АРМАТУРА КОМПОЗИТНАЯ ВОЛОКОННАЯ С СЕРНЫМ СВЯЗУЮЩИМ

Настоящее техническое решение относится к строительству, конкретно, к изготовлению арматуры для бетонных и серобетонных конструкций, для дорожных покрытий.
Из уровня техники известна композитная полимерная арматура, состоящая из ровинга минеральных волокон, объединенных полимерным термореактивным связующим в единый стержень (Степанова В.Ф., Степанов А.Ю., Жирков Е.П. Арматура композитная полимерная: монография. М.: АСВ, 2013). Полимерное связующее, обычно эпоксидная смола, достаточно вязкий материал, поэтому требуется специальное оборудование для качественной пропитки тонких жгутов из стекловолокон и последующего их соединения перед термообработкой в единый канат, т.е. в будущий арматурный стержень. При этом расход вязкого связующего достигает 25-30% в объеме стержня из-за неизбежной при технологии пропитки повышенной толщины пленки связующего на поверхности каждого волокна. Учитывая, что прочность композита определяется, прежде всего, свойствами волокна, а связующее является матрицей и необходимо только для образования единого материала, то избыточное количество связующего неизбежно приводит к снижению удельных показателей прочности и деформативности композита.
Известен арматурный канат из непрерывных стекло- или базальтовых волокон толщиной 9-25 мкм, собранных в жгуты, отличающийся тем, что канат скручен из 3-4-х жгутов в 30-300 круток на погонный метр, а жгуты скручены в 20-200 круток на погонный метр в противоположном направлении крутки каната, с возможностью последующей пропитки его связующим и образования композитной арматуры (Патент №164110 Арматурный канат 2015). Недостатком известного каната является трудность изготовления, вызванная тем, что скручивать пропитанные волокна чрезвычайно сложно, а пропитывать готовый канат вязким полимерным связующим, типа эпоксидной смолы, удается только на небольшую часть объема, как правило, на 2-3 мм по толщине каната.
Известны композитные волоконные изделия на термопластичном связующем (Головкин Г.С., Гончаренко В.А., Дмитренко В.П. Волоконная технология переработки термопластичных композиционных материалов. М.: МАИ. 1993). Термопластичное полимерное связующее имеет ряд преимуществ по сравнению с термореактивным, в частности, позволяет повторно перерабатывать отходы и отработанные композитные изделия. Недостатком таких изделий, принятых за прототип, является сложность технологического процесса и повышенный расход термопластичного связующего из-за его относительно высокой вязкости, что неизбежно снижает удельные прочностные и деформационные показатели композита.
Технической задачей полезной модели является создание технологичного в изготовлении композитного материала с повышенными прочностными и деформационными свойствами для армирования бетонных конструкций.
Технический результат заключается в создании композитной арматуры с высокими прочностными и деформационными свойствами за счёт применения нового низковязкого связующего, позволяющего пропитывать готовый арматурный элемент, свитый, как минимум, из одного жгута, равномерно распределяющегося по поверхности каждого волокна по всей толщине арматурного стержня.
Указанный технический результат достигается за счет того, что композитный арматурный стержень, содержащий ровинг из минеральных волокон, пропитанный связующим, согласно предлагаемому техническому решению, пропитан серным связующим. В качестве серного связующего используют модифицированную серу, которая в расплавленном виде чрезвычайно подвижна и легко пропитывает готовые преформы и полуфабрикаты для изготовления композитной арматуры. При пропитке волоконного жгута низковязким расплавом, толщина пленки серного связующего минимальна, но достаточна для надежного склеивания каждого филамента с соседним в объеме жгута. Несущий элемент композитной арматуры - это ровинг минеральных волокон, может быть выполнен в виде прямолинейных или подкрученных жгутов, с песчаной присыпкой или винтовой навивкой на боковой поверхности для улучшения сцепления с бетоном.
Пример изготовления композитной арматуры на серном связующем.
Арматуру изготавливают следующим образом. На первом этапе, заготовки (преформы, полуфабрикат и др.) в виде волоконных жгутов из ровинга для получения арматуры скручивают из трех витых жгутов стеклянного волокна на специальных станках на канатном производстве. На втором этапе, на станках пултрузионного производства композитной арматуры готовые жгуты из ровинга протягивают через ванну с расплавом серы при температуре 130-140°С. Скорость протяжки принимают из расчета надежной пропитки жгутов, которая зависит от диаметра волокон, диаметра жгутов из ровинга и материала волокон. Затем пропитанные серным расплавом жгуты из ровинга, которые не требуют термообработки, охлаждают воздухом или водой до цеховой температуры и сворачивают в бухты или распиливают на мерные отрезки.
Для изготовления композитного арматурного стержня используют стеклянные, базальтовые, полимерные и любые синтетические волокна, допускающие нагрев до 160°С.