NO321711B1

NO321711B1 - Method and equipment for the manufacture of reinforcing bars of composite material

Info

Publication number: NO321711B1
Application number: NO20042647A
Authority: NO
Inventors: Arne Roger Hole; Rune Harald Gaarder
Original assignee: Exel Oyj
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2006-06-26
Also published as: WO2006001702A1; NO20042647D0; NO20042647L

Description

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om en fremgangsmåte for å produsere armeringsstenger av komposittmateriale. The present invention relates to a method for producing reinforcing bars of composite material.

Armeringsstangen i henhold til oppfinnelsen kan formes i en formingsprosess ved profiltrekking, stangpressing eller støping, eller en kombinasjon av disse, av kontinuerlig fiber og matrise (resin) i en prosess med en enkelt prosesslinje eller i kombinasjon med en prosess i en annen linje. I formingsprosessen lages stangen med minst 50 vektprosent armeringsfiber og en matrise som impregneres i fibrene med et bad, ved sprayinjeksjon eller trykk. The reinforcing bar according to the invention can be formed in a forming process by profile drawing, bar pressing or casting, or a combination of these, of continuous fiber and matrix (resin) in a process with a single process line or in combination with a process in another line. In the forming process, the rod is made with at least 50% by weight of reinforcing fiber and a matrix that is impregnated in the fibers with a bath, by spray injection or pressure.

Komposittstenger av ovennevnte type brukes til forsterkning og avstivning av forskjellige produkter og konstruksjoner som lages av slike materialer som metall, betong, tre, plast, stein, keramikk og kombinasjoner av disse hvor det kreves tilstrekkelig bindkraft mellom stengene og materialet for å oppnå strukturell funksjonalitet og optimalisering av slankhet, vekt, størrelse og pris. Men dette oppnås ofte på bekostning av styrke, stivhet eller fare for oksidasjon for eksempel av stål og andre metaller som gir korosjonsproblemer, misfarging og dermed tap av strukturstyrke. Av og til når det brukes metaller til å styrke eller avstive produktene, oppstår det problemer med forlengelse eller variasjoner i materialets fysiske oppførsel som fører til sprekkdannelse eller utilstrekkelig bindkraft mellom produktets materiale og de styrkende elementene, d.v.s. armeringsstengene. Composite rods of the above type are used for strengthening and bracing various products and constructions that are made of such materials as metal, concrete, wood, plastic, stone, ceramics and combinations of these where sufficient binding force is required between the rods and the material to achieve structural functionality and optimization of slimness, weight, size and price. But this is often achieved at the expense of strength, stiffness or the risk of oxidation, for example of steel and other metals which cause corrosion problems, discoloration and thus loss of structural strength. Occasionally, when metals are used to strengthen or stiffen the products, problems arise with elongation or variations in the material's physical behavior leading to cracking or insufficient bonding between the product's material and the reinforcing elements, i.e. the reinforcing bars.

