CS276596B6

CS276596B6 - Reinforcement for building components and structures

Info

Publication number: CS276596B6
Application number: CS56688A
Authority: CS
Inventors: Jan Doc Ing Drsc Lavicka; Jaroslav Ing Svajcr; Vera Ing Csc Fantysova
Original assignee: Jan Doc Ing Drsc Lavicka; Jaroslav Ing Svajcr; Vera Ing Csc Fantysova
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1988-01-29
Publication date: 1992-07-15

Abstract

Výztuž pro stavební dílce á konstrukce, vytvořené z betonu nebo podobného materiálu, má formu prutu (1) nebo jiného útvaru z polymerní matrice (2), vyztužené kombinací nejméně dvou druhů výztužných vláken (3, 4), vybraných ze skupiny obsahující skleněná vlákna, minerální vlákna, kovová, zejména ocelová vlákna a uhlíková vlákna.The reinforcement for structural members made of concrete or the like is in the form of a rod (1) or other form of polymer matrix (2), reinforced by a combination of at least two types of reinforcing fibers (3, 4) selected from the group consisting of glass fibers, mineral fibers, metal, especially steel fibers and carbon fibers.

Description

Vynález se týká výztuže stavebních dílců a konstrukcí, zejména hotovených z betonu nebo z kompozitu na bázi anorganické i makromolekulám! matrice.The invention relates to the reinforcement of building components and structures, in particular made of concrete or composites based on inorganic and macromolecules! matrix.

Dosud se betonové dílce a konstrukce vyztužují převážně ocelovými pruty nebo sítěmi, pro které platí příslušné normové předpisy, vymezující vhodné druhy oceli a betonu podle mechanických vlastností, minimální přípustné rozměry železobetonových konstrukcí a jiné podmínky.Until now, concrete components and structures have been reinforced mainly with steel bars or nets, for which the relevant standard regulations apply, defining suitable types of steel and concrete according to mechanical properties, minimum permissible dimensions of reinforced concrete structures and other conditions.

Výroba oceli je energeticky náročná, což se projevuje na výrobních nákladech; aby bylo možno vůbec používat ocel ve stavebních konstrukcích, musí být její cena ve značné míře dotována. V železobetonových konstrukcích není vždy ocel optimálně využita, což platí například pro rozdělovači výztuž. Pevnost svařovaných spojů prutů i samotných zabetonovaných prutů je snižována atmosférickou korozí. Také rekuperace oceli ze zbouraných železobetonových konstrukcí není levnou a jednoduše proveditelnou záležitostí.Steel production is energy intensive, which is reflected in production costs; in order to be able to use steel in building structures at all, its price must be largely subsidized. In reinforced concrete structures, steel is not always optimally used, which applies, for example, to manifold reinforcement. The strength of welded joints of bars and concrete members themselves is reduced by atmospheric corrosion. Also, the recovery of steel from demolished reinforced concrete structures is not a cheap and easy thing to do.

Vývoj stavebních materiálů a výrobních technologií ve stavebnictví, zajména vývoj kompozitních materiálů, přispívá k rozšíření sortimentu konstrukčních staviv. Vedle klasického betonu a železobetonu se objevily nové materiálové kombinace, například armocement, plastbetony, drátkobeton, sklovláknobeton, vymykající se svými vlastnostmi chování tradičního betonu nebo železobetonu.The development of building materials and production technologies in the construction industry, especially the development of composite materials, contributes to the expansion of the range of construction materials. In addition to conventional concrete and reinforced concrete, new material combinations have emerged, such as reinforced concrete, plastic concrete, wire concrete, fiberglass concrete, which, with their properties, deviate from the behavior of traditional concrete or reinforced concrete.

