Аморфная металлическая фибра для дисперсного армирования

 

Полезная модель относится к области металлургии, а именно к конструкциям металлической фибры (металлической ленты, металлического волокна), предназначенной для дисперсного армирования материалов, в том числе бетонов и полимерных композитов. Предложена металлическая фибра, из аморфного сплава (металлического стекла) выполненная в виде плоской тонкой ленты. По меньшей мере, на одной из поверхностей ленты сформирован микрорельеф в виде поперечных выступов и впадин, расположенных перпендикулярно или под углом (или под разными углами) к продольной оси, либо в виде точечных выступов и углублений на поверхности. Формирование микрорельефа производится в процессе разливки расплава на охлаждаемый барабан, на поверхности которого предварительно сформирован (поперечным шлифованием, нарезкой борозд, накаткой, химическим травлением, или иным способом) микрорельеф, обратный получаемому на фибре. Полезная модель направлена на повышение прочности армированных фиброй изделий за счет повышения сцепления армирующих элементов с бетонной или композитной матрицей.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к области металлургии, а именно к конструкциям металлической фибры (металлической ленты, металлического волокна), предназначенной для дисперсного армирования.

Уровень техники

Из патента РФ 2209287 известна конструкция металлической фибры для армирования бетона, изготовленной из высокопрочной проволоки диаметром 0,8-1,2 мм при длине в интервале от 30 до 40 мм и выполненное гофрированным по форме.

Недостатком известной металлической фибры является то, что при достаточно высокой прочности на растяжение материала проволоки ее сцепление с бетоном является недостаточным из-за того, что поверхность контакта с бетоном относительно невелика. Кроме того, из-за специфики производства методом волочения поверхность проволоки становится гладкой и поэтому не обеспечивает должного сцепления при сдвиговых нагрузках. Еще одним недостатком рассматриваемой металлической фибры является наличие изначально деформированных участков в зонах изгиба, что способствует ускорению механического и коррозионного разрушения данной металлической фибры. Тонкие заостренные концы проволок ведут к травмоопасности готового материала, повышают износ оборудования для перекачки бетонов и торкретирования. И, наконец, проволочная фибра с загнутыми концами обладает повышенной склонностью к комкованию, что затрудняет ее дозировку и применение.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату, принятым в качестве прототипа, является металлическое волокно, описанное в патенте РФ 2278180.

Указанное волокно, выполненное в виде плоского протяженного основания и снабженное, по меньшей мере, двумя анкерами, дополнительно содержит сквозную перфорацию в интервале 5-43% от общей площади его поверхности, при этом анкера выполнены в виде кристаллитов металла, скрепленных с частью поверхности плоского протяженного основания, а плоское протяженное основание выполнено в виде вытянутого эллипсоида, причем внутренняя структура плоского протяженного основания имеет градиент фаз по всей толщине от аморфной у одной из ее поверхностей до мелкокристаллической у противоположной ей поверхности.

Недостатком этой металлической фибры является то, что из-за неоднородности фаз по толщине материала значительно ухудшается механическая прочность материала, по сравнению с чисто аморфной структурой материала. Кроме того, способ получения таких многофазных и геометрически сложных структур для массового производства таких изделий технически крайне сложно осуществим и в указанном патенте не описан.

Раскрытие полезной модели

В основу полезной модели положена задача создания металлической фибры (металлической ленты, металлического волокна) для целей дисперсного армирования, сочетающего в себе высокую прочность аморфного металлического материала и хорошую адгезию к материалу матрицы (бетону или полимеру), в результате чего полученный композит приобретает высокую прочность.

Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение прочности композита на изгиб и сжатие, при равных дозировках фибры, либо снижение необходимых для достижения заданной прочности дозировок фибры.

Указанный технический результат достигается тем, что металлическая фибра, выполняется в виде плоской протяженной ленты из аморфного сплава, ширина которой значительно (в 10-100 раз) превышает толщину. При этом, по меньшей мере, на одной из поверхностей ленты сформирован микрорельеф в виде поперечных выступов и впадин, расположенных перпендикулярно или под углом (или под разными углами) к продольной оси, либо в виде точечных выступов и углублений на поверхности. Формирование микрорельефа производится в процессе разливки расплава на охлаждаемый барабан, на поверхности которого предварительно сформирован (поперечным шлифованием, нарезкой борозд, накаткой, химическим травлением, или иным способом) микрорельеф, обратный получаемому на фибре.

Сформированный микрорельеф обеспечивает повышенное адгезионное сцепление металла фибры с материалом матрицы (бетоном или полимером), предотвращая вытягивание упрочняющих волокон под нагрузкой, по сравнению с гладкой проволочной или ленточной фиброй.

Желательно, чтобы лента (фибра) имела:

- ширину в интервале от 300 микрон до 3000 микрон.

- толщину в интервале от 5 микрон до 200 микрон,

- высоту выступов или глубину впадин микрорельефа в интервале от 5 до 30% толщины ленты

- длину в интервале от 3 мм до 100 мм.

Представленные выше признаки объекта полезной модели необходимы и достаточны для получения заявленного технического результата.

