PT1454021E - Elemento de reforço e método de produção de um elemento de reforço - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"ELEMENTO DE REFORÇO E MÉTODO DE PRODUÇÃO DE UM ELEMENTO DE REFORÇO" A presente invenção refere-se a um elemento de reforço para o betão, tal como definido no preâmbulo da reivindicação 4 e a um método para fabricar um tal elemento de reforço. Tal elemento é conhecido, por exemplo, no documento US-B-6200678 . O elemento é de um tipo que inclui um extenso feixe de fibras, de preferência de forma continua, especialmente fibras de carbono, impregnadas com uma matriz à base de plástico que é curada. O uso do reforço tradicional de betão recorre ao uso de uma barra de aço, com uma superfície perfilada com a intenção de aumentar a ligação ao betão, como, por exemplo, uma barra com nervuras. Essas barras de reforço com nervuras também podem ser usadas como malha e como outras estruturas de reforço dependendo do que será produzido ou construído em betão armado. É também conhecido o uso de elementos ou malhas de reforço à base de materiais não-metálicos, especialmente elementos à base de fibras, incluindo também as fibras de carbono. Além disso, este tipo de elementos de reforço foi submetido a um tratamento de superfície nervurada ou similar com a intenção de garantir uma boa aderência quando incorporados em betão.

Exemplos das formas de realização anteriores conhecidas podem ser encontrados nos documentos US 5.362.542 e US 6.