ES2346744T3 - Elemento de refuerzo y metodo para producir un elemento de refuerzo.t. - Google Patents
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Abstract
Método de fabricación de un elemento de refuerzo (19, 28) para hormigón, en el que un haz de fibras extendido, preferentemente continuo (10), en especial fibras de carbono, se impregna (3) con una matriz basada en plástico, seguido por un curado, de tal manera que el material plástico penetre en la sección transversal del haz de fibras y llene los huecos entre las fibras individuales, en el que el haz de fibras (10), que incluye un número muy grande de fibras individuales, como mínimo, del orden de magnitud de 1.000, después de la impregnación (3) y antes del curado (17), se lleva a cooperar con un material en forma de partículas (15, 25), preferentemente arena, sometiendo a tracción hacia arriba a través de orificios (13) de la parte inferior de un recipiente (12) que contiene el material en forma de partículas (15), que se adhiere a la superficie del haz de fibras principalmente sin entrar entre las fibras y se fija a la superficie mediante el curado, para la creación de un elemento de refuerzo (19, 28).
Description
Elemento de refuerzo y método para producir un
elemento de refuerzo.
La invención se refiere a un elemento de
refuerzo para hormigón, tal como se define en el preámbulo de la
reivindicación 4, y a un método del modo de fabricar dicho elemento
de refuerzo. Un elemento de este tipo se conoce, por ejemplo, del
documento U.S.A.
-B-6.200.678. El elemento es de la clase que incluye un haz de fibras extendido, preferentemente de modo continuo, en especial fibras de carbono, impregnadas, con una matriz basada en plástico que está curada.
-B-6.200.678. El elemento es de la clase que incluye un haz de fibras extendido, preferentemente de modo continuo, en especial fibras de carbono, impregnadas, con una matriz basada en plástico que está curada.
En la utilización de refuerzos tradicionales de
hormigón, se conoce el modo de utilizar varillas de refuerzo de
acero con superficie perfilada, con la intención de aumentar la
unión con el hormigón, por ejemplo, una varilla con nervios. Dichas
varillas de refuerzo con nervios se pueden utilizar asimismo como
mallazo y otras estructuras de refuerzo, dependiendo de lo que se
va producir o construir en hormigón armado. Se conoce asimismo el
modo de utilizar elementos de refuerzo o mallazo en base a
materiales no metálicos, especialmente elementos basados en fibras,
incluyendo asimismo fibras de carbono. También, este tipo de
elementos de refuerzo ha sido sometido a un tratamiento superficial
de estriado o a otro tratamiento superficial similar con la
intención de asegurar una adherencia apropiada cuando están
embebidos en hormigón.
Un ejemplo de realizaciones conocidas anteriores
se puede encontrar en los documentos U.S.A. 5.362.542 y U.S.A.
6.060.163, y en las publicaciones de Patente japonesa 020.484.45A,
040.596.42A, 031.502.41A, 031.502.42A, 032.958.38 A, 020.484.44 A,
021.924.44 A, 030.838.40 A y 010.189.50 A.
El documento de la técnica anterior U.S.A.
6.200.678 B1 muestra un elemento de refuerzo de hormigón revestido
con arenilla y el U.S.A. 5.030.282 muestra un material compuesto a
base de cemento reforzado con fibras de carbono.
A la luz de la tecnología conocida, la presente
invención toma como punto de partida un método en el que un haz de
fibras extendido, preferentemente continuo, en especial fibras de
carbono, está impregnado con una matriz basada en material plástico
seguido por un curado.
La invención hace posible conseguir un mejor
comportamiento de los materiales de refuerzo o el mallazo en los
que la estructura superficial proporciona un fundamento y una
adherencia muy favorables en el hormigón que se está vertiendo
alrededor, además de que la fabricación de dichos elementos puede
tener lugar de manera sencilla y eficaz para disminuir costes. Esto
se consigue con la ayuda de la propiedad nueva y característica de
acuerdo con la invención, tal como se da a conocer en las
reivindicaciones de la patente.
