Система внешнего армирования на основе площеного жгута
РЕФЕРАТ
В соответствии с изобретением разработана система внешнего армирования для элементов строительных конструкций, содержащая, по меньшей мере, одно армирующее полотно или ламель из площеных жгутов и смоляного связующего, которое наносится на жгуты послойно с последующим отвердением. Армирующие волокна площеных жгутов образованы углеродными, стеклянными, базальтовыми, арамидными, органическими и др. волокнами или их комбинациями. Разработанная конструкция обладает высокими характеристиками адгезии и восприятия растягивающих усилий, содержит меньшее число поврежденных или не включенных в работу волокон. Также достигаемым результатом является снижение расхода связующего, необходимое для усиления, и удешевление итоговой конструкции за счет того, что производство толстых жгутов, подвергаемых в дальнейшем площению, является более простым технологически и более дешевым экономически.
(Фиг.6)
2420-301166RU/072
СИСТЕМА ВНЕШНЕГО АРМИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ПЛОЩЕНОГО ЖГУТА
ОПИСАНИЕ
Область техники
Настоящее изобретение относится к области строительства и, в частности, может быть применено к конструкциям наружного усиления балок, колонн, плит и т.п., а именно - к усиливающей конструкции, которая обеспечивает возможность увеличения максимально допустимой нагрузки на существующие балки, колонны, стойки и т.п., изготовленные из дерева, бетона, металла или другого материала.
Уровень техники
Известно, что для усиления существующих конструкций используют наружные усиливающие конструкции, состоящие из стального листа и крепящиеся к подобной существующей конструкции с помощью клея, болтов или т.п.
Однако такая усиливающая наружная конструкция имеет недостатки, заключающиеся в том, что, с одной стороны, она обладает большим собственным весом, тем самым значительно утяжеляя усиливаемую конструкцию, а, с другой стороны, ее монтаж является достаточно трудоемким процессом, в результате, также приводя к общему удорожанию.
Для устранения таких недостатков были разработаны конструкционные решения на основе композитных материалов. Примеры таких решений раскрыты в патентах RU 2232238 и RU 2412128. Известные конструкционные решения предполагают замену стальной системы внешнего армирования на систему из композиционного материала, которая образуется посредством использования композиционного материала на основе углеродных, стеклянных, арамидных, органических и других волокон и эпоксидных, полиэфирных, виниловых эфиров и других связующих природного вида.
Однако данные способы имеют определенные недостатки. Для обеспечения высокой адгезии армирующего материала к подложке конструкции, приходится производить ряд технологических операций по подготовке поверхностей, причем стоимость материалов, используемых в данных конструкторских решениях, и стоимость работ с ними в разы превышают усиление традиционными методами.
Кроме того, жгут для системы внешнего армирования (СВА) обычно имеет круглое сечение. Из-за этого площадь контакта армирующего материала с усиливаемой конструкцией не велика, так что необходимо проводить специальные мероприятия для увеличения степени адгезии усиливающего материала к подложке (основанию) усиливаемой конструкции.
Все вышеуказанные факты приводят к тому, что использование в строительстве систем внешнего армирования на основе волокнистых композитов ограничивается специальными проектными решениями, которые пока не находят массового применения.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является создания системы внешнего армирования из площеного жгута на основе углеродных, стеклянных, арамидных, базальтовых, органических и других волокон, по своим технико-экономическим параметрам не уступающей системе внешнего армирования из обычного жгута, но лишенной недостатков последней. А именно, для устранения указанного недостатка жгут подвергается площению, за счет чего увеличивая площадь контакта с поверхностью. Площению могут подвергаться углеродные, стеклянные, базальтовые, арамидные, органические волокна.
Поставленная задача была решена за счет создания системы внешнего армирования для элементов строительных конструкций, которая согласно настоящему изобретению содержит, по меньшей мере, одно армирующее полотно или ламель из площеных жгутов и смоляного связующего, которое нанесено на жгуты послойно с последующим отвердением.
Площеные жгуты обладают большей площадью поверхности жгутов по сравнению со жгутами круглого сечения, что приводит к увеличению контактной площади жгутов с усиливаемыми элементами и между жгутами, что, в свою очередь, повышает качество сцепления и передачи усилий между монофиламентами.
Также площеные жгуты обладают ярко выраженной структуризацией монофиламентов в теле жгута, что повышает число волокон прямого контакта, также приводя к повышению качества сцепления и передачи усилий. Дополнительно к этому уменьшение числа волокон косвенного контакта, обусловленное реструктуризацией, приводит к повышению обеспеченности качества итоговой конструкции усиления и снижает влияние качества пропитки матрицей жгута на итоговые свойства конструкции.
Фиксация жгутов в полотне термосеткой из синтетического волокна и/или клеевым порошком не повреждает монофиламенты, как в случае с механическим плетением утковой нитью, что обеспечивает большее число рабочих волокон каждого жгута и повышает общую обеспеченность качества итоговой конструкции.
Ориентация волокон в системе внешнего армирования обуславливается характером распределения напряжений и моментов, приложенных к усиливаемой конструкции. Элементы усиления располагаются таким образом, чтобы они под действием приложенных моментов работали на растяжение и были ориентированы вдоль линий действий напряжений.
Предпочтительно, усилению подлежат бетонные, железобетонные, каменные, кирпичные, металлические, деревянные конструкции или любые их комбинации.
Предпочтительно, площеные жгуты представляют собой армирующие жгуты, подвергнутые механической обработке валиками.
Предпочтительно, армирующие волокна площеных жгутов образованы углеродными, стеклянными, базальтовыми, арамидными или органическими волокнами или их комбинациями.
Предпочтительно, полотно из площеных жгутов образовано путем нанесения термосетки из синтетического волокна и/или отвержденного клеевого порошка на скомпонованные жгуты.
Предпочтительно, полотно содержит однонаправленные или полиориентированные жгуты.
Предпочтительно, смоляным связующим является эпоксид, полиэфир или виниловый эфир или их комбинации.
Предпочтительно, ширина площеных жгутов находится в диапазоне от 3 до 500 мм.
Предпочтительно, поверхностная плотность площеных жгутов составляет от 10 до 600 гр/м2 .
Предпочтительно, система имеет внешнюю оболочку, на которую может быть нанесен защитный слой.
Техническим результатом изобретения является получение высококачественной системы внешнего армирования, обеспечивающей снижение повреждений волокон при формовании армирующего полотна и имеющей повышенные характеристики за счет повышенной площади контакта армирующих волокон с поверхностью усиливаемой конструкции и более равномерного включения их в работу. Также достигаемым результатом является снижение расхода связующего, необходимого для усиления, и удешевление итоговой конструкции за счет того, что производство толстых жгутов, подвергаемых в дальнейшем площению, является более простым технологически и более дешевым экономически.
Использование более толстых жгутов, нежели обычно, обуславливается требованием достижения эквивалентной поверхностной плотности итогового полотна.
Краткое описание чертежей
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в поперечном сечении жгута до его площения;
Фиг.2 - вид в поперечном сечении жгута после его площения;
Фиг.3 - геометрические характеристики жгутов до площения;
Фиг.4 - геометрические характеристики жгутов после площения;
Фиг.5 - вид полотна из неплощеных жгутов с фиксацией жгутов в полотне утковой нитью; и
Фиг.6 - вид полотна из площеных жгутов с фиксацией жгутов в полотне термосетками.
Подробное описание изобретения
В соответствии с объектом настоящего изобретения, разработана система внешнего армирования для элементов строительных конструкций. Система содержит, по меньшей мере, одно армирующее полотно или ламель из площеных жгутов и смоляного связующего, которое нанесено на жгуты послойно с последующим отвердением.
Жгуты 1 армирующего волокна состоят из монофиламентов 2 и 3 и подвергаются площению, в результате чего становятся площеными жгутами 4. При этом соотношение в жгуте волокон 2 прямого контакта и волокон 3 косвенного контакта отличается до и после площения, значительно увеличиваясь в площеных жгутах 4 в пользу волокон 2 прямого контакта. Также в результате процедуры площения наблюдается структуризация монофиламентов 2 и 3 по сечению жгута.
В результате процедуры площения также происходит изменение геометрических характеристик сечения. Так как площади жгута до и после площения равны, следовательно, справедливо равенство (1):
 | (1) |
С другой стороны, площадь наружной поверхности у площеного 4 и неплощеного 1 жгутов различна:
 | (2) |
В связи с тем, что за качество сцепления отвечает именно площадь поверхности жгута, получаем, что при эквивалентных площадях сечения, площеные жгуты 4 обладают преимущественно большим коэффициентом сцепления.
Помимо этого, форма площеного жгута 4, стремящаяся к прямоугольной, обуславливает более равномерное заполнение монослоя армирующим волокном, что, в свою очередь, обеспечивает более равномерное распределение напряжений в конструкции усиления.
Полотна, образуемые объединением жгутов посредством соединителя, также отличаются по своим показателям. В полотнах из неплощеных жгутов 1, соединяемых утковой нитью 5, присутствуют зоны потенциального повреждения монофиламентов 6. Армирующие волокна в этих зонах могут быть повреждены в результате процесса переплетения утковой нитью 5, что приводит к снижению числа рабочих монофиламентов 2 и 3 в жгуте 1 и снижению качества итоговой конструкции усиления в целом.
Полотна, образованные из площеного жгута 4, формирующиеся за счет приклеивания термосетки 7, лишены данных зон, что обеспечивает более высокое качество итоговой конструкции.
Использование клеевых составов для объединения площеных жгутов в полотна также не приводит к повреждению волокон.
Для лучшего раскрытия признаков изобретения описан предпочтительный вариант осуществления системы внешнего армирования, который приведен в качестве примера, не ограничивающего объем изобретения.
Площеные жгуты представляют собой обыкновенные армирующие жгуты, подвергающиеся механической обработке валиками. В результате данной процедуры жгуты становятся более плоскими, увеличивается площадь поверхности жгутов, а также происходит структуризация монофиламентов в теле жгута.
После процедуры площения полученные жгуты располагаются параллельно друг другу. Для объединения площеных жгутов в единое полотно на скомпонованные жгуты может быть наклеена термосетка из синтетического волокна и/или клеевого состава.
В результате данных мероприятий итоговое полотно обладает лучшими характеристиками адгезии и восприятия растягивающих усилий, содержит меньшее число поврежденных или не включенных в работу волокон. За счет более равномерного распределения волокон в итоговом полотне требуется меньшее количество связующего для его пропитки и наклейки.
Армирующие волокна площеных жгутов могут быть образованы углеродными, стеклянными, базальтовыми, арамидными или органическими волокнами или их комбинациями. Полотно может содержать однонаправленные или полиориентированные жгуты. Смоляным связующим может быть эпоксид, полиэфир или виниловый эфир или их комбинации.
Ширина площеных жгутов находится в диапазоне от 3 до 500 мм, а их поверхностная плотность составляет от 10 до 600 гр/м2.
Дополнительно, система может иметь нанесенную на нее внешнюю оболочку, на которую, в свою очередь, может быть нанесено любое защитное покрытие в виде защитного слоя.
Данное изобретение позволяет усиливать различные конструкции и сооружения, не прибегая к дополнительным технологическим операциям и приспособлениям для усиления адгезии усиливающего материала к объекту усиления, достигается это, как уже было сказано, за счет применения площеного жгута.
Помимо этого, одним из положительных факторов является более равномерное распределение армирующего материала в системе усиления.
Предпочтительно, осуществляется подготовка подложки для нанесения первого слоя адгезива и поэтапное нанесение армирующих слоев с последующим нанесением на них связующего.
После нанесения системы внешнего армирования обрабатываемая поверхность покрывается защитным слоем для увеличения срока службы и защиты от механических повреждений конструкции.
Настоящее изобретение не ограничено вариантом осуществления, описанным выше. Таким образом, подобная конструкция может быть выполнена различной формы и параметров, не выходя за объем изобретения.
1. Система внешнего армирования для элементов строительных конструкций, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, одно армирующее полотно или ламель из площеных жгутов и смоляного связующего, которое нанесено на жгуты послойно с последующим отвердением.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что площеные жгуты представляют собой армирующие жгуты, подвергнутые механической обработке валиками.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что армирующие волокна площеных жгутов образованы углеродными, стеклянными, базальтовыми, арамидными или органическими волокнами или их комбинациями.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что полотно из площеных жгутов образовано путем нанесения термосетки из синтетического волокна и/или отвержденного клеевого порошка на скомпонованные жгуты.
5. Система по п.4, отличающаяся тем, что полотно содержит однонаправленные или полиориентированные жгуты.
6. Система по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что смоляным связующим является эпоксид, полиэфир или виниловый эфир или их комбинации.
7. Система по п.1, отличающаяся тем, что ширина площеных жгутов находится в диапазоне от 3 до 500 мм.
8. Система по п.1, отличающаяся тем, что поверхностная плотность площеных жгутов составляет от 10 до 600 г/м2.
9. Система по п.1, отличающаяся тем, что она имеет внешнюю оболочку.
10. Система по п.9, отличающаяся тем, что на внешнюю оболочку нанесен защитный слой.
