DK154066B - Fremgangsmaade og apparat til fremstilling af armeringsfibre af staal eller et tilsvarende materiale - Google Patents

Description

i

DK 154066 B

Den foreliggende opfindelse.angår en fremgangsmåde til fremstilling af armeringsfibre af den i indledningen til krav 1 angivne art.

Det er kendt at tilsætte korte stykker af ståltråd til 5 beton til forbedring af styrkeegenskaberne. Et sådant armeret materiale er omhandlet i beskrivelsen til australsk patent nr. 290 468. Et lignende armeret materiale bestående af en støbelig grundmasse, såsom beton, indeholdende di'skontinuerte armeringsfiiaménter med ikke-cirkulært tværsnit,.hvor forholdet mellem‘bredde og tykkelse ikke er højere end 5, er omhandlet i beskrivelsen til USA patent nr. 3 650 785.

Ved begge de to ovenfor omtalte materialer af beton og stålfibre er forøgelsen af styrken begrænset som følge af den dårlige me-15 kaniske og kemiske forbindelse mellem stålfibrene og cementmassen. Stålfibrene trækkes ud af massen længe før fibrene belastes til deres fulde styrke.

Man har gjort forskellige forsøg på at løse problemet, men ved de kendte forslag har modifikationen været uanvendelig i prak-20 sis eller sammenhængen er kun blevet forbedret i ringe grad. Et forslag gik ud på anvendelse af længere stålfibre, men de viste sig at være for vanskelige at behandle og at blande ind i massen. Ifølge andre forslag er fibrene blevet behandlet kemisk, beklædt eller krøllet med henblik på forøgelse af sammenhængen, 25 men med ringe succes.

I tysk fremlæggelsesskrift nr. 2 042 881 foreslås, at enderne af armeringsfibrene bliver bøjet eller formet, og fra beskrivelserne til USA patent nr. 1 976 832 og engelsk patent nr.

252 975 er det kendt at fremstille fibre af stål med fortyk-30 kede ender, der kan være opnået ved stukning.

Formålet med opfindelsen er at anvise en forenklet metode,

' DK 154066B

2 hvorved sådanne armeringsfibre kan fremstilles på økonomisk måde.

De ved den omhandlede fremgangsmåde fremstillede armeringsfibre egner sig til armering af f.eks. beton, mørtel, glas, 5 stabiliserede materialer, plast eller keramiske materialer.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i den kendetegnende del af krav 1 anførte.

Herved opnår man en særlig enkel og billig måde at fremstille armeringsfibrenes fortykkede ender på, idet man undgår 10 en besværlig og tidskrævende håndtering af de enkelte fibre, når enderne skal ombukkes eller stukkes, og i stedet benyttes en simpel kantombukning eller -stukning ved hjælp at et eller flere valsepar på en forholdsvis stor og dermed nemmere håndterlig strimmel af armeringsmateriale, principielt 15 som det kendes fra beskrivelsen til USA patent nr. 2 027 215, hvorefter strimmelen afhugges eller overklippes på tværs af længderetningen til dannelse af de færdige armeringsfibre.

Der vil kunne anvendes mange forskellige valseformeoperationer, såsom afbøjning eller anden deformering af strimmelens’kanter 20 eller reducering af tværsnitsarealet i den midterste del af strimmelen, således at kanterne bliver tykkere end den midterst« del. Disse operationer vil blive beskrevet i enkeltheder i det følgende.

Opfindelsen angår endvidere et apparat til udøvelse af frem-25 gangsmåden, hvilket apparat er ejendommeligt ved det i den kendetegnende del af krav 5 angivne.

En enkelt skæremekanisme kan anvendes til at overklippe de formede strimler samtidig og kan fortrinsvis bestå af et fortandet roterende skæreorgan, der løber med"ét lille 30 spillerum imod en fast skærekant.