La invención se explicará más detalladamente en
lo que sigue haciendo referencia a los dibujos, en los que:
la figura 1 muestra esquemáticamente la primera
etapa en la producción de un haz de fibras con impregnación de un
material plástico,
la figura 2 muestra igualmente la primera etapa,
de acuerdo con la invención, para el tratamiento del haz de fibras
de la figura 1 hasta un producto más o menos acabado en forma de un
elemento de refuerzo tratado,
la figura 3 muestra una realización alternativa
comparada con la de la figura 2, a saber, para la producción de un
elemento de refuerzo continuo y flexible, por ejemplo, como una
banda,
la figura 4 muestra otra realización
alternativa, en la que el elemento de refuerzo se utiliza para
fabricar una estructura de refuerzo específica, por ejemplo,
enfocada al refuerzo de pilares, refuerzo de angulares o
similar,
la figura 5 muestra, muy ampliado, un ejemplo de
una sección transversal de un haz de fibras y un elemento de
refuerzo revestido, de acuerdo con la invención,
la figura 6 muestra esquemáticamente la
fabricación de una red de refuerzo en base al método de acuerdo con
la invención,
la figura 7 muestra, con respecto a la figura 6,
una fabricación ligeramente simplificada, a saber, enfocada al tipo
de poste de los elementos de refuerzo,
la figura 8 muestra otra realización modificada,
con respecto a la de la figura 6, para la fabricación de un mallazo
de refuerzo en el que los elementos se cruzan con ángulos variables,
y
la figura 9 muestra la sección transversal y la
construcción ampliada de un punto de cruce de un mallazo de
refuerzo en la figura 6, posiblemente asimismo en la figura 8.
En la primera parte de la línea de fabricación,
tal como se muestra en la figura 1, se somete a tracción un gran
número de fibras o filamentos individuales continuos (1) o se
suministran en un gran número desde la misma cantidad de stocks o
carretes (R1) y reúnen en un recipiente con un baño de material
plástico líquido o matriz (3) para impregnación. De modo apropiado,
el haz de fibras reunido es guiado en el baño (3) con la ayuda de
rodillos, tales como, por ejemplo, los señalados con (R2) y (R3).
Sobre el rodillo (R4), el haz de fibras impregnado es guiado hacia
el exterior del baño, proporcionando posiblemente un pretensado, que
puede tener lugar con la ayuda de un dispositivo de tracción (5)
que incluye rodillos dobles, que actúan asimismo para separar por
prensado materiales plásticos no curados adicionales, con los que se
impregna el haz de fibras. Desde ese punto, el haz de fibras (10)
es guiado además hasta las siguientes etapas de fabricación,
enfocadas a la fabricación de un elemento de refuerzo continuo del
tipo de poste, posiblemente una banda flexible o similar o un
mallazo de refuerzo, respectivamente, una estructura de refuerzo
tridimensional. Asimismo, puede ser de interés entrelazar el haz de
fibras.
Con ayuda de la figura 1, se precisará que la
invención adopta un número significativo de fibras individuales (1)
en el haz de fibras compuesto (10), en el que el número de fibras
será de una magnitud de 1.000, o puede ser hasta 10.000.000 o más.
En la práctica, esto es totalmente realista puesto que el diámetro
de fibra habitual puede ser 7 micras. En el baño (3), el plástico
líquido es termoestable o finalmente termoplástico. Los materiales
de poliéster, de vinil éster y de epoxi son ejemplos de materiales
plásticos adecuados. Cuando las fibras o los filamentos (1) están
impregnados para seguir con la asociación compuesta entre sí, las
fibras individuales en número elevado tendrán gran importancia.
