DE69622736T2

DE69622736T2 - Bauverstärkungselement und verfahren zum anwenden des elementes zur produktverstärkung

Info

Publication number: DE69622736T2
Application number: DE69622736T
Authority: DE
Inventors: L. Brown; H. Creech; E. Hendrix
Original assignee: Hexcel CS Corp
Current assignee: Techfab Anderson Sc Us LLC
Priority date: 1995-11-19
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2016-11-09
Also published as: WO1997019226A1; CN1250819C; JP3715654B2; US6123879A; EP0861353B1; US6632309B1; DE69622736D1; CA2236735C; ATE221597T1; EP0861353A1; ES2177820T3; US5836715A; CA2236735A1; US6454889B1; DK0861353T3; JPH11500079A; CN1202947A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf Strukturelemente, welche adaptiert sind um ein Produkt zu verstärken. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die Verfahren für die Verwendung der Strukturelemente zur Herstellung verstärkter Produkte (siehe z. B. DE-B-23 57 557).
Traditionell sind es Struktur- und Produkterfahrungen, Verschlechterungen oder Fehler verschiedener Arten, welche den Bedarf einer Verstärkung begründen. So erfahren z. B. Fahrstraßen, welche aus Asphalt-Zement-Materialien bestehen, Verschlechterungen und Schäden im Laufe der Zeit in der Form von reflektiver Rissbildung, Fahrrinnenbildung und Aufrollen durch die Verkehrsbelastung und "Schlaglöcher". Diese Verschlechterungen und Schäden auf Fahrbahnen aus Asphalt-Zement verursachen kostenintensive, häufige und zeitintensive Reparaturen. Eine weitere Familie von Produkten, Zement-Strukturen, wie z. B. Spalten, flache Platten, oder konstante Kreuzungsformen, verschlechtern sich im Laufe der Zeit oder als ein Ergebnis von seismischen Aktivitäten oder bedürfen Verstärkungen für verbesserte Eigenschaften wie verstärkte Zugfestigkeit. Verschiedene Annäherungen wurden untersucht um diese Probleme durch die Verstärkung von zu erzeugenden oder bereits existierenden Produkte abzuwenden.
In Bezug auf Fahrbahnen ist es so, dass asphaltierte Fahrbahnen eine große Verbreitung finden, bis jetzt mit häufiger Erfahrung hinsichtlich kostenintensiver Art der Zustandsverschlechterung. Die Asphaltbeschichtung besteht aus einer Asphaltkomponente kombiniert mit "Gesteinssplitt". Der Splitt verstärkt die Verdichtungskraft des Asphalts, wobei die Asphaltkomponente als eine Matrix wirkt um die Fahrbahn zusammenzuhalten. Asphaltierte Fahrbahnen verschleißen wesentlich rascher als betonierte Fahrbahnen, und typische Formen des Verschleißes sind "Rissbildungen", Verwerfungen des Asphalts an Stellen wie Ampeln, Furchenbildung des Asphalts in Auswirkung auf den häufigen Fahrzeug- Verkehr, welcher der selben Spur entlang der Fahrbahn folgt und andere Rissbildungen an der Oberfläche des Asphalts. "Reflektierte Rissbildung" ist ein Hauptproblem in den Asphalt-Deckschichten der bestehenden Betonfahrbahnen oder anderen Fahrbahnfundamenten. Reflektive Rissbildung tritt auf, wo Risse in der bestehenden Zement- oder Asphaltfahrbahn oder dem Fundament bestehen und sich von der bestehenden Fahrbahn nach oben in die neue Deckschicht fortpflanzen. Dies erfordert kostenintensive Reparaturen für anderenfalls neue Fahrbahnen und schwächt die Tragkraft der neuen Deckschicht.
Eine Vielzahl von Materialien wurden in der Vergangenheit ausprobiert um zu versuchen eine Verstärkung oder Stabilisierung der Asphaltfahrbahnen zu erreichen. Es finden dabei verschiedene Produkte Anwendung um das Problem der reflektiven Rissbildung zu beheben. Ein Produkt ist ein nichtgewebter Deckschicht-Stoff, oder eine Matte zwischen einer Betonfahrbahn und einer Asphaltdeckschicht, genannt Petromat® von Amoco Fabrics and Fibers. Petromat® verwendet eine zufällige Orientierung von polypropylenen Fasern in einer Stoffmatte, welche niedergelegt ist als eine Barriere zwischen einer Fahrbahn oder einem Fahrbahnfundament und einer Asphalt-Deckschicht. Das Polypropylen hat nicht den Modulus um der Ausdehnung der Betonfahrbahn zu wiederstehen, in dem Versuch das Problem der reflektiven Rissbildung zu beheben. Ebenfalls besteht die Matte aus einer festen Konstruktion und ermöglicht es nicht das Asphalt oder Beton durch diese Struktur hindurchgeht, sondern wirkt anstelle dessen als eine Barriere zwischen den beiden Schichten. Die Matte ist deshalb nicht als eine verstärkende Struktur durch die neue Deckschicht hindurch eingearbeitet. Anstelle dessen wirkt die Matte lediglich als Barriere, welche bei der Aufbringung runzeln oder sich falten kann. Im Weiteren ist eine Ausnivilierung oder Füllung der Risse erforderlich, bevor das Petromat® aufgebracht wird.
Andere haben versucht Maschenstrukturen aus Plastikmaterial und gewobenen Fasern zu verwenden, um Fahrbahnbeläge zu verstärken. Ein Produkt, Glasgrid® ist ein gewebtes (Leno) aus Glasfiber-Struktur bestehendem Gitter, beschichtet mit schwarzer Asphaltbeschichtung, welcher auf einer Seite selbstklebende Eigenschaften aufweist. Ein weiteres Produkt, Raupave®, ist ein geologisches Gitter, zusammengestellt aus einem Garn aus Fiberglas mit hoher Reisfestigkeit, welches in eine einheitlich Leno-Gitter-Konfiguration gewoben ist. Ein weiteres Produkt, Polyfelt PGM-G® besteht aus Fiberglas, welches in Gittermustern auf einen nichtgewobenen Filz aufgelegt wird, wobei der Filz dazu vorgesehen ist, dass er als eine Wasserbarriere funktioniert, um eine Verzögerung der reflektiven Rissbildung zu bewirken.
Es wurden Versuche unternommen in denen andere dicht konstruierte Strukturen verwendet wurden, welche die Fahrbahn verstärken, welche jedoch nicht den Durchlass von Fahrbahn-Materialien aus Asphalt-Beton durch die verstärkenden Strukturen während des gewöhnlichen Beschichtungs-Prozesses ermöglichen. Es traten Schwierigkeiten auf, beim Einsatz solcher dicht konstruierten Mittel für die Verstärkung in Fahrbahnkonstruktionen. Diese dicht konstruierten Mittel für die Verstärkung bewirken eine Barriere zwischen der neuen Fahrbahnbeschichtung und der alten Fahrbahn oder dem Fundament, den Durchgang durch oder die Vereinigung des Materiales aus Asphalt-Beton in/mit dem Mittel für die Verstärkung beschränkend. Dies reduziert die Vorteile bei der Verstärkung durch die Mittel für die Verstärkung und ermöglicht ein Verrutschen oder eine Bewegung während des herkömmlichen Beschichtungsprozesses.
Eine weitere Familie von Produkten und Strukturen, welche eine Verstärkung erfordern sind Beton-Strukturen und andere masonry oder betonartige Materialien. Die betonartigen Materialien haben geringe Zugfestigkeit, sie haben jedoch sehr hohe Druckfestigkeit. Wenn Beton als Strukturmittel verwendet wird, z. B. bei einer Brücke, einem Gebäude oder etwas ähnlichem, wird oft Verstärkung verwendet um die erforderliche Zugfestigkeit einzubringen. In den neuen und bestehenden Betonstrukturen wie z. B. im Gussverfahren vorgefertigte Zufahrtsstraßen, Bürgersteigen, Röhren etc. wurden Verstärkungen unternommen mit einer Vielzahl von Stahlformen wie z. B. offenen Stahlmaschen, mit Drähten umwickelten Drahtstäben aus Stahl und Stahlgeflechten. Stahlgeflechte wurden verwendet zur Verstärkung von Betonstrukturen wie z. B. die Abdeckung von Zugbrücken. Diese Stahlgeflechte sind geschlossene Zellstrukturen und jede Sektion des Stahlgeflechtes beinhaltet und begrenzt eine rechtwinkelige oder quadratische Spalte von Beton. Diese Typen von Geflechten wohnt sehr hohe Ineffektivität beim Einsatz als Verstärkungsmaterialien inne.
Stahl und andere Materialien, verwendet als verstärkendes Mittel sind der Korrosion ausgesetzt. Die Produkte der Korrosion resultieren in einer Expansion der Spalten des Stahls, welches einen "Abblätter-Effekt" verursacht, was ein Abbrechen verursachen kann, und die Zerstörung der Betonstruktur. Das Brechen und Zerbröckeln der Betonstrukturen tritt verstärkt in Bereichen von hoher Feuchtigkeit auf, und in Bereichen, wo regelmäßig Salz auf der Fahrbahn verwendet wird, an Zufahrtsstraßen und Gehwegen, um Eis oder Schnee wegzuschmelzen. Brücken über Wasserwegen in Bereichen sowie z. B. die Küste von Florida oder Florida Keys sind der Seeluft ausgesetzt, welche Zerstörung verursachen und die Lebensspanne reduzieren und eine permanente Instandhaltung dieser Brücken erfordern. Betonstrukturen im mittleren Osten bestehen aus Beton, welcher aus dem lokalen, säurehaltigen Sand hergestellt ist, was ebenfalls die Korrosion des verstärkenden Stahls bewirkt.
Um traditionellen Stahl in der Verstärkung von Beton zu ersetzen, wurden viele verschiedene Arten von Plastik in Erwägung gezogen. Ein Versuch für das Ersetzen von Stahl in Verstärkungen verwendet umwickelte Drahtstäbe aus Stahl, beschichtet mit Epoxydharz. Der gesamte Beschichtungsüberzug für den Stahl mit Epoxydharz ist jedoch schwierig. Ebenfalls werden, aufgrund der harschen Handhabungsbedingungen bei der Verarbeitung, die Oberfläche der exoxidbeschichteten Drahtstäbe aus Stahl regelmäßig gekerbt. Resultierend durch diese Kerbungen tritt aggressive Korrosion am Stahl auf und resultieren in den selben Problemen wie oben beschrieben.
Aus Fiberglas zusammengesetzte Drahtstäbe wurden für die Verstärkung von Betonstrukturen verwendet, wie z. B. die Wände und die Decken von Röntgenräumen in Krankenhäuser, in welchen metallische Formen von Verstärkungen nicht erlaubt sind. Die Methode der Verwendung ist ähnlich derer der Drahtstäbe aus Stahl. Die aus Fiberglas hergestellte Drahtstäbe weisen longidudinale, diskrete Formen auf, welche in der Form von Matrizen konfiguriert sind, wobei diese manuell hergestellt werden. Der Beton wird anschließend in diese Anordnung von Matrix-Strukturen eingegossen.
Drahtstäbe, hergestellt aus Fiberglas, sind den Drahtstäbe aus Stahl ähnlich, und zwar darin, dass deren Oberfläche deformiert ist. Gewirke aus Fiberglas, welche ähnlich sind den Gewirken aus Stahl für Bürgersteige, wurden ebenfalls für die Verstärkung Beton verwendet, aber ihre Konstruktion, welche feste Wände formt, ermöglicht nicht die freie Bewegung des Materials der Matrix. Das liegt in der Tatsache begründet, dass die "Z-Achsen" oder vertikalen Achsen die Verstärkungen feste Wände ausbilden.
Im Zusammenhang mit der Verstärkung des Betons durch Spalten oder Strukturen wurden Umwicklungen entlang der Spalten aufgebracht, so dass sie gitterlos wirken und den Beton davor bewahren sich auszudehnen und zu zerbröckeln. Beton ist kein dehnbares Material, wodurch dieser Typ von Verstärkung nur für die externen Abschnitte der Spalten geeignet ist. Ein Typ der Umwinklung besteht daraus, dass ein mit einem flüssigen, unter thermischer Einwirkung sich rund um die Spalten herum anlegenden Harz imprägniert ist. Die typische Konstruktion dieser Umwicklung weißt Glasfiber in der Ring-Richtung der Spalte auf und Glas- und Keflarfasern in der Längsrichtung der Spalten. Eine andere Annäherung verwendet Kohlefaser unidirektional (Ring-Richtung) imprägnierte Streifen oder Drahtstäbe, welche so geformt sind, dass sie unter Zug um die vom Verschleiß betroffenen Spalten herumgewickelt werden. Die resultierende Zusammensetzung wird durch den Einsatz einer externen Hitzequelle haltbar gemacht. In diesen Annäherungen sind die Materialien, die für die verstärkende Umwicklung eingesetzt werden, auf die Spalten des Betons aufgebracht, in einem noch nicht haltbar gemachten Zustand, obwohl eine Glasvorinprägnierung Anwendung finden kann, welche in einem "halb-haltbar gemachtem" Zustand ist, z. B. haltbar gemacht für den B-Zustand. Wenn eine gewobene Struktur verwendet wird, kann eine "Kinken-Bildung" stattfinden, wenn entweder Kohlefaser oder Glasfiber verwendet wird, da der Flechtprozess in sich innewohnende "Kinken" induziert, entweder in dem gewebten, nassen Laminat, oder der gewobenen Glasvorinprägnierung, was in einer nicht ganz perfekten, geraden Faser resultiert, welche um die Spalten herumgewickelt werden.
Ein weiterer Versuch für die Verstärkung von Strukturen und Spalten aus Beton ist derart, dass Platten aus Stahl in die Spalten aus Beton herumgeschweißt werden um der Wand aus Beton Stütze zu geben. Solche Platten aus Stahl sind ebenfalls der Korrosion und dem Nachlassen ausgesetzt, resultierend vom Verschleiß der Spalten, welche verstärkt werden sollen. Diese Annäherung ist lediglich eine externe Verstärkung und mangelt an akzeptabler ästhetischer Erscheinung, was dies nicht wünschenswert macht.
Eine Annäherung für die Verstärkung von Betongemischen verwendete kurze (ein viertel bis ein Zoll, 063 bis 2,54 cm) Stähle, Nylon- oder Polypropylenfaser. Blosse "E-Typ" Glasfasern werden generell nicht verwendet, aufgrund der Suspektheit von Glasfaser aufgrund des alkalinen Angriffes in Portland-Zement.
Deshalb besteht ein Bedarf nach verbesserten strukturellen Teilen, welche für die Verstärkung einer Reihe von Produkten adoptiert werden. So besteht zum Beispiel ein Bedarf an verbesserten strukturellen Teilen für die Verstärkung für den Einsatz in Fahrbahnen aus Asphalt-Beton. Zusätzlich setzt sich der Bedarf für strukturelle Teile für die Verstärkung von Beton-Strukturen fort, welche die Verstärkung erbringen, oder die Materialeigenschaften der Betonstrukturen anheben, ohne das diese den Attacken von Korrosion ausgesetzt wären. Es verbleibt weiterhin ein Bedarf für Verfahren die Verstärkung von Produkten in welchen diese strukturellen Teile eingesetzt werden.
Es ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die angeführten Defizite des Standes der Technik zu überwinden. Ein noch speziellerer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein strukturelles Teil zur Verfügung zu stellen, adaptiert für die effektive Verstärkung einer Reihe von unterschiedlichen Produkten. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren für die Verwendung der strukturellen Teile zur Verfügung zu stellen, welche adaptiert werden um Produkte zu verstärken, und für die effiziente Herstellung der strukturellen Teile.