3

DK 154066 B

Opfindelsen vil blive forklaret nærmere ved den følgende beskrivelse af nogle udførelsesformer, idet der henvises til tegningen, hvor: fig. 1 viser perspektivisk en armeringsfiber fremstillet 5 ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fig. 2 en række trin ved en simpel fremgangsmåde til fortykkelse af kanterne af en strimmel ved fremstilling af den i fig. 1 viste fiber, fig. 3 en anden udførelsesform for en fiber, set fra siden, 10 fig. 4 skematisk, set fra siden, et apparat ifølge opfindelsen til dannelse af fibre af en bred strimmel, fig. 5 en række trin ved den metode, der anvendes ved appa-ratet i fig. 4, sammen med skematisk snit gennem de anvendte valseprofiler, 15 fig. 6 og 7 skematiske snit gennem to alternative former med kantfortykkelse, fig. 8 skematisk, et apparat til fremstilling af de i fig.

6 og 7 viste forme, fig. 9 et snit i større målestok gennem en del af dette ap-20 parat, fig. 9a perspektivisk, delvis i snit, den ene ende af en ar meringsfiber, der er fremstillet ved overklipning.af en strimmel med det i fig. 6 viste profil, medens fig. 10-13 skematisk viser forskellige former for kantfor-25 tykkelser.

DK 154066B

4

Fig. 1 viser en form for en armeringsfiber 1 af stål, med udvidede eller fortykkede ender, der er dannet ved, at enderne 2 af fiberen 1 er ombøjet imod fiberens skaft 3. Skaftet 3 er lige og med ensartet tværsnit med en tykkelse imel-

C

lem 0,13 og 0,76 mm, en bredde mellem 0,25 og 1,53 mm og en længde mellem 6 og 76 mm eller mere. Hver ombøjning 2 kan være ca. 2-4 gange af tykkelsen af fiberen 1, fortrinsvis fra 0,5 til 1,3 mm. De nævnte dimensioner tjener blot som eksempel, idet dimensionerne må vælges efter fibermateria-10 let, det materiale, der skal armeres, og den ønskede virkning.

Den i fig. 1 viste fiber er fremstillet af en smal strimmel af stål, hvis kanter er ombøjet. Trinene ved en simpel metode til kantfoldning er vist i fig. 2. En smal strimmel, 15 som vist i den første linie (a), føres gennem en formevalse til ombøjning af strimmelens kanter under en ret vinkel som vist i linie (b). Strimmelen passerer derefter et næste sæt af formevalser, der drejer de ombøjede kanter yderligere indefter gennem ca. 45° som vist i linie (c). De ombøjede 20 kanter bliver derefter udfladet ved endnu et sæt formeval-ser som vist i linie (d).

En strimmel med dobbelt ombøjede kanter som vist i fig. 3 kan fremstilles ved gentagelse af de ovenfor angivne trin på den i linie (d) viste strimmel.

25 Efter kantfoldningsoperationen bliver strimmelen ført til et apparat til afklipning på tværs til fibre 1. Såfremt der anvendes flere strimler, kan disse adskilles til individuelle overklipningsoperationer. Det vil også være muligt at overklippe alle strimlerne samtidig; i dette tilfælde er 30 det bedst egnede overklipningsapparat et fortandet roterende skæreorgan, der løber med et lille spillerum imod en fast skærekant eller ambolt. Også andre former for skæreorganer, herunder andre roterende skæreorganer, vil være 5

DK 154066 B

egnet til anvendelse ved dannelse af fibrene ifølge opfindelsen.

Der kan her henvises til en sideløbende dansk patentansøgning nr. 6385/73 med benævnelsen "Fremgangsmåde og apparat til 5 fremstilling af korte armeringselementer", i hvilken der beskrives et særlig velegnet roterende skæreorgan.

Den ovenfor beskrevne simple metode til kantfoldning er tilfredsstillende ved særskilt fremførte enkelte strimler; men da den kræver vandret orienterede valser til kant-10 vendingsoperationerne, vil den ikke være tilfredsstillende til kantfoldning af flere smalle strimler, der er udskåret af en bred strimmel eller et bredt bånd og som løber side om side under valseformningsoperationerne og overklipningsoperationerne .