Cuanto más aumenta el número de fibras y la dimensión del haz de
fibras, más se reduce la superficie relativa respecto al entorno
circundante. El excedente de la matriz o del material plástico que
se está aplicando, como se mantendrá parcialmente adherido sobre el
exterior del haz de fibras, puede variar dependiendo de las
diferentes temperaturas y viscosidades del material plástico. En
esta descripción, está presente una cantidad significativa de
posibilidades de variación enfocadas al modo de decidir la cantidad
requerida de cubierta de plástico en el exterior del haz de fibras
compuesto, teniendo en cuenta las propiedades requeridas, tal como
las capacidades de adherencia o cizallado después de ser embebido
en hormigón. En lo que se refiere a la viscosidad (según Brookfield,
prueba de acuerdo con la ASTM D 2196-86), la misma
puede estar comprendida en el intervalo de 100 a 1.000 mPas (cP),
que cubrirá principalmente los materiales alternativos actuales de
la matriz.
En las siguientes etapas de fabricación, tal
como se muestran en la figura 2 (y en la figura 3), el haz de
fibras impregnado (10), mientras el material de impregnación todavía
está principalmente no curado y cerca de la fase líquida, es guiado
para cooperar con un material en forma de partículas (15) situado en
un recipiente del tipo de caja (12). En la parte inferior de la
caja (12) existen toberas u orificios (13) organizados como
corresponda, y su forma en sección transversal dota al haz de fibras
del perfil en sección transversal requerido. Cuando el haz de
fibras (10) desde el orificio (13) pasa a través del depósito de
material en forma de partículas (15), que de acuerdo con la
invención es principalmente arena, las partículas se adherirán a la
superficie del haz de fibras, y se vincularán o fijarán a
continuación permanentemente a la superficie del haz de fibras
mediante curado en la zona (17). Con la ayuda de un dispositivo de
tracción con rodillos (18), el elemento de refuerzo acabado se
lleva a una estación de corte y envasado no mostrada en la figura
2.
Existe una característica esencial en la
fabricación, tal como se muestra en la figura 2, ya que el material
en forma de partículas, tal como arena, se adhiere a la superficie
del haz de fibras (10) principalmente sin entrar entre las fibras.
Esto es una gran ventaja, puesto que posibles partículas afiladas
podrían penetrar potencialmente en la sección transversal del haz
de fibras entre las fibras individuales, dañando potencialmente las
fibras en esta etapa de fabricación o siguiendo potencialmente las
fuerzas estáticas o dinámicas que sufrirán las fibras, tal como en
el hormigón armado curado. Como un ejemplo de la geometría en
sección transversal de las que el orificio (13) puede dotar al haz
de fibras (10), está cerca de una forma circular o rectangular,
pero es evidente que se puede elegir libremente la geometría en
sección transversal dependiendo de la utilización del elemento de
refuerzo.
Junto con los parámetros anteriormente
mencionados en las etapas de fabricación, de acuerdo con la figura
1 y la figura 2, se cita en esta descripción que la temperatura de
fabricación o una temperatura de curado en la zona o en el
dispositivo (17), puede estar comprendida en el intervalo de 15 a
40ºC, en base a los sistemas de curado más comunes. Esto está
pensado asimismo para una colocación manual potencial o una
manipulación potencial en la fabricación de estructuras de refuerzo
especiales en etapas de fabricación posteriores.
Utilizando arena como material en forma de
partículas, la clase de la misma puede estar comprendida
apropiadamente en el intervalo de un diámetro de partícula de 100
micras a 5.000 micras. Junto con los parámetros anteriores para el
material de la matriz y otros, dicha arena proporcionará una
adherencia ventajosa al haz de fibras y al hormigón vertido
circundante o una capacidad ventajosa de cizallado entre los mismos.
Esto permite una utilización óptima del haz especial de fibras
compuesto ya fabricado. Una capacidad de cizallado óptima es de 1 a
50 Mpa para su utilización en hormigón.
Las etapas de fabricación de acuerdo con la
figura 3 se separan de la realización de acuerdo con la figura 2,
por lo que el elemento de refuerzo acabado se arrolla como una
bobina sobre un tambor (19) que actúa asimismo como un dispositivo
de tracción para someter a tracción el elemento de refuerzo a través
del dispositivo de curado (17) y para almacenar el producto
acabado, tal como en este caso que se supone que se tiene suficiente
flexibilidad o capacidad de curvado, conseguida mediante la
elección adecuada de los parámetros y materiales mencionados en la
medida que forman parte de la fabricación.