Proto se také ve vývoji výztužných prvků hledají nové cesty. Jednou z nich je rozptýlená výztuž z krátkých drátků nebo ze sekaných vláken, například skleněných. Jinou cestou je například výroba kontinuálních prutů kruhového průřezu z polyesterové pryskyřice, vyztužených skleněným rovingem z bezalkalického skla. Výhodou této výztuže je malá hmotnost při dostatečné pevnosti v tahu, možnost výroby prutů o teoreticky neomezené délce i možnost navíjení této výztuže na bubny. Tato výztuž má však nízký Youngův modul pružnosti, pohybující se kolem 40 až 50 GPa, což může mít za následek velké deformace a vznik trhlin ve vyztužených konstrukcích. Tyto výztužné prvky působením atmosférických vlivů nekorodují, ale při velkých deformacích mohou vzniknout trhlinky v polymerní matrici, kterými může proniknout ke skleněným vláknům alkalické prostředí betonové konstrukce. Také soudržnost této výztuže, mající zpravidla kruhový průřez a hladký povrch, s betonem je velmi malá, proto je třeba povrch těchto výztužných prvků opatřovat různými vytvarovanými výstupky, což podstatně komplikuje výrobu. Proto se tyto výztužné prvky používají především v předpjatých konstrukcích, kde se také v podstatě eliminuje nepříznivý vliv nízkého Youngova modulu pružnosti.Therefore, new ways are also being sought in the development of reinforcement elements. One of them is a scattered reinforcement of short wires or chopped fibers, such as glass. Another way is, for example, the production of continuous rods of circular cross-section from polyester resin, reinforced by glass roving from alkali-free glass. The advantage of this reinforcement is its low weight with sufficient tensile strength, the possibility of producing bars of theoretically unlimited length and the possibility of winding this reinforcement on drums. However, this reinforcement has a low Young's modulus of elasticity, ranging around 40 to 50 GPa, which can result in large deformations and cracking in the reinforced structures. These reinforcing elements do not corrode under the influence of atmospheric influences, but at large deformations cracks can form in the polymer matrix, through which the alkaline environment of the concrete structure can penetrate to the glass fibers. Also the cohesiveness of this reinforcement, which usually has a circular cross-section and a smooth surface, with the concrete is very small, therefore the surface of these reinforcement elements must be provided with various shaped protrusions, which considerably complicates the production. Therefore, these reinforcing elements are mainly used in prestressed structures, where the adverse effect of the low Young's modulus of elasticity is also substantially eliminated.

Jsou známy také snahy o použití kombinovaných výztužných prvků, sestávajících z nejméně dvou různých druhů materiálů. Například konstrukční dílec podle US-PS 4 565 840 je vyztužen dvěma druhy rozptýlených krátkých vláken, z nichž jeden druh má Youngův modul pružnosti vyšší než beton a druhý druh má tento modul nižší než beton, přičemž druhý druh je současně povrchově tvarován pro zlepšení soudržnosti s betonem.Efforts are also known to use combined reinforcing elements consisting of at least two different types of materials. For example, a component according to U.S. Pat. No. 4,565,840 is reinforced with two types of dispersed short fibers, one type having a Young's modulus higher than concrete and the other having a lower modulus than concrete, while the other type is surface-shaped to improve cohesion with concrete.

V jiném známém řešení podle EP-PS 183 526 jsou tenkostěnné železobetonové výrobky, například lomenicové střešní skořepiny, vyztuženy jednak rozptýlenými ocelovými vlákny a jednak ocelovou sítí, která však má umožňovat pouze odbednění dílce v co nejkratším čase a na statickém působení se příliš nepodílí.In another known solution according to EP-PS 183 526, thin-walled reinforced concrete products, for example square roof shells, are reinforced on the one hand by dispersed steel fibers and on the other hand by a steel mesh, which is only to allow stripping of the part in the shortest possible time.

Nedostatky těchto dosud známých výztužných prvků jsou odstraněny výztuží podle vynálezu, určenou pro vyztužování konstrukcí a dílců z betonu nebo z kompozitu na bázi anorganické i makromolekulám! matrice, tvořená vytvrzenou polymerní matricí, vyztuženou vlákny, jejíž podstata spočívá v tom, že je vyztužena kombinací nejméně dvou druhů vláken, vybraných ze skupiny obsahující skleněná vlákna, minerální vlákna, kovová, zejména ocelová vlákna a uhlíková vlákna.The disadvantages of these hitherto known reinforcing elements are eliminated by the reinforcement according to the invention, intended for the reinforcement of constructions and components made of concrete or composites based on inorganic and macromolecules! a matrix formed by a cured polymer matrix reinforced with fibers, the essence of which consists in that it is reinforced by a combination of at least two types of fibers selected from the group consisting of glass fibers, mineral fibers, metal fibers, in particular steel fibers and carbon fibers.

