СОСТАВНАЯ КОМПОЗИТО-БЕТОННАЯ БАЛКА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
COMPOUND COMPOSITE-CONCRETE BEAM AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Группа изобретений относится к области изготовления опорных элементов в различных изделиях и может быть использована в несущих и ограждающих конструкциях промышленных и гражданских объектов, обеспечивая требуемую жесткость, надежность и устойчивость к повреждениям. Составная композито-бетонная балка содержит композитный и бетонный профили, объединенные в одну конструкцию путем склеивания и усиления ее поперечной обмоткой.
В настоящее время для изготовления различных конструкций, испытывающих нагрузку на изгиб, используют либо балочные конструкции, либо конструкции из уголков и швеллеров. Материалом для таких конструкций может быть металл или железобетон, или их комбинация (см. например, патент РФ №2240403, E04C 3/29, опубл. 20.11.2004). В этой конструкции сталь хорошо работает на растяжение, а бетон (железобетон) - на сжатие. Однако применение металла в таких конструкциях имеет существенный недостаток: он подвержен коррозии.
В аналогичной конструкции в качестве материалов для составной балки сталь заменена на композит (заявка КНР на изобретение №101985825, E01D 19/00, E04C 3/29, опубл. 16.03.2011). Причем бетон работает на сжатие, а композит - на растяжение. Для соединения профиля из бетона и пултрузионного профиля из композита использованы либо адгезив, либо стержни из того же композита, т.е. использованы 2 способа их соединения. В первом способе бетонная балка приклеивается к композитной балке с помощью адгезива. При этом адгезив не всегда может обеспечить требуемую прочность соединения этих двух материалов. Поэтому для этих целей в патенте приведен более предпочтительный второй способ. На верхней поверхности композитного профиля монтируется опалубка, в которой в предварительно просверленные отверстия вклеиваются композитные стержни. Далее верхняя поверхность композитного профиля заполняется бетоном. Однако этот способ представляет собой значительно более трудоемкий процесс, чем первый.
К тому же данная конструкция может быть успешно применена в профилях большого сечения (например, в области мостостроения), но малопригодна для использования в профилях малого сечения (например, траверса, консоль и т.п.), где слой бетона к тому же должен быть защищен от атмосферных воздействий.
Техническим результатом предлагаемых решений является изготовление составной композито-бетонной балки, не подверженной агрессивному воздействию (кислота, щелочь, атмосферные осадки), а также упрощение технологии ее изготовления.
Технический результат достигается тем, что составная композито-бетонная балка содержит профиль из бетона и профиль из композитного материала, соединенные между собой, при этом профиль из композитного материала представляет собой неотвержденный жгут, пропитанный полимерным связующим, который прикладывается к поверхности бетонного профиля, а соединение профилей осуществляется за счет поперечной обмотки препрегом. Препрег пропитан компаундом, в качестве которого используют состав, имеющий высокую коррозионную стойкость и стойкость к атмосферным воздействиям. Сверху балка может быть покрыта сшивающейся полиолефиновой пленкой.
Технический результат достигается также тем, что способ изготовления составной композито-бетонной балки включает соединение бетонного и композитного профилей посредством склеивания. Склеивание производят посредством наложения неотвержденного жгута, пропитанного полимерным связующим, на бетонный профиль. Далее осуществляют обмотку полученной конструкции препрегом с последующим ее отверждением в печи.
Сущность изобретений поясняется чертежами.
Фиг.1 - вид составной композито-бетонной балки в поперечном сечении.
Фиг.2 - продольный разрез композито-бетонной балки при трехточечном изгибе.
Заявляемая балка состоит из композитного профиля 1 (Фиг.1) из стеклопластика, базальтопластика, углепластика и др., на основе полимерного связующего (эпоксидного, полиэфирного, фенолформальдегидного и т.п.), и бетонного профиля 2, выполненного из бетона, полимер-бетона, газобетона и др. Профили 1 и 2 соединены посредством склеивания связующим, выделяющимся из композитного профиля 1 до его отверждения (неотвержденного жгута) при прижатии, и поперечной обмотки препрегом (из стеклянных, базальтовых или углеродных жгута, ленты или ткани). При этом препрег 3 создает на поверхности балки внешний изолирующий слой, необходимый для защиты ее поверхности от атмосферных, коррозионных и иных воздействий.
На Фиг.2 показан продольный разрез балки при ее испытании на трехточечный изгиб, позволяющий наилучшим образом продемонстрировать ее прочность. В ходе испытания бетонный профиль 2 подвергается сжатию, композитный профиль 1 - растяжению. При этом свойства бетона и композита реализуются наилучшим образом.
Составная композито-бетонная балка изготавливается следующим образом. К отвержденному бетонному профилю 2 прикладывается пропитанный связующим неотвержденный жгут (композитный профиль 1) пропитанный компаундом. Профили 1 и 2 обматываются (как описано в патенте РФ на полезную модель №90128) препрегом 3, пропитанным коррозионностойким и стойким к агрессивным воздействиям компаундом (например, полиуретановым). При этом происходит адгезия неотвержденного жгута 1 к поверхности бетонного профиля 2 за счет полимерного связующего, содержащегося в неотвержденном жгуте. Обмотка композитного профиля 1 и бетонного профиля 2 препрегом 3 обеспечивает плотный прижим профилей друг к другу. В дальнейшем полученная конструкция отверждается в печи при температуре от 50°C до 250°C. Отверждение можно осуществлять посредством ультрафиолетового, микроволнового и др. излучения. При этом происходит надежное приклеивание композитного профиля 1 к бетонному профилю 2.
Изготовление составной композито-бетонной балки путем обмотки препрегом с одновременным приклеиванием обеспечивает более прочное соединение композитного и бетонного профилей, нежели соединение путем адгезии или при помощи стержней, как в прототипе. Процесс изготовления балки более технологичен и менее трудоемкий по сравнению с прототипом и при этом, что важно, поддается механизации. Процесс приклеивания профилей друг к другу можно произвести способом, аналогичным способу пултрузии, т.е. непрерывным формованием конструкции путем обмотки и ее перемещением через печь отверждения.
Также возможен вариант дополнительной защиты изготовленного изделия обмоткой составной композито-бетонной балки сшивающейся полиолефиновой (например, полиэтиленовой) пленкой, в частности, производства ООО «Агросервис» (Санкт-Петербург). Такие изделия предпочтительно использовать для несущих конструкций подвесной сети железных дорог, электросетей, т.е. там, где конструкция больше работает на изгиб (консоли, траверсы).
Заявленная балка обладает высокой прочностью к изгибу (жесткостью) благодаря высокой прочности бетона на сжатие и высокой прочности композита на растяжение.
Таким образом, полученная композито-бетонная балка обеспечивает заявленный технический результат: обладает стойкостью к агрессивному и атмосферному воздействиям, обеспечивает более прочное соединение бетонного и композитного профилей и технологична в изготовлении.