15 Figurerne viser skematisk et apparat til kantvalsning af flere smalle strimler, der er udskåret af et bredt bånd.

Et bånd 4 trækkes fra en rulle 5 monteret på et passende stativ. Båndet 4 passerer over en lederulle 6 og gennem en opslidsningsmekanisme 7 med et antal skærevalser, der 20 skærer båndet 4 i flere smalle strimler 8 med den eller de ønskede bredder. Konstruktionen og virkemåden af opslids-ningsmekanismen 7 udgør ikke nogen del af den foreliggende opfindelse, og der vil kunne anvendes enhver sædvanlig skæremekanisme, f.eks. som beskrevet i den ovenfor nævnte 25 sideløbende ansøgning.

Hver af de smalle strimler 8 passerer derefter gennem en valsestol 9 med et profil, der giver en "falsk" bøjning 10 som vist i fig. 5. Dette har til formål at danne et mellemrum mellem kanterne af strimlerne 8, i hvilket der 30 kan anbringes et ikke vist ledeorgan, der vil lede strimlerne 8 til det første valseformetrin. En falsk bøjning, ved hvilken der dannes mellemrum mellem 0,38 og 0,51 mm, vil være tilfredsstillende.

6

DK 154066 B

Det første valseformetrin (d) indeholder to valser 11 og 12 med et sådant profil, at kanterne 13 på hver strimmel 8 ombøjes 45°, medens den falske bøjning 10 udflades, fig.

5. Figurens venstre side viser en del af profilet af val-5 serne 11 og 12 til udførelse af denne formeoperation ved strimmelens ene kant. De efterfølgende formetrin (e-h) tilvejebringes ligeledes ved profilerede valser henholdsvis 13 og 14r 15 og 16, 17 og 18 samt 19 og 20. De tilsvarende dele af disse valsers profil er også vist i fig. 5. I det 10 andet formetrin (e) drejes kanterne 13 endnu 45° til 90°.

Ved det tredie trin (f) dannes en ny bøjning 21 på 45° inden for kantdelene 13, hvorefter det fjerde trin (g) ombøjer delene 13 yderligere 45°. Det femte trin (h) udflåder bøjningen 21 og bringer delen 13 i intim berøring med 15 den modstående flade. Den færdige kantfoldede strimmel 22 er nu i den samme tilstand som i trin (d) i fig. 2.

Strimlerne 22 føres af transportruller 23 mellem ledeplader 24 frem til et roterende skæreorgan 25, der løber med et lille spillerum imod en stationær ambolt 26 til over-20 klipning af strimlerne til armeringsfibre af den ønskede bredde. De dannede fibre opsamles i en rende 27.

Det vil ses, at der ved de ovenfor beskrevne fremgangsmåder ikke blot fås armeringsfibre med fortykkede ender, men også at dette opnås på en særlig ny måde. Selvom fremgangsmåden 25 med én enkelt strimmel ikke vil være tilstrækkelig til større produktion, vil det kunne være muligt at udnytte denne simple metode eller "korte" metode på den måde, at de delte strimler adskilles i en retning på tværs af bevægelsesretningen, og hver strimmel føres gennem en særskilt tretrins-30 valseformeoperation efterfulgt af en særskilt eller en fælles overklipningsoperation. Hvis det ønskes, kan strimmelens kanter ombøjes indbyrdes modsat.

Fig. 6 og 7 viser to andre former for profiler med fortykkede kanter. Disse former kan som i vist fig. 8 og 9 til- 7

DK 154066 B

vejebringes ved varm eller kold kantvalsning af et stål-bånd således, at kanterne deformeres og dermed fortykkes. Strimmelen føres mellem to valser 30 med vandrette akser, medens to andre valser 31 med lodrette akser hviler imod 5 de smalle kantdele af strimmelen, der rager ud ved siderne af valserne 30. Som vist i fig. 9 kan valserne 30 have kanter 32 med afrundet profil, medens valserne 31 har midterriller 33 af en særlig ønsket form til optagelse af kanterne på strimmelen. Den kraft, der udøves af valserne 10 31, vil virke til at stukke strimmelens kanter.