Podle výhodného konkrétního provedení je tato výztuž podle vynálezu, která je vytvořena ve formě podlouhlých útvarů, zejména prutů, opatřena vytvarovanými kotevními prvky, přičemž podle jiného výhodného provedení jsou kotevní prvky připojeny ke koncům výztužných prutů. Pro zvýšení soudržnosti s okolním betonem nebo jiným vyztužovaným materiálem jeAccording to a preferred specific embodiment, this reinforcement according to the invention, which is formed in the form of elongate formations, in particular bars, is provided with shaped anchoring elements, wherein according to another preferred embodiment the anchoring elements are connected to the ends of the reinforcing bars. To increase the cohesion with the surrounding concrete or other reinforced material is

CS 276 596 B6 2 povrch výztuže opatřen vytvarovanými výstupky, popřípadě posypem zrnitým anorganickým materiálem.CS 276 596 B6 2 the surface of the reinforcement is provided with shaped protrusions, or sprinkled with granular inorganic material.

Kombinace výztužných vláken z různého materiálu umožňuje vyrobit výztužné pruty o pevnosti v tahu, která je srovnatelná s kvalitní ocelí, popřípadě pro některé případy použití vyrobit úspornější výztuž s nižší pevností, ze které.se potom vytvářejí například rozdělovači prvky. Hodnota Youngova modulu pružnosti je u výztuže podle vynálezu nastavitelná volbou různých druhů vláken a jejich dimenzí v rozsahu od 40 do 250 GPa. Průřez výztužných prutů může být podle potřeby upravován na kruhový, oválný, obdélníkový, zploštělý nebo osmičkový tvar, popřípadě je možno vytvářet výztužné pruty z více kruhových průřezů o menším průměru; tím se dosahuje zvětšení styčné plochy výztuže s betonem. Dalšího zvýšení soudržnosti výztuže s betonem nebo jiným vyztužovaným materiálem je možno dosáhnout velmi snadno tím, že se při výrobě vytvarují na povrchu výztužných prvků výstupky nebo se povrch před vytvrzením pryskyřice posype pískem nebo kamennou drtí. Konce prutů je možno při výrobě opatřit zesílenými částmi, popřípadě je možno k nim po ukončení výroby připojit kotevní části, například plastové hmoždinky, vyplněné epoxidovým lepidlem.The combination of reinforcing fibers from different materials makes it possible to produce reinforcing bars with a tensile strength which is comparable to high-quality steel, or for some applications to produce more economical reinforcement with lower strength, from which, for example, distribution elements are formed. The value of the Young's modulus of elasticity in the reinforcement according to the invention is adjustable by choosing different types of fibers and their dimensions in the range from 40 to 250 GPa. The cross-section of the reinforcing bars can be adjusted to a circular, oval, rectangular, flattened or octagonal shape, as required, or it is possible to form reinforcing bars from several circular cross-sections of smaller diameter; this increases the contact area of the reinforcement with the concrete. A further increase in the cohesiveness of the reinforcement with concrete or other reinforced material can be achieved very easily by forming protrusions on the surface of the reinforcing elements during production or by sprinkling sand or crushed stone on the surface before the resin hardens. The ends of the rods can be provided with reinforced parts during production, or anchor parts, for example plastic dowels, filled with epoxy adhesive, can be connected to them after production.

Hlavní výhoda výztuže podle vynálezu spočívá v tom, že tato výztuž si zachovává přednosti laminátové výztuže, to znamená nízkou hmotnost, pevnost v tahu srovnatelnou s betonářskou výztuží, odolnost proti korozi působením atmosférických vlivů a lepší soudržnost s betonem, ale navíc má podstatně vyšší hodnotu Youngova modulu pružnosti, takže ji není třeba předpínat a přitom je dostatečně spolehlivě zamezeno možnosti vzniku trhlinek v polymerní matrici, kterými byla u dosud známých výztuži ohrožována výztužná vlákna, protože těmito trhlinkami mohlo pronikat alkalické prostředí betonu ke skleněným výztužným vláknům a narušovat je.The main advantage of the reinforcement according to the invention is that this reinforcement retains the advantages of laminate reinforcement, i.e. low weight, tensile strength comparable to concrete reinforcement, weather resistance and better cohesion with concrete, but also has a significantly higher Young's value. modulus of elasticity, so that it does not need to be prestressed, while the possibility of cracks in the polymer matrix which endangered the reinforcing fibers in the known reinforcements is sufficiently reliably prevented because the alkaline environment of the concrete could penetrate and disrupt the glass reinforcing fibers.