Zusammenfassung der Erfindung

Die obigen und weitere Gegenstände und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden erreicht durch den Einsatz eines strukturellen Teiles, adaptiert für die Verstärkung eines Produktes, und Verfahren für die Herstellung des selben, wie hier nachfolgend beschrieben. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Gitterwerk, bestehend aus einem Satz von gewickelten Fäden und einem Satz von geflochtenen Fäden, angeordnet im wesentlichen in rechten Winkeln zueinander, wobei jeder von den Fäden wenigstens einem kontinuierlichen Filament umfasst, und wobei das Gitterwerk im wesentlichen durchgängig imprägniert ist, wobei die Sätze von Fäden nicht miteinander verwoben sind, und wenigstens einige der Fäden von jedem Satz voneinander beabstandet sind, so dass sie eine offene Struktur definieren. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist der Satz von gewickelten Fäden in Gruppen separiert, wobei jede aus einer Vielzahl von Fäden besteht, wobei mindestens ein Faden jeder Gruppe auf einer Seite des Satzes der geflochtenen Fäden liegt und wenigstens ein anderer Faden von jeder Gruppe auf der anderen Seite des Satzes der geflochtenen Fäden liegt und in zusammenhängender, überlagerter Beziehung mit wenigstens einem Faden des Gitterwerkes ist, welches im wesentlichen durchgehend imprägniert ist, mit einem thermisch aufbringbaren B-Stadium-Harz um die Fäden an ihren Kreuzungspunkten einzuschließen und das Gitterwerk in seinem semi-flexiblen Zustand zu erhalten, welches es dem Gitterwerk erlaubt sich der Formgebung des zu verstärkenden Produktes anzuformen. Dadurch kann mit dem in einen semi-flexiblen Zustand befindlichen Gitterwerk ein Teil so geformt werden, dass es sich der Form des zu verstärkenden Produktes anpasst. Das Harz ist in Situ selbstverschließend in dem Produkt zur Bindung einer festen Zusammensetzung durch Erwärmung auf eine vorherbestimmte Temperatur. Das Produkt ist dabei durch das in sich selbst aufgenommene, voll umschlossene Teil verstärkt.
Der Satz gewickelter Fäden und der Satz geflochtenen Fäden können im wesentlichen Linear sein, so dass das Gitterwerk im wesentlichen Flach ist. In einer anderen Ausführungsform ist der Satz von gewickelten Drähten in alternierenden, berg- und talartiger Form gewellt, und wobei der Satz von geflochtenen Fäden im wesentlichen linear ist, so dass das Gitterwerk eine dreidimensionale Form aufweist.
In einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung setzt sich ein strukturelles Teil aus der oben definierten Struktur zusammen, welches jedoch anstelle dessen im wesentlichen durchgängig mit einem unter thermischer Einwirkung sich voll verschließendem Harz imprägniert ist, so dass die Fäden an ihren Kreuzungspunkten voll umschlossen werden, und das Gitterwerk in einem relativ festen Zustand erhalten wird. Die Ausführungsform ist speziell dazu geeignet für die Verstärkung von Produkten verwendet zu werden, welche aus einer Art: von Beton bestehen, welcher aus Portland-Zement hergestellt wurde.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung setzt sich aus dreidimensionalen Strukturen für die Verstärkung vorgesehener Teile zusammen, welche sich aus dreidimensionalen, mit offenen Maschen versehenem Gitterwerk zusammensetzten, wie beschrieben, einem im wesentlichen flachen Gitterwerk, welches so positioniert ist, dass es koextensiv mit einer der Ebenen des dreidimensionalen Gitterwerks ist. Eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst dieses dreidimensionale, strukturelle, verstärkende Element, welches im wesentlichen durchgehend imprägniert ist mit einem thermisch aufbringbarem, sich in B-Zustand befindlichen Harz, wie vorangehend beschrieben, so dass es die Fäden an ihren Kreuzungspunkten umschließt und das Gitterwerk in einer halbfesten, dreidimensionalen Konfiguration erhält. Eine weitere spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein dreidimensional strukturiertes, verstärkendes Teil auf, welches mit einem unter thermischer Einwirkung vollkommen verschließenden Harz imprägniert ist, so dass es die Fäden an ihren Kreuzungspunkten umschließt und das Gitterwerk in einem relativ festen Zustand aufrechterhält.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren für eine strukturelle Verstärkung eines Produktes, umfassend die Schritte des zur Verfügung Stellens eines Gitterwerkes mit offenen Maschen wie oben beschrieben, welches im wesentlichen durchgehend mit einem unter thermischer Einwirkung auftragbaren Harz im B-Stadium imprägniert ist, so dass es die Fäden an ihren Kreuzungspunkten umschließt und das Gitterwerk in einem halbflexiblen Zustand aufrechterhält, welche es erlaubt das Gitterwerk an die Form eines Produktes anzupassen, welches verstärkt werden soll; die Aufbringung des Gitterwerkes auf das Produkt; und dann die Zufuhr von Wärme auf das Gitterwerk, so dass sich das Harz verschließt und dieses in einen umschlossenen Aufbau bringt, so dass dadurch das Gitterwerk verfestigt und das Produkt verstärkt wird.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren für die Herstellung verstärkter Fahrbahnen, zusammengesetzt aus Materialien aus Asphalt-Beton umfassend die Schritte der Vorbereitung einer Grundierung für die Fahrbahn; die Vorbereitung eines aus offenen Maschen bestehenden Gitterwerkes, wie oben beschrieben, imprägniert, im wesentlichen durchgehend mit einem thermisch verformbaren Harz im B-Zustand, so dass die Fäden an ihren Kreuzungspunkten umschlossen sind, und das Gitterwerk in einem halbflexiblen Zustand erhalten. Asphalt-Beton, welcher auf eine vorherbestimmte Temperatur erwärmt wird, wird dann auf die Grundierung aufgebracht, in welchem das Gitterwerk eingebettet ist, und so dass die Wärme des Asphalt-Betons wirken kann, um das Verschließen des Harzes in Situ zu ermöglichen, und dieses in eine geschlossene Zusammensetzung zu bringen, wobei das Gitterwerk verfestigt und der Asphalt- Beton verstärkt wird.
Noch weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung beziehen ein effizientes Verfahren für die Herstellung eines strukturierten Teiles nach dem oben beschriebenen Typ ein, und beinhalten die Schritte für die Fortentwicklung des Gitterwerks entlang eines Verkehrsweges, während
(1) das sich fortentwickelnde Gitterwerk in ein verschließendes Harz eintaucht, welches thermisch verformbar ist und dazu geeignet ist erwärmt zu werden um sich in den B-Zustand zu verschließen,
(2) führen des mit Harz beschichteten, sich fortentwickelnden Gitterwerkes durch eine Klemmvorrichtung, so dass das darin angereicherte Harz ausgepresst wird, wodurch das Harz veranlasst wird in die Fäden einzudringen und die Kreuzungspunkte des Satzes der Fäden bindend zusammenpresst, und dann (3) die Erwärmung des sich fortbildenden Gitterwerkes auf einen erhöhten Wert, ausreichend dafür, dass das Harz veranlasst wird sich in dem B-Zustand zu verschließen, ohne vollkommene thermische Verformung.
Das resultierende Gitterwerk mit dem in B-Zustand befindlichen Harz kann dann in eine Verpackungsform gebracht werden, wie z. B. eine Versorgungsrolle, so dass es bequem an die Stelle transportiert werden kann wo es benötigt wird. An der Stelle an welcher es benötigt wird, wird das Gitterwerk aus der Transportpackung entnommen, passend an das Produkt aufgebracht und dann erwärmt, so dass das Harz sich verschließt und dieses in einen geschlossenen Zustand überführt wird, und dabei das Gitterwerk versteift und das Produkt verstärkt. Wo das Gitterwerk für die Verstärkung von Asphalt-Beton verwendet wird, welches aufgebracht wird um die Fahrbahn-Grundierung in einem erwärmten Zustand zu verstärken, bewirkt die Wärme des Asphalt-Beton, dass sich das Harz in der oben beschriebenen Art und Weise verschließt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Umgebungsansicht für ein Verfahren für die Herstellung eines Asphalts oder einer verstärkten Fahrbahn, zusammengesetzt aus Asphalt-Beton-Material, verwendend ein offenmaschiges Gitterwerk, welches die vorliegende Erfindung verkörpert;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines strukturellen, verstärkenden Teiles, umfassend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines strukturellen Teiles, adaptiert zur Verstärkung eines Produktes, umfassend eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines strukturellen Teiles, adaptiert zur Verstärkung eines Produktes, umfassend eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines strukturellen Teiles der vorliegenden Erfindung und welches adaptiert ist für die Verwendung von Umwinklungen aufweisenden Drahtstäben aus Stahl oder Glasfaser;
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens für die Herstellung eines strukturellen Teiles im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens für die Herstellung der Ausführungsform, dargestellt in Fig. 3.

Detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung

Die vorliegende Erfindung wird nun hier nachfolgend noch näher beschrieben, unter Referenz auf die beigefügten Zeichnungen. Die Erfindung wird nicht so verstanden, dass sie durch die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist; sondern sie beinhaltet diese detaillierte Beschreibung um es den sogenannten Fachleuten zu ermöglichen die Erfindung auszuführen und einzusetzen.
In Fig. 2 wird ein strukturelles, verstärkendes Teil für die Verstärkung eines Produktes gezeigt, welches die vorliegende Erfindung verkörpert und welches sich zusammensetzt aus einem Gitterwerk 10, umfassend einen Satz von geflochtenen Drähten 12 und einen Satz von schussfadenartigen Drähten 14, angeordnet im wesentlichen im rechten Winkel zueinander. Jeder der Drähte beinhaltet eine Vielzahl von kontinuierlichen Filamenten, zusammengesetzt z. B. aus Glas, Kohlefaser, Aramit oder Nylon, wobei die Filamente aus Glas die bevorzugtesten sind. Ein Glas nach E-Typ ist speziell geeignet.
Der Satz von geflochtenen Drähten 12 ist in Gruppen 13 unterteilt, wobei jeder zwei zusammenhängende Drähte in der dargestellten Ausführungsform umfasst. Der Satz schussfadenartiger Drähte 14 ist in Gruppen 15 unterteilt, wobei jede vier zusammenhängende Drähte in der dargestellten Ausführungsform umfasst. Die Gruppen von Drähten von jedem Satz sind voneinander beabstandet, so dass sie eine offene Struktur definieren. Ebenfalls wird darauf hingewiesen, dass in der dargestellten Ausführungsform ein Draht von jeder Gruppe der geflochtenen Drähte 13 auf einer Seite der schussfadenartigen Drähte liegt und der andere aus jeder Gruppe der geflochtenen Drähte 13 auf der anderen Seite der schussfadenartigen Drähte liegt. Somit sind die Sätze von Drähten nicht miteinander verflochten. Ebenfalls erfahren die ineinander überlagerten Drähte einen "Klemm- oder Einkapselungs-"Effekt für die Drähte in der Schussrichtung, wodurch eine mechanische und chemische Verbindung an den Kreuzungspunkten erreicht wird.
Das Gitterwerk 10 ist im wesentlichen durchgehend imprägniert, mit einem thermisch verformbaren Harz im B-Zustand, so dass es die Drähte an ihren Kreuzungspunkten einschließt und ein Gitterwerk ausbildet, welches in einem halbflexiblem Zustand ist, welcher es ermöglicht das Gitterwerk an die Form des zu verstärkenden Produktes anzuformen. Das Gitterwerk ist so geformt das es in ein fertigzustellendes Produkt eingebunden werden kann, so dass das Material entsprechend der Formgebung oder der Funktionalität des für die Endbenutzung vorgesehenen Produktes geformt und anschließend verschlossen werden kann, so dass es einen strukturellen Aufbau ergibt. Die Fähigkeit des Gitterwerkes der Form des zu erstellenden Produktes entsprechend geformt zu werden, ermöglicht es, dass diese Teile vom dem Harz vollkommen umschlossen werden, durch die innenwohnende Wärme, welche aufgebracht oder erzeugt wird, beim abschließenden Vorgang der Herstellung des fertigen Produktes. So wird z. B. im Falle des Aufbringen eines heißen Asphaltes bei der Beschichtung von Fahrbahnen oder bei der Verwendung von heißem Asphalt für Deckensysteme, das thermisch verformbare im B-Zustand befindliche Harz so beeinflusst, dass das Gitterwerk durch die Hitze des heißen Asphaltes von dem Harz umschlossen wird, welche in diesem Prozess verwendet wird. Das Harz würde ausgewählt sein für die Imprägnierung in das Gitter hinein, so dass es sich selbst verschließt, sobald es der Wärme des heißen Asphaltes bei einer vorherbestimmten Temperatur ausgesetzt ist.
Die Kreuzungen der Drähte können Öffnungen in verschiedenen Formen ausbilden, beinhaltend Quadrate oder Rechtecke, welche sich in einem Bereich von 0,5 bis 6 Inches (1,27 und 15 cm) erstrecken, in Gitter, so wie dargestellt in Fig. 2. Fig. 2 zeigt eine quadratische Öffnung mit Dimensionen von 1,5 Inches in der Webrichtung und 1,5 (3,8 cm) Inches in der Schussfadenrichtung. Die Größe der Glasfaserbündel in jedem Draht kann variieren. Ein Bereich von Glasdrähten mit einem Ertrag von 1800 Yards pro Pfund (3670 m/kg) bis zu 56 Yards/Pfund (114 m/kg) kann verwendet werden. Eine bevorzugte Ausführungsform ist so ausgebildet, dass jede Gruppe von gewickelten Drähten 13 zusammengesetzt ist aus zwei 247 Yards/Pfund (504 m/kg) ineinander überlagerten Drähten, und jede Gruppe von Schussdrähten 15 zusammengesetzt ist aus vier Seite an Seite angeordneten oder sich überlappenden Drähten von 433 Yards/Pfund (883 m/kg).
Das Gitterwerk 10 kann durch die Verwendung einer herkömmlichen Maschine hergestellt werden, wie z. B. der für eine Webproduktion vorgesehenen Maschine, offenbart in dem US-Patent 4,242,779 von Korinia et al., dessen Offenbarung hier ausdrücklich durch diesen Verweis darauf eingebracht wird.
Fig. 2 zeigt ebenfalls das flache Gitterwerk, imprägniert im wesentlichen durchgehend mit einem thermisch verformbaren Harz im B-Zustand, so dass die Drähte an ihren Kreuzungspunkten umschlossen werden und das Gitterwerk in einem halbflexiblen Zustand erhalten. Ein Harz im B-Zustand ist ein Harz welches vom thermisch verformbaren Typ ist, welches thermisch reaktiv war, oberhalb dem A- Zustand, so dass das Produkt lediglich eine partielle Löslichkeit in herkömmlichen Lösungsmitteln hat und nicht vollkommen schmelzbar ist, sogar bei 150º bis 180º Fahrenheit (65º bis 82ºCelsius). Geeignete Harze beinhalten Epoxyd, Phenol, Melamin, Vinylester, Kreuz-verbindbaren PVC und Isophtalicpolyester. Eine gemeinsame Charakteristik aller dieser Harze liegt darin, dass sie aus der thermisch verformbaren Familie sind, darin, dass sie sich in eine feste Kreuzverbindung zusammenfügen, welche, wenn sie vollkommen verschlossen ist, nicht mehr wieder aufgeweicht oder wiedergeschmolzen werden können. Sie haben ebenfalls die Fähigkeit in einen "B-Zustand" gebracht zu werden, in welchem Sie nicht vollständig verschlossen sind und aufgeweicht und wieder verformt werden können, entweder um die Form des für den Endverbrauch vorgesehenen Produktes anzunehmen, oder, wie oben beschrieben, in eine dreidimensionale Form gebracht zu werden. Die bevorzugte Ausführungsform wird ein Urethanepoxydharz verwenden, welches aufgebracht wird, auf die flache, offenmaschige Schicht durch Mittel einer Wasseremulsion.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eine Gitterwerkes 10 beinhaltet das Aufbringen eines Harzes in einem "Eintauch"-Vorgang, wie dargestellt in Fig. 6. Im speziellen wird das Gitterwerk 10 an einer kontinuierlich arbeitenden Maschine 20 hergestellt, wie dargestellt, zum Beispiel in dem oben als Referenz angegebenen US-Patent 4,242,779. Von der Maschine 20 wird das Gitterwerk 10 entlang eines Fahrweges ausgebildet und wird sofort in ein flüssiges Bad 21 aus Harz eingetaucht, welches thermisch verformbar ist und dazu geeignet ist sich vollkommen in den B- Zustand zu verschließen. Als nächstes wird das mit Harz beschichtete, sich fortbildende Gitterwerk durch eine Klemmvorrichtung geführt, definiert durch ein paar von Pressrollen 22, 24, welche so wirken, dass sie das zugeflossene Harz ausquetschen, wobei das Harz veranlasst wird, in die Drähte hinein einzudringen, und die Kreuzungspunkte der Sätze von Drähten bindend miteinander verpresst. Von den Pressrollen wird das sich fortbildende Gitterwerk auf eine erhöhte Temperatur gebracht, ausreichend um das Harz zu veranlassen in dem B-Zustand sich zu verschließen, ohne vollständige thermische Verformung. Diese Erwärmung wird dadurch erreicht, dass das Gitterwerk einen Heizstrahler oder etwas ähnliches passiert, und dann über ein paar von beheizten Rollen 28, 29, bewegt wird, so dass Hitze und Druck vom Kontakt mit den Rollen aufgebracht werden, auf beide Seiten der Oberfläche des Gitterwerkes. Abschließend wird das sich fortbildende Gitterwerk in eine Versorgungsrolle 30 aufgewickelt, so dass der Transport an die Stelle, an welcher es benötigt wird erleichtert wird, oder zu einem weiteren Produktionsvorgang, wie dargestellt in Fig. 7 und nachfolgend beschrieben.
In dem oben beschriebenen "Tauch"-Vorgang ist das Harz in dem Bad 21 mit Wasser zu einer Emulsion aufgelöst, wobei das Wasser durch die nachfolgende Pressung und dem Beheizungsvorgang verdampft wird. Die Harze die dazu geeignet sind in einen "B-Zustand" versetzt zu werden, wie oben beschrieben, sind dazu geeignet, und die Harze, welche für einen solchen strukturellen Teil in Erwägung gezogen werden sind nicht lösungsmittelbasierende Harze und können je nach Belieben in eine Emulsion übergeführt werden oder auch nicht. Harze wie z. B. Polyethylen oder PPS können ebenfalls verwendet werden. Diese Harze werden mittels eines emulsionsartigen Beschichtungsvorgang aufgetragen und in einem B-Zustand gefestigt.
Die Imprägnierung des Gitterwerkes 10 mit einem thermisch verformbaren, in einem B-Zustand befindlichen Harz ermöglicht es dem Gitterwerk halbflexibel zu sein und sich der Form des zu verstärkenden Produktes anzupassen, speziell durch die Zufuhr von Hitze. Wenn das Gitterwerk entsprechend der Formgebung des zu verstärkenden Produktes geformt ist, wird das im B-Zustand befindliche Harz in sich geschlossen, so dass es den thermisch verformten Zustand einnimmt, wobei es nach dem Abkühlen eine zusätzliche Festigkeit aufweist und verbesserte Eigenschaften für das resultierende Produkt bewirkt.
Einer der Vorteile eines solchen Gitterwerks 10, wie offenbart in der Fig. 2, liegt darin, dass dieses an die Formgebung des gewünschten, zu verstärkenden Produktes angepasst werden kann, um, sobald es sich in der richtigen Ausrichtung und Lage befindet, in einen in sich geschlossenen Zustand gebracht zu werden, wobei die in dem normalen Herstellungsprozess entstehende Erwärmung dazu genutzt wird, so wie z. B. ein erhitzter Asphalt-Beton beim Bau von Fahrbahnen aus Asphalt. Alternativ kann es durch extern zugeführte Hitze erwärmt werden, in welchem Fall es in sich geschlossen und in einen festen Zustand gebracht wird, bevor es in den Körper eines fertigzustellenden Produktes eingebracht wird, oder es kann auch zusätzliche Hitze nach dem Einbau in das fertigzustellende Produkte aufgebracht werden, sofern dies gewünscht wird.