Denne fremgangsmåde til kantfortykkelse har den fordel, at fortykkelsen kan gives mange forskellige former, medens de former, der kan fås ved kantfoldning, er begrænsede.

Den kantvalsede form kan f.eks. være således, at der frem-15 bringes en form for kontrolleret grænsefladebrud ved fibre ne, når det armerede materiale belastes, hvorved materialets egenskaber kan kontrolleres eller beherskes.

Efter kantdeformeringen bliver strimmelen overklippet ligesom foran. Den strimmel, der føres til kantvalsemekanismen, 20 kan aftages fra en forrådsspole efter at den først er ble vet udskåret af et bredt bånd og opviklet, eller adskilte strimler kan skilles vertikalt som ovenfor beskrevet og føres til det fornødne antal af kantvalsemekanismer.

De dannede fibre vil som vist i fig. 9a have et lige skaft 25 34 med rektangulært tværsnit og ved hver ende fremspring 35 med omtrent parabolsk form opretstående fra to modstående flader af fiberen. Fiberens sider 36, der dannes ved overklipningsoperationen, er flade og i det væsentlige vinkelrette på de andre flader.

30 Fig. 10-13 viser endnu nogle former for forskellige kantprofiler.

DK 154066B

8

De i fig. 10 og 11 viste profiler kan tilvejebringes ved langsgående valsning af strimmelen ved hjælp af passende profilerede valser.

Det i fig. 12 viste profil opnås ved valseformeoperationer 5 af lignende art som de først beskrevne.

Det i fig. 13 viste profil fås ved valsning af den foldede kant af strimmelen fra trinene (d) eller (h) fra de foregående udførelsesformer.

I almindelighed vil dimensionerne af skaftet og dimension-10 erne af de udvidede ender blive bestemt ved et antal konstruktionsfaktorer, i forbindelse med valget af grundmassens materiale og armeringsfibrenes materiale. Almindeligvis foretrækkes, at fiberens dimensionsforhold (dvs. forholdet mellem fiberens længde og dens diameter eller bred-15 de) ikke er større end 100, da der ellers kan fås vanskeligheder ved behandlingen. Normalt vil skaftet have en tykkelse mellem 0,13 og 0,76 mm, en bredde mellem 0,25 og 1,53 mm og en længde på mindst 13 mm. Normalt vil længden ikke være større end ca. 76 mm, fortrinsvis ikke større 20 end ca. 51 mm.

Forholdet mellem dimensionerne af de udvidede ender og dimensionerne af skaftet, tværsnitsforholdet, er et vigtigt træk ved den foreliggende opfindelse. Når den fortykkede ende dannes ved en ombøjningsoperation eller foldningsope-25 ration, vil den som regel have en tykkelse, der er et multiplum af skaftets tykkelse, selvom dette forhold dog vil kunne ændres ved et særligt udfladningstrin. Normalt vil de ombøjede ender have en tykkelse på 2-4 gange skaftets tykkelse.

9

DK 154066 B

Større smidighed i tværsnitsforholdet kan opnås ved kant-valsning. Til opnåelse af maksimale energioptagende egenskaber i en sammensat mas.se, såsom beton eller cement med diskontinuerte armeringsfibre af stål, tilstræbes det, at 5 der sker brud i grænsefladen mellem grundmaterialet og om armeringsfiberen lige før det punkt, hvor fibrene udsættes for en trækspænding højere end deres brudspænding. Denne spænding vil naturligvis afhænge af det materiale, af hvilket fibrene består og af di-10 mensionerne af fibrenes skaft. De udvidede ender kan vælges med en sådan størrelse og form, at der tillades grænsefladebevægelse af fiberen i massen lige anden brud i fiberen. Dette vil tillade, at der optages større energimængder i det sammensatte materiale, 15 idet et pludselig brud i fiberen uden sådan grænse-fladebevægeIse meget hurtigt vil forplante sig gennem hele den sammensatte masse. Armerede blandinger med armeringsfibre, der tillader den ovenfor beskrevne grænsefladebevægelse, kan navnlig finde anvendelse-, 20 hver konstruktionerne udsættes for høje stødbelastnin ger. Ved visse forhold kan forholdet mellem tværsnittet ved enderne og tværsnittet af skaftet være så lavt som 1,5 eller endog lavere, men normalt vil dette forhold være omkring 2.

