CZ2008846A3 - Zpusob výroby kapslí s výztužným vláknem obaleným kapslí ze zmražené vody a zpusob výroby zpevneného vláknobetonu s využitím techto kapslí - Google Patents

Abstract

Zpusob výroby kapslí s výztužným vláknem spocívá v tom, že jednotlivá vlákna se nejprve pripraví jako smotky, nacež se každé jednotlivé smotané vlákno uzavre do obalu z vodní kapky a kapsle, která se rychle zmrazí, pricemž zmražení probíhá napr. pusobením tekutého dusíku pri teplote -196 .degree.C. Zpusob výroby zpevneného vláknobetonu probíhá tak, že do betonové smesi se dávkují kapsle vyrobené výše uvedeným zpusobem.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zpevněného betonu s přísadou vláken, tedy tzv. vláknobetonu, kdy jsou v hmotě rozptýlena zesilující vlákna z různého materiálu.

Dosavadní stav techniky

Cementový beton se vyznačuje nízkou pevností v tahu, Z tohoto důvodu se betonové prvky namáhané tahem, ohybem či smykem vyztužuji. Nejobvyklejším způsobem je vyztužování ocelovou výztuží, kterým vzniká tzv. železobeton, nebo předpínací výztuží, pak hovoříme o předpjatém betonu. V posledních desetiletích se rozvíjí technologie tzv. vláknobetonu, resp. drátkobetonu, při které jsou tahová napětí jsou zachycována plastovými, skelnými, resp. kovovými vlákny. Tato vlákna by v ideálním případě měla být rovnoměrné rozptýlena v tažené oblasti betonového prvku a orientována tak, aby jejich účinnost, jakožto výztuže, byla maximální. U současné technologie vláken či drátků nedochází v některých případech k efektivnímu rozptýlení tohoto druhu výztuže v betonové směsi, vznikají tak hnízda (shluky) nerovnoměrně rozptýlené výztuže. To má za následek nedosažení výztužného efektu vláken, lokální sníženi pevnosti průřezu nebo, je-li shluk při povrchu konstrukce, negativní estetické působení betonového prvku.

Ve spise US 3,616,589 se navrhuje přidat do betonu drátky, které jsou praveny do tvarů jako jsou kroužky, pětihrany, kruhová pera, přepažené kroužky, kroužky se spletenými konci a pod. Tyto objekty jsou pak natolik velké a tvarově bohaté, že se k sobě nepřitahují a jsou ve směsi uloženy pod různou orientací. Ovšem příprava takových prvků je nákladné a je to možné jen u oceli.

Ve spise CA2547694 A1 je navrhován přídavek ocelových vláken o průměru 1,15 až 1,8 mm aniž by však byl nějak blíže řešen problém nežádoucího shlukování vláken a kromě toho použití oceli není vyhovující.

Ve spise US 7,285,167 je navrhován přídavek karbonových nanovláken do betonu, aniž by však byl nějak blíže řešen problém nežádoucího shlukování vláken.

• *

Ve spise US 4,565,840 je navrhován přídavek karbonových vláken o dvojí délce, kdy ty delší mají hodnotu Youngova modulu vyšší, než je hodnota tohoto modulu u betonu, a ty kratší mají naopak mají hodnotu Youngova modulu nižší, než je tato u betonu. Příprava takových dvojích vláken je pracná a není zřejmé, zda to dostatečně řeší problém nežádoucího shlukování vláken.

Spis DE 2 337 129 A1 představuje zařízení na dávkování vláken všeho druhu, tedy ocelových, umělohmotných, skelných apod. do betonové směsi. Zařízení sestává ze základní dvoutrychtýřové nálevky, přičemž jedním trychtýřem z této spojené dvojice se dávkuje cement a druhým trychtýřem přísady do betonu. Tyto trychtýře ústí na hnětoucí šnek uložený otočně v trubici pod nálevkou, kde se materiály promíchávají v první fází a postupuji přes přepad do další domíchávací trubice pod první trubici, která je orientovaná v opačném směru a je také vybavena hnětoucím šnekem, který současně slouží jako míchadlo i dopravník. Do této domíchávací trubice je zaústěn další trychtýř, ze kterého jsou dávkována vlákna a zamíchávána do směsi. Před vláknovým trychtýřem je uměle rozkmitávané přívodní korýtko, kde jsou vlákna roztřepávána, aby netvořila shluky a postupně a od sebe odděleně vsypávána do trychtýře a potom do směsi a z konce domíchávací trubice již vystupuje betonová směs s vlákny. Toto zařízení je nesmírně konstrukčně a energeticky náročné.

Ve spise US 7,267,873 se navrhuje přídavek vláken z ocelového drátu o průměru 0,05 až 0,3 mm do betonové směsi vnášet tak, že se vytvoří svazky vláken, které se pak již k sobě vzhledem ke své hmotnosti již nevážou, nebo jsou vlákna výrazně rozdílné délky. Zde je nevýhodné jednak použití ocele a rovněž náročná příprava svazků vláken a různých velikostí vláken.

