АРМАТУРА ИЗ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к строительству, а именно к арматуре из высокопрочного полимерного композиционного материала, которая применяется для армирования обычных и предварительно напряженных строительных конструкций, при проходческих подземных работах в качестве арматуры для стеклопластбетоных крепей.
Известна арматура из полимерного композиционного материала по патенту РФ №2194135 (опубл. бюллетень №34, 10.12.2002 г.), содержащая несущий стержень, рельеф поверхности которого из канавок и уступов образован от вдавливания в него обмоточного элемента.
Недостатками известной арматуры являются низкая прочность на разрыв и изгиб, высокая податливость стержня, низкая прочность на продергивание стержня в бетоне, т.к. сдвиговая нагрузка воспринимается арматурой по границе кольцевого и осевого ее армирования, а также невозможность ее использования в предварительно напряженных конструкциях. В процессе твердения бетона возникают усадочные напряжения, перемещающие массу бетона вдоль стержня арматуры, при этом не исключена возможность сдвига обмотки относительно стержня или ее среза с нарушением целостности арматуры в силу того, что обмотка выступает над поверхностью стержня. Из-за возможной деформации арматуры возможны значительные отклонения преднапряжения от проектных величин. Таким образом, конструктивные особенности известной арматуры, обусловившие ее низкую сдвиговую прочность
закрепления в бетоне, ограничивают эксплуатационные возможности и снижают функциональный результат.
Известна арматура из композиционного полимерного материала, принятая за прототип, по патенту РФ №2287647 (опубл. бюллетень №32, 20.11. 2006 г.), содержащая несущий стержень, рельеф поверхности которого из канавок и уступов образован от вдавливания в него обмоточного жгута.
У известной арматуры сдвиговые нагрузки воспринимает поверхность самого стержня, но отсутствует поперечное армирование, стержень недостаточно эффективно сопротивляется сжатию поперек волокон, имеет ослабленные участки. Прочность закрепления арматуры в бетоне невысока, что обусловлено вогнутой эллипсоидной формой канавок. В случае ее использования в бетонных конструкциях в качестве рабочей арматуры, она будет обладать недостатками любого гладкого стержня. Практически гладкая поверхность податливого стержня приводит к уменьшению сцепляющей способности, снижает сдвиговую прочность закрепления и отрицательно скажется на эффективности использования арматуры и не позволит использовать ее в предварительно напряженных конструкциях, в рыхлых грунтах, в теплоизоляционных панелях (стержень будет выдавливаться из массива в котором размещен). Это ограничивает эксплуатационные возможности известной арматуры. Если предположить, что указанная арматура будет выполнена с несъемным жгутом, то и в этом случае, в силу особенностей взаимного расположения ее конструктивных элементов, их соразмерности между собой, функциональный результат от использования известной арматуры будет низким. На Фиг.1 и Фиг.2 прототипа четко прослеживается превышение верхней границы обмоточного жгута над поверхностью несущего стержня и, следовательно, арматура имеет ограничения по сдвиговой прочности.
Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции арматуры из полимерного композиционного материала, позволяющей повысить функциональный результат при ее использовании, стабильность геометрических характеристик конструкций, в которых используется, расширить эксплуатационные
возможности путем обеспечения высокой сдвиговой прочности и сцепляющей способности за счет развитой поверхности при одновременном достижении высокой прочности на разрыв и изгиб за счет оптимального сочетания свойств материала с геометрией рельефа поверхности.
Поставленная задача решается предлагаемой арматурой из полимерного композиционного материала, содержащей несущий стержень, рельеф поверхности которого из канавок и уступов образован от вдавливания в него обмоточного элемента. Особенность заключается в том, что обмоточный элемент в виде нитей волокнистого материала или ленты с эффектом термоусаживания выполнен несъемным с образованием монолитной структуры с несущим стержнем, а канавки образованы с обеспечением превышения поверхности стержня над верхней границей обмоточного элемента.
Предлагаемая арматура иллюстрируется графическими изображениями:
Фиг.1 - внешний вид арматуры с сечением при использовании нитей в качестве обмоточного элемента;
Фиг.2 - выноска I на фиг.1;
Фиг.3 - внешний вид арматуры с сечением при использовании ленты в качестве обмоточного элемента;
Фиг.4 - выноска II на фиг.3;
Фиг.5 - распределение плотности укладки продольных волокон стержня по его сечению.
Арматура из полимерного композиционного материала содержит несущий стержень 1 с канавками 2 и уступами 3, образованными от вдавливания обмоточного элемента 4 в стержень 1. Стержень 1 выполнен из высокопрочного полимерного материала (например, стекловолокно ГОСТ 17139-79, СВМ ТУ 6-06-1153-78, углеровинг УКН ТУ 6-06-31-282-80, базальторовинг ТУ 5952-001-13959141-2004 или органоволокно CBM-IY ТУ 6-06-И54-79), пропитанного связующим (например, эпоксидная смола ЭД-20 ГОСТ 10587-84 или полиэфирные смолы). Обмоточный элемент 4 выполнен из отдельных не сплетенных в жгут нитей того же материала, что и стержень 1 (с предварительной
пропиткой связующим или самопропитыванием при дальнейшей деполимеризации) или из ленты с эффектом термоусаживания (например, полиамидная лента, лавсановая и т.п.).
В зависимости от ширины обмоточного элемента и шага его укладки могут быть достигнуты требуемые высоты выступа и разные коэффициенты его армирования в соответствии с существующей потребностью.
Физико-механические характеристики предлагаемой арматуры:
- предел прочности при растяжении σ≥1200 МПа;
- модуль жесткости Е 42000-55000 МПа. Заявляемая конструкция арматуры успешно прошла испытания и позволяет получить изделие с высокими механическими характеристиками и сцепляющими свойствами поверхности, обеспечивающее стабильные геометрические параметры конструкций, в которых используется, а, следовательно, их надежность и долговечность.