АРМАТУРА КОМПОЗИТНАЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к строительству, а именно к композитной арматуре, которая применяется в строительных конструкциях: для армирования монолитных бетонных и сборных зданий; для использования в конструктивных элементах зданий в виде отдельных стержней; для изготовления термоизоляционных стеновых панелей; для армирования бетонных изделий (плиты, фундаменты), работающих на упругом основании; для армирования грунта оснований зданий и сооружений, в том числе оснований автомагистралей и дорог; для армирования асфальтобетонного покрытия дорог; для анкеровки в грунте подпорных стен и сооружений.
Известен арматурный элемент, содержащий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку с уступами (Фролов В.П. Стеклопластиковая арматура и стеклобетонные конструкции. М., Стройиздат, 1980, с.20-27).
Недостатком такого арматурного элемента является низкая степень сцепления с бетоном.
Известна арматура стеклопластиковая по патенту RU 2194135 (опубл. 10.12.2002), содержащая несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку с уступами, которые выполнены в виде жгута нитей, пропитанных связующим и спирально нанесенных с натягом, равным 1/2-1/10 диаметра вдавливания жгута в поверхность несущего стержня, причем диаметр навивки жгута составляет до 2d, где d - диаметр несущего стержня, при этом стержень может быть снабжен вторым жгутом нитей с противоположным направлением навивки первому, а также может быть выполнен со спиральными канавками, чередующимися с уступами.
Недостатком такой арматуры является низкая прочность на разрыв и изгиб изделия, а также малая адгезия обмотки к несущему стержню.
Для достижения указанного технического результата в арматуре композитной, содержащей несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку, по 1 варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточными жгутами 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°, по
2-му варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточными жгутами одного направления навивки, причем соотношение площадей сечений первого обмоточного жгута и второго обмоточного жгута находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки второго обмоточного жгута больше или равен углу навивки первого обмоточного жгута, по 3-му варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточным жгутом и обмоточной лентой противоположного направления навивки, причем, соотношение площадей сечений обмоточного жгута и обмоточной ленты, навитой в противоположном направлении, находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки обмоточной ленты составляет 92°-150°, по 4-му варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточным жгутом и обмоточной лентой одного направления навивки, причем, соотношение площадей сечений обмоточного жгута и обмоточной ленты находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки обмоточной ленты больше или равен углу навивки обмоточного жгута.
Отличительными признаками предлагаемой арматуры композитной от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, является то, что по 1 варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточными жгутами 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°, по 2-му варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточными жгутами одного направления навивки, причем, соотношение площадей сечений первого обмоточного жгута и второго обмоточного жгута находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки второго обмоточного жгута больше угла навивки первого обмоточного жгута, по 3-му варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточным жгутом и обмоточной лентой противоположного направления навивки, причем, соотношение площадей сечений обмоточного жгута и обмоточной ленты, навитой в противоположном направлении находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки обмоточной ленты составляет 92°-150°, по 4-му варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточным жгутом и обмоточной лентой одного направления навивки, причем, соотношение площадей сечений обмоточного жгута и обмоточной ленты находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки обмоточной ленты больше угла навивки обмоточного жгута.
Благодаря наличию этих признаков у композитной арматуры повышается прочность на разрыв и изгиб, а также повышена адгезия обмотки к несущему стержню и, как следствие, повышено качество арматуры.
Арматуру композитную изготавливают методом продольной протяжки со спиральной намоткой уступов из высокопрочного полимерного материала (стеклянных,
базальтовых, углеродных и других волокон), пропитанного эпоксидным компаундом на основе смолы ЭД-20 с отвердителем.
После отверждения полученный стержень разрезают на отрезки необходимой длины. Способ получения арматуры прост, технологичен, не требует разработки специального оборудования и не требует дополнительных капитальных затрат. Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена арматура композитная с рельефом поверхности, созданным обмоточными жгутами противоположных направлений.
На фиг.2 изображена арматура композитная с соотношением площадей сечений обмоточных жгутов, навитых в противоположном направлении в пределах от 1 до 150.
На фиг.3 изображена арматура композитная с углом спиральной навивки второй обмотки в виде жгута или ленты с углом навивки 92° и 150°.
На фиг.4 изображена арматура композитная с рельефом поверхности, созданной обмоточным жгутом и обмоточной лентой противоположного направления навивки.
На фиг.5 изображена арматура композитная с соотношением площадей сечений обмоточного жгута и обмоточной ленты противоположного направления навивки в пределах от 1 до 150.
На фиг.6 изображена арматура композитная созданная обмоточным жгутом второй обмоткой в виде жгута или ленты одного направления навивки.
Арматура композитная содержит несущий стержень 1 (фиг.1) из высокопрочного полимерного материала (например, стекловолокно ГОСТ 17139-79, базальтовое волокно ТУ 5952-001-13308094-04) и обмотку с уступами 2 и 3. Обмотки 2 и 3 выполнены из таких же волокон, пропитанных полимерным связующим (например, эпоксидный, полиэфирный компаунд). Вторая обмотка противоположного направления 3 (фиг.2) имеет площадь поперечного сечения по отношению к первой обмотке 2 в соотношении 1 и 150. Вторая обмотка 3 (фиг.3) имеет угол спиральной навивки от 92 до 150°. Обмотка 3 (фиг.4) может быть выполнена в виде плоской ленты 4 (варианты 3 и 4). Вторая обмотка одного направления навивки 6 (фиг.6) имеет угол спиральной навивки е больший, чем угол спиральной навивки о первой обмотки.