La disposición en la figura 4 tiene la mayoría
de etapas similares a las mostradas en las figuras 2 y 3, pero en
este caso está dispuesto un cuerpo de molde (29) capaz de girar a
medida que el material de refuerzo se arrolla por el proceso de
fabricación continuo. En primer lugar, el cuerpo (29) sirve asimismo
para someter a tracción el elemento de refuerzo de la etapa de
fabricación anterior y, en segundo lugar, la sección transversal
del cuerpo (29) y las guías de los materiales de refuerzo sobre el
mismo se ajustan, de manera que se consigue la configuración
deseada. Como un ejemplo, la misma puede ser una estructura de
refuerzo prefabricada para pilares de hormigón. Se puede imaginar
un gran número de variaciones, tales como la geometría de la sección
transversal del cuerpo de molde (29), enfocado a una sección
transversal o a una configuración deseada del refuerzo. Algunas de
las variaciones de la sección transversal se muestran en la figura 4
mediante (A), (B), (C), (D) y (E).
En la figura 5 se muestra un haz de fibras en
sección transversal y muy ampliado. La mitad izquierda de esta
figura muestra un haz de fibras de filamentos (30), en el que se
aplica el material de impregnación o la matriz, en el que el
material plástico ha penetrado en la sección transversal del haz de
fibras y ha llenado los huecos entre las fibras individuales (30),
y la superficie exterior (31A) constituye principalmente el
revestimiento del material plástico. Esta situación, tal como se
muestra en el lado izquierdo de la figura 5, se corresponde con la
etapa de fabricación anterior a la aplicación de las partículas, por
ejemplo, en forma de arena, la sección transversal será tal como se
muestra en el lado derecho de la figura 5. Las partículas mostradas
(33) pueden tener una amplia gama de formas y tamaños, pero tal
como se muestra en la figura 5, se puede considerar que las
partículas están dibujadas algo reducidas en comparación con las
dimensiones en el interior del haz de fibras. Además, es evidente
que el curado descrito anterior del elemento de refuerzo da como
resultado un fundamento fijo de las partículas (33) en la capa
superficial (31A) del material plástico (31) que se puede
curar.
Para la fabricación de elementos de refuerzo,
tales como mallazo de refuerzo o similar, se sugiere de acuerdo con
la invención la realización que se muestra esquemáticamente sobre
todo en la figura 6. Se muestra una superficie o soporte (20) que
está situado por debajo, con la extensión horizontal requerida, por
ejemplo con un borde lateral de un par de metros en una forma
rectangular ajustada a la clase de construcción a reforzar, tal
como una losa en un edificio. A lo largo del borde de la superficie
de soporte (20) se muestran muchos elementos de guiado (1) a (8)
tales como, por ejemplo, varillas o un saliente, organizados de
manera prevista. Es posible asimismo organizar (no mostrado)
segmentos de borde o pared algo ampliados, en comparación con la
superficie de soporte (20) a lo largo de los bordes, sin embargo no
tan ampliados como los elementos de guía (1) a (8).
En base a la organización que se acaba de
describir, una configuración de refuerzo de la geometría del mallazo
mediante la que se fabrica una fibra (10), que viene de la etapa de
fabricación anterior de acuerdo con la figura 1, puede ser guiada
mecánica o manualmente entre los elementos de guía (1) a (8) para la
creación de un mallazo que tiene, por ejemplo, pequeños elementos
de mallazo rectangulares. Esto tiene lugar mientras la impregnación
del haz de fibras sigue sin estar curada. El arrollamiento o guiado
del elemento de refuerzo (10) puede tener lugar en múltiples o en
varias vueltas, de manera que el mismo crea, más o menos, capa sobre
capa, una rejilla de refuerzo con un grosor específico de las
partes rectas individuales del haz de fibras, creando el
mallazo.