Wenn das Gitterwerk dann einmal in sich geschlossen ist, ist es relativ fest. Dies erzeugt ein strukturelles Teil, welches adaptiert wird zur Verstärkung eines Produktes wie z. B. eines vorgefertigten Betonteiles aus Gussbeton, welches die Basis für eine Deckschicht aus Asphalt etc. bildet. Solch ein festes Gitterwerk würde strukturell aus den gleichen Drahtkonfigurationen und Zusammensetzungen zusammengesetzt werden, wie die flachen Gitterwerke, welche mit einem sich im B-Zustand befindlichen Harz imprägniert sind, jedoch mit dem Unterschied, dass das sich im B- Zustand befindliche Harz in den nächsten vollgeschlossenen C-Zustand überführt wird. Der resultierende, feste Zustand des Gitterwerkes erzeugt eine zusätzliche Verstärkung für das Produkt.
Eine weitere Ausführungsform der strukturell verstärkenden Teile umfasst ein dreidimensionales, strukturelles Teil, wie dargestellt in Fig. 3 bei 32. Das dreidimensionale, strukturelle Teil 32 kann so geformt werden, beginnend mit einem flachen Gitterwerk 10, welches mit einem sich in B-Zustand befindlichen Harz imprägniert ist, wie oben beschrieben, und dieses weiterformend in eine dreidimensionale Struktur. Noch genauer, der Satz von gewickelten Drähten 12 ist in alternierende Erhebungen und Senken gewellt, während der Satz von schussfadenartigen Drähten 12 im wesentlichen linear verbleibt. Wie dargestellt in Fig. 7, ist das Gitterwerk 10 von der Versorgungsrolle 30 abgerollt und durch Mittel in der Form von Heizstrahlern 34 oder etwas ähnlichem erhitzt, welche dazu dienen das sich im B-Zustand befindliche Harz zu erweichen und das Material vorzubereiten um in eine gewellte Form gebracht zu werden. Das erweichte, flache Gitterwerk, welches mit einem sich im B-Zustand befindliche Harz imprägniert ist, wird dann durch eine Maschine geführt, welches es in einen gewellten Zustand überführt, wie z. B. die maschenwellenden Rollen 36, 37 oder eine Raupen-Zieh-Vorrichtung des Typs, welcher in der zug-verformenden Industrie verwendet wird. Die Well-Maschine ist vorzugsweise beheizt um das flache Gittermaterial weiter zu erweichen und es zu ermöglichen, dass dies in eine dreidimensionale Struktur verformt wird, und das Harz in einen vollständig geschlossenen C-Zustand zu überführen, sofern dies gewünscht wird. Wo das volle Verschließen gewünscht wird, kann eine zusätzliche Erwärmungseinheit unmittelbar stromabwärts der Well-Rollen angeordnet werden, sofern erforderlich, um ein vollständiges Verschließen des Harzes zu erreichen. Nach dem endgültigen Verlassen der Wellmaschine wird das Gitterwerk einer Kühlvorrichtung 38 mit einer vorherbestimmten Temperatur zugeführt.
Nachfolgend wird das Gitterwerk einem Aufroll-Mechanismus zugeführt, welcher das gewellte Material in einer Aufnahmerolle 39 aufrollt, so dass sich die Maschen übereinander fügen um eine akzeptable Rolle für den Transport vor Ort auf die Baustelle erzeugt wird.
Die Rolle kann in einer gewünschten Breite oder Länge sein, um an die speziellen Erfordernisse des zu verstärkenden Produktes angepasst zu werden.
Das dreidimensionale, strukturelle Teil 32 kann eine Reihe von Parametern und Gitterkonfigurationen angepasst werden, welche sich entsprechend der variierenden Anforderungen der unterschiedlichen Applikationen unterscheiden, wie z. B. in der Fahrbahnkonstruktionen in Beton und Asphalt. Die Gitterhöhe kann variiert werden um an Beschränkungen des Endproduktes angepasst zu werden. Zum Beispiel werden Gitter für Beton generell eine größere Höhe aufweisen als Gitter für Vorbeschichtungen aus Asphalt, da der Bedarf für die Verstärkung der größeren Dicke für eine neue Fahrbahn aus Beton im Vergleich zu einer Deckschicht aus Asphalt, welche gewöhnlicherweise lediglich 2 bis 2,5 Inches (5.1 bis 6.5 cm) dick ist, größer ist. In einem neuen Fahrbahnaufbau aus Asphalt, wo die Dicke der Deckschicht 5 bis 11 Inches (12,7 bis 27,9 cm) betragen mag, würden Gitter mit größerer Höhe verwendet werden. Generell wird Asphalt bei Asphaltbeschichtungen in einer Mehrzahl von Schichten aufgebracht, wobei jede zwischen 2 bis 5 Inches (5,1 bis 12,7 cm) dick ist und aufgrund dessen wird das bevorzugte Gitter für die Verstärkung des Asphalts eine Höhe zwischen einem halben und 4 Inches (1,27 bis 10,2 cm) betragen. Gitter mit variierender Dicke können ebenfalls zur Verfügung gestellt werden, z. B. Gitter bis zu 7 Fuß (2,2 m) werden derzeit in Erwägung gezogen, wobei keine Beschränkung für diese Gitter über diese Breite hinweg, welche nur als Beispiel gegeben ist, vorgesehen ist.
Das dreidimensionale, strukturelle Teil 32 mit einem sich im thermisch verformbaren, B-Zustand befindlichen Harz, wie vorangehend beschrieben, ermöglicht es dem Gitterwerk halbflexibel zu sein und an die Formgebung des Produktes angepasst zu werden, welches verstärkt werden soll. Nachdem das Gitterwerk an die Form des Produktes welches verstärkt werden soll, angepasst ist, wird das im B-Zustand befindliche Harz so behandelt, dass es sich vollständig um das Gitter herum verschließt, um zusätzliche Festigkeit und verbesserte Eigenschaften für das resultierende Produkt bewirkt. Einer der Vorfeile des Gitterwerks, wie offenbart in Fig. 3, ist jener, dass es an die Formgebung des gewünschten Produktes, welches verstärkt werden soll, angeformt werden kann, und nachdem es sich in der richtigen Lage befindet so behandelt werden kann, dass sich das Harz vollkommen um das Gitter schließt, wobei entweder die zur Verfügung stehende Wärme in dem normalen Herstellungsprozess ausgenutzt wird, wie bei dem erwärmten Asphalt-Beton bei der Herstellung einer Fahrbahn aus Asphalt, oder durch die Erhitzung einer externen Wärmequelle. Das strukturelle Teil 32 kann ebenfalls in einen festen Zustand durch das Verschließen des Harzes überführt werden, entsprechend des Einbaus in ein fertiges Produkt hinein, sofern dies gewünscht wird. Das Gitterwerk kann thermisch verschlossen werden bei einer vorher bestimmten Temperatur, abhängig von dem speziellen Harz.
Das dreidimensionale, strukturelle Teil 32 hat eine Vielzahl potentieller Applikationen. Eine bevorzugte Ausführungsform ist ein Verfahren für die Herstellung einer Fahrbahn aus verstärktem Beton oder Asphalt. Das dreidimensionale Gitterwerk kann ebenfalls dazu verwendet werden um Betonstrukturen in vorgefertigten Betonplatten aus Gussbeton zu verstärken, für die Verstärkung von Betonträgern in der Form von Doppel-"T", Röhren aus Beton, Wandplatten aus Beton, und für die Stabilisierung der gesamten Grundfeste, wie z. B. einer Gesteins-Grundfeste, welche als Untergrund in einer Fahrbahnkonstruktion verwendet wird.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines dreidimensionalen zusammengesetzten Teiles 40, adaptiert zur Verstärkung eines Produktes und welches die vorliegende Erfindung verkörpert. Diese Ausführungsform setzt sich zusammen aus einem dreidimensionalen, gewellten Teil 32a, welches ähnlich dem Teil 32 ist, wie oben beschrieben, wobei aber die Wellungen der geflochtenen Drähte 12a in etwa 45º-Winkeln abgeschrägt sind, im Gegensatz zur im wesentlichen Vertikalen im Teil 32. Ebenfalls sind die Anzahl und die Platzierungen der gewobenen Gruppen 14a unterschiedlich. Wie dargestellt ist das Teil 32a zusammen mit einem generell flachen Gitterwerk 10 verwendet, wie dargestellt und beschrieben zuvor im Zusammenhang mit der Fig. 2. Speziell ist das im wesentlichen flache Gitterwerk 10 so positioniert, dass es koextensiv mit einer der Ebenen des dreidimensionalen Gitterwerkes ausgerichtet ist.
Das dreidimensional zusammengesetzte Teil 40 kann mit einen sich in B-Zustand befindlichem Harz imprägniert sein, wie oben beschrieben, oder es alternativ kann in einem vollgeschlossenen Zustand sein, entsprechend dem Einbau in ein Produkt, welches verstärkt werden soll, wie z. B. Produkte aus Portland-Zement, wie weiter nachfolgend beschrieben.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 5 illustriert, und umfasst ein dreidimensional strukturiertes Verstärkungselement 32b, beinhaltend Gitterwerk einer Konstruktion, sehr ähnlich zu jenem, illustriert in Fig. 3, und welches beinhaltet Gruppen von gewobenen Drähten 13b und Gruppen von schussfadenartigen Drähten 15b, angeordnet in rechten Winkeln zueinander. Die Teile 32b beinhalten weiters spezifische Positionen 42, welche in die gewobenen Drähte des Gitterwerkes eingeschmolzen sind, um es mit Wicklungen umwickelten Drahtstäben aus Stahl oder Glasfaser 44 zu ermöglichen in wenigstens einigen der Senken der Wellungen platziert zu werden, und so sich in der Richtung der Wellung zu erstrecken. In der bevorzugten Ausführungsform erlauben es diese Positionen den umwickelten Drahtstab aus Stahl oder Glasfaser zwischen der oberen und der unteren Oberfläche, definiert durch die beiden Wellungen, platziert zu werden, und dadurch z. B. 1 Inch (2,5 cm) von der Grundierung oder der Oberfläche zu sein, oberhalb welcher die gewellte Gitterstruktur platziert wird. Nach der Platzierung der umwickelten Drahtstäbe aus Stahl oder Glasfaser, auf diese eingeschmolzenen Positionen 42, können zusätzliche umwinkelte Drahtstäbe (nicht dargestellt) in rechten Winkeln zu den Originalen umwickelten Drahtstäben aus Stahl an deren Oberseite aufgelegt werden, um diese in der richtigen Position festzuhalten, durch die Beschwerung in die "Z-Achse" des zusammengesetzten, gewellten Gitterwerkes. Der Hauptvorteil der "Einschmelzung" der Position 42 in die gewellte Zusammensetzung des Gitterwerkes, ist es, zu ermöglichen, dass die umwickelten Drahtstäbe aus Stahl oder Fiberglas in einem Abstand von der Grundierung oder der Basis, aufweicher das gewellte Gitterwerk platziert wird, angeordnet zu werden. Bei der Anordnung von umwickelten Drahtstäben aus Stahl in herkömmlichen Produkten, wie z. B. Brückendecken, ist es gängig kleine aus Plastik gefertigte Abstandshalter zu verwenden um die Positionierung der umwickelten Drahtstäbe aus Stahl so durchzuführen, so dass diese nicht direkt auf der Grundierung aufliegen, sonder in etwa 1 bis 2 Inches (2,5 bis 5,1 cm) oberhalb der Grundierung zu liegen kommen. Diese separaten Abstandsstücke werden bei der vorliegenden Ausführungsform in Fig. 5 nicht benötigt.

