ФИБРА ИЗ СТАЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к производству и конструированию фибры металлической и может быть использована при производстве предназначенной для армирования бетона, резинотехнических изделий, дорожных покрытий.
Известна конструкция фибры из низкоуглеродистой стали для армирования строительных изделий, преимущественно, из бетона, включающая ленточно-плоский периодический Z-образный профиль в форме выступов и впадин с заданным шагом. [1]
Способ изготовления фибры включает получение полосы заданной толщины, раскрой полосы и вырубка фибры заданного Z-образного профиля.
Достоинство фибры заключается в высокой адгезии формы профиля к бетонной матрице.
Однако, известная конструкция фибры обладает низкой технологичностью. При ее введении в бетонную смесь наблюдается схватывание зацеплением элементов фибры между собой. Это приводит к неоднородности ее распределения в бетонной матрице и, следовательно, к неоднородности механических свойств получаемого строительного изделия, что не всегда технологично. Кроме того, фибра из низкоуглеродистая стали имеет невысокие механические характеристики, а впадины Z-образного профиля являются концентраторами внутренних напряжений для материала фибры.
Способ изготовления фибры полосы обладает многодельностью производства и для обеспечения высокой производительности при изготовлении требует сложного штампового вырубного инструмента, рабочие элементы которого должны обладать повышенной стойкостью.
В качестве прототипа принята конструкция фибры, получаемой из круглой проволочной заготовки для армирования изделий, преимущественно, из бетона, включающая периодический волнистый нитевидный профиль в форме выступов и впадин, расположенных с заданным шагом. [2]
Способ изготовления фибры из проволочной заготовки, включает ее подачу заготовки, плющение, профилирование и разделение на мерные отрезки посредством ультразвукового инструмента.
Достоинство фибры заключается в том, что она относится к классу фибры, получаемой в виде высокотонкого волокна и может быть использована при производстве легких тонкостенных конструкций плит на основе, бетонополимера, полимера, резинополимера и т.п.
Конструкция фибры по прототипу обладает теми недостатками, что и известные аналоги и имеет ограниченное применение, вследствие специфики технологии ее изготовления.
Известные конструкции фибры имеют произвольно заданные соотношения длины, диаметра и шага профиля, что, как показывает практика, недостаточно для получения заданных физико-механических характеристик армируемых фиброй изделий.
При введении в бетонную смесь известной фибры также наблюдается комкование элементов фибры между собой. Это приводит к неоднородности ее распределения в бетонной матрице и, следовательно, к неоднородности механических свойств получаемого строительного изделия, что не всегда технологично. Кроме того, фибра из медной проволоки имеет ограниченное применение вследствие низких механических характеристик и склонностью к коррозии, например, в бетонной матрице. Получение стальной фибры известным способом не обеспечивает высокой производительности для современной строительной индустрии.
Недостаток известных конструкций проявляется в низкой долговечности, низкой коррозионной стойкость и склонности к разрушению, а так же ее высокая себестоимость и не всегда приемлемая технологичность для производителя фибры.
В основу полезной модели поставлена задача расширения технологических возможностей использования фибры для сталефибробетона и повышение служебных характеристик, армируемых фиброй изделий
Поставленная задача достигается тем, что в конструкции фибры из стальной проволоки для армирования строительных изделий, преимущественно, из бетона, включающей периодический нитевидный профиль в форме выступов и впадин с заданным шагом, согласно полезной модели, длина фибры связана с шагом периодического нитевидного профиля фибры следующим соотношением:
В/Д=(18,0...55,0)/(7,0...11,0), где
В - длина дискретного элемента фибры, мм;
Д - шаг периодического нитевидного профиля фибры, мм;
шаг периодического нитевидного профиля фибры связан с высотой периодического нитевидного профиля следующим соотношением:
Д/С=Д/С=(7,0...11,0)/(1,5...3,5),где
Д - шаг периодического нитевидного профиля фибры, мм
С - высота периодического нитевидного профиля
длина фибры связана с высотой периодического нитевидного профиля следующим соотношением
В/С=(18,0...55,0)/(1,5...3,5),где
В - длина дискретного элемента фибры, мм
С - высота периодического нитевидного профиля, мм
Фибра может быть выполнена из высокоуглеродистой стали или из низкоуглеродистой стали с покрытием латунным, бронзированньм, медным или без покрытия.
Технический результат при использовании новой конструкции фибры проявляется в повышении армирующей способности фиброй строительного бетона путем увеличения прочностных свойств и коррозионной стойкости сталефибробетона.