La rejilla de refuerzo completada está
identificada en la figura 6, en conjunto, con (28).
Mientras el material de impregnación siga
estando pegajoso, se suministra con material en forma de partículas
tal como se indica mediante (25), preferentemente en otras palabras
a lo anterior mediante un rociado adecuado o similar, de manera que
este material puede adherirse sobre todo al haz de fibras y ser
recogido simultáneamente en la superficie de soporte (20). La
recogida del material en forma de partículas sobre esta superficie
puede tener lugar posiblemente a un grosor o una altura tal que la
superficie toca el haz de fibras en la rejilla de refuerzo (28)
dando como resultado un contacto y una adherencia más íntimos. Esta
recogida de las partículas se puede realizar asimismo con
antelación antes de la disposición del haz de fibras, especialmente
para un recubrimiento satisfactorio en el lado inferior de los
haces de
fibras.
fibras.
Después de dicho recubrimiento del haz o los
haces de fibras se mantienen unidos hasta que tiene lugar el curado
del material plástico. Esto puede tener lugar, por ejemplo,
proporcionando calor de manera apropiada. De esta manera, el
material en partículas queda fijado a la superficie de los haces de
fibras tal como se ha explicado en relación con las figuras 2 y 3
anteriores.
Antes o después de retirar el mallazo de
refuerzo revestido (20) ya acabado, de los elementos de guía sobre
la superficie de soporte (20), puede ser conveniente retirar la
arena o el material en partículas, ventajosamente esto puede tener
lugar mediante aberturas (26) en la superficie de soporte (20). En
esta disposición se muestran 4 posiciones (26), no obstante, puede
ser beneficioso en la práctica un número mayor, ya que
potencialmente se pueden cerrar. Se puede llevar a cabo una
solución adecuada para dicha retirada de material en partículas
sobrante.
En la figura 6, un punto de cruce (22) está
marcado en el mallazo de refuerzo, y una gran ampliación de dicho
punto de cruce (22) se muestra en sección transversal en la figura
9. En la capa de cruce de los haces de fibras se muestra la sección
transversal superior del haz de fibras (10A), principalmente como
una forma de banda con un perfil de sección transversal rectangular
a una cierta presión en plano. Por debajo del haz de fibras (10A)
se muestran asimismo haces de fibras que se cruzan alternantes, en
total este ejemplo muestra ocho capas para un punto de cruce (22).
La conexión en el punto de cruce será de este modo muy resistente,
de grado elevado debido a la impregnación y al curado posterior.
Además, es importante en esta conexión que el material o la arena
en forma de partículas proporcionado (en la posición -25- en la
figura 6) no tenga la tendencia a penetrar entre las capas en el
punto de cruce (22). Por consiguiente, se evita asimismo en este
caso que partículas contaminantes o afiladas destructivas puedan
entrar más y dañar las fibras en los puntos de cruce.
A continuación se hace referencia a la figura 8
que muestra una modificación del modelo de mallazo de acuerdo con
la figura 6, a saber, por la que el haz de fibras proporcionado (10)
está guiado con un valor angular más o menos irregular y diagonal
para la creación de un mallazo de refuerzo con variaciones de la
geometría del mismo, a saber, básicamente un mallazo no
rectangular.
Esto puede ser ventajoso para algunas
aplicaciones. Asimismo, en este caso, se señala un punto de cruce, a
saber, tal como se indica con (32), en el que la construcción en
capas puede tener lugar de manera totalmente análoga a la que se
muestra en la figura 9.