Verfahren für die Verwendung der strukturellen Verstärkungsteile

Die einzelnen Ausführungsformen der strukturellen Verstärkungsteile wie oben beschrieben können in einer Vielzahl von Verfahren zur Verstärkung verschiedener Produkte verwendet werden. Ein Verfahren involviert die zur Verfügungstellung des Gitterwerkes, welches mit einem sich im B-Zustand befindlichen Harz imprägniert ist, wie beschrieben, die Aufbringung des Gitterwerkes an das Produkt in konformer Beziehung, und dann die Zufuhr von Hitze an das Produkt, so dass das Harz das Gitterwerk vollkommen umschließt, und dieses sich in ein vollkommen geschlossenes Harz umwandelt, so dass dadurch die Steifigkeit des Gitterwerkes erhöht wird und das Produkt verstärkt wird. Jedes Produkt in welchem der Vorteil einer halbfesten, geöffneten Verstärkung angewandt wird, nach passender Ausrichtung des Gitters zu behandelt, bei dem sich dieses selbst verschließt, ist eine potentielle Anwendung in welcher dieses Verfahren verwendet wird. Daher limitieren die hierin durch Beispiele enthaltenen Ausführungsformen die Verfahren und die Verwendung nicht.
Es existieren unterschiedliche Verfahren zur Verstärkung verschiedener Produkte mit der Ausführungsform dieser Erfindung, welche im wesentlichen ein flaches Gitterwerk umfasst, imprägniert mit einem sich in B-Zustand befindlichen Harz, umfassend Verfahren zur Herstellung verstärkter Fahrbahnen, Strukturen aus Beton, Platten, und Telefonmasten.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Anwendung der im wesentlichen flachen strukturellen Verstärkungsteile, welche mit einem sich im B-Zustand befindlichen Harz imprägniert sind, ist ein Verfahren für die Herstellung einer verstärkten Deckschicht einer Asphaltfahrbahn um eine reflektive Rissbildung zu stoppen oder zu verzögern. Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform dieses Verfahrens. Andere Ausführungsformen dieser Erfindung umfassen Verfahren welche die dreidimensional zusammengesetzten Strukturen verwenden, welche mit einem sich im B-Zustand befindlichen Harz imprägniert sind, oder in der Kombination des flachen Gitters und eines dreidimensionalen Gitters, welches coextensiv mit dem aus einem dreidimensionalen Gitterwerk bestehenden Strukturelement überlagert wird. Im weiteren kann das dreidimensional strukturierte Gitterwerk in unterschiedlichen Ausführungsformen zur Verfügung gestellt werden, mit einer gewellten Konfiguration, welche zwei parallele Ebenen definiert, welche voneinander beabstandet sind, in einem Abstand zwischen etwa 0,5 und 6 Inches (1,27 und 15,2 cm), wie dargestellt in Fig. 3. Eine weitere Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Verwendung eines dreidimensionalen strukturellen Verstärkungsteiles in einem festen Zustand, imprägniert mit einem vollumschlossenen thermisch verformten Harz. Jede dieser Konfigurationen aus offenmaschigen Gitterwerken, kann in Verfahren angewendet werden für die Herstellung zur Verstärkung von Fahrbahnen, bei der Wiederherstellung von alten Fahrbahnen aus Beton oder Asphalt, oder bei der Herstellung neuer Fahrbahnen aus Asphalt.
Fig. 1 zeigt ein Verfahren für die Herstellung einer verstärkten Fahrbahn 50, zusammengesetzt aus einem Material aus Asphalt-Zement, wie hier verwendet, bezieht sich auf Materialien für den Bau von Fahrbahnen, beinhaltend ein Material für Asphalt-Matrix mit der Grundlage (Stein, etc.). Das Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Fahrbahn 50 zusammengesetzt aus Materialien aus Asphalt-Beton umfasst einen ersten Schritt der Präparierung der Grundierung 52 für die Fahrbahn. Ein zweiter Schritt umfasst die Zurverfügungstellung eines offenmaschigen Gitterwerkes in der Form einer der oben beschriebenen Konstruktionen, so wie z. B. das Gitterwerk 10, und welches beinhaltet ein thermisch verformbares, sich in B- Zustand befindliches Harz, so dass dieses die Drähte an ihren Kreuzungspunkten umschließen kann und das Gitterwerk in einem halbflexiblen Zustand erhalten kann. Der dritte Schritt umfasst die Positionierung des Gitterwerkes 10 auf der Grundierung 52 für die Fahrbahn, und der vierte Schritt beinhaltet die Aufbringung erhitzten Asphalt-Betons 54 auf die Grundierung 52, so dass das Gitterwerk überdeckt wird, und so, dass die Wärme des Asphalt-Betons so wirkt, dass das Gitterwerk erweicht wird, so dass es sich an die Grundierung anpassen kann und dass das Harz sich vollkommen um das Gitterwerk herum abschließend verschließt und dieses in das vollumschlossenes Harz konvertiert, dabei das Gitterwerk zu versteifen und die Unterseite der Deckschicht aus Asphalt-Beton zu verstärken.
Für die im wesentlichen flachen, strukturellen Verstärkungsteile würde der Schritt der Vorbereitung der Grundierung der Fahrbahn vorzugsweise das Aufbringen einer Haftschicht 56 auf die Grundierung für den Halt der im wesentlichen flachen Schicht beinhalten. Der Schritt für die Aufbringung des offenmaschigen Gitterwerkes könnte vorzugsweise durch das Abrollen des offenmaschigen Gitterwerkes von einer Versorgungsrolle 30 erfolgen, aufweicher das Gitterwerk zur Fahrbahn gebracht werden würde. Diese Versorgungsrollen können sowohl für die im wesentlichen flachen als auch für die dreidimensionalen Strukturen verwendet werden. Verschiede, fortlaufende Längen von offenmaschigem Gitterwerk, imprägniert mit einem sich in B-Zustand befindlichen Harz können auf den Rollen aufgewickelt sein in der umlaufenden Richtung entlang der Rollen, die einen kleinen Durchmesser aufweisenden Drähte aus Kohlefaser oder Glasfaser sind flexibel genug um auf solche Rollen aufgerollt zu werden ohne zu brechen.
Das Gitterwerk kann auf die präparierte Fahrbahn auf eine gewünschte Länge abgerollt und abgeschnitten werden. Das Gitterwerk kann ebenso eine gewünschte, spezielle Form geschnitten und auf der Fahrbahnoberfläche positioniert werden. Der Vorteil des halbfesten Gitterwerkes, welches imprägniert ist mit einem sich in B- Zustand befindlichen Harz ist jener, dass dieses auf Rollen mit variierenden Längen zur Verfügung gestellt werden kann. Der halbfeste Zustand erlaubt es das Gitterwerk zu rollen ohne das es bricht oder zerstört wird. Ebenfalls wiedersteht das halbfeste Gitterwerk Faltungen wenn dieses auf der Grundierung angebracht wird, so dass es Personen und Maschinen ermöglicht wird sich darüber zu bewegen. Das Gitterwerk kann leicht geschnitten werden durch die Verwendung industrieller Schneidewerkzeuge.
Für den Schritt der Aufbringung des erwärmten Asphalt-Betons auf eine vorherbestimmte Temperatur können herkömmliche Verfahren für die Aufbringung von Asphalt eingesetzt werden. So liegt in der Tat der Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, dass in beiden Fällen, sowohl in dem Fall mit der flachen Formgebung als auch mit der dreidimensionalen Formgebung herkömmliche Beschichtungsmethoden angewendet werden können. Die Asphaltbeschichtung würde normalerweise 2 bis 2,5 Inches (5,1 bis 6,5 cm) dick sein, als Asphaltdeckschicht. Dieser Deckschicht folgend würde ein Verdichter normalerweise den Asphalt auf die gewünschte Dicke verdichten.
Die Temperatur des Asphaltes, welche in etwa 200º bis 300º Fahrenheit (93º bis 148º Celsius) beträgt, kombiniert mit dem Gewicht des Asphaltes wird das sich in B- Zustand befindliche Harz in dem Gitterwerk veranlassen sich verschließend zu verformen und dabei eine geschlossene Zusammensetzung auf dem Boden der Deckschicht aus Asphalt zu bilden. Es gibt ebenfalls eine mechanische Verbindung des so zusammengesetzten, geschlossenen Gitterwerkes auf der Basis des Asphalts und einem Grad von chemischer Verbindung zwischen dem im B-Zustand befindlichen, thermisch verformbaren Harz und dem Material der Asphalt-Matrix. Der Asphalt bleibt für wenigstens eine Stunde oberhalb 200º Fahrenheit (93º Celsius) nach der ersten Aufbringung des Asphalts. Sich im B-Zustand befindliche Harze, welche sich während dieser Zeit unter der Einwirkung in diesem Temperaturbereich selbst verschließen, werden für diese Ausführungsform bevorzugt.
Das Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Fahrbahn, zusammengesetzt aus Asphalt-Beton-Materialien können im weiteren beinhalten die Schritte des Aufbringens von Druck auf den Asphalt-Beton unmittelbar nach dem Schritt der Auftragung so dass das selbe verdichtet wird und zusätzlich Wärme erzeugt.
Das flache, offenmaschige Gitter wird in der Richtung abgerollt, in welches sich die Maschinerie bewegt, so dass das Gitter als eine fortlaufende Schicht weniger wird, entsprechend dessen wie diese beim Prozess des Auflegens auf die Fahrbahn aus Asphaltmaterial abgeholt wird. Die dreidimensionale Gitterwerk-Struktur ist so geformt, dass sie sich ausreichend unter der obersten Schicht des darauf gebackten Asphaltes deformiert, und dem Gewicht der Planierwalzen, und das sie nicht zurückspringen auf oberhalb der Oberseite der Deckschicht nachdem diese deformiert wurden, in der Richtung der vertikalen Z-Achse, oder eine interne Delaminierung in einer horizontalen Ebene bewirken. Die dreidimensionale Struktur hat zusätzliche Vorteile gegenüber Produkten nach dem Stand der Technik, da ein offenmaschiges Produkt es Asphaltmaterialien ermöglicht durch das Gitter hindurchzudringen, und eine dreidimensionale Verstärkung für den neuen Fahrbahnbelag zur Verfügung zu stellen. Die Hitze des Asphaltes zusammen mit dem Gewicht des Asphaltes veranlassen das sich im B-Zustand befindliche Harz zu verschließen. Das dreidimensionale Gitterwerk kann ebenfalls in einem bereits vollständig geschlossenen Zustand (C-Zustand) aufgebracht werden.
Nachdem das flache Gitter mit dem thermisch verformbaren Harz in entsprechend ausgerichteten Zustand vollständig umschlossen ist und so einen festen Zustand aufweist, stabilisiert und verstärkt das geschlossene Gitter den unmittelbar laminierten Bereich zwischen dem Boden der Asphalt-Deckschicht und der alten Beton-Fahrbahn, oder der alten Asphalt-Fahrbahn oder in dem Fall einer neuen Asphalt-Fahrbahn würde dieses die Schnittstelle zwischen dem Asphalt und dem vorbereiteten Boden stabilisieren. Wenn das geschlossene Gitterwerk zwischen der Oberseite und der Unterseite der Asphaltdeckschicht positioniert ist, wird es die Schnittstelle dieser zwei separat aufgebrachten Schichten von Asphalt stabilisieren. Das geschlossene Gitter würde sofort die Oberfläche des Grundes der Asphaltdeckschicht oder der neuen Asphalt-Fahrbahn stabilisieren, und die Rückstellkräfte, die Zugfestigkeit und die Verdichtungskräfte dieser Schicht anheben. Die Drähte sind im wesentlichen in 90º Winkeln angeordnet, so dass die Basis der Asphalt-Deckschicht stabilisiert wird, die Tendenz für das reflektive Brechen verringernd oder eliminierend, welche sich von einer gebrochen, alten Beton- oder Asphalt-Fahrbahn ausbreitet, so dass diese drastisch eingeschränkt oder eliminiert würden.