Vhodnou kombinací vláken je možno korigovat nejen nepříznivé cenové relace mezi materiály, například v případě kombinace uhlíkových a skleněných vláken, ale umožňuje využít i odpadové materiály, například ocelový kord, odpadající z výroby pneumatik. Například kombinace 50 % skleněných vláken a 50 % ocelových vláken z ocelového kordu umožní vyrobit hybridní výztuž s modulem E = 100 GPa, což představuje dvojnásobnou hodnotu oproti hodnotě modulu pružnosti laminátové výztuže, využívající jen skleněná vlákna. Zároveň se tak dosahuje poloviční spotřeby oceli oproti klasické betonářské výztuži při zachování stejné pevnosti v tahu.A suitable combination of fibers can not only correct unfavorable price relations between materials, for example in the case of a combination of carbon and glass fibers, but also allows the use of waste materials, such as steel cord, resulting from the production of tires. For example, the combination of 50% glass fibers and 50% steel fibers from steel cord will allow the production of hybrid reinforcement with a modulus of E = 100 GPa, which is twice the value of the modulus of elasticity of laminate reinforcement using only glass fibers. At the same time, half of the steel consumption is achieved compared to conventional concrete reinforcement while maintaining the same tensile strength.

Příklady provedení hybridní kompozitní výztuže podle vynálezu jsou zobrazeny na připojeném výkresu, kde na obr. 1 je příčný řez základním provedením výztužného prutu, na obr. 2a, 2b, 2c a 2d jsou některé příklady možného provedení příčného průřezu výztužných prutů,' na obr. 3 je podélný řez výztužným prutem se dvěma různými příklady provedení koncových kotevních prvků a na obr. 4 je podélný řez koncovou částí prutu, opatřenou kotevní plastovou hmoždinkou pro kotvení prutů.Exemplary embodiments of a hybrid composite reinforcement according to the invention are shown in the accompanying drawing, where Fig. 1 is a cross-section of a basic embodiment of a reinforcing bar, Figs. 2a, 2b, 2c and 2d show some examples of a possible cross-section of reinforcing bars; 3 is a longitudinal section of a reinforcing bar with two different embodiments of end anchoring elements, and FIG. 4 is a longitudinal section of an end part of a member provided with an anchoring plastic dowel for anchoring the members.

Hybridní kompozitní výztuž podle vynálezu má v základním příkladném provedení formu výztužných prutů JL, sestávajících z vytvrzené polymerní matrice 2, vytvarované do podlouhlého útvaru kruhového průřezu a vyztužené nejméně dvěma druhy vláken 3, _4. Vytvrzená polymerní matrice 1. může být tvořena epoxidovou pryskyřicí, polyesterovou pryskyřicí, fenolickou pryskyřicí, popřípadě krezolformaldehydovou pryskyřicí nebo i jinými druhy polymerního materiálu, první výztužná vlákna 3 jsou tvořena skleněnými vlákny, druhá výztužná vlákna £ jsou v tomto příkladném provedení na obr. 1 tvořena ocelovými vlákny ve formě ocelového kordu. První výztužná vlákna 2 jsou s výhodou vyrobena z bezalkalické skloviny, popřípadě ze skloviny se zvýšeným modulem pružnosti, obsahující 3,5 % hmot. TÍO2.The hybrid composite reinforcement according to the invention is in the basic exemplary embodiment in the form of reinforcing bars JL, consisting of a cured polymer matrix 2, formed into an elongated circular cross-section and reinforced with at least two kinds of fibers 3, 4. The cured polymer matrix 1 can be formed by epoxy resin, polyester resin, phenolic resin or cresol formaldehyde resin or other types of polymeric material, the first reinforcing fibers 3 are made of glass fibers, the second reinforcing fibers 6 are in this exemplary embodiment in FIG. steel fibers in the form of a steel cord. The first reinforcing fibers 2 are preferably made of alkali-free glass or glass with an increased modulus of elasticity, containing 3.5% by weight. TÍO2.

Výztužné pruty 2 mají v jiných příkladech provedení tvar průřezu, odlišný od kruhového tvaru, například oválný tvar průřezu, obdélníkový průřez, osmičkový průřez, popřípadě průřez sestavený z několika menších kruhových průřezů nebo i jiný průřez.In other embodiments, the reinforcing bars 2 have a cross-sectional shape different from a circular shape, for example an oval cross-sectional shape, a rectangular cross-section, an octagonal cross-section, or a cross-section composed of several smaller circular cross-sections or another cross-section.