Первая обмотка 2 выполнена в виде жгута волокон (варианты 1 и 2), спирально нанесенных с натягом на несущий стержень 1, которые создают рельеф поверхности. Вторая обмотка 3, навитая в том же или противоположном направлении выполняет следующие функции:
- осуществляет плотное поджатие первой обмотки, что увеличивает адгезию с несущим стержнем 1 и обеспечивает совместную работу несущего стержня и спиральной обмотки;
- уплотняет массив несущего стержня 1 между витками обмотки 2, что повышает физико-механические характеристики композитной арматуры;
- повышает анкеровку композитной арматуры в бетонной среде за счет увеличения поверхности арматуры.
2
2
Во всех вариантах выполнения композитной арматуры плотное поджатие спиральной обмотки 2 определяется величиной усилий снятия намотки 2 со стержня 1. В арматуре, выполненной по прототипу, усилие снятия обмотки 2 находится в диапазоне 10-35 кг. У арматуры, выполненной по предлагаемому решению, намотка 2 при приложении данного усилия не снимается, что обеспечивает совместную работу несущего стержня и рельефной обмотки. Усилие выдергивания (анкерование) композитной арматуры в бетонной среде определяется величиной поверхности контакта арматуры. В арматуре, выполненной по прототипу, например, стеклопластиковая арматура, имеющая наружный диаметр 8 мм, внутренний диаметр 6 мм, шаг навивки 15 мм, поверхность анкеровки составляет 15 мм/см длины, величина выдергивания из раствора марки М-100 составляет 60 кг/см длины. У арматуры, выполненной по предлагаемому решению, при соотношении площадей сечений обмоток, например, равном 2 общая поверхность анкеровки составляет 22 мм/см, величина выдергивания из раствора марки М-100 составляет 80 кг/см длины. При соотношении площадей сечений менее 1 вторая обмотка имеет меньшую адгезию к несущему стержню по сравнению с первой обмоткой, а при соотношении площадей обмоток более 150, вторая обмотка имеет малую прочность и обрывается в элементах технологического оборудования.
В первом и третьем вариантах выполнения арматуры навивка жгута противоположного направления 3 производится в диапазоне углов 92°-150°. При углах навивки более 150° не обеспечивается надежное поджатие обмотки 2 к несущему стержню 1. При углах навивки менее 92° происходит перехлест нитей обмотки 3.
Во втором и четвертом вариантах выполнения арматуры обмотка 5 и 6 (фиг.6) имеет угол навивки е, равный или больший угла навивки с первой обмотки. При угле навивки второй обмотки меньше угла навивки первой обмотки не обеспечивается надежное поджатие обмотки 5 и 6 и уплотнение несущего стержня между витками обмотки. При угле навивки второй обмотки более угла навивки первой обмотки обеспечивается поджатие обмотки 2 и уплотнение массива стержня между витками.
2
Были проведены сравнительные испытания арматуры композитной стеклопластиковой наружным диаметром 8 мм. В первом варианте исполнения арматуры «лиана» первая обмотка была выполнена из крученых стеклянных волокон с наружным диаметром 2,5 мм (F=4,9 мм) и установлена на несущем стержне с шагом 17 мм. Вторая
2
обмотка противоположного направления выполнена из крученых стеклянных волокон с наружным диаметром 0,5 мм (F=0,2 мм) и нанесена с шагом 5 мм на несущий стержень с первой обмоткой. Соотношение площадей сечений обмоток имеет значение 24,5. Угол навивки первой обмотки составляет 45°, а второй обмотки 106°.
Результаты испытаний приведены в таблице:
Арматура Стеклопластиковая АСП8
Разрушающее напряжение при разрыве, σ, МПа
Модуль упругости при растяжении, σ, МПа
Разрушающее напряжение при изгибе, σ, МПа
Модуль упругости при изгибе, Ер, МПа
Арматура по прототипу
1200
47236
910
51130
Арматура «лиана» по 1 варианту
1331
49800
1028
56721
Арматура «лиана» по 2 варианту
1300
49700
1025
56500
Арматура «лиана» по 3 варианту
1335
52500
1050
58600
Арматура «лиана» по 4 варианту
1330
52550
1040
58550
2
Во втором варианте выполнения арматуры «лиана» первая обмотка аналогична первому варианту. Вторая обмотка выполнена из стеклянной ленты шириной 2 мм (F=0,1 мм) с шагом 10 мм и углом навивки 54°. Соотношение площадей сечений обмоток имеет значение 49.
2
В третьем варианте исполнения арматуры «лиана» первая обмотка была выполнена из крученых стеклянных волокон с наружным диаметром 2,5 мм (F=4,9 мм) и установлена на несущем стержне с шагом 17 мм. Вторая обмотка противоположного направления выполнена из ленты
2
В четвертом варианте исполнения арматуры «лиана» первая обмотка была выполнена из крученых стеклянных волокон с наружным диаметром 2,5 мм (F=4,9 мм) и установлена на несущем стержне с шагом 17 мм. Вторая обмотка выполнена из стеклянной ленты шириной 2 мм (F=0,1 мм) с шагом 10 мм и углом навивки 54°. Соотношение площадей сечений обмоток имеет значение 49.
Предлагаемая арматура композитная с рельефом поверхности, образованным двумя спиральными обмотками противоположных направлений, имеющая соотношение площадей сечений первого обмоточного жгута и второго обмоточного жгута или ленты навитых в противоположном направлении в пределах от 1 до 150, а угол навивки второго обмоточного жгута или ленты составляет 92-150°, или спиральными обмотками в виде жгута или ленты одного направления навивки, имеющие соотношение площадей сечений обмотки в пределах от 1 до 150 с углом навивки второй обмотки большей или равной углу навивки первой обмотки, обладает повышенной прочностью на разрыв и изгиб, что повышает несущую способность строительных конструкций.