СТЕРЖЕНЬ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО ВОЛОКНИСТОГО МАТЕРИАЛА С ПЕРИОДИЧЕСКИМ ТАНГЕНЦИАЛЬНО ДИСКРЕТНЫМ ПРОФИЛЕМ БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к стержневым конструкционным элементам из высокопрочного композиционного материала, которые применяются в строительных конструкциях: для армирования бетонов, грунтов, оснований зданий и сооружений, в том числе автомагистралей и дорог и т.д., а также в полимерных резьбовых соединениях.
Известна арматура стеклопластиковая по патенту РФ №2194135 (публ. 10.12.2002). Арматура содержит несущий стержень, сформированный в виде пучка продольных волокон, пропитанных полимерным связующим а рельеф боковой поверхности образован обмоткой в виде жгута нитей, пропитанных связующим и спирально нанесенных с натягом, равным от 1/2 до 1/10 диаметра вдавливания жгута в поверхность несущего стержня. В других вариантах рельеф боковой поверхности несущего стержня образован либо обмоткой в виде жгута и наличием на стержне чередующихся с обмоткой спиральных углублений в виде канавок, либо обмоткой в виде двух жгутов нитей с противоположным направлением навивки относительно друг другу.
Недостатком такой арматуры является ее низкая несущая способность, что обусловлено формированием рельефа боковой поверхности несущего стержня, сформированного из пучка продольных волокон, за счет намотки с натягом на него жгута нитей и его вдавливания в поверхность несущего стержня. При этом происходит искривление продольных волокон несущего стержня в радиально-осевом направлении. По этому при постоянном воздействии на арматуру растягивающей силы показатели напряжения при растяжении у каждого отдельного волокна разные, что влечет за собой со временем ухудшение показателей прочности арматуры, т.е. возникновение в ней усталости.
Кроме того, прочность сцепления такой арматуры с бетоном с течением времени значительно снижается. Ее сцепление с бетоном обеспечивается за счет сопротивления рельефообразующей спиральной намотки жгута сдвиговым напряжениям, которое, в свою очередь, обеспечивается за счет адгезионных сил сцепления между жгутом и поверхностью несущего стержня. При длительном контакте с агрессивной средой влажного бетона ее воздействию подвергаются в первую очередь поверхностные слои арматуры, в результате чего разрушается адгезионная связь между несущим стержнем и жгутом, т.е. разрушается узел, предназначенный для прочного сцепления с бетоном.
Известна арматура композитная по патенту РФ №2287647 (публ. 20.11.2006). Арматура содержит несущий стержень, сформированный в виде пучка продольных волокон, пропитанных полимерным связующим, а рельеф боковой поверхности образован обмоткой в виде жгута нитей, пропитанных связующим и спирально нанесенных с натягом, при чем обмоточный жгут имеет в сечении форму эллипса, большая ось которого расположена вдоль несущего стержня. В качестве варианта рельеф боковой поверхности в виде спиральных канавок образован от вдавливания в поверхность несущего стержня съемного обмоточного жгута.
Арматура обладает теми же недостатками, что и рассмотренная выше.
Наиболее близким заявляемому является арматура из полимерного композиционного материала по патенту РФ №82464 (публ. 27.04.2009). Арматура содержит стержень, рельеф поверхности которого из канавок и выступов образован от сдавливания его обмоточным элементом в виде нитей или ленты, при этом канавки образованы с обеспечением превышения поверхности стержня над верхней границей обмоточного элемента.
Недостатком такой арматуры является ее недостаточная несущая способность, обусловленная с одной стороны низкой глубиной рельефа из канавок и выступов, и соответственно низким сцеплением с бетоном, т.е. ее низкими анкерными свойствами, а с другой стороны - низкая прочность на растяжение, из-за искривления продольных волокон арматурного стержня в радиально-осевом направлении при формировании сдавливанием рельефа его боковой поверхности.
Технической задачей полезной модели является увеличение несущей способности стержня периодического профиля из композиционного волокнистого материала, повышение его прочности и стойкости к воздействию агрессивных сред.
Техническим результатом полезной модели является повышение прочности стержней периодического профиля из композиционного материала, их анкерных свойств, надежности и срока эксплуатации за счет увеличения глубины рельефа его боковой поверхности.
Для достижения указанного технического результата предлагается стержень из композиционного волокнистого материала с периодическим тангенциально дискретным профилем боковой поверхности, который включает несущий сердечник и продольно расположенные одну или несколько рельефообразующих лент, сформированные из волокон, пропитанных полимерным связующим, при этом рельефообразующие ленты сформированы из слоев продольных волокон, а рельеф из канавок и выступов образован гофрированием рельефообразующих лент путем их сдавливания и прижатия к сердечнику обжимающими жгутами или нитями, наложенными спиральной намоткой.
Указанный технический результат достигается также тем, что несущий сердечник сформирован либо из слоя продольных волокон, либо одного или нескольких коаксиальных продольных слоев, каждый из которых утянут слоем нити, нанесенным спиральной намоткой;
Отличительными признаками предлагаемого стержня из композиционного волокнистого материала от прототипа является то, что стержень состоит из двух частей - несущего сердечника и одной или нескольких рельефообразующих лент, скрепленных полимерным связующим, принципиально отличающихся по структуре и выполняющих разные функции.