Die Verwendung von flachen Gittern und dreidimensionalen Gittern in Verbindung miteinander, wie dargestellt in Fig. 4, dient zur Vereinheitlichung des dreidimensional zusammengesetzten Gitters in der Richtung der Wellung, und dazu, es den Arbeitern auf der Baustelle zu ermöglichen besser auf dem Material gehen zu können, da der Beton durch die Gitterstruktur hindurchgepumpt wird um eine abgeschlossene betonierte Fahrbahn auszubilden. Das flache Gitter kann auf die Oberseite des dreidimensionalen Gitters aufgelegt werden und mit Befestigungsmitteln befestigt werden, wie z. B. verdrillten Bändern aus Metall oder Plastik, um der flachen Gitterstruktur einen besseren Halt an der Oberseite der gewellten Gitterstruktur zu geben. Ebenfalls kann in Aufbauten für Fahrbahnen aus Beton ein flach zusammengesetztes Gitter zwischen einer dreidimensionalen, gewellten Gitterstruktur aufgebracht werden, um zusätzliche strukturelle Intigrität an die dreidimensionale Gitterstruktur aufzubringen.
Das dreidimensionale Gitterwerk ist vielseitig, so dass es dem Bauunternehmer möglich ist den Betrag der gewünschten Verstärkung in der betonierten Fahrbahn durch die Übereinanderfügung gewellter, dreidimensionaler Strukturen eines über den anderen liegend zusammenzuschneidern. Das ermöglicht es immer noch den Beton zwischen die einzelnen Öffnungen in der Gitterstruktur hindurchzufließen, stellt jedoch ein Mittel zur Verfügung um den Betrag der Verstärkung in dem Beton anzuheben.
Die dreidimensionale Gitterstruktur hilft bei der Vermeidung von Brüchen und deren weiterer Verbreitung in dem Asphalt durch die Verstärkung des Fahrbahnbettes aus Asphalt in drei Richtungen, und wird die Oberfläche des Fahrbahnbettes flacher halten für eine längere zeitliche Periode durch eine Erhöhung der Beladungs- Verdichtungs-Trageeigenschaft der Fahrbahn aus Asphalt. Die vertikal angeordneten Drähte addieren sich zu den Verdichtungskräften hinzu. Die dreidimensional gewellte Gitterstruktur in Aufbauten für Asphalt-Fahrbahnen ermöglicht eine "kontrollierte" Bewegung der Asphalt-Fahrbahn in die Richtung des Verkehrsflusses, aber sie bewirkt fortlaufende feste Verstärkung in der Querrichtung zum Verkehrsfluss, was die Tendenz zur Expandierung in die Querrichtung als Ergebnis der kontinuierlichen nach unten gerichteten Kräfte auf das "flexible Beschichtungs-Material" der Asphalt- Fahrbahnen bewirkt, stabilisiert. Die bevorzugte Ausführungsform in der Deckschicht von Asphalt von 2 bis 2,5 Inches (5,1 bis 6,5 cm) liegt in einer dreidimensional gewellten Gitterstruktur, welche sich in etwa 1 bis 1,5 Inches (2,5 bis 3,8 cm) in der Höhe ausbildet.
Das dreidimensional gewellte Material kann zu dem Asphaltlieferanten auf Rollen geliefert werden. Die Wellungen würden quer zur longiudinalen Dimension der Rolle ausgerichtet sein, und dies würde es erlauben das Produkt übereinander aufzurollen. Das Abrollen des Produktes auf die Oberfläche des Fahrbahnbodens würde ebenfalls die Wellung in Querrichtung zur Richtung des Verkehrsstromes ausrichten. Um nun dieses dreidimensionale, aufgerollte, zusammengesetzte Gitter in den Asphalt der Fahrbahn einzubringen, werden Modifikationen für eine Standart- Asphalt-Beschichtung durchgeführt, so das eine Vorrichtung für die Montage einer Rolle grob im Zentrum an der Rückseite der Asphaltbeschichtungsvorrichtung montiert wird. Das gewellte Material erstreckt sich vertikal hinter dem Auger und vor dem Verdichtungsschild an einer Standartasphaltbeschichtungsmaschine, so dass es auf die Grundfeste der Fahrbahn in Zusammenwirkung mit dem Asphalt-Beton aufgetragen werden kann. Es besteht in etwa eine 3 Inch (7,6 cm) große Öffnung, welche ausreichend ist um diese Rolle eines dreidimensional gewellten Materials zuzuführen. Das Material kommt somit unmittelbar mit der heißen, flüssigen Asphaltmischung in Berührung und legt sich auf die Fahrbahn nieder, welche neu beschichtet wird oder auf eine vorbereitete Oberfläche, in diesem Fall einem neuen Aufbau einer Fahrbahn. Entsprechend des Weges in welcher die Gitterstruktur führen wird, wird der Boden der Gitterstruktur in dichter Annäherung an die Fahrbahnoberfläche sein und nicht oben in der Deckschicht des Asphalts. Dieses Verfahren hat ebenfalls den Vorteil, dass sich das Gitterwerk hinter den Rädern der Asphaltier-Beschichtungsmaschine niederlegt, was es dem Gitterwerk ermöglicht die volle Breite der Asphaltbeschichtungsmaschine aufzuweisen und niedergelegt zu werden.
Das dreidimensional strukturelle Teil hat zahlreiche Vorteile. Wenn es einmal in der Asphalt-Deckschicht angeordnet ist, weißt die Asphalt-Fahrbahn einen höheren Verstärkungsgrad auf als bei Produkten nach dem Stand der Technik. Ebenfalls wird die Asphalt-Fahrbahn in Querrichtung stabilisiert, da lediglich gerade (nicht gewellte) Fasern in dieser Richtung positioniert werden und dies zusammen mit der verschließenden Gitterstruktur mit Tendenz der Asphaltfahrbahn in Querrichtung zu expandieren reduzieren oder eliminieren. Im Weiteren werden die zusammengesetzten Drähte in der "Z-Richtung" als Federn arbeiten. Nachdem sie in die Asphalt-Deckschicht eingearbeitet sind, verdichtet eine sehr schwere Walze den Asphalt. Eine typische Weise 3 Inch (7,6 cm) dicke Asphalt-Deckschicht wird auf 2,5 Inches (6,3 cm) verdichtet. Die "Z-Achsen"-Verstärkungen sind flexibel genug um sich in die Form eines Bogens zu biegen, wenn der Verdichter sich über die Deckschicht des Asphaltes bewegt. Sie sind flexibel genug um in einem gebogenen Zustand zu verbleiben, und die Zusammenhaltungskräfte des Asphaltgemisches sind groß genug, so dass die gebogenen Fasern die Asphalt-Deckschicht nicht veranlassen sich zu trennen oder in horizontaler Richtung zu teilen, unter dem nach unten gerichteten Druck auf die Fasern der "Z-Achsen". Nachdem der Asphalt abgekühlt ist, ist das zusammengesetzte Gitter gleichmäßig durch die Asphaltdeckschicht verteilt, in welcher die Fasern "Z-Achsen" des zusammengesetzten Gitters in gebogenen Zustand sind, und sie werden wie eine Feder antworten, wenn auf der Fahrbahn Fahrzeugverkehr auftritt, vom Standpunkt der zur Verfügungstellung zusätzlicher Beladungs-Verdichtungs-Trage- Eigenschaften.
Zusätzlich zu den oben erklärten Verstärkungen der Asphalt-Fahrbahn in der"Z- Achse"-Richtung werden die Fasern in der "Z-Achse" sich vorwärts und rückwärts in die Richtung des Fahrzeug-Verkehrs bewegen. Dies ist ein Vorteil für die Aufrechterhaltung einer elastischen Fahrbahnoberfläche aufweicher ein plötzliches Stoppen der Fahrzeuge auftritt, wie z. B. bei Verkehrsampeln. Da die Wellungen so ausgerichtet sind, dass sie in der Richtung der Bewegung des Fahrzeug-Verkehrs sich vorwärts und rückwärts bewegen, und da die in "Z-Achse" ausgerichteten Fasern flexibel zusammengesetzt sind, agieren diese als verstärkende Federn, so das sie die Tendenz der Asphalt-Fahrbahn sich in Vorwärtsrichtung zu bewegen, wenn ein Fahrzeug an der Ampel stoppt, als verstärkende Federn kontrollieren. Sie werden sich verschieben wenn der Asphalt sich verschieben will, aber wenn sie sich bewegen, werden sie eine Kraft erzeugen, welche in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist, welche als stabilisierende Kraft für die Asphalt-Fahrbahn wirkt, um diese Elastizität zu erhalten, so dass diese nicht permanent vorwärtsbewegt wird und eine wellige, holprige Oberfläche zu bilden.
Zusammensetzungen, speziell Fasern aus Glasfaserverstärkt mit Epoxydharz haben eine nachgewiesene, historische Spuraufzeichnung für exzellente Wirkung in ermüdungsbelasteter Umgebung. In dem Fall der Zusammensetzung, in welche sie in der "Z-Achse" "gebogen" werden, verursacht die kontinuierliche sehr geringe Abweichung, welche gesehen werden kann, wenn Fahrzeuge sich über die Oberfläche bewegen, keine lange Abweichungszeit in der Zusammensetzung der "Z- Achsen"-Struktur.
Die Ausführungsformen des neuen Gifterwerks, wie hierin beschrieben, haben eine Vielzahl von Anwendungszwecken, zusätzlich zur Verstärkung der Fahrbahnoberflächen. Zum Beispiel können zerfallene Telefonmasten wieder hergestellt werden, mit dem Wärme-Mechanismus für die Selbstverschließung im Fall einer Heiß-Asphalt-Matrix, oder durch die Möglichkeit zusätzlich zugeführterer externer Hitze, für die vollständige Verschließung. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für die Herstellung verstärkter Beton- Spalten mit einer besseren Ausführung in seismischen Regionen, wobei die Hitze durch einen externen Heizer zur Verfügung gestellt wird, oder durch eine Deckbeschichtungs-Matrix aus Heißasphalt.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren für die Herstellung von verstärkten Reifen, umfassend calendaring ein offenmaschiges Gifter mit einem sich im B-Zustand befindlichen Harz in einer Lage aus Gummi, Schneiden des Produktes und platzieren des selben in einer Reifenschmelze. Während der Vulkanisierung des Gummis wird das Harz in der Zusammensetzung vollkommen umschlossen, so dass sich eine strukturelle Zusammensetzung eines Laminates bildet, in der Form des fertigen Produktes. Ein Reifen, in welchem eine solche flache Gitterstruktur eingearbeitet ist, ergibt einen strukturell verstärkten Gummireifen. Die Orientierung der Faser des Gifters wird so sein, dass die Fasern quer zur Richtung der Reifenbewegung ausgerichtet sind, und ebenfalls longiudinal zu der Richtung der Bewegung des Reifens. In einer Querrichtung wird das verbesserte Produkt wie ein vorhandener Stahlgürtel radial wirken, und in der Längsrichtung würde es die Tendenz haben den Reifen besser rund zu halten. Die Verstärkung kann gewählt werden, so dass eine härtere oder flexiblere Verstärkungsstruktur entsteht, welche die Abrolleigenschaft beeinflusst, was der Fahrer bei der Verwendung von Reifen dieser Art erfährt.
Das Gitterwerk der vorliegenden Erfindung ist im speziellen hilfreich für die Verstärkung von Strukturen, zusammengesetzt aus Beton-Material, wie z. B. Beton aus Portland-Zement, wenn dieses vollkommen umschlossen ist, wie oben beschrieben. Zum Beispiel ist im Fall einer Fahrbahnkonstruktion die Grundierung präpariert und das vollumschlossene Gitterwerk auf der Grundierung platziert. Anschließend wird der flüssige Beton auf die Grundierung gegossen, so dass das Gitterwerk darin eintaucht, und während des Verschließens des Betons eine verstärkte Betonfahrbahn hergestellt wird, mit dem darin eingebetteten Gitterwerk.
Eine weitere Anwendung für die vorliegende Erfindung bezieht ein Verfahren ein, für die Verstärkung von Dachbeschichtungen aus Asphalt, entweder als ein vorgefertigter, einschichtiger Bogen oder als eine konventionelle Aufbaudachabdeckung. Während der Formung der Dachabdeckung wird die Hitze des Asphaltes das sich in B-Zustand befindliche Harz veranlassen sich vollkommen zu verschließen, so dass dieses in den C-Zustand übergeht. Das Ergebnis ist eine stabilere Dachabdeckung, welche einem Durchhängen oder einer Deformation oder einem Bruch durch Begehen oder Rollen des Verkehrs auf der Dachabdeckung wiederstehen wird.
Die vorliegende Erfindung wird noch ausführlicher durch die nachfolgenden, nicht limitierenden, speziellen Beispiele beschrieben:

Harzzusammensetzung und Mischungsvorgang

Füge in eine oben offene, 55 Gallon (210 Liter) Trommel 150 Pfund (69 kg) von Epi Rez 3519-W-50 (Shell Chemical). Füge 150 Pfund (69 kg) von Epi Rez 5520-W-60 in die selbe Trommel mit dem Epi Rez 3519. Mische diese beiden Materialien bis sie einheitlich vermengt sind. In einem separaten Container füge 4.494 Gramm von 2 Methyl Imidazole (2MI) und füge 8.989 Gramm von Wasser hinzu. Das Wasser kann warm oder kalt sein. Erhitze dieses Gemisch von 2MI und Wasser bis sich eine klare Lösung bildet. Die Temperatur sollte zwischen 75º Celsius und 85º Celsius sein (wenn die Erwärmung langsam ist, zusätzliches Wasser kann hinzugefügt werden, um Verdunstungsverluste auszugleichen). Füge die klare heiße 2MI-Lösung in die mit rascher Geschwindigkeit gerührte Trommel langsam über mehrere Minuten hinweg hinzu. Die Geschwindigkeit der Zufuhr sollte angepasst werden um es dem 2MI zu ermöglichen sich mit dem größeren Volumen des Wassers zu vermischen während dieses in der Lösung verbleibt.
Das Material ist nun fertig für die Verwendung. Die Viskosität kann durch die Beifügung von Wasser angepasst werden. Die Reduktion der Viskosität auf 2.650 cps erfordert die Hinzugabe von 6.000 Gramm Wasser. Unter normalen Bedingungen wird diese Lösung über 3 Tage hinweg stabil bleiben. Die Viskosität kann höher oder niedriger eingestellt werden um an verschiedene Maschinenaufbauten angepasst zu werden, um die gewünschte Beschichtung für die Abdeckung zu erreichen.

Erstes spezielles Beispiel eines Gitterwerks

Ein Gitterwerk kann im Zusammenhang mit dem Verfahren, dargestellt in Fig. 6, hergestellt werden, mit dem Gitterwerk, umfassend
a) gewickelte Drähte, jeder zusammengesetzt aus PPG 1715 Glasfaser, zusammengesetzt aus etwa 5.600 Glasfilmenten, wobei jede einen Ertrag von etwa 247 Yard/Pfund (504 m/Kg) abgibt; und
b) schussfadenähnliche Drähte, jeder zusammengesetzt aus PPG 1715 Glasfaser, zusammengesetzt aus etwa 3.200 Glasfilmenten und wobei jede einen Ertrag von etwa 433 Yard/Pfund (883 m/kg) ergibt.
Die gewickelten Drähte können in Gruppen separiert sein, wobei jede zwei gewellte Drähte aufweist, wobei einer der Drähte auf der einen Seite der gewickelten Drähte liegt und der andere auf der anderen Seite der gewickelten Drähte. Die gewickelten Drähte können in Gruppen separiert sein, wobei jede vier gewellte Drähte enthält. Die Gruppen von Drähten können separiert sein, so dass sie Öffnungen definieren in der Größe von 1 Inch (2,5 cm) im Quadrat.
Das Gitterwerk kann fortgebildet werden, so dass es in ein flüssiges Harz-Bad eingetaucht wird, formuliert in Zusammenhang mit dem oben angegebenen spezifischen Beispiel, und dann durch Pressrollen hindurchgeführt, um das eingedrungene Harz auszupressen und zu veranlassen das es in die Drähte hinein eindringt. Das sich fortbildende Gitterwerk kann anschließend durch einen Heizstrahler hindurchgeführt werden, welcher dazu dient die Temperatur des Gitterwerkes auf etwa 150º Fahrenheit (65ºCelsius) zu erwärmen und das Verschließen des Harzes einleitet. Das Gitterwerk kann anschließend weiter auf ein paar beheizte Rollen weitergeführt werden, so dass gegenüberliegende Seiten des Gitterwerks direkt mit der jeweiligen Rolle in Berührung kommen. Die Rollen sollten auf eine Oberflächentemperatur von etwa 428º Fahrenheit (220ºCelsius) erwärmt werden. Das Harz wird dabei erwärmt auf eine erweiterte ausreichende Temperatur, so dass das Harz veranlasst wird sich in einen B-Zustand zu verschließen, ohne sich jedoch vollständig zu verschließen, und so die Drähte an ihren Kreuzungspunkten zu umschließen und das Gitterwerk in einem halbflexiblen Zustand zu halten. Das resultierende Produkt kann dann auf eine Versorgungsrolle aufgerollt werden.

Zweites spezielles Beispiel eines Gitterwerks

Ein Gitterwerk kann hergestellt und auf eine Versorgungsrolle aufgerollt werden, wie in obigem Beispiel beschrieben. Das Gitterwerk kann dann zurückgezogen werden von der Versorgungsrolle und durch den Heizstrahler hindurchgeführt werden, so dass die Hitze das Gitterwerk auf eine Temperatur von etwa 150º Fahrenheit (65º Celsius) erheizt, und dabei das Harz erweicht. Nachfolgend kann das sich fortbildende Gitterwerk Well-Rollen zugeführt werden, welche auf eine Temperatur von etwa 250º Fahrenheit (121ºCelsius) erhitzt sind, und welche dazu dienen die Wellungen einzubringen von etwa 1 Inch (2,5 cm) Tiefe und 1 Inch (2,5 cm) Länge in die geflochtenen Drähte. Das Gitterwerk wird dann gekühlt, ohne das sich das Harz von seinem einleitenden B-Zustand verändert, und dann kann das Gitterwerk auf eine Aufnahmerolle aufgerollt werden.

Dritte spezielle Ausführungsform eines Gitterwerks

Das Gitterwerk dieses Beispiels umfasst ein dicht umhülltes, unidirektionales, sich in einem B-Zustand befindliches, nicht gewobenes Gitter, in welchem Kohlefaser in unidirektionaler Richtung verwendet wird, und es wird so betrachtet, dass es speziell dafür adaptiert ist, für die Verstärkung der Unterseite von beschädigten Beton- Strukturen wie z. B. Brücken-Decks eingesetzt zu werden. In diesem Produkt sollen die unidirektional ausgerichteten Kohlefasern in dichter Anordnung zueinander sein (sich gegenseitig berühren jedoch nicht überlappen) mit einer minimalen Anzahl von quergerichteten Fasern. Die Anzahl von quergerichteten Fasern sollte ausreichend sein um einen Grad von kreuzenden Faserverbindungen zu erzeugen, so dass der nicht gewebte, stark unidirektionale Stoff gehandhabt werden kann.
Das Harz kann ein sich in B-Zustand befindliches, thermisch verformbares Harz sein, ähnlich dem sich im B-Zustand befindlichen, thermisch verformbaren Harz, welches in anderen Beispielen verwendet wird. Kohlerfaser wird in diesem Beispiel bevorzugt, für die Verstärkung von beschädigten Beton-Strukturen wie z. B. Brücken-Decks, da Graphit eine wesentlich höhere Zugfestigkeit aufweist und Lasten schneller aufnimmt und eine wesentlich effizientere und effektivere Faser zur Verfügung stellt für die Verstärkung dieser beschädigten Betonanwendungen.
Das Verfahren für die Aufbringung dieses Gitterwerkes beinhaltet die Reinigung des Bereiches des Betons in welchem das Gitterwerk aufzubringen ist. Nachdem die Oberfläche des Betons gereinigt ist kann eine Schicht von Epoxydharz oder Epoxydkleber aufgebracht werden, gefolgt durch die Positionierung durch die stark unidirektionale Kohlefaser, wobei die unidirektionale Kohlefaser in der Richtung aufgebracht wird in welcher die erwarteten Zuglasten auftreten. Zusätzlich kann thermisch verformbares Epoxydharz oder Epoxydkleber aufgebracht werden, über die Oberseite des unidirektionalen, nicht gewebten Gitterwerks aus Graphit um eine bessere Laminierung zu erzielen. Das thermisch verformbare Epoxydharz oder der Epoxydkleber erzeugt einen Grad von Erwärmung in natürlicher Raumtemperatur für den selbstverschließenden Vorgang, und Vorrichtungen für die externe Erwärmung, wie z. B. Heizer können ebenfalls verwendet werden, um zusätzliche Erwärmung zuzuführen, so dass das thermisch verformbare Harz oder Epoxydharz sich verschließt, so gut dass es das unidirektionale, nicht gewobene Gitterwerk aus Graphit rundherum voll verschließt.

