Композитная арматура

 

Полезная модель относится к строительству, а именно к неметаллической композитной арматуре. Композитная арматура, содержит несущий стержень из низкомодульных волокон и обмотки с уступами, причем несущий стержень выполнен армированным высокомодульными волокнами при соотношении линейных плотностей низкомодульных волокон к высокомодульным от 1,5 до 5. Несущий стержень состоит из массива низкомодульных волокон и высокомодульных волокон с модулем упругости, превышающим модуль упругости стальной арматуры, например, углеродных волокон, борных волокон, кевларовых волокон, волокон сверхвысокомолекулярных полимеров.

Полезная модель относится к строительству, а именно к неметаллической композитной арматуре, которая применяется для армирования термоизоляционных стеновых конструкций, монолитных бетонных и сборных конструкций; для использования в конструктивных элементах зданий в виде отдельных стержней; для армирования грунта основания зданий и сооружений, в том числе оснований автомагистралей и дорог; для анкеровки в грунте подпорных стен и сооружений.

Известна арматура стеклопластиковая по патенту 2194135 (опубл. 2002.12.10) содержащая несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку с уступами, которые выполнены в виде жгута нитей, пропитанных связующим и спирально нанесенных с натягом. Данный вид арматуры, содержит несущий стержень из высокопрочного полимерного материала (например, стекловолокно ГОСТ 17139-79, СВМ ТУ 6-06-1153-78), который относится к низкомодульным стеклянным волокнам, обеспечивающим получение арматуры с модулем упругости до 55000 МПа и пределом прочности до 1000 МПа. При использовании данной арматуры для армирования бетонных плит наблюдаются повышенные прогибы, что ухудшает качество изделий.

Известна арматура композитная по патенту 77310 (опубл. 2008.10.20) содержащая несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку жгутами нитей противоположного направления навивки, причем, соотношение площадей сечений первого обмоточного жгута и второго обмоточного жгута, навитого в противоположном направлении находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки второго обмоточного жгута составляет 92°-150°.

Данный вид арматуры содержит несущий стержень, который выполнен из полимерного материала (например, стекловолокно ГОСТ 17139-79, базальтовое волокно ТУ 5952-001-13308094-04), имеющего модуль упругости при растяжении 75000 МПа, обеспечивающий прочность при растяжении 1200-1400 МПа. Для армирования бетонных плит в промышленности используется стальная арматура с модулем упругости равным 200000 МПА, а композитная арматура обладает характеристиками, которые не позволяют ее использовать для армирования бетонных плит.

Недостатком этой арматуры является то, что модуль упругости композитной арматуры ниже модуля упругости стальной арматуры, что приводит к ухудшению качества изделий и препятствует использованию неметаллической композитной арматуры в бетонных конструкциях.

Предлагаемой полезной моделью решается задача создания композитной неметаллической арматуры обладающей модулем упругости при растяжении не менее 200000 МПа

Для достижения указанного технического результата в композитной арматуре, содержащей несущий стержень из низкомодульных волокон и обмотки с уступами, несущий стержень выполнен армированным высокомодульными волокнами при соотношении линейных плотностей низкомодульных волокон к высокомодульным от 1,5 до 5, причем в качестве высокомодульных волокон могут быть использованы углеродные, борные, кевларовые волокна, волокна из сверхвысокомолекулярных полимеров и др.

Отличительными признаками предлагаемой полезной модели от указанного выше наиболее известного является то, что несущий стержень выполнен армированным высокомодульными волокнами при соотношении линейных плотностей низкомодульных волокон к высокомодульным от 1,5 до 5, причем в качестве высокомодульных волокон могут быть использованы углеродные, борные, кевларовые волокна, волокна из сверхвысокомолекулярных полимеров и др.