Из существующего уровня техники не была установлена известность технических решений, содержащих признаки, порочащие новизну и технический уровень заявленной полезной модели, которое отражает решение неизвестной задачи в совокупности с приобретением металлическим волокном улучшенных свойств в части устойчивости к нагрузкам в составе армируемого им материала, обусловленных повышением сцепления материала фибры с цементной матрицей.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 условно представлен внешний вид (вид сверху) аморфной фибры (ленты) микрорельеф которой сформирован в виде поперечных выступов и впадин, расположенных перпендикулярно.

На Фиг.2 условно представлен внешний вид (вид сверху) аморфной фибры (ленты) микрорельеф которой сформирован в виде поперечных выступов и впадин, расположенных под разными углами к продольной оси.

На Фиг.3 условно представлен внешний вид (вид сверху) аморфной фибры (ленты) микрорельеф которой сформирован в виде точечных выступов и углублений на поверхности

На Фиг.4 представлена фотография внешнего вида излома бетонных образцов, армированных обычной гладкой фиброй, а на Фиг 5 - армированных рельефной фиброй.

На Фиг.6 и 7 представлены результаты сравнительных испытаний гладкой фибры и рельефной фибры, полученной вышеописанным способом.

Цифрой 1 на Фиг.1 и Фиг.2 отмечены линейные выступы, на Фиг.З -точечные выступы.

Осуществление полезной модели

Металлическая фибра выполнена в виде плоской протяженной ленты из аморфного сплава, ширина которой значительно (в 10-100 раз) превышает толщину (см. фиг.1-3). При этом, по меньшей мере, на одной из поверхностей ленты сформирован микрорельеф в виде поперечных выступов 1 и впадин, расположенных перпендикулярно или под углом (или под разными углами) к продольной оси, либо в виде точечных выступов 1 и углублений на поверхности. Формирование микрорельефа производится в процессе разливки расплава на охлаждаемый барабан, на поверхности которого предварительно сформирован (поперечным шлифованием, нарезкой борозд, накаткой, химическим травлением, или иным способом) микрорельеф, обратный получаемому на фибре.

В предпочтительных вариантах лента (фибра) имеет ширину в интервале от 300 микрон до 3000 микрон, толщину в интервале от 5 микрон до 200 микрон, высоту выступов или глубину впадин микрорельефа в интервале от 5 до 30% толщины ленты, длину в интервале от 3 мм до 100 мм.

В качестве материала металлической фибры использован аморфный сплав на железной основе системы Fe-C-P-Si. Фибра изготовлена путем разливки на быстровращающийся медный барабан, на котором в целях формирования необходимого микрорельефа фибры нанесены борозды глубиной 5 мкм путем поперечного шлифования материалом соответствующей зернистости. Лента изготовлена шириной 1 мм, длиной 25 мм и толщиной 30 мкм. На поверхности ленты, соприкасавшейся с барабаном, образовался поперечный рельеф, глубиной 5 мкм.

С использованием портланд-цемента М400 и стандартного песка были изготовлены образцы 40*40*160 мм и после выдержки 7 суток проведены испытания на изгиб и сжатие.

На Фиг.4 показана фотография внешнего вида излома бетонных образцов после испытаний на изгиб, армированных обычной гладкой фиброй, а на Фиг 5 - армированных рельефной фиброй, полученной по вышеуказанному способу. Видно, что в первом случае наблюдается, что в значительной степени фибра не противостоит растяжению на разрыв, а выдергивается из тела бетонной матрицы бруска, при этом из-за недостаточного сцепления с материалом матрицы упрочнение изделия происходит недостаточно эффективно. Во втором случае волокна фибры закреплены в матрице достаточно прочно и их прочность на разрыв используется более эффективно.

Результаты испытаний, представленные на Фиг.6 и 7, показывают, что предлагаемая полезная модель позволяет значительно повысить прочность на изгиб бетона, дисперсно-армированного аморфной фиброй, которая конструктивно исполнена в соответствии с настоящей полезной моделью, по сравнению с неармированным бетоном и по сравнению с бетоном, армированным гладкой ленточной фиброй.

1. Металлическая фибра из аморфного сплава - металлического стекла, выполненная в виде плоской тонкой ленты, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, на одной из поверхностей ленты сформирован микрорельеф в виде поперечных выступов и впадин, расположенных перпендикулярно под углом или под разными углами к продольной оси, либо в виде точечных выступов и углублений на поверхности, причем формирование указанного микрорельефа производится в процессе разливки расплава на охлаждаемый барабан, на поверхности которого предварительно сформирован поперечным шлифованием, нарезкой борозд, накаткой, химическим травлением или иным способом микрорельеф, обратный получаемому на фибре.

2. Металлическая фибра по п.1, отличающаяся тем, что фибра, выполненная в виде ленты, имеет толщину в интервале от 5 до 200 мкм.

3. Металлическая фибра по п.1, отличающаяся тем, что фибра, выполненная в виде ленты, имеет высоту выступов или глубину впадин микрорельефа в интервале от 5 до 30% толщины ленты.

4. Металлическая фибра по п.1, отличающаяся тем, что фибра, выполненная в виде ленты, имеет ширину в интервале от 300 до 3000 мкм.

5. Металлическая фибра по п.1, отличающаяся тем, что фибра, выполненная в виде ленты, имеет длину в интервале от 3 до 100 мм.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к области металлургии и может быть использована при производстве тонких металлических лент аморфной структуры, применяемых при изготовлении силовых трансформаторов
Наверх