Арматурная сетка из композитного материала
REINFORCEMENT MESH FROM COMPOSITE MATERIAL

Область техники
[0001] Изобретение относится к строительству, а именно к арматурным конструкциям, которые используются для армирования каменной и кирпичной кладки, бетонных изделий, для укрепления грунта оснований зданий и сооружений, а также при строительстве и ремонте автомобильных дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов, для укрепления береговых линий.
[0002] Аналогом заявленного технического решения является арматурная сетка по патенту РФ №2008113714, Е04С 5/07, опубл. 20.10.2009 г. Сетка состоит из арматурных стержней, усиленных волокнами синтетического материала, соединенных волокнами, которые уложены в матрицу из синтетического материала и многократно обмотаны вокруг арматурных стержней. Недостатком конструкции такой сетки является то, что продольные и поперечные стержни представляют собой круг в поперечном сечении и точка их касания имеет малую площадь контакта, что снижает прочность сетки, особенно при сдвиговой нагрузке.
[0003] Кроме того, известна арматурная сетка из композитного материала по патенту РФ №2430221, Е04С 5/07, опубл. 27.09.2011 г. Арматурная сетка состоит из продольных стержней и поперечного стержня, прямо или зигзагообразно уложенного на продольные стержни. Перекрестные соединения образованы за счет сжатия отвержденных и не отвержденных стержней с последующим отверждением сетки. Прочность узла соединения данной сетки определяют результатом испытаний - падение с высоты 1 метр. Однако в данном случае не учитываются эксплуатационные нагрузки армируемой конструкции (статические, циклические и знакопеременные нагрузки). Разрушение целостности узла сетки может привести к подвижности стержней друг относительно друга, неравномерному распределению нагрузки в конструкции, что уменьшит сопротивление нагрузкам армируемой конструкции. Недостатком данной конструкции является то, что прочность перекрестных соединений сетки достигается только за счет выделившегося связующего при вдавливании стержней, прочность узла крепления недостаточна для выдерживания нагрузок, возникающих в процессе срока службы армируемых конструкций.
[0004] Прототипом является арматурная сетка из композитного материала по евразийскому патенту №023958 В2, опубл. 30.04.2018 г. Согласно патенту арматурная сетка выполнена из композитных продольных и поперечных стержней, соединенных между собой посредством соединительного элемента из полимерного материала, например термопластичной массы, либо термореактивной смолы, содержащей волокнистый наполнитель. Однако применяющиеся в изобретении материалы скрепления стержней не обеспечивают достаточную прочность соединения стержней, кроме того, из-за низкой термостабильности соединения, происходит большой расход термопластичного полимера. Также к недостаткам указанного технического решения можно отнести возможную термодеструкцию композиционного материала самих стержней в месте контакта с полимерным материалом из-за высокой температуры плавления полимера, что может привести к снижению прочности и разрушению узла крепления стержней.
Раскрытие изобретения:
[0005] Техническим результатом является повышение прочности соединения стержней сетки между собой и снижение энергозатрат при изготовлении сетки.
[0006] Технический результат достигается тем, что арматурная сетка, состоящая из продольных и поперечных арматурных элементов, соединенных в местах пересечения узловыми элементами, состоящими из композиции на основе битума.
[0007] Узловой элемент в зависимости от области применения сетки может представлять собой или только капсулу из композиции на основе битума, или обмотку из композитных волокон (стекловолокно, базальтовое волокно, углеволокно, арамидное волокно и т.д.), капсулированную композицией на основе битума.
[0008] Узловой элемент может иметь сложную фигурную форму, форму цилиндра, шара, многогранника или комбинацию этих форм.
[0009] Арматурная сетка может быть изготовлена как из гладких стержней, так и из стержней с рифленой поверхностью, а также из стержней, покрытых абразивным материалом. Кроме того, абразивным материалом может быть покрыт и сам узловой элемент в целях повышения адгезии скрепляющего материала к бетону и другим строительным связующим, в результате чего увеличив прочность армированной конструкции. Стержни могут быть выполнены из различных волокнистых материалов. Могут быть как отвержденные, так и не отвержденные на момент формирования узлового элемента.
[0010] Достижение технического результата подтверждено результатами испытаний узловых элементов на сдвиг места соединения стержней.
[0011] Характеристики узлового элемента улучшают прочность сетки, а также вследствие простоты своего технологического процесса изготовления, способствуют снижению энергозатрат при изготовлении сетки за счет невысокой температуры плавления материала на основе битума и высокой скорости отверждения сформированных узловых элементов.
[0012] Очевидно, что как предыдущее общее описание, так и последующее подробное описание даны лишь для примера и пояснения и не являются ограничениями данного изобретения.
Краткое описание чертежей:
[0013] Фиг. 1 - квадратная форма ячейки.
[0014] Фиг. 2 - прямоугольная форма ячейки.
[0015] Фиг. 3 - арматурная сетка, выполненная из поперечных изогнутых стержней в виде зигзага.
[0016] Фиг. 4 - сетка, скрученная в рулон.
