CZ302633B6

CZ302633B6 - Kapsle z vlákna a lepidla pro zpevnený vláknobeton, zpusob výroby kapslí s výztužným vláknem obaleným kapslí z lepidla a zpusob výroby zpevneného vláknobetonu s využitím techto kapslí

Info

Publication number: CZ302633B6
Application number: CZ20080845A
Authority: CZ
Inventors: Pospíšil@Karel
Original assignee: Centrum dopravního výzkumu, v. v. i.
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2011-08-10
Also published as: CZ2008845A3

Abstract

Kapsle (2) pro zpevnený vláknobeton vlákna (1) jsou usporádána jednotlive ve tvaru smotku v pevném obalu z vodou rozpustného lepidla (4). Zpusob výroby kapslí (2) s výztužným vláknem spocívá v tom, že jednotlivá vlákna (1) se nejprve pripraví jako smotky, nacež se každé jednotlivé smotané vlákno uzavre do obalu z vodou rozpustného lepidla a kapsle se nechají vyschnout. Zpusob výroby vláknobetonu, se pak vyznacuje tím, že do suché betonové smesi ci do kameniva se dávkují výše uvedené kapsle (2) a po smísení za sucha se pridá zámesová voda.

Description

Kapsle z vlákna a lepidla pro zpevněný vláknobeton, způsob výroby kapslí s výztužným vláknem obaleným kapslí z lepidla a způsob výroby zpevněného vláknobetonu s využitím těchto kapslí

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 vyztužují. 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 zachycována plastovými, skelnými, resp. kovovými vlákny. Tato vlákna by v ideálním případě měla být rovnoměrně 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 nedotažení výztužného efektu vláken, lokální snížení pevnosti průřezu nebo, je-li shluk při povrchu konstrukce, negativní estetické působení betonového prvku.

Vc spise US 3 616 589 se navrhuje přidat do betonu drátky, které jsou upraveny 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 nákladná a je to možné jen u oceli.

Ve spise CA 2 547 694 Al 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 další 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 DE2337 129 Al 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 fázi a postupují přes přepad do další domíchávací trubice pod první trubicí, která je orientovaná v opačném směru a je také vybavena hnčtoucím 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 roztrepávána, 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.

- I CZ 302633 B6

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 tvoří svazky vláken, které se pak již k sobě vzhledem ke své hmotnosti již nevážou, nebojsou vlákna výrazně rozdílné délky. Zde je nevýhodné jednak použití ocele a rovněž náročná příprava svazků vláken a různých velikostí vláken.

Z patentového spisu DE 4 214 540 Cl je znám způsob výroby vláknitého betonu, kdy se vlákna z plastu uloží do plastových a ve vodě rozpustných sáčků vyrobených z póly viny (alkoholu. Při tomto způsobuje však geometrie sáčku podstatně rozdílná od geometrie ostatních součástí betonové směsi a rozmístění sáčků je nestejnoměrné. Mimoto manipulace s ukládáním vláken do sáčků je velmi pracná a tento způsob vpravení vláken do směsi neřeší vytváření hnízd či shluků vláken a nezabezpeč uje rovnoměrné rozptýlení vláken.

Ze spisu WO 01/64599 Al je znám způsob výroby vláknitého betonu, kdy se nejdříve dlouhé svazky vláken uloží do pryskyřicové matrice a ta se nechá ztvrdnout. Poté je tato vláknitá tyčinka na lisu krájena na menší díly o délce vláken 20 až 60 mm a pak se tato hrudka z pryskyřice a vláken zamíchá do betonové směsi. Při tomto způsobu se však pryskyřice nerozpustí, takže není čistý vláknitý efekt, ale vlákny jsou části tyčinek. Protože jsou vlákna obalená do pryskyřice, která se nerozpustí a toto svým chemismem negativně ovlivní chemismus betonové směsi.

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 čije předem náročně upravovat co do délky nebo tvaru.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky způsobené nevhodným vláknovitě jednorozměrným“ tvarem vyztuženého vlákna či drátku odstraňují kapsle pro zpevněný vláknobeton, jejichž podstata spočívá v tom, že vlákna jsou uspořádána jednotlivě ve tvaru smotků v pevném obalu z vodou rozpustného lepidla. Jednotlivé kapsle jsou obdobné velikosti i hmotnosti jako kamenivo tvořící plnivo betonové směsi, a proto při míšení kameniva s kapslemi dochází k rovnoměrnému rozptýlení kapslí v objemu betonové směsi.