Armeringsmaterialet i henhold til den foreliggende oppfinnelsen er en kontinuerlig fiber- og matrisekompositt som ofte kalles FRP (Fibre Reinforced Polymer - fiberforsterket polymer) og som brukes i en rekke forskjellige bygningsmaterialer på grunn av ypperlige og fleksible fysiske materialegenskaper som høy spesifikk styrke, lav vekt, ingen eller lav elektrisk ledningsevne, ikke-magnetiske egenskaper, høy motstand mot syre og klorider eller aggressivt miljø, samt formbarhet og formgivning. Som nevnt er stål og metaller generelt utsatt for oksidasjon som fører til korrosjon av og rust på jernholdige metaller på grunn av hydroksider av jern og oksider fra atmosfærisk oksygen i nærvær av vann. Så lenge pH holdes sterkt alkalisk (pH 12-14) i kombinasjon med svært god støpebetongkvalitet, holder stålet seg passivt overfor korrosjon. Lav pH, lav betongkvalitet, utilstrekkelig produktkvalitet, dårlig utførelse av arbeidet eller kontakt med sterk syre kan føre til at betongsonen rundt det armerende kamstålet blir gjennomtrengelig for f.eks. klorioner fra saltforurensede aggregater, veisalt, marint miljø, sjøvann, karbonisering, C02, oksygen og fuktighet. Dessuten kan forhold som kan føre til kjemisk forringelse av betongen, f.eks. ved sulfat- eller syreangrep, eller mekanisk forringelse av betongen ved frysing og tining i våt eller fuktig tilstand, føre tii rust og korrosjon av stålet i armeringen, sprekkdannelse i betongen og tap av strukturstyrke. Når armeringen begynner å korrodere (ruste), vil jernoksidet utvide seg og gi opphav til indre spenninger som fører til at det oppstår sprekker i betongen. Betongen vil falle av, stålet i armeringsstengene vil bli utsatt for atmosfæren og miljøet som førte til korrosjonsprosessen, prosessens hastighet vil øke ytterligere, strukturen taper styrke og kan i verste fall falle sammen. The reinforcement material according to the present invention is a continuous fiber and matrix composite which is often called FRP (Fibre Reinforced Polymer) and which is used in a number of different building materials due to excellent and flexible physical material properties such as high specific strength, low weight, no or low electrical conductivity, non-magnetic properties, high resistance to acid and chlorides or aggressive environment, as well as malleability and shaping. As mentioned, steel and metals are generally susceptible to oxidation which leads to corrosion of and rust on ferrous metals due to hydroxides of iron and oxides from atmospheric oxygen in the presence of water. As long as the pH is kept strongly alkaline (pH 12-14) in combination with very good cast concrete quality, the steel remains passive against corrosion. Low pH, low concrete quality, insufficient product quality, poor execution of the work or contact with strong acid can cause the concrete zone around the reinforcing comb steel to become permeable to e.g. chlorine ions from salt-polluted aggregates, road salt, marine environment, seawater, carbonation, C02, oxygen and moisture. In addition, conditions that can lead to chemical deterioration of the concrete, e.g. in the case of sulphate or acid attack, or mechanical deterioration of the concrete by freezing and thawing in a wet or damp state, lead to rust and corrosion of the steel in the reinforcement, cracking in the concrete and loss of structural strength. When the reinforcement begins to corrode (rust), the iron oxide will expand and give rise to internal stresses that cause cracks to appear in the concrete. The concrete will fall off, the steel in the reinforcing bars will be exposed to the atmosphere and the environment that led to the corrosion process, the speed of the process will increase further, the structure will lose strength and in the worst case may collapse.

Kontroll av disse parameterne er vanskelig og dette fører til betydelige økonomiske og strukturelle problemer for betongbygninger over hele verden. Mangelen på andre alternative armeringsmaterialer har ofte ført til misbruk av armeringsstenger av stål i betongstrukturer. Control of these parameters is difficult and this leads to significant economic and structural problems for concrete buildings worldwide. The lack of other alternative reinforcement materials has often led to the misuse of steel reinforcement bars in concrete structures.

Som nevnt ovenfor er armeringsstenger av komposittmateriale kjent fra før og er brukt til en viss, begrenset grad. Slike kjente stenger hemmes imidlertid av en vesentlig ulempe, nemlig at bindingen mellom produktets materiale (betong) og den styrkende stangen (FRP-stangen) varierer gjennom stangens lengde. Det faktum at tradisjonelle stenger utformes med sirkulært tverrsnitt gjør det også vanskelig å gi overflaten den nødvendige ruheten. 1 søkerens egen WO 03/050364 er det beskrevet en armerende komposittstang hvor stangen er av rektangulær eller fortrinnsvis kvadratisk form med avrundede hjørner, og hvor stangen under produksjonsprosessen er forsynt med et overflatemønster med mange forsenkninger, fordypninger eller uthulninger formet i en tekstur. As mentioned above, reinforcing bars made of composite material are known from before and are used to a certain, limited extent. However, such known rods are hampered by a significant disadvantage, namely that the bond between the product's material (concrete) and the reinforcing rod (FRP rod) varies throughout the length of the rod. The fact that traditional rods are designed with a circular cross-section also makes it difficult to give the surface the necessary roughness. 1 the applicant's own WO 03/050364 describes a reinforcing composite rod where the rod is of a rectangular or preferably square shape with rounded corners, and where the rod during the production process is provided with a surface pattern with many depressions, depressions or hollows formed in a texture.

Med den foreliggende oppfinnelsen er det frembrakt en armeringsstang av komposittmateriale med ypperlige bindkraftegenskaper og den nødvendige overflateruheten er frembrakt på en enkel og billig måte. With the present invention, a reinforcing bar made of composite material with excellent binding force properties has been produced and the necessary surface roughness has been produced in a simple and inexpensive way.