Finalmente, la figura 7 muestra una utilización
de la superficie de soporte (20) que incluye elementos de guía (1)
a (7) para la fabricación de elementos de refuerzo longitudinales
rectos, a saber, con longitudes próximas a la longitud entre los
bordes de la superficie (20) dotados de los elementos de guiado (1)
a (7). Después de completar el arrollamiento, que es la disposición
que se describe en la figura 7, con la aplicación posterior del
material formado por partículas seguido por un curado, se corta
suelto cada elemento de refuerzo longitudinal recto individual
cortando a lo largo de las líneas (39A) y (39B), tal como se indica
en la figura 7. Esta realización se puede considerar como una
alternativa a la fabricación más continua, de acuerdo con lo
mostrado en la figura 2. Una modificación del método, de acuerdo con
la figura 7, puede consistir en omitir el corte de los elementos,
por lo que toda la estructura se levanta desde la superficie de
soporte y se curva o se pone recta para crear un elemento de
refuerzo continuo, más largo.
Considerando que se dota de material formado por
partículas, son posibles más alternativas que las descritas
anteriormente. Otra alternativa es guiar el haz de fibras a través
de un aparato ciclónico o similar en el que se mantiene una
turbulencia o "atmósfera" de aire y arena o de otro material en
partículas.
Se puede hacer notar, en base a la descripción
anterior, que hasta que tiene lugar el curado de la impregnación o
del material de la matriz, se puede dotar a los haces de fibras, o a
los elementos de refuerzo, finalmente a la rejilla o a la
estructura de refuerzo en tres dimensiones, prácticamente de todas
las formas diferentes desde los simples postes rectos o bandas
hasta configuraciones más complicadas, tal como se ha descrito. En
todos los casos se conseguirá una geometría muy favorable para los
elementos de refuerzo, al tiempo que estar embebidos en hormigón
proporciona una adherencia muy buena o un anclaje muy bueno, tal
como se desea. Esto se consigue a pesar de inversiones muy bajas en
el equipo de fabricación y con una necesidad limitada de
calentamiento con consumo de energía.
Claims (4)
1. Método de fabricación de un elemento de
refuerzo (19, 28) para hormigón, en el que un haz de fibras
extendido, preferentemente continuo (10), en especial fibras de
carbono, se impregna (3) con una matriz basada en plástico, seguido
por un curado, de tal manera que el material plástico penetre en la
sección transversal del haz de fibras y llene los huecos entre las
fibras individuales,
en el que
el haz de fibras (10), que incluye un número muy
grande de fibras individuales, como mínimo, del orden de magnitud
de 1.000, después de la impregnación (3) y antes del curado (17), se
lleva a cooperar con un material en forma de partículas (15, 25),
preferentemente arena, sometiendo a tracción hacia arriba a través
de orificios (13) de la parte inferior de un recipiente (12) que
contiene el material en forma de partículas (15), que se adhiere a
la superficie del haz de fibras principalmente sin entrar entre las
fibras y se fija a la superficie mediante el curado, para la
creación de un elemento de refuerzo (19, 28).
2. Método, según la reivindicación 1,
en el que la forma requerida en sección
transversal del haz de fibras (10) se consigue por medio de
orificios (13) conformados correspondientemente.
3. Método, según la reivindicación 2,
en el que se somete a tracción el haz de fibras
(10) desde el recipiente (12) arrollando dicho haz sobre un cuerpo
de molde rotativo (29) cuya forma en sección transversal está
adaptada para proporcionar un elemento de refuerzo resultante con
una configuración deseada.
4. Elemento de refuerzo para hormigón,
que incluye un haz de fibras extendido,
preferentemente continuo, en especial basado en fibras de carbono,
cuya superficie del haz de fibras está revestida con un material en
forma de partículas, preferentemente arena, que se adhiere al haz
de fibras con un material plástico curado,
caracterizado porque el haz de fibras
está impregnado con una matriz basada en plástico que está curada,
de tal manera que el material plástico ha penetrado en la sección
transversal del haz de fibras y ha llenado los huecos entre las
fibras individuales, y porque el haz de fibras incluye un número
significativo de fibras individuales, como mínimo, del orden de
magnitud de 1.000.
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