Cílem vynálezu je představit způsob výroby betonu s přídavkem vláken a z něj vyrobené dílce či monolitické konstrukce, který by umožňoval rovnoměrnou distribuci vláken, aniž by bylo nutno vlákna speciálně do směsi vpravovat či je předem náročně upravovat co do délky nebo tvaru.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky způsobené nevhodným vláknovitě ,jednorozměrným“ tvarem výztužného vlákna či drátku odstraňuje způsob výroby kapslí s výztužným

9» ··

vláknem obaleným kapslí ze zmražené vody k výrobě vláknobetonu, jehož podstata spočívá v tom, že jednotlivá vlákna se nejprve připraví jako smotky, jejichž smotaný tvar se dočasně zafixuje zamražením do kapky vody. Tím vzniknou tělesa - kapsle přibližně kulovitého či elipsoidního tvaru s obdobnými granulometrickými vlastnostmi jako má kamenivo tvořící plnivo v betonu. Takto připravené kapsle se běžným způsobem jako kamenivo vpraví do betonové směsi. Mícháním vznikne homogenní směs s rovnoměrně rozptýlenými kapslemi, resp. smotky vláken. Při míchání se působením teploty betonové směsi zmražená kapka rozmrazí a tím dojde k uvolnění smotaného vlákna, které se tvarovou pamětí vrátí ke svému původnímu tvaru, k tvaru přímého vlákna. Vlákna jsou tímto opatřením rovnoměrně rozptýlena ve směsi.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude dále přiblížen pomocí výkresů na kterém obr. 1 představuje smotek vlákna, obr.2 představuje kapsli se smotkem vlákna podle obr.1 a zmraženou kapkou vody pro použití u způsobu podle vynálezu, obr.3 představuje schematický pohled na betonovou směs s kapslemi, případně i s pojivém a obr. 4 zachycuje směs z obr, 3 po vytvrdnutí.

Příklad provedení vynálezu

Na obr. 1 je vidět smotek 1. vlákna. Smotek 1 dostane tvar kapsle 2 a tedy tvar obdobný zrnu kameniva tak, že se zakápne vodou a vznikne obalová kapka 4, která se rychle zmrazí, např. působením tekutého dusíku při teplotě -196 °C. Tím se též dočasně fixuje jeho smotaný tvar a vznikne kapsle 2 tvořená smotkem 1 a zmrzlou kapkou vody - ledem 4, to je vidět na obr. 2. Výroba kapsle 2 může s výhodou probíhat jako proces bezprostředně následující po výrobě vlákna. Při přepravě a aplikaci do směsi může být teplota kapsle 2 udržována v běžném mrazicím boxu na teplotě - 18 °C. Při výrobě betonové směsi se dávkují kapsle 2 do betonové směsi obvyklým způsobem jako kamenivo v množství předepsaném výrobcem vlákna. Mícháním směsi vznikne homogenní směs 5, která je schematicky zobrazena na obr. 3 a následně, po rozpuštění ledových kapslí 2, homogenní směs s rozvinutými vlákny, když se uvolněné vlákno tvarovou pamětí vrátí do svého původního přímého tvaru, to je vidět na obr, 4.

···* '· · · : .*’;*··

·..* ..............

Po uložení směsi do bednění či po jiné aplikaci, např. stříkáním, vzniknou betonové dílce či konstrukce vyztužené homogenně rozptýlenými vlákny.

Příklad

Byl vyroben betonový prvek vyztužený polypropylenovými vlákny o délce 18 mm, které jsou před aplikací do betonové směsi upraveny do smotků shora popsaným způsobem, tedy zakápnut vodní kapkou a hluboce zamražen.

Složení vláknobetonu je následující (dávkování je vztaženo k metru krychlovému směsi): Cement CEM I 42,5 R: 380 kg, těžené kamenivo frakce 0 -4: 595 kg, drcené kamenivo frakce 4-8: 241 kg, frakce 8 - 16: 430 kg, frakce 16 - 22: 516 kg, adiment FM 62 (0,6% z hm. cementu): 2,30 kg, adiment LP S-A 94 (0,3% z hm. cementu): 1,15 kg, smotaná vlákna o původní délce 18 mm: 1,3 kg, záměsová voda (w = 0,38): 145 kg. Takto připravený beton měl: pevnost v tlaku: 32,2 MPa, pevnost v tahu ohybem 7,1 MPa. Pro porovnání beton stejného složení s neupravenými vlákny bylo za jinak stejných podmínek dosaženo přibližné shodné pevnosti v tlaku, a však nižší pevnosti v tahu ohybem: 5,7 MPa. Při makroskopickém porovnání destruovaných vzorků prvek připravený s použitím původně smotaných vláken vykazuje lepší rozptýlení vláken v objemu vzorku.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby kapslí s výztužným vláknem vyznačující se tím, že jednotlivá vlákna se nejprve připraví jako smotky, načež se každé jednotlivé smotané vlákno uzavře do obalu z vodní kapky a takto vzniklá kapsle se rychle zmrazí
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zmražení probíhá působením tekutého dusíku při teplotě -196 °C.
3. 3. Způsob výroby vláknobetonu, kdy jsou do betonové směsi vpravována výztužná vlákna, vyznačující se tím, že do betonové směsi či do kameniva se dávkují kapsle vyrobené způsobem podle nároku 1.