Výztužné pruty 2 podle vynálezu jsou na svých koncích opatřeny vyformovanými kotevními prvky 1_, vytvořenými zesílením průřezu výztužného prutu 2> jeho zploštěním do roz3 CS 276 596 B6 šířeného konce a podobně, nebo jsou opatřeny samostatnými připojenými kotvami jB, například ve formě plastových hmoždinek 2> vyplněných epoxidovým lepidlem. Pro zvýšení soudržnosti s betonem nebo jiným vyztužovaným materiálem je povrch výztužných prutů 2 opatřen posypem zrnitým materiálem například pískem nebo kamennou drtí, naneseným při výrobě výztužných prutů 2 na jejich povrch a přilepeným do ještě nezatvrdlé polymerní matrice. V jiném příkladném provedení je povrch výztužného prutu 2 opatřen pro zvýšení soudržnosti s betonem obvodovými výstupky 5 pravidelného nebo nepravidelného tvaru.The reinforcing bars 2 according to the invention are provided at their ends with molded anchoring elements 7 formed by reinforcing the cross-section of the reinforcing bar 2 by flattening it into a widened end and the like, or are provided with separate connected anchors 1B, for example in the form of plastic dowels 2>. filled with epoxy adhesive. To increase the cohesion with concrete or other reinforced material, the surface of the reinforcing bars 2 is provided with a grit of granular material, for example sand or crushed stone, applied to their surface during the production of reinforcing bars 2 and glued to a still uncured polymer matrix. In another exemplary embodiment, the surface of the reinforcing bar 2 is provided to increase the cohesion with the concrete by circumferential protrusions 5 of regular or irregular shape.

Ve výztužném prutu 2 podle vynálezu mohou být kombinovány i jiné druhy výztužných vláken 2, například skleněná vlákna s uhlíkovými vlákny, uhlíková válkna se skleněnými vlákny nebo i ocelová vlákna se skleněnými a uhlíkovými vlákny, podle výsledné požadované ceny a výsledného modulu pružnosti. Výztužná vlákna mohou být souvislá v celé délce výztužného prutu 1. nebo je možno použít sekaných vláken, takže se dobře mohou zužitkovat různé odpady. Výztuž podle vynálezu je vhodná jak pro monolitické, tak i pro prefabrikované železobetonové konstrukce s cementovým pojivém a také pro plastbetonové dílce a konstrukce, přičemž tato výztuž je zvláště dobře využitelná i jako vnější výztuž dřevěných nebo jiných zesilovaných konstrukcí, ke kterým může být přilaminována nebo uložena ve vytvořených drážkách a zalita například pryskyřicí.Other types of reinforcing fibers 2 can also be combined in the reinforcing bar 2 according to the invention, for example carbon fiber glass fibers, glass fiber carbon fibers or even glass fiber and carbon fibers, depending on the final desired price and the resulting modulus of elasticity. The reinforcing fibers can be continuous along the entire length of the reinforcing bar 1, or chopped fibers can be used, so that various wastes can be recovered well. The reinforcement according to the invention is suitable for both monolithic and prefabricated reinforced concrete structures with a cement binder and also for plastic-concrete components and structures, this reinforcement also being particularly useful as external reinforcement of wooden or other reinforced structures to which it can be laminated or laid in the formed grooves and encapsulated with, for example, resin.

Claims

PATENT CLAIMS

Reinforcement for building components and structures, in particular concrete and composite components and structures based on inorganic and macromolecular matrix, formed by a structure of cured polymer matrix with fibrous reinforcement, characterized in that the polymer matrix (2) is reinforced by a combination of at least two types reinforcing fibers (3, 4) selected from the group consisting of glass fibers, mineral fibers, in particular basalt, metal fibers, in particular steel fibers, and carbon fibers.

2. Reinforcement according to claim 1, characterized in that the polymer matrix (2) is formed into an elongate structure, in particular a reinforcing bar (1), provided at the ends with formed anchoring elements (7) or connected anchors (8).

3. Reinforcement according to items 1 and 2, characterized in that the polymer matrix (2) is provided with protrusions (5) formed at least on part of its surface, in particular regularly spaced on the surface of the reinforcing structure.

4. Reinforcement according to items 1 and 2, characterized in that the polymer matrix (2) is provided at least on part of its surface with a grit of granular material (6) anchored in the polymer matrix (2).