Såfremt på den anden side konstruktionsforholdene kræ-25 ver, at fibrene skal undergå brud inden kendeligt grænsefladeslip, kan tværsnitsforholdet være langt større, f.eks. op til 4 eller 6 eller endnu højere.

Så høje tværsnitsforhold kan vanskeligt opnås ved kantvalsning og man vil som regel anvende kantfoldning.

DK 154066B

10 Længden af de fortykkede eller udvidede endepartier på armeringsfibrene kan varieres efter ønske. Af økonomiske grunde vil denne længde normalt blive så lille som mulig·. Skaftet vil derfor normalt være mindst 70 % 5 af den samlede længde, fortrinsvis mindst 80 %, og helst 90 % af armeringsfibrenes samlede længde.

Det vil ses, at de forskellige beskrevne armeringsfibre som følge af udformningen af de udvidede ender, er bekvemme at håndtere i modsætning til mange af de kend-10 te armeringsfibre, der kan have skarpe ender og derved forårsage skade.

Strimmelen eller de enkelte fibre kan underkastes varmebehandling eller kemisk behandling under anvendelse af de sædvanlige behandlingsmetoder, før eller efter vals-ningsoperationen eller afklipningsoperationen, af-15 hængig af den tilsigtede anvendelse af armeringsele menterne .

Ved anvendelse af armeringsfibre til armering af et støbeligt materiale bestemmes den nødvendige fibermængde med den krævede styrke og form ved forsøg eller på anden måde, og fibrene iblandes materialet inden støb-20 ning. Når materialet er beton eller mørtel, kan mæng den af fibre vælges således, at den vil være tilstrækkelig til at forhindre udbredelse af revner i det armerede materiale.

s

Som ovenfor nævnt tjener udvidelsen af enderne af fibrene til at forøge låsevirkning'en mellem fiberender-25 ne og det støbte materiale, og følgelig bør armerings virkningen af fibrene forøges ved udnyttelse af fibrenes fulde trækstyrke. Den følgende tabel viser tydeligt forøgelsen af låsevirkningen. Anvendelse af

DK 154066 B

11 fibre vil kunne medføre, at der tilvejebringes en ækvivalent fysisk trækstyrke under anvendelse af en mindre mængde fibre end ved den kendte teknik, hvorved romkos tningerne til materiale af en given styrke nedsættes, 5 eller der kan opnås forhøjet styrke med den samme andel af fibre som ved den kendte teknik.

Arcneringsvirkningen af de beskrevne fibre kan ^vanskeligt måles direkte, som følge af en række faktorer, herunder den tilfældige fordeling af fibrene i massen, 10 fibrenes mulige orientering i massen, virkningen af prøvestykkets størrelse og lignende forhold. Den nedenfor beskrevne udtrækningsprøvning viser den armeringsvirkning eller forstærkningsvirkning, der kan opnås ved fibrene.

Ved de udtrækningsprøvninger, der er anført i tabel I, 15 blev 10 fibre indlagt i 2,5:1 Portland-cementmørtel med hver fiber mindst 13 mm fra de øvrige fibre. Prøvestykket blev behandlet med fugtighed i syv dage ved stuetemperatur. Derpå blev fibrene enkeltvis trukket ud af prøvestykket, idet de værdier, der er opført i 20 tabel I, er middelværdier fra 10 udtrækninger (eller eventuelt brud). Piberenderne med enkelt ombøgning havde en tykkelse på ea. 0,51 mm og en længde på ca.