Для лучшего понимания полезная модель поясняется чертежом, где
на фиг.1 - общий вид конструкции волнистой фибры синусоидальной формы.
Конструкция фибры 1 из стальной проволоки включает периодический нитевидный профиль в форме выступов 2 и впадин 3 с заданным шагом Д периодического нитевидного профиля фибры 1, длиной В, диаметром А проволоки и высотой профиля фибры С.
Проведенные заявителем экспериментальные работы по конструированию и испытанию фибры позволили выявить неочевидные соотношения размерных параметров фибры, в которых длина фибры связана с шагом периодического нитевидного профиля фибры следующим соотношением:
В/Д=(18,0...55,0)/(7,0...11,0), где
В - длина дискретного элемента фибры, мм;
Д - шаг периодического нитевидного профиля фибры, мм;
шаг периодического нитевидного профиля фибры связан с высотой периодического нитевидного профиля следующим соотношением:
Д/С=Д/С=(7,0...11,0)/(1,5...3,5),где
Д - шаг периодического нитевидного профиля фибры, мм
С- высота периодического нитевидного профиля
длина фибры связана с высотой периодического нитевидного профиля следующим соотношением
В/С=(18,0...55,0)/(1,5...3,5),где
В - длина дискретного элемента фибры, мм; С- высота периодического нитевидного профиля, мм. Абсолютные значения экспериментальных параметров фибры А, В, С, Д сведены в таблицу 1.
Фибра может быть выполнена из высокоуглеродистой стали или из низкоуглеродистой стали с покрытием латунным, бронзированным, медным или без покрытия.
Выбор марки стали высокоуглеродистой или низкоуглеродистой с покрытием латунным, бронзированным, медным или без покрытия осуществляют в зависимости от состава сталефиробетона, его назначения и применяемых для данной марки бетона поверхностно-активных веществ, гидрофобных и других добавок.
Данные экспериментальных исследований сведены в таблицу.
Таблица 1.
Длина фибры (В), мм
Диаметр (А), мм
Шаг гофры (D), мм
Высота гофры (С), мм
20,0+/-2,0
0,2+/-0,03
8,0+/-1,0
2,5<sup>+10</sup> <sub>-0,5</sub>
20,0+/-2,0
0,25+/-0,03
8,0+/-1,0
2,5<sup>+10</sup> <sub>-0,5</sub>
20,0+/-2,0
0,3+/-0,03
8,0+/-1,0
2,5<sup>+10</sup> <sub>-0,5</sub>
40,0+/-4,0
0,4+/-0,04
8,0+/-1,0
2,5<sup>+10</sup> <sub>-0,5</sub>
40,0+/-4,0
0,5+/-0,05
8,0+/-1,0
2,5<sup>+10</sup> <sub>-0,5</sub>
40,0+/-4,0
0,6+/-0,05
8,0+/-1,0
2,5<sup>+10</sup> <sub>-0,5</sub>
40,0+/-4,0
0,7+/-0,05
8,0+/-1,0
2,5<sup>+10</sup> <sub>-0,5</sub>
50,0+/-5,0
0,8+/-0,05
10,0+/-1,0
2,5<sup>+10</sup> <sub>-0,5</sub>
50,0+/-5,0
0,9+/-0,05
10,0+/-1,0
2,5<sup>+10</sup> <sub>-0,5</sub>
50,0+/-5,0
1,0+/-0,05
10,0+/-1,0
2,5<sup>+10</sup> <sub>-0,5</sub>
50,0+/-5,0
1,1+/-0,05
10,0+/-1,0
2,5<sup>+10</sup> <sub>-0,5</sub>
50,0+/-5,0
1,2+/-0,05
10,0+/-1,0
2,5<sup>+10</sup> <sub>-0,5</sub>
Таблица 2.