Oppfinnelsen er karakterisert ved at overflaten av armeringsstangen etter at den er herdet eller stort sett er herdet forsynes med eller overtrekkes med et resin eller lim på en slik måte at det frembringes eller preges et mønster i form av mange fremspring i limet på overflaten av stangen ved hjelp av et verktøy med furer eller fordypninger som svarer til den ønskede formen av fremspringene, og som presses mot overflaten av stangen inntil limet er herdet eller stort sett herdet, som definert i de medfølgende selvstendige patentkravene 1 og 5. The invention is characterized in that the surface of the reinforcing bar, after it has been hardened or largely hardened, is supplied with or coated with a resin or glue in such a way that a pattern in the form of many protrusions is produced or embossed in the glue on the surface of the bar by by means of a tool with furrows or depressions corresponding to the desired shape of the protrusions, and which is pressed against the surface of the rod until the adhesive is hardened or substantially hardened, as defined in the accompanying independent patent claims 1 and 5.

De avhengige patentkravene 2 - 5 og 7 - 9 definerer foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen. The dependent patent claims 2-5 and 7-9 define preferred embodiments of the invention.

Oppfinnelsen beskrives videre nedenfor ved hjelp av eksempler og med henvisning til illustrasjonene, hvor The invention is further described below by means of examples and with reference to the illustrations, where

Fig. 1 viser en skjematisk fremstilling av en apparatur som kan brukes til å Fig. 1 shows a schematic representation of an apparatus that can be used to

produsere en armeringsstang i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, Fig. 2 viser et eksempel, delvis i perspektiv, på et verktøyselement i henhold til den foreliggende oppfinnelsen som brukes til å lage mønsteret på overflaten av armeringsstangen, Fig. 3 a, b viser et eksempel i større skala på et verktøy i henhold til den foreliggende oppfinnelsen med segmenter som er ment å skulle befinne seg på kontinuerlige bånd som vist på fig. 1, hvor fig. 3 a viser et segment et stykke fra stangen og fig. 3 b viser segmentene i kontakt med stangen, produce a reinforcing bar according to the present invention, Fig. 2 shows an example, partially in perspective, of a tool element according to the present invention that is used to create the pattern on the surface of the reinforcing bar, Fig. 3 a, b shows an example on a larger scale of a tool according to the present invention with segments intended to be on continuous bands as shown in fig. 1, where fig. 3 a shows a segment some distance from the rod and fig. 3 b shows the segments in contact with the rod,

Fig. 4 er en tredimensjonal skisse av segmentene på fig. 3, Fig. 4 is a three-dimensional sketch of the segments of fig. 3,

Fig. 5 er en tredimensjonal skisse av en alternativ utforming av stengene med Fig. 5 is a three-dimensional sketch of an alternative design of the rods with

rektangulær, flat form, hvor det brukes alternative segmenter. rectangular, flat shape, where alternate segments are used.

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg som nevnt om en fremgangsmåte for produksjon av armeringsstenger 8 av komposittmateriale, som spesielt er ment å skulle brukes til å armere og forsterke betong. Armeringsstangen 8, som fortrinnsvis er av rektangulær eller kvadratisk form, kan formes i en formingsprosess ved profiltrekking, stangpressing eller støping, eller en kombinasjon av disse, av kontinuerlig fiber og matrise (resin) i en prosess med en enkelt prosesslinje eller i kombinasjon med en prosess i en annen linje, som vist på fig. 1, hvor stangen lages av fiber 2, som trekkes gjennom en enhet 1 hvor matrisematerialet pålegges, og videre gjennom en forme- og varmeenhet 3 og enhet 4, som har oppvarmingsmidler (ikke ytterligere fremstilt på figuren) hvor stangen 8 formes, herdes eller delvis herdes. Stangen lages fortrinnsvis i formeprosessen på kontinuerlig basis med minst 50 vektprosent armeringsfiber og med en matrise (resinblanding) som impregneres i fibrene med et bad, ved sprayinjeksjon eller trykk. Temperaturen inne i enheten 3 skal være mellom 90 og 250 <&>C, mens den skal være 120 og 250 <S>C inne i enheten 4. As mentioned, the present invention relates to a method for the production of reinforcing bars 8 of composite material, which are particularly intended to be used to reinforce and reinforce concrete. The reinforcing bar 8, which is preferably of a rectangular or square shape, can be formed in a forming process by profile drawing, bar pressing or casting, or a combination of these, of continuous fiber and matrix (resin) in a process with a single process line or in combination with a process in another line, as shown in fig. 1, where the rod is made of fiber 2, which is pulled through a unit 1 where the matrix material is applied, and further through a shaping and heating unit 3 and unit 4, which has heating means (not further shown in the figure) where the rod 8 is shaped, hardened or partly hardened. The bar is preferably made in the molding process on a continuous basis with at least 50% by weight of reinforcing fiber and with a matrix (resin mixture) which is impregnated into the fibers with a bath, by spray injection or pressure. The temperature inside unit 3 should be between 90 and 250 <&>C, while it should be between 120 and 250 <S>C inside unit 4.