1,27 mm. Enderne med dobbelt ombøjning havde en tykkelse på ca. 0,76 mm og en længde på 1,53 mm.

12

DK 154066 B

' TABEL

Udtrækningsprøvning. - Sammenligning af lige fibre og fibre med endeudvidelse.

Ind- Nominelt Styrke af 'for- Fiberspænding

Fiber- støbt tværsnit bindeisen ved udtrækning bredde dybde ~-—p---- mm irm kg/cm : rorøg. kg/cm forøg.

Lige rek- 0,76 x 27,9 3690 tangulær 12,7 0,25 . .fr··· . — ---———- 1

Rektangulær med 9 5 Q76 χ enkelt cm- ' (/,25 49,1 76 4940 33,5 bøjning___________

Rektangulær med 9,5 0,76 x dobbelt 0,25 70,2 152 7140 93 cmbøjninq ___[__

Alle fibrene blev trukket ud af mørtelen.

Otte fibre knækkede, medens to fibre blev trukket ud.

Den gennemsnitlige trækstyrke for fibrene var 7250 kg/cm . Fibrene blev fremstillet ved overklipning af 5 bånd med en tykkelse på 0,25 mm til fibre med en bredde på 0,76 mm.

Den kraftige forøgelse i låsevirkningen, der opnås ved anvendelse af fibre med udvidede ender, viser, at det vil kunne være nødvendigt at fremstille fibre af stål 10 med høj trækstyrke for at opnå den fulde nytte af den forudsete styrkeforøgelse af støbte materialer indeholdende sådanne fibre. Ved visse stålsorter med høj trækstyrke vil det kunne være umuligt at anvende kantfoldningsteknikken, men det antages, at den beskrevne 15 kantvalsningsmetode vil give tilfredsstillende fibre med høj trækstyrke.

Claims (7)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af armeringsfibre af stål eller et andeit materiale med tilsvarende formegenskaber, hvilke fibre har en længde på 6-7 mm og 5 en tykkelse på 0,13-0*76 mm samt har fortykkede ænder, kendetegnet ved, at mindst én strimmel af det nævnte materiale med en bredde på 6-127 mm isøres gennem et eller flere valsepar til ombukning eliter strikning af kanterne, hvorefter strimlen afhuggss el-10 ler overklippes på tværs af længderetningen til (dannelse af smalle fibre med en gennemsnitlig bredde på 0,25-1,53 mm.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kantpartierne af strimmelen ombøges 15 imod strimmelens overflade under valseoperationen..

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegne t ved, at strimmelen ombøjes med en tykkelse af de ombøjede kantpartier, .der er mellem 2 og 4 -gange strimlens tykkelse.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net ved, at strimlen føres gennem et valsepar,, der fastholder et midterparti af strimlen, samtidigt med, at valser føres mod de fritliggende kanter. 1 Apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge 25 krav 1-4, kendetegnet ved, at det omfatter organer til fremføring af en eller flere strimler (8) af armeringsmaterialet, valsepar (11, 12; 13, 14; 15, 16; 17, 18; 19, 20) til ombukning eller stukning af kanterne af strimlerne og organer (25) til afhugning 30 eller overklipning af strimlen eller strimlerne. DK 154066B

6. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at det omfatter et valsepar (30,30) til fastholdelse af et midterparti af strimlen og valser (31), der presser mod de fritliggende kanter af strimlen.

7. Apparat ifølge krav 5 eller 6, kendeteg net ved, at det yderligere omfatter organer (7) til opslidsning af et forholdsvis bredt bånd (4) af armeringsmateriale langs dettes længderetning til dannelse af et antal smalle strimler (8).

8. Apparat ifølge krav 5-7, kendetegnet ved, at organerne til fremføring af strimlerne er indrettet til også at adskille kanterne af de nævnte strimler.