмотки с уступами 2 и 3. Обмотки 2 и 3 выполнены из таких же волокон, пропитанных полимерным связующим. Несущий стержень 1 состоит из центрального внутреннего сердечника 4 и последующих слоев 5, 6, 7. Слоистая структура несущего стержня может быть выполнена из высокопрочных волокон различного сочетания.
Каждый слой продольных волокон несущего стержня уплотнен поперечной спиральной обмоткой 8, 9, 10, выполненной из таких же высокопрочных волокон, как и другие элементы стержня.
Обмотки 8, 9, 10 для обеспечения более плотной структуры композита выполнены из тонких нитей либо плоских ровингов.
Направление навивок в обмотках 8, 9, 10 может быть разных направлений и они близки к шагу наружных обмоток 2 и 3. Для обеспечения рентабельной производительности обмотки 8, 9, 10 могут быть выполнены многозаходными.
Слоистое выполнение несущего стержня позволяет использовать в слоях различные волокна и полимерные связующие, что дает возможность по аналогии с сечением дерева создать композитную арматуру с переменной прочностью слоев.
Варианты составов компонентов полимерного связующего для использования в различных слоях несущего стержня арматуры приведены в таблице 1.
таблица 1
№П/п
Состав полимерного связующего
Исполнение 1% мас
Исполнение 2% мас
Исполнение 3% мас
1
Эпоксидная смола ЭД-20
100
100
100
2
Отвердитель - изометилтетрагидрофталевый ангидрид
100
94
88
3
Ускоритель-алкофен
1,9
1,8
1,65
4
Модифицирующая добавка - продукт синтеза алифатических эпоксисмол с полиэфирди-изоцианатами
50
35
20
5
Физико-механические свойства
- прочность, Мпа
122
134
134
- деформация, %
9,7
9,1
8,6
6
Функциональная добавка
- цветовой пигмент (железно-кислый сурик)
- антипирен
Добавляется в любой вариант от 5 до 15%
Все варианты полимерного связующего выполнены на основе эпоксидной смолы ЭД-20 с введением различного соотношения компонентов, что отражается на физико-механических свойствах.
Введение функциональной добавки обуславливается требованиями, предъявляемыми к композитной арматуре.
Для визуального отличия композитной арматуры различного диаметра в производственных условиях в полимерное связующее, используемом в наружном слое стержня, добавляется цветовой пигмент. Например, композитная арматура диаметром 16 мм выпускается голубого цвета, арматура диаметром 18 мм - зеленого цвета, 20 мм - цвета сурик и т.д.
Для обеспечения требований по пожарной безопасности в любой из слоев, например, в наружный слой можно ввести антипирены, в жидком или порошкообразном состоянии.
Были проведены сравнительные испытания арматуры композитной, изготовленной со сплошным и слоистым несущим стержнем. Образцы арматуры «Лиана» изготовлены на технологической линии предприятия ООО КНПО «Уральская армирующая компания», г Пермь (). Наружный диаметр арматуры 20 мм, диаметр несущего стержня 18 мм, рельефность ромбического типа. Слоистый стержень выполнен в различных исполнениях (1-3) и в различных сочетаниях материалов.
Результаты испытаний приведены в таблице 2
Результаты испытаний показывают, что слоистая арматура с дополнительным уплотнением волокон стержня внутренней спиральной обмоткой повышает прочностные характеристики арматуры.
Введение цветовых пигментов в поверхностный слой арматуры дает возможность осуществить визуальное отличие большого ассортимента выпускаемой арматуры.
Добавка антипиренов в тонком поверхностном слое арматуры не ухудшает ее прочности и повышает огнестойкость изделия.
Предлагаемая композитная арматура обладает необходимыми качественными характеристиками, позволяющими широко использовать ее для армирования ответственных монолитных бетонных конструкций.
Таблица 2
№п/п
Несущий стержень
Параметры несущего стержня
Физико-механические свойства
Сердечник (внутренний слой)
Первый слой (внутренний)
Второй слой (внутренний)
Третий слой (наружный)
1
Сплошной стержень
Базальт, полимер - исполнение 3 (табл.1) D<sub>1</sub>=18 мм Обмотка базальт ромбическая
нет
нет
нет
σ=1050 Мпа Е=55000 Мпа горючесть Г3
2
Слоистый стержень
Базальт, полимер - исполнение 1 (табл.1) D<sub>1</sub>=8 мм обмотка - лавсановая нить 163 тэкс, навивка левая
Базальт, полимер - исполнение 2 (табл.1) D<sub>2</sub>=13,9 мм обмотка - базальтовый ровинг 630 тэкс, навивка правая
Базальт, полимер - исполнение 3 (табл.1) D<sub>3</sub>=17 мм обмотка - базальтовый ровинг 630 тэкс, навивка правая
Базальт, полимер - исполнение 2 (табл.1) D<sub>4</sub>=13,9 мм обмотка - базальтовый ровинг 630 тэкс, навивка левая
σ=1450 Мпа Е=92000 Мпа горючесть Г3
3
Слоистый стержень
Стекло, полимер - исполнение 1 (табл.1) D<sub>1</sub>=12,7 мм обмотка - крученая лавсановая нить 163 тэкс, навивка левая
Базальт, полимер - исполнение 2 (табл.1) D<sub>2</sub>=15,6 мм обмотка - базальтовый ровинг 630 тэкс, навивка правая
нет
Базальт + углерод,, полимер - исполнение 3 (табл.1) D<sub>4</sub>=18 мм обмотка - базальт ромбическая
σ=1540 Мпа Е=120000 Мпа горючесть Г3
4
Слоистый стержень
Стекло полимер - исполнение 1 (табл.1) D<sub>1</sub>=10,4 мм обмотка - стекло-ровинг 800 тэкс, навивка левая, 2-х заходная
Базальт, полимер - исполнение 2 (табл.1) D<sub>2</sub>=16 мм обмотка - базальтовый ровинг 630 тэкс, навивка правая, 2-х заходная
нет
Стекло, полимер исполнение 3, (табл.1) цвет сурик добавка - антипирен D<sub>4</sub>=18 мм обмотка - стекло ромбическая
σ=1250 Мпа Е=75000 Мпа горючесть Г1
Где σ - временное сопротивление разрыву;Е - модуль упругости при растяжении