Overflaten av armeringsstangen 8 blir etter at den er herdet eller stort sett herdet, forsynt med eller overtrukket med et resin eller lim slik at det frembringes eller preges et mønster i form av mange fremspring i limet på overflaten av stangen 8 ved hjelp av et verktøy 5, som vist på fig. 2, med furer eller fordypninger 6 som tilsvarer den ønskede formen til fremspringene. Det er av avgjørende betydning at verktøyet 5 presses mot overflaten av armeringsstangen inntil limet er herdet eller stort sett herdet. The surface of the reinforcing bar 8 is, after it has been hardened or largely hardened, provided with or coated with a resin or glue so that a pattern in the form of many protrusions in the glue is produced or embossed on the surface of the bar 8 using a tool 5 , as shown in fig. 2, with furrows or recesses 6 corresponding to the desired shape of the protrusions. It is of crucial importance that the tool 5 is pressed against the surface of the reinforcing bar until the glue is hardened or largely hardened.

Verktøyet som er vist på fig. 2 kan befinne seg på kontinuerlige bånd 9, i en prege-og varmeenhet 4 (se fig. 1) på hver side av armeringsstangen som er i ferd med å lages, slik at armeringsstangen trekkes mellom båndene 9 og verktøyene 5 presses mot overflaten av stangen 8 ved hjelp av båndene. The tool shown in fig. 2 can be on continuous bands 9, in an embossing and heating unit 4 (see Fig. 1) on either side of the reinforcing bar being made, so that the reinforcing bar is drawn between the bands 9 and the tools 5 are pressed against the surface of the bar 8 using the bands.

Fortrinnsvis kan verktøyene 5 når de befinner seg på kontinuerlige bånd 9 være i form av individuelle segmenter 7, som vist på fig. 3 a, b og fig. 4 og fig. 5, laget av aluminium eller andre metaller, spesielle høytemperaturresistente polymermaterialer eller keramiske materialer. Verktøyene 5 blir som nevnt ovenfor presset mot overflaten av stangen inntil limet eller resinet er herdet, og verktøyet blir så fjernet eller trukket ut fra stangen. For å redusere klebing eller unngå at verktøyet kleber seg til overflaten av armeringsstangen etter at limet er herdet, kan overflaten av verktøyet forsynes med et ikke-klebende overtrekk som for eksempel Teflon<®.>Preferably, the tools 5 when located on continuous belts 9 can be in the form of individual segments 7, as shown in fig. 3 a, b and fig. 4 and fig. 5, made of aluminum or other metals, special high temperature resistant polymer materials or ceramic materials. As mentioned above, the tools 5 are pressed against the surface of the rod until the glue or resin has hardened, and the tool is then removed or pulled out from the rod. To reduce sticking or prevent the tool from sticking to the surface of the rebar after the adhesive has cured, the surface of the tool can be provided with a non-stick coating such as Teflon<®.>

Som vist på fig. 3 kan man lage segmentene 7 i form av vinkelformede elementer med de nødvendige eller ønskede mønstrene på hver av armene 10, 11 til elementet. De to elementene 7 kan begge foreligge på diametralt anbrakte bånd 9, slik at elementene tvinges mot overflaten av armeringsstangen 8 når de skal lage mønsteret på armeringsstangen. As shown in fig. 3, the segments 7 can be made in the form of angular elements with the necessary or desired patterns on each of the arms 10, 11 of the element. The two elements 7 can both be present on diametrically positioned bands 9, so that the elements are forced against the surface of the reinforcing bar 8 when they are to create the pattern on the reinforcing bar.

Et alternativ kan være å ha limet på overflaten av verktøyet 5 fra begynnelsen, slik at limet overføres til overflaten av armeringsstangen 8 og mønsteret dannes i én operasjon ved å presse verktøyet mot armeringsstangen. An alternative could be to have the glue on the surface of the tool 5 from the beginning, so that the glue is transferred to the surface of the reinforcing bar 8 and the pattern is formed in one operation by pressing the tool against the reinforcing bar.