Viertes spezielles Beispiel eines Gitterwerk-Nutzens

Das für dieses Beispiel in Erwägung gezogene Gitterwerk umfasst eine offenmaschige Gitterstruktur, welche mit einem sich in B-Zustand befindlichen thermisch verformbaren Harz imprägniert ist, und welches für die Verstärkung von "Dachaufbaustrukturen" verwendet wird. Im weit gefassten Sinn wird hier angeführt, dass nachdem das nichtgewebte Gitter zusammen mit den anderen Materialien, welche für die Dachstruktur verwendet werden, positioniert wurde, heißer Asphalt, welcher normalerweise im Aufbau von Dachstrukturen verwendet wird für die Abdichtung gegen Wasser und die Verstärkung der Materialien aufgetragen werden kann, so dass die Wärme des Asphalts das sich Verschließen des sich in B-Zustand befindlichen, thermisch verformbaren Harzes in dem offenmaschigen Gitter bewirkt um die vollkommen geschlossene Zusammensetzung in Situ mit dem aufgebauten Dachsystem zu bewirken.
Es besteht ein großer Spielraum in der Auswahl in welcher das Gitterwerk platziert werden kann. Einige mögliche Beispiele folgen nun hiernach:
a) Das Gitterwerk kann als eine separate Schicht im Aufbau des Dachsystems eingearbeitet werden, oder
b) das Gitterwerk kann in einem zweiten Bearbeitungsvorgang mit einer, eine hohe Zugfestigkeit aufweisenden Isoliertafel kombiniert werden, an einer oder an beiden Seiten des Gitterwerks, so dass, wenn diese in Kontakt mit heißen Asphalt kommen, das Verschließen des Gitterwerkes erfolgt um eine strukturelle Zusammensetzung zur Verfügung zu stellen, für eine belastungstragende Schicht als Teil des Dachaufbaus.
In diesem Beispiel gibt es viele Gewichts- und Gitteröffnungs-Muster die ausgewählt werden können für den Aufbau des Dachsystems, aber die prinzipielle Verwendung eines nichtgewobenen Gitterwerkes, welches in Kontakt mit dem heizen Asphalt sich selbst verschließt ist ein bevorzugtes Merkmal, welches für alle vorgeschlagenen Ausführungsformen gemeinsam ist.
Im Aufbau eines Dachsystems wird das geschlossene Gitterwerksystem eine Stabilität auf das aufgebaute Dachsystem bewirken, und zwar sowohl bei der Einwirkung von Zug als auch bei Druck. Da sich das System unter der Hitze der Sonne expandieren will, wird das verschlossene Gitterwerk eine Zugkraftverstärkung bewirken und die Ausdehnung zu kontrollieren. Zu Nachtzeiten oder im Winter, wenn das aufgebaute Dachsystem sich zusammenziehen will, wird das geschlossene Gitterwerk ausreichend Druckkraft zur Verfügung stellen, um das aufgebaute Dachsystem zu stabilisieren und die Zusammenziehung zu minimieren. Der gesamte Effekt der Minimierung der Kontraktion und der Expansion wird eine signifikante Verlängerung der Lebenszeit des Dachaufbausystems bewirken, durch das Vermeiden des Brechens in dem Asphaltmaterial, welches als direktes Ergebnis übermäßiger Expansion und Kontraktion hervorgeht.
In den Zeichnungen und Spezifikationen wurden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung fortgesetzt, und, obwohl spezielle Ausführungsformen vorgestellt sind, sind die Angaben im Sinne einer generellen Beschreibung gegeben und nicht zum Zwecke der Limitierung der Technischen Lehre der vorliegenden Erfindung, welche in den nachfolgenden Ansprüchen fortgesetzt wird.

Claims

1. Ein Strukturelement adaptiert zur Verstärkung eines Produktes und beinhaltend:

ein Gitternetzwerk (10), beinhaltend einen Satz von geflochtenen Drähten (12) und einen Satz von schussfadenartigen Drähten (14), angeordnet im Wesentlichen im rechten Winkel zueinander, wobei jeder der Drähte beinhaltet, wenigstens ein ununterbrochenes Filament, wobei das Gitternetzwerk im Wesentlichen durchgehend imprägniert ist, wobei die Drähte an ihren Kreuzungspunkten miteinander fest verbunden sind,

Sätze von Drähten (12, 14) welche nicht miteinander verflochten sind, wobei wenigstens einige der Drähte von jedem Satz voneinander beabstandet sind, so dass sie eine offene Struktur definieren, dadurch gekennzeichnet, dass, die Sätze von geflochtenen Drähten (12) in Gruppen (13) unterteilt sind, wobei jede eine Vielzahl von Drähten beinhaltet, wobei wenigstens ein Draht von jeder Gruppe (13) auf der einen Seite des Satzes der schussfadenähnlichen Drähte liegt, und wenigstens ein anderer Draht von jeder Gruppe auf der anderen Seite des Satzes der schussfadenähnlichen Drähte liegt, und in zusammenhängender, überlagerter Beziehung mit Besagtem wenigstens einen Draht ist, wobei das Gitternetzwerk, welches im Wesentlichen durchgehend mit einem thermisch verformbaren Bstadium-artigen Harz imprägniert ist, so dass die Drähte an ihren Kreuzungspunkten miteinander verbunden sind und das Gitternetzwerk (10) in einem halbflexiblen Zustand beibehalten bleibt, welcher es erlaubt, das Gitternetzwerk an die Form des Produktes anzupassen, welches verstärkt werden soll.

2. Ein Strukturelement nach Anspruch 1, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass das Harz ein Beschädigungen vollkommen selbstverschließendes, thermisch reagierendes Harz ist, so dass das Gitternetzwerk in einem relativ festen Zustand ist.

3. Ein Strukturelement nach Anspruch 1, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass besagtes Harz wenigstens teilweise sich selbst wieder um das Gitternetzwerk schließt, während dieses in einen gebogenen Zustand gebracht wird.

4. Ein Strukturelement nach Anspruch 1, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass der Satz von schussfädenartigen Drähten (14) in Gruppen (15) unterteilt ist, wobei jede eine Vielzahl von ununterbrochenen, zusammenhängenden Drähten beinhaltet.

5. Ein Strukturelement nach Anspruch 1, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass das Gitternetzwerk Öffnungen definiert, welche zwischen einem 1/2 und 6 Inches (1, 27 und 15 cm) im Quadrat sind.

6. Ein Strukturelement nach Anspruch 1, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass jeder der Drähte eine Vielzahl von ununterbrochenen Filamenten aus der Gruppe beinhaltet, welche aus Glass, Kohlefaser und Aramid bestehen.

7. Ein Strukturelement nach Anspruch 1, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass jeder Draht beinhaltet eine Vielzahl von ununterbrochenen Glas-Filamenten.

8. Ein Strukturelement nach Anspruch 1, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass besagtes Harz aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Epoxyd, Phenol, Melamin, Vinyl Ester, kreuz-verbindbares PVC und Isophthal Polyester besteht.

9. Ein Strukturelement nach Anspruch 1, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass besagtes Harz ein lösungsmittelfreies Harz ist.

10. Ein Strukturelement nach Anspruch 1, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass der Satz von geflochtenen Drähten und der Satz von schussdrahtartigen Drähten im Wesentlichen linear sind, so dass das Gitternetzwerk im Wesentlichen flach ist.

11. Ein Strukturelement nach Anspruch 1, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass der Satz von geflochtenen Drähten in alternierender Weise steif gewellt und mit Rinnen versehen ist, und wobei der Satz von schussfadenähnlichen Drähten im Wesentlichen linear ist, so dass das Gitternetzwerk eine dreidimensionale Form aufweist.

12. Ein Strukturelement nach Anspruch 11, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass die gewellten, geflochtenen Drähte eine parallele, im Wesentlichen flache, obere und untere Oberfläche definieren, und wobei besagter Satz von geflochtenen Drähten (12) so geformt ist, dass er Unterstützungen definiert, welche mit wenigstens einigen der Rinnen aus den Wellen zusammenwirken und welche konfiguriert sind, um darauf angeordnete, lang gestreckte und Umwicklungen aufweisende Drahtstäbe (44) zu stützen, welche sich in der Richtung der Wellenform erstrecken und zwischen der oberen und unteren Oberfläche beabstandet angeordnet sind.

13. Ein Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Fahrbahn, zusammengesetzt aus einem Asphalt und Beton aufweisenden Material, und gekennzeichnet durch die Schritte

Herstellung eines Fundamentes (52) für die Fahrbahn, Zurverfügungstellung eines Gitternetzwerkes (10), beinhaltend einen Satz von geflochtenen Drähten (12)

und einen Satz von schussfadenartigen Drähten (14) angeordnet im Wesentlichen in rechten Winkeln zueinander, wobei jeder der Drähte beinhaltet, wenigstens ein ununterbrochenes Filament, und wobei wenigstens einige der Drähte von jedem Satz voneinander beabstandet sind, so dass sie eine offene Struktur definieren, und wobei das Gitternetzwerk im Wesentlichen durchgehend imprägniert ist mit einem thermisch verformbaren, B-stadium-artigen Harz, um die Drähte in ihren Kreuzungspunkten miteinander zu verbinden und das Gitternetzwerk in einem halbflexiblen Zustand beizubehalten, welcher es erlaubt, das Gitternetzwerk der Form der Fahrbahn anzupassen, welche verstärkt werden soll, Aufbringen von erhitztem Asphalt-Beton (54) auf das Fundament, wobei das Gitternetzwerk darin eingebettet wird und wobei der Asphalt-Beton bewirkt, dass das Harz Beschädigungen verschließt und diese in eine verschlossene Zusammensetzung verwandelt, um eine Steifigkeit des Gitternetzwerkes zu erreichen und den Asphalt-Beton zu verstärken.

14. Ein Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Fahrbahn nach Anspruch 13, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass im weiteren Schritt Druck auf den Asphalt- Beton aufgebracht wird, unmittelbar nach dem Schritt des Aufbringens des erhitzten Asphalt-Beton auf das Fundament, so dass dasselbe verdichtet wird und zusätzliche Hitze erzeugt.

15. Ein Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Fahrbahn nach Anspruch 13, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass der Schritt der Präparierung des Fundamentes für die Fahrbahn beinhaltet die Aufbringung einer Verbindungsschicht auf die Fahrbahn, und beinhaltend den weiteren Schritt des Legens des Gitternetzwerkes auf die Verbindungsschicht, bevor die Asphalt-Beton-Schicht darauf aufgebracht wird.

16. Ein Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Fahrbahn nach dem Anspruch 13 und im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass die weiteren Schritte des Aufbringens des Gitternetzwerkes und des erhitzten Asphalt-Beton deckungsgleich auf das Fundament durchgeführt wird, und zwar so, dass das Gitternetzwerk in dem heißen Asphalt-Beton eingebettet ist, so wie es auf das Fundament aufgebracht wird.

17. Ein Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Fahrbahn nach dem Anspruch 13, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass die offenen Maschen des Gitternetzwerkes generell flach sind.

18. Ein Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Fahrbahn nach dem Anspruch 13, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass die offenen Maschen des Gitternetzwerkes eine dreidimensionale Struktur aufweisen.

19. Ein Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Fahrbahn nach dem Anspruch 16, im Weiteren gekennzeichnet dadurch, dass die offenen Maschen des Gitternetzwerkes eine dreidimensionale Struktur beinhalten, und die weiteren nachfolgenden Schritte des Aufbringens von Druck auf den Asphalt-Beton und Einbetten des Gitternetzwerkes beinhalten, um dasselbe fest miteinander zu verbinden und zusätzliche Hitze zu erzeugen.