Dalším význakem vynálezu je způsob výroby kapslí s výztužným vláknem obaleným kapslí z lepidla podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že jednotlivá vlákna se nejprve připraví jako smotky, načež se každé jednotlivé smotané vlákno uzavře do obalu z vodou rozpustného lepidla a kapsle se nechají vyschnout.

Způsob výroby vláknobetonu pak spočívá v tom, že do suché betonové směsi čt do kameniva se dávkují kapsle vyrobené výše uvedeným způsobem a po smísení za sucha se přidá záměsová voda. Jednotlivá vlákna se nejprve připraví jako smotky, jejichž smotaný tvar se dočasně zafixuje vhodným vodou rozpustným lepidlem, které svým chemismem neovlivní chemismus betonové směsi. Tím vzniknou tělesa - kapsle přibližně kulovitého tvaru či elipsoidního tvaru s obdobnými granulometrickými vlastnostmi jako má kamenivo tvořící plnivo v betonu. Takto připravené kapsle se smíchají za sucha s kamenivem, případně i s pojivém, např. cementem. Mícháním vznikne homogenní směs s rovnoměrně rozptýlenými kapslemi, resp. smotky vláken. Po přidání záměsové vody a následném míchání dojde k rozpuštění lepidla, které drží kapsli pohromadě, a tím k uvolnění smotaného vlákna, která 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 přiblížen pomocí výkresů na kterém obr. I představuje smotek vlákna, obr. 2 představuje kapsli z lepidla se smotkem vlákna v podle obr. 1 pro použití u způsobu podle vynálezu,

-2 CZ 302633 B6 obr. 3 představuje schematický pohled na suchou směs kameniva s kapslemi z vlákna a lepidla, případně i s pojivém a obr. 4 zachycuje směs z obr. 3 tak, jak se změní po přidání záměsové vody a zamíchání.

Příklad provedení vynálezu

Na obr. 1 je vidět smotek 1 vlákna. Tento smotek 1 dostane tvar obdobný zrnu kameniva tak, že obalí vodou rozpustným lepidlem 4. To je vidět na obr. 2. Tím se též dočasně fixuje jeho smotaný tvar a vznikne kapsle 2 tvořená smotkem j_ a lepidlem 4. Výroba kapsle 2 může s výhodou probíhat jako proces bezprostředně následující po výrobě vlákna i. Při výrobě betonové směsi se dávkují kapsle 2 do kameniva 3, případně do suché betonové směsi. Takto vznikne směs kameniva 3, případně t pojivá, s kapslemi 2. Mícháním směsi vznikne homogenní směs a taková směs je schematicky znázorněna na obr. 3.

Do homogenní směsi se přidá záměsová voda a dalším mícháním dojde k rozpuštění lepidla 4 a tím k zániku kapsle 2. Uvolněné vlákno i se tvarovou pamětí vrátí do svého původního přímého tvaru. To je velmi dobře vidět na obr. 4. Tím se vytvoří betonová směs s homogenně rozptýlenými vlákny. 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, která jsou před aplikací do betonové směsi upravena do smotků a obalena vodou rozpustným škrobovým lepidlem do tvaru kapslí. Lepidlo se nechalo uschnout, aby se vytvořila pevná kapsle.

Složení vláknobetonu je následující (dávkování je vztaženo k metru krychlovému směsi): Cement CEM 1 42,5 R: 380 kg, těžené kamenivo frakce 0 až 4: 595 kg, drcené kamenivo frakce 4 až 8: 241 kg, frakce 8 až 16: 430 kg, frakce 16 až 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 7,3 MPa.

Pro porovnání beton stejného složení s neupravenými vlákny bylo za jinak stejných podmínek dosaženo přibližně shodné pevnosti v tlaku, avšak 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

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Kapsle pro zpevněný vláknobeton sobsahem zpevňujících vláken, vyznačující se tím, že vlákna (1) jsou uspořádána jednotlivě ve tvaru smotků v pevném obalu z vodou rozpustného lepidla (4).
2. Způsob výroby kapslí, vyznačující se tím, že jednotlivá vlákna se nejprve připraví jako smotky, načež se každé jednotlivé smotané vlákno uzavře do obalu z vodou rozpustného lepidla a kapsle s nechají vyschnout.

-3 CZ 302633 B6
3. Způsob výroby vláknobetoiiu, kdy jsou do betonové směsi vpravována výztužná vlákna, vyznačující se tím, že do suché betonové směsi či do kameniva se dávkují kapsle vyrobené způsobem podle nároku 2 a po smísení za sucha se přidá záměsová voda.