[0017] Фиг. 5 - обмотка из композиционных материалов.
[0018] Фиг. 6 - узловой элемент, сформированный обмоткой из композиционного материала, капсулированной материалом на основе битума.
Осуществление изобретения:
[0019] Форма ячейки в зависимости от угла или радиуса наклона арматурных элементов может быть квадратной Фиг. 1, прямоугольной Фиг. 2, ромбической, трапецеидальной и т.д.
[0020] Арматурная сетка может быть выполнена из поперечных изогнутых стержней в виде зигзага Фиг. 3, где крепление поперечных изогнутых стержней может быть произведено по прямым продольным стержням за счет соединения их по изгибам.
[0021] Во всех вариантах исполнения арматурных сеток диаметры арматурных элементов могут быть выполнены как равных, так и разных площадей сечения.
[0022] На Фиг. 1 показан фрагмент арматурной сетки, состоящей из продольных стержней 1 и поперечных стержней 2, соединенных между собой узловым элементом 3. Узловой элемент 3 изготовлен из материла на основе битума. И продольные и поперечные стержни выполнены из композиционных материалов.
[0023] Изготовление сетки в зависимости от области применения происходит либо в один, либо в два этапа.
[0024] Изготовление арматурной сетки в один этап.
[0025] Поперечные стержни располагаются сверху или снизу по отношению к продольным стержням. Полученные пересечения стержней помещаются в формообразующий инструмент, в который подается необходимая доза материала на основе битума. По мере отверждения материал принимает заданную формообразующим инструментом форму, обеспечив прочное соединение стержней узловым элементом. При формировании узлового элемента в зависимости от типа автоматической линии может быть образован литник. В зависимости от назначения сетки использование литника в качестве ограничительных упоров может способствовать постоянству расположения сетки внутри изготавливаемого изделия.
[0026] Прочность узловых элементов сетки, изготовленной в один этап такова, что узловые элементы не разрушаются в результате падения сетки с высоты 5 метров. Кроме того, при скручивании сетки (диаметры арматурных элементов до ф4 мм) до радиуса 150 мм. (Фиг. 4) и выдерживании ее в таком положении при температурах от +45°С до -30°С длительное время (от 30 суток), узловые элементы сохраняют свою целостность. Данные свойства сетки позволяют транспортировать ее не только в расправленном виде, но в виде рулонов при высоких и низких температурах, сохраняя прочность сетки.
[0027] Изготовление сетки в два этапа.
[0028] На первом этапе поперечные стержни располагаются сверху или снизу по отношению к продольным стержням. Специальным инструментом, оснащенным композиционными волокнами в месте пересечения стержней совершают круговые и перекрестные движения между продольным стержнем и поперечным стержнем, тем самым создавая обмотку из композитных волокон в один или несколько слоев (Фиг. 5). Далее инструмент с композитными волокнами перемещают к следующему месту пересечения стержней, тем самым определяя шаг сетки.
[0029] На втором этапе узлы пересечения стержней, созданные однократной или многократной обмоткой композитными волокнами, помещают в формообразующий инструмент, в который подается необходимая доза материала на основе битума. Материал полностью пропитывает обмотанные вокруг стержня волокна и по мере отверждения принимает заданную формообразующим инструментом форму. Таким образом, узловой элемент представляет собой обмотку из композитных волокон, капсулированную материалом на основе битума (Фиг. 6).
[0030] Изготовление сетки в два этапа позволяет достичь очень высокую прочность соединения стержней, которая определяется результатами испытаний узловых элементов на сдвиг места соединения стержней, показанных в Таблице.
Примеры реализации арматурной сетки:
[0031] Пример 1 (Фиг. 1)
[0032] Продольные и поперечные гладкие стержни круглого сечения выполнены из стеклопластика ф3 мм. В качестве узлового элемента использован материал на основе битума. Узловой элемент имеет сложную фигурную форму. Размер ячеек 100×100 мм.
[0033] Пример 2 (Фиг. 2)
[0034] Продольные и поперечные гладкие стержни круглого сечения выполнены из стеклопластика ф12 мм и покрыты абразивным материалом. Размер ячеек 80×300мм. Узлового элемент выполнен в два этапа. На первом этапе стержни соединены перекрестной многократной намоткой стекловолокном, на втором этапе узел капсулирован материалом на основе битума. Узловой элемент имеет цилиндрическую форму.
[0035] Пример 3 (Фиг. 3)
[0036] Продольные стержни изготовлены из базальтопластика диаметром ф4 мм. Поперечные стержни диаметром ф4 мм изготовлены изогнутой формы в виде зигзага. Соединение поперечных стержней с продольными выполнено по изгибам и скреплено материалом на основе битума. Узловой элемент имеет форму цилиндра.
[0037] Испытания показали, что арматурная сетка согласно изобретению, изготовленная из композиционных материалов стержней различной геометрии, площади сечения и физико-механических свойств, скрепленных при помощи узловых элементов из композиции на основе битума в один или два этапа, обладают высокими физико-механическими свойствами и требуемой высокой прочностью узлов соединения стержней.