Несущий сердечник предназначен для придания стержню высокой прочности и жесткости. Он выполнен из пропитанных полимерным связующим плотно уложенных волокон, ориентированных в направлении, совпадающем с осью стержня. В нем содержание волокон достигает 83-85% процентов по массе. Для повышения плотности его дополнительно утягивают слоем нитей, укладываемых спиральной намоткой с натягом, причем для увеличения прочности стержня несущий сердечник также может быть выполнен из нескольких коаксиальных продольных слоев волокон, каждый из которых утянут слоем нити, нанесенным спиральной намоткой;
Рельефообразующие ленты предназначены для формирования рельефа поверхности стержня волнообразной дискретно винтовой формы, т.е. рельефа из выступов (гребней) и впадин, который и определяет анкерные свойства стержня.
Рельефообразующие ленты выполнены из слоя волокон, ориентированных в продольном направлении и изогнутых за (счет их прижатия к несущему сердечнику обжимающими нитями или жгутами, нанесенными с натягом спиральной намоткой) в продольно - радиальном направлении.
Слой имеет повышенное содержание полимерного связующего (от 20 до 30% по массе). Это обеспечивает формирование более выраженного рельефа боковой поверхности стержня из канавок и выступов (гребней), которые образуются за счет перетекания жидкого полимерного связующего из-под обжимающего жгута в участки, свободные от сдавливающего воздействия. Высокое содержание полимерного связующего в слое, с одной стороны, позволяет, при уплотнении волокна под обжимающим жгутом, получить более глубокую канавку, а с другой - направить большее количество связующего на формирование выступа (гребня). Кроме того, высокое содержание полимерного связующего обеспечивает повышенную стойкость к воздействию агрессивных сред.
Следует отметить, что воздействие на выступы арматурного стержня влажной агрессивной среды бетона происходит по их поверхности и чем больше поверхность и тоньше выступ, тем быстрее происходит разрушение полимерного связующего и, соответственно, потеря прочности самого выступа и несущей способности стержня в целом.
В предлагаемой конструкции материал (волокно, пропитанное полимерным связующим), который используется на формирование рельефа стержня сконцентрирован в формообразующих лентах, что обеспечивает при одном и том же его количестве при формирование дискретных выступов увеличить их высоту и толщину, что, в свою очередь, увеличивает несущую способность стержня и срок его эксплуатации..
Увеличения стойкости рельефообразующих лент к сдвиговым нагрузка обеспечивается как за счет их непосредственной связи с несущим стержнем, так и опосредованно за счет связи: рельефообразующая лента - обжимающий жгут - несущий стержень, что также увеличивает несущую способность стержня.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 показан стержень из композиционного волокнистого материала с периодическим тангенциально дискретным профилем боковой поверхности предлагаемой конструкции с тремя рельефообразующими лентами и сердечником, утянутым спиральной намоткой нити, в разрезе.
На фиг.2 показан стержень из композиционного волокнистого материала с периодическим тангенциально дискретным профилем боковой поверхности предлагаемой конструкции с двумя рельефообразующими лентами, в разрезе.
На фиг.3 показан стержень из композиционного волокнистого материала с периодическим тангенциально дискретным профилем боковой поверхности предлагаемой конструкции с тремя рельефообразующими лентами и двухслойным сердечником, из которых каждый утянут спиральной намоткой нити, в разрезе.
На фиг.4 представлена таблица 1, в которой приведены сравнительные механические характеристики прототипа и стержней по предлагаемому изобретению.
Стержень из композиционного волокнистого материала с периодическим тангенциально дискретным профилем боковой поверхности (фиг.1) содержит несущий сердечник 1, сформированный из слоя продольных волокон ((например, стекловолокно ГОСТ 17139-79, СВМ ТУ 6-06-1153-78, базальтовое волокно НРБ ТУ 6952-00113308094-04), пропитанных полимерным связующим ((например, эпоксидная смола ЭД-20 ГОСТ 10587-84 или полиэфирные смолы) и утянутых слоем нити 4, нанесенных спиральной намоткой, три рельефообразующих ленты 2 и обжимающие жгуты или нити 3.
Стержень из композиционного волокнистого материала с периодическим тангенциально дискретным профилем боковой поверхности (фиг.2) содержит несущий сердечник из продольных волокон 1, пропитанных полимерным связующим, две рельефообразующих ленты 2 и обжимающие жгуты или нити 3.
Стержень из композиционного волокнистого материала с периодическим тангенциально дискретным профилем боковой поверхности (фиг.3) содержит несущий сердечник, сформированный из двух коаксиальных слоев продольных волокон 1, каждый из которых утянут слоем нити 4, нанесенным спиральной намоткой, три рельефообразующих ленты 2 и обжимающие жгуты 3.
Предложенная конструкция стержня из композиционного волокнистого материала с периодическим тангенциально дискретным профилем боковой поверхности позволяет в широких пределах варьировать высоту его профиля, прочность и стойкость стержня к воздействию агрессивных сред. Для этого в зависимости от предъявляемых к нему требований меняют:
- соотношение волокон, формирующих несущий сердечник и рельефообразующие ленты, оптимизируя соотношение между прочностью и рельефностью (чем больше доля несущего сердечника в стержне, тем он прочнее, чем больше доля рельефообразующих лент и меньше их количество, тем больше высота рельефа);
- содержание полимерного связующего в рельефообразующих лентах стержня (чем больше содержание полимерного связующего, тем больше стойкость к агрессивным средам);
- количество слоев, из которых формируют несущий сердечник и количество рельефообразующих лент;
Благодаря наличию перечисленных признаков разработана новая конструкция стержня, обладающего повышенной прочностью, высокими анкерные свойства, надежностью и более длительным сроком эксплуатации.