АРМАТУРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к строительству и к производству строительных материалов, в частности, к арматурным элементам, применяемым для армирования монолитных и сборных бетонных конструкций, панелей, дорожных и других покрытий, а также может использоваться для армирования грунтов.
В уровне техники широко известны арматурные элементы, предназначенные для бетонных, каменных и других конструкций и изделий и представляющие собой, как правило, стержни из высокопрочных материалов. Наибольшее распространение получили стержневые арматурные элементы из стали [1], однако в последнее время все чаще применяются арматурные элементы из композиционных материалов на основе полимерного связующего и однонаправленных высокопрочных волокон из стекла, базальта, углерода и других [2,3].
Арматурные элементы из композиционных материалов по сравнению со стальными имеют более высокую прочность (особенно при восприятии растягивающих усилий), существенно меньший вес, а такие, как базальтопластики практически не подвержены коррозии.
Упрочнение и повышение несущей способности армируемых изделий и сооружений зависит не только от прочностных характеристик армирующих элементов, но и от степени их сцепления с армируемым материалом (бетоном). Степень же сцепления (соединения) определяется тремя факторами: силой трения (фрикционное сцепление), адгезией между бетоном и арматурным элементом и механическим соединением за счет профиля наружной поверхности арматурного элемента, при этом наиболее значимыми и определяющими факторами являются два последних - адгезия и механическое соединение.
Уже известно повышение адгезионного сцепления арматурного элемента с армируемым материалом путем увеличения площади контакта между ними, например, путем его выполнения трубчатым [4, 5].
Однако этот прием имеет ограничения, т.к. увеличение площади наружной поверхности армирующего элемента может повлечь за собой повышение его массы (и стоимости), а при сохранении массы - снижение его прочностных характеристик.
Известно также выполнение композитных арматурных стержней с обмоткой их по наружной поверхности волокнами (жгутами), образующими регулярный рельеф или локальные утолщения [6, 7].
Образующиеся в результате обмотки выступы и впадины способствуют механическому соединению с армируемым материалом, однако прочность соединения выступов, полученных спиральной или поперечной обмоткой несущего арматурного элемента определяется прочностью адгезионного сцепления крепящего их связующего, которая, как правило, ниже прочности самого стержня.
Наиболее близким из числа известных в уровне техники аналогов является арматурный элемент в виде композитного стержня со структурированной поверхностью, представляющей собой последовательно расположенные с интервалом вдоль его продольной оси сплющенные с боков участки [8].
Полученные с помощью деформации арматурного элемента сплющенные участки увеличивают наружную поверхность стержня, что повышает силу его адгезионного сцепления с бетоном, а образующиеся в процессе деформации выступы по бокам стержня повышают механическое соединение стержня с бетоном, при этом прочность этих выступов, включающих высокопрочные армирующие волокна, практически не уступает прочности недеформированных участков стержня.
Однако расположение сплющенных участков в одной продольной плоскости стержня снижает эффективность упрочнения из-за неравномерного распределения нагрузок на выступы сплющенных участков, лежащих в одной плоскости (каждый последующий в "тени" предыдущего) и приводит к неравномерному распределению нагрузок по объему армируемой среды вокруг арматурного элемента.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в повышении несущей способности конструкций и изделий из армируемого материала, например, бетона, а технический результат, который может быть достигнут при ее реализации, заключается в обеспечении более равномерного распределения усилий, возникающих между арматурным элементом и армируемым материалом.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в арматурном элементе, содержащем композитный стержень со структурированной поверхностью в виде последовательно расположенных с интервалом вдоль его продольной оси сплющенных с боков участков, предлагается разнесенные вдоль оси сплющенные участки расположить в нескольких продольных плоскостях, повернутых друг относительно друга вокруг продольной оси на фиксированный угол.
Угол разворота смежных сплющенных участков стержня может преимущественно составлять 60° или 90°, но может быть и любым другим.
Композитный стержень до образования на нем сплющенных участков может иметь круглый, квадратный или шестиугольный профиль поперечного сечения.
Стержень арматурного элемента может быть отформован методом пултрузии из композиционного материала на основе эпоксидного или полиуретанового связующего, армированного ориентированными вдоль его продольной оси базальтовыми волокнами, при этом он может быть выполнен и трубчатым.
Возможные, но не исчерпывающие примеры конструктивного исполнения полезной модели представлены на прилагаемых чертежах.
На фиг.1 показан вид спереди на фрагмент арматурного элемента.
На фиг.2 изображено поперечное сечение А-А на фиг.1.
На фиг.3 представлен вид по стреле В для стержня с квадратным профилем поперечного сечения.
На фиг.4 - вид по стрелке В стержня с шестиугольным профилем поперечного сечения и поворотом сплющенных участков на угол 60°.
Арматурный элемент 1 содержит композитный стержень 2, на котором образованы сплющенные участки 3, последовательно расположенные с интервалом вдоль его продольной оси 4.
Стержень 2 выполнен из композиционного материала на основе эпоксидного, полиуретанового или иного связующего, армированного ориентированными вдоль его продольной оси 4 высокопрочными волокнами, например, базальтовыми. Стержни 2 с диаметром больше 6-8 мм могут выполняться трубчатыми с продольным каналом 5.
Композитный стержень 2 может быть отформован методом пултрузии и иметь круглый (фиг.2), квадратный (фиг.3) или шестиугольный (фиг.4) профиль поперечного сечения.
Сплющенные участки 3 образованы в процессе формования стержня 2 до его окончательного отверждения путем локального сдавливания его боковой поверхности. Сдавливание производится с периодическим перемещением вдоль продольной оси 4 и под различными углами, чтобы получить последовательно расположенные с интервалом сплющенные участки 3, развернутые друг относительно друга на некоторый угол, например, 90° (фиг.1, 2, 3) или 60° (фиг.4).
Угол относительного поворота смежных сплющенных участков 3 может быть и иным, но при этом должно обеспечиваться равномерное распределение сплющенных участков 3 по окружности на виде сбоку (вид по стрелке В)
В результате такого формования арматурного элемента Г достигается не только увеличение его наружной поверхности, контактирующей с армируемым материалом, но и образуется развитый рельеф наружной поверхности с выступами и впадинами, обеспечивающий надежное и равномерное механическое соединение арматурного элемента 1 с армируемым материалом по всему его объему вокруг стержня 2. При этом выступающие элементы на поверхности стержня 2 обладают практически такими же прочностными характеристиками, как и центральная недеформируемая часть стержня 2, т.к. они включают те же высокопрочные (базальтовые) волокна, а степень деформации стержня 2 относительно невелика и может составлять 5-15%.
Источники информации:
[1]. US, №3186206, Е04С 5/03, 1965.
[2]. RU, №31802, E04C 5/07, 2002.
[3]. RU, №82244, E04C 5/07, 2006.
[4]. RU, №111559, E04C 5/07, 2010.
[5]. RU, №111560, E04C 5/07, 2010.
[6]. RU, №83526, E04C 5/07, 2009.
[7]. RU, №2324797, E04 C5/07, 2006.
[8]. RU, №2423560, E04C 5/07, 2006, (прототип)