Det må imidlertid understrekes at mønsteret som dannes på en armeringsstang som beskrevet ovenfor, ved at man først har et resin på overflaten og så danner mønsteret med et presseverktøy mot overflaten av stangen, bare er et alternativ. Mønsteret kan like gjerne dannes under den avsluttende formingen av stangen i seg selv, uten å bruke ekstra resin, for eksempel ved å presse et verktøy mot overflaten mens stangen herdes, for eksempel i en felles herde- og pregeenhet 3,4. However, it must be emphasized that the pattern formed on a reinforcing bar as described above, by first having a resin on the surface and then forming the pattern with a press tool against the surface of the bar, is only an alternative. The pattern can just as easily be formed during the final shaping of the bar itself, without using extra resin, for example by pressing a tool against the surface while the bar is being hardened, for example in a common hardening and embossing unit 3,4.

Fig. 5 viser en tredimensjonal skisse av en alternativ utforming av stenger med rektangulær, flat form, hvor det brukes alternative segmenter i form av flate elementer som bare presses mot over- og underflatene av stangen (bare fra to sider). Fig. 5 shows a three-dimensional sketch of an alternative design of rods with a rectangular, flat shape, where alternative segments are used in the form of flat elements which are only pressed against the upper and lower surfaces of the rod (only from two sides).

Claims

1. Process for producing reinforcing bars (8) of composite material, in particular with a view to using them to reinforce concrete, where the reinforcing bar, which preferably has a rectangular or square shape, can be formed in a forming process by profile drawing, bar pressing or casting, or a combination of these, of continuous fiber and matrix (resin) in a process with a single process line or in combination with a process in another line, and where the bar is made in the molding process with at least 50 percent by weight of reinforcing fiber and a matrix that is impregnated in the fibers in a bath, by spray injection or pressure, characterized by that the surface of the reinforcing bar (8), after it has been hardened or largely hardened, is provided with or coated with a resin or glue, so that a pattern in the form of many protrusions is formed or embossed on the surface of the bar (8) by means of a tool (5) with grooves or depressions (6) corresponding to the desired shape of the protrusions, and which is pressed against the surface of the rod until the glue is hardened or largely hardened.

2. A method according to claim 1, characterized by that the resin or glue is a residue that has not fully cured on the surface of the bar after forming.

3. A method according to claims 1 and 2, characterized by that the tool is located on continuous bands (9) on either side of the reinforcing bar (8) which is being produced, so that the reinforcing bar is drawn between the bands (9) and the tools (5) are pressed against the surface of the bar (8) by means of the bands.

4. A method according to claims 1 and 3, characterized by that the tools are in the form of individual segments (7) which are located on the continuous belt (9).

5. A method according to claims 1 - 4, characterized by that the glue is first applied to the surface of the tool, whereby it is transferred to the surface of the rebar and the pattern is formed in one operation by pressing the tool against the rebar.

6. Equipment for the production of reinforcing bars (8) of composite material, in particular with a view to using them to reinforce concrete, where the reinforcing bar, which preferably has a rectangular or square shape, can be formed in a forming process by profile drawing, bar pressing or casting, or a combination of these, of continuous fiber and matrix (resin) in a process with a single process line or in combination with a process in another line and where the bar is made in the molding process with at least 50% by weight of reinforcing fiber and a matrix that is impregnated into the fibers in a bath , by spray injection or pressure, characterized by that the surface of the reinforcing bar (8) after it has been hardened or largely hardened, is provided with or coated with a resin or adhesive, after which a pattern in the form of many protrusions is formed or embossed on the surface of the bar (8) by means of a tool (5) with grooves or depressions (6) corresponding to the desired shape of the protrusions, and which is pressed against the surface of the rod until the glue is hardened or substantially hardened.

7. Equipment according to requirement 5, characterized by that the tool is arranged on continuous bands (9) on either side of the rebar (8) being produced, so that the rebar is arranged to be drawn between the bands (9) and the tools (5) are arranged to be pressed against the surface of the bar (8) using the bands.

8. Equipment according to requirements 5 and 6, characterized by that the tools are in the form of individual segments (7) located on the continuous belt (9).

9. Equipment according to requirements 5 and 6, characterized by that the segments (7) are in the form of angular elements which all have arms (10, 11) on which the tool segments (5) are located.