Тип фибры
Соотношение параметров
В/Д=(18,0...55,0)/(7,0...11,0)
Д/С=(7,0...11,0)/(1,5...3,5)
В/С=(18,0...55,0)/(1,5...3,5)
В/Д
Д/С
В/С
20,0\0,220,0\0,2520\0,3
2,0...3,14(2,57...1,63)...(7,85...5,0)
2,33...6,29 (4,6...2,0)...(7,3...3,14)
6,0...14,67
40,\0,540,0\0,640,0\0,7
4,0...6,29
2,33...6,0
12,0...29,33
50,0\0,850,0\0,950,0\1,050,0\1,150,0\1,2
4,09...5,5
2,57...5,5
15,0...27,5
Таблица 3
Тип фибры
Соотношение параметров признаков заявленного объекта
В/Д=(18,0...55,0)/(7,0...11,0)
Д/С=(7,0...11,0)/(1,5...3,5)
Комкование, %,
Заявленный объект
В/Д
Д/С
16,0\0,218,0\0,220,0\0,220,0\0,2520\0,3
В/Д=(18,0...55,0)/(7,0...11,0))
Д/С=(7,0...11,0)/(1,5...3,5)
25,0-30,0НетНетНетнет
40,\0,540,0\0,640,0\0,7
В/Д=(18,0...55,0)/(7,0...11,0))
Д/С=(7,0...11,0)/(1,5...3,5)
НетНетнет
50,0\0,850,0\0,950,0\1,050,0\1,150,0\1,255,0\1,260,0\1,2
В/Д=(18,0...55,0)/(7,0...11,0))
Д/С=(7,0...11,0)/(1,5...3,5)
НетНетНетНет25,0-30,0
прототип
20,0\0,220,0\0,2520\0,3
нерегулируемое
нерегулируемое
35,0-40,035,0-40,025,0-30,0
40,\0,540,0\0,640,0\0,7
нерегулируемое
нерегулируемое
40,0-55,040,0-55,025,0-30,0
50,0\0,850,0\0,950,0\1,050,0\1,150,0\1,2
нерегулируемое
нерегулируемое
25,0-30,015,0-20,015,0-20,015,0-20,0
Комкование, %, определяли при стандартном соотношении бетонной композиции к дискретной арматуре на основе фибры, масс.%. Например, на одну тонну бетонной композиции добавляли 80 кг фибры.
Как из экспериментальных данных, приведенных в таблице 3, заявленные соотношения предложенной фибры превосходят аналог и прототип.
Как следует из анализа экспериментально разработанных таблиц 1, 2, 3, таблица 1 оптимизирует геометрические размерные параметры стальной фибры, а таблица 2 оптимизирует соотношения между геометрическими размерными параметрами стальной фибры в интервале длин (20...50)мм. Указанный интервал длин является наиболее предпочтительным для изготовления следующего перечня изделий:
- банковские и сейфовые хранилища;
- опорные узлы предварительно напряженных конструкций;
- сейсмостойкие здания;
- лестничные марши, элементы гаражей-стоянок;
- изделия сложной конфигурации из сталефибробетона;
- сталефибробетонные шпалы;
- смотровые колодцы.
Запредельные значения соотношений сужают технологические возможности фибры по полезной модели. При длине дискретного элемента В менее 18,0 мм и шаге Д периодического профиля фибры менее 4,0 мм наблюдается комковаиие фибры, что не обеспечивает равномерное распределение фибры в объеме изделия. При шаге Д более 11 мм и длине В более 55 мм наблюдается нетехнологичность укладки фибры по толщине в изделии.
Соответственно, уменьшение высоты С менее 1, 5 мм ухудшает прочность сцепления фибры с материалом, например, бетонной матрицы. Увеличение высоты С более 3,5 мм приводит к комкованию фибры и вызывает нецелесообраность ее применения.
2
По сравнению с известной конструкцией фибры, заявленная конструкция фибры с новым соотношением геометрических параметров позволила расширить класс изготавливаемых изделий и дифференцировать их механические характеристики. По сравнению с фиброй известной конструкции временное сопротивление разрыву заявленной фибры из низкоуглеродистой стали составляло не менее 690 МПа, известной-620Мпа. Временное сопротивление разрыву заявленной фибры из высокоуглеродистой стали, например, 70 К медненной или латунированной составляло не менее 2200 Мпа(Н\мм), известной - 2050 Мпа.
Заявленная конструкция фибры в интервале длин (18,0...20,0)мм, шагом Д до 4 мм и высотой С до (1,5...2,0)мм может быть эффективно применена в конструктиве сталефибробетона для изготовления следующего перечня тонкостенных изделий:
- тонкостенные пространственные конструкции;
- ограждающие конструкции, тонкие трехслойные облицовочные плиты, элементы гаражей-стоянок;
- изделия сложной конфигурации из сталефибробетона;
Промышленное освоение новой конструкции фибры готовится в Беларуси и СНГ.
Источники информации
7
1. Патент РФ №2071868, МПК  B 22 F 3\18, Хлебцевич В.А. и др «Способ изготовления волокон (фибры) из проволочной заготовки и устройство для его осуществления», бюл.№2, 20.01.97.
7
2.Авт.св. 1781934 МПК B 22 F 3\18, Хлебцевич В.А. и др «Способ изготовления волокон (фибры) из проволочной заготовки и устройство для его осуществления», публ.29.01.87