Композиционный арматурный стержень на основе базальтовой комплексной нити

Полезная модель относится к области строительства.
Из существующего уровня техники известен стержень композитный (RU 2430220, МПК E04C5/07 .Дата публикации: 27.09.2011).
Стержень композитный из высокопрочного полимера для армирования связующих сред, включающий волокна, объединенные в жгуты, образован кручением жгутов, причем диаметр жгутов составляет 25-47% от диаметра стержня, а количество жгутов должно быть не менее 3-х, а число кручений жгутов на метр стержня находится в диапазоне 5-120.
Недостатком предложенного устройства является недостаточное механическое зацепление уступов на поверхности арматуры в цементной матрице, гладкость сформированных уступов.
B32B17/04
C08J5/04
C08L63/00
E04C5/07
Известен патент RU 2509653 «Арматура композитная», МПК , , ,  (Дата публикации: 20.03.2014).
Арматура композитная содержит стержень с обмоткой, выполненные из волокнистого наполнителя, пропитанного полимерным связующим на основе эпоксидной смолы и отвердителя. Арматура содержит, мас.%: волокнистый наполнитель 60-80% и связующее 20-40%, где связующее включает, мас.%: эпоксидно-новолачную смолу 50-60, аминный отвердитель 40-50. Эпоксидно-новолачная смола содержит, мас.%: диановую эпоксидную смолу 47-80%, модификатор на основе простых полиэфиров, содержащих глицидиловые группы,10-25%, продукт, полученный эпоксидированием олигомера гидроксифенилена из алкилрезорцина, 10-28%.
В этом техническом решении каждый жгут арматуры пропитан отвержденной полимерной смолой, причем в процессе изготовления арматуры между жгутами образуются пустоты, которые также заполняются смолой. Пустоты, заполненные отвержденной смолой, существенно снижают несущую способность арматуры и придают ей ломкость вследствие большей хрупкости отвержденной смолы в сравнении с волокнами.
Наиболее близким является техническое решение по патенту RU 2431026, МПК E04C5/07 , дата публикации: 10.10.2011,  «Композитный арматурный элемент».
Композитный арматурный элемент для дисперсного армирования бетона из отрезка ровинга минерального волокна по первому варианту выполнен из одного скрученного ровинга, пропитанного полимерным связующим. Композитный арматурный элемент для дисперсного армирования бетона из отрезка ровинга минерального волокна по второму варианту выполнен из двух ровингов, скрученных между собой и пропитанных полимерным связующим. Композитный арматурный элемент по первому и второму вариантам может быть выполнен в диапазоне диаметров 0,1-2,0 мм, длиной не менее диаметра и может быть профилированным по всей длине или части длины, также может быть пропитан полимерным связующим в поверхностном слое. Композитный арматурный элемент по второму варианту может быть выполнен из различных минеральных волокон.
Недостатками предложенных вариантов являются недостаточная эффективность совместной работы предложенной арматуры с бетоном, сложность в изготовлении арматурных элементов при работе с отрезками ровинга малой длины и диаметра, низкая эффекивность заполнения предложенными элементами цементной матрицы.  Осуществление пропитки полимерным связующим в поверхностном слое не обеспечивает совместную работу волокон ровинга в составе армирующего элемента. Предложенные устройства предназначены для дисперсного армирования, что исключает их удобоукладываемость, не позволяет контролировать характер армирования. Кроме этого, дисперсное армирование малоэффективно для растянутых и изгибаемых элементов конструкций. Для растянутых и изгибаемых элементов наиболее эффективно направленное армирование. При добавлении предложенных устройств в матрицу сложно добиться ее эффективного заполнения, что делает непредсказуемым поведение конструкций, испытывающих растяжение при  изгибе.
Технической задачей, решению которой служит заявляемая полезная модель, является повышение эффективности совместной работы арматуры с бетоном, которое предполагает:
формирование удобоукладываемой армирующей конструкции;
исключение точечного примыкания поверхности арматуры к цементной матрице;
обеспечение совместности работы волокон в составе формируемого стержня;
полное включение в работу под нагрузкой волокон по всему диаметру стержня;
формирование самоанкерующейся поверхности у арматурного стержня.
Технический результат обеспечивается тем, что композиционный арматурный стержень на основе базальтовой комплексной нити, профилированный по всей длине стержня, выполнен в виде тонкой пластины из эпоксидного связующего, в центре которой располагается несущий элемент в виде базальтовой комплексной нити, пропитанной и покрытой эпоксидным связующим, причем краям пластины из эпоксидного связующего придано продольное рифление в плоскости пластины по всей длине стержня в виде треугольных зубцов, а также имеется отступ от основания зубца до поверхности базальтовой комплексной нити.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется схемами, представленными на фиг. 1, 2.
На фиг.1 показан композиционный арматурный стержень на основе базальтовой комплексной нити предлагаемой конструкции.
На фиг.2 показано поперечное сечение композиционного арматурного стержня на основе базальтовой комплексной нити предлагаемой конструкции.
Композиционный арматурный стержень на основе базальтовой комплексной нити выполнен в виде тонкой пластины из эпоксидного связующего 2, в центре которой располагается несущий элемент в виде базальтовой комплексной нити 1. Края пластины обработаны с приданием им линейного рифления в виде зубцов 3 в плоскости пластины   (Фиг. 1).
В поперечном сечении арматура образована базальтовыми волокнами, объединенными в комплексную нить 1 путем закручивания вокруг продольной оси и обработки полимерным связующим. Волокна, составляющие базальтовую комплексную нить, непрерывны по всей длине нити. Базальтовая комплексная нить непрерывна по всей длине композиционного арматурного стержня. Нить имеет в сечении круглую форму (Фиг. 2).
Для обеспечения совместности работы волокон в составе формуемого арматурного стержня базальтовая комплексная нить 1 обработана эпоксидным связующим 2. Эпоксидное связующее  полностью пропитывает базальтовую комплексную нить, тем самым объединяя отдельные волокна, составляющие нить в стержень. Это обеспечивает равномерное распределение напряжений по всему диаметру стержня и, следовательно, более полно включает в работу под нагрузкой волокна базальтовой комплексной нити. Благодаря полной пропитке улучшаются прочностные свойства изделия. Эпоксидное связующее покрывает базальтовую комплексную нить с верхней и нижней сторон пластины и тем самым  образует защитный слой сверху и снизу базальтовой нити. По бокам расположены излишки эпоксидного связующего, обработанные таким образом, чтобы осуществлять анкеровку арматурного стержня в бетоне. Излишкам эпоксидного связующего придана форма зубцов 3. Формируются зубцы высотой 3-5 мм с отступом от оси стержня до основания зубца 3 мм. Отступы 4 от базальтовой комплексной нити до основания зубца необходимы для предотвращения появления под нагрузкой трещин в эпоксидном слое, обнажающих поверхность базальтовой нити и тем самым создающих появление ослабленных зон армирующего материала.
Отвержденное эпоксидное связующее фиксирует положение базальтовой комплексной нити и придает форму арматурному стержню.
Отличительными признаками предлагаемого изобретения от указанного выше прототипа являются следующие:
в качестве несущего нагрузку материала в арматурном стержне используются базальтовые волокна;
несущий элемент арматурного стержня выполнен в форме базальтовой комплексной нити;
в качестве пропитки используется эпоксидное клеевое связующее;
осуществляется полная пропитка базальтовой комплексной нити эпоксидным связующим;
поперечный профиль в виде рифления зубцами создается только в плоскости пластины по всей длине армирующего элемента;
длина армирующего элемента выбирается равной длине армируемой конструкции;
анкеровка армирующего элемента в матрице осуществляется посредством зацепления зубцов эпоксидного связующего, а не благодаря форме стержня.
Благодаря наличию этих признаков создана новая конструкция композиционного арматурного стержня на основе базальтовой комплексной нити. Заявляемая полезная модель обладает высокими прочностными свойствами. Предел прочности при растяжении композиционного арматурного стержня на основе базальтовой комплексной нити составляет в среднем 330 МПа, что ставит заявляемую полезную модель в один ряд со стальной арматурой по прочности.
Заявляемая полезная модель обладает удобством укладки в матрицу благодаря тому, что представляет собой стержень, положение которого при изготовлении строительного элемента может контролироваться.
Заявляемая полезная модель обладает возможностью самоанкеровки в матрице благодаря сформированным в плоскости пластины уступам в виде зубцов.
При твердении цементного камня образуется агрессивная среда, в контактной зоне «волокно-цементная матрица» появляются новообразования в результате взаимодействия гидроксида кальция портландцемента с оксидом кремния волокна, наблюдается растворение поверхностного слоя и утончение волокон. Обработка и покрытие базальтовой комплексной нити эпоксидным связующим создает дополнительную защиту для тонких базальтовых волокон, составляющих базальтовую комплексную нить от воздействия щелочной среды бетона, снижает вероятность появления коагуляционного слоя на поверхности волокон, влияние которого на сцепление базальтовых волокон с цементной матрицей носит отрицательный характер.