Благодаря наличию этих признаков создана новая конструкция высокопрочной композитной арматуры с модулем упругости при растяжении Ер200000 МПа, который равен модулю упругости стальной арматуры с одновременным повышением предела прочности при растяжении до 1800 МПа. Данный вид арматуры по сравнению с описанными аналогами обеспечивает получение повышенных физико-механических свойств при уменьшении количества дорогостоящих высокомодульных материалов, что уменьшает стоимость изделия. При изготовлении данного вида арматуры появляется возможность регулирования модуля упругости арматуры при растяжении в диапазоне Ер=75000-200000МПа, за счет использования высокомодульных нитей различных свойств.

Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1 показан общий вид композитной арматуры с одной спиральной обмоткой.

На фиг.2 показан общий вид композитной арматуры со спиральными обмотками противоположного направления навивки.

На фиг.3 показано поперечное сечение композитной арматуры с равномерно расположенными 5-ю пучками высокомодульных волокон.

На фиг.4 показано поперечное сечение композитной арматуры с равномерно расположенными 8-ю пучками высокомодульных волокон.

Арматура композитная содержит несущий стержень 1 (фиг.1, 2) на котором расположена одна обмотка 2 (фиг.1) или две спиральные обмотки 3 и 4(фиг.2).

Несущий стержень 1 выполнен из низкомодульных стеклянных или базальтовых волокон пропитанных полимерным связующим. Высокомодульные волокна 5 (фиг.3 и 4) равномерно, в соответствии с канальной раскладкой пучков ровингов, расположены в массиве

низкомодульных волокон несущего стержня 1. В качестве высокомодульных волокон могут быть использованы волокна органического и неорганического происхождения, например углеродные, борные, кевларовые, сверхвысокомолекулярные полимеры, которые имеют модуль упругости при растяжении более 200000 Мпа. Для получения необходимых характеристик несущий стержень может быть выполнен с различной канальной раскладкой пучков ровингов, например, на фиг.3 показан несущий стержень, включающий 5 ровингов высокомодульного волокна, а на фиг.4 показан несущий стержень, включающий 8 ровингов высокомодульного волокна.

Арматуру композитную изготавливают методом «нидлтрузии» путем протягивания волокон несущего стержня через раздельные каналы с последующей обмоткой намоточным жгутом. Низкомодульные и высокомодульные волокна равномерно распределены по каналам и пропитаны термореактивным компаундом на основе эпоксидной смолы.

После отверждения, полученный стержень разрезают на отрезки необходимой длины.

Несущий стержень состоит из массива низкомодульных волокон, например, стеклянных (Ер=55000 МПа) или базальтовых (Ер=75000 MПа) и высокомодульных волокон с модулем упругости, превышающим модуль упругости стальной арматуры: (Ер=200000 МПа), например, углеродных волокон (Ер=230000÷800000 МПа), борных волокон (Ер=400000÷800000 МПа), кевларовых волокон (Ер=150000÷400000 МПа), волокон сверхвысокомолекулярных полимеров (Ep=180000÷450000 МПа).

Ниже приведен пример испытаний композитной базальтопластиковой арматуры с диаметром 6 мм при армировании несущего стержня углеродными волокнами с различным модулем упругости. Цель испытаний - определение оптимального соотношения низкомодульных и высокомодульных волокон для создания качественной композитной арматуры, обладающей модулем упругости при растяжении не менее 200000 МПа

Результаты испытаний приведены в таблице, где:

Тн - линейная плотность низкомодульных волокон (ед. измерения - тэкс)

Тв - линейная плотность высокомодульных волокон (ед. измерения - тэкс)

Линейная плотность волокон определяется по ГОСТ 6943-79 «Материалы текстильные стеклянные» по формуле: Т=1000· m/, где:

m - масса отдельного мотка или отрезка, (ед. измерения - грамм)

- длина нити, пряжи, ровинга, или отрезка (ед. измерения - метр)

По результатам испытаний было выявлено, что соотношение линейных плотностей низкомодульных и высокомодульных волокон в несущем стержне арматуры для обеспечения Ер =200000 МПа в зависимости от используемого высокомодульного волокна изменяется от 1,5 до 5.

Предлагаемая конструкция неметаллической композитной арматуры позволяет достичь модуля упругости при растяжении до уровня металлической арматуры равной 200000 МПа с одновременным увеличением предела прочности при растяжении до 1800-1870 МПа.

Предлагаемая композитная арматура обладает необходимыми качественными характеристиками, позволяющими широко использовать ее для армирования ответственных монолитных бетонных конструкций.

ТАБЛИЦА
Пример п/Низкомодульные волокна Высокомодульные волокнаТн/Тв Ер, МПар, МПа
1Базальтовый ровинг РБН-1260 Ер=95000 МПа Тн=26400 тэкс945101300
2Базальтовый ровинг РБН-1260 Ер=95000 МПа Тн=26400 тэксУглеродная нить УКН-М-760 Ер=230000 МПа Тв=760 тэкс34,7 1044001350
3Базальтовый ровинг РБН-1260 Ер =95000 МПа Тн=26400 тэксУглеродная нить УКН-М-760 Ер=230000 МПа Тв=1520 тэкс1,7201100 1830
4 Базальтовый ровинг РБН-1260 Ер=95000 МПа Тн =26400 тэксУглеродная нить УКН-М-1600 Ер=345000 МПа Тв=1600 тэкс 16,51130001370
5Базальтовый ровинг РБН-1260 Ер=95000 МПа Тн=26400 тэксУглеродная нить УКН-М-1600 Ер-345000 МПа Тв=14400 тэкс1,8 2034001870
6Базальтовый ровинг РБН-1260 Ер =95000 МПа Тн=26400 тэксУглеродная нить УКН-М-1600 Ер=500000 МПа Тв=9600 тэкс2,75202300 1850
7 Базальтовый ровинг РБН-1260 Ер=95000 МПа Тн =26400 тэксУглеродная нить УКН-М-1600 Ер-600000 МПа Рв=8000 тэкс 3,32019001830
8Базальтовый ровинг РБН-1260 Ер=95000 МПа Тн=26400 тэксУглеродная нить УКН-М-1600 Ер=700000 МПа Тв=6400 тэкс4,1 2000501790
9Базальтовый ровинг РБН-1260 Ер =95000 МПа Тн=26400 тэксУглеродная нить УКН-М-1300 Ер=800000 МПа Тв=6400 тэкс4,9201300 1830

1. Композитная арматура, содержащая несущий стержень из низкомодульных волокон и обмотки с уступами, отличающаяся тем, что несущий стержень выполнен армированным высокомодульными волокнами при соотношении линейных плотностей низкомодульных волокон к высокомодульным от 1,5 до 5.

2. Композитная арматура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве высокомодульных волокон используются углеродные волокна.

3. Композитная арматура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве высокомодульных волокон используются борные волокна.

4. Композитная арматура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве высокомодульных волокон используются кевларовые волокна.

5. Композитная арматура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве высокомодульных волокон используются волокна из сверхвысокомолекулярных полимеров.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к оборудованию для производства арматуры и является технологической линией производства для изготовления арматуры, используемой при армировании обычных и предварительно напряженных строительных конструкций.

Полезная модель линии производства композитной арматуры, относится к оборудованию для производства арматуры и предназначена для построения производственных процессов.

Полезная модель относится к строительству, а именно к композитной стеклопластиковой арматуре, которая применяется в строительных конструкциях: для армирования обычных и предварительно напряженных строительных конструкций

Линия по производству композитной арматуры относится к области строительства и предназначена для производства композитной стеклопластиковой арматуры, используемой в качестве альтернативы металлической арматуре в конструкциях из бетона с преднапряженным или ненапряженным армированием.

Полезная модель относится к строительству, в частности, к неметаллической арматуре для армирования конструкций, выполненных из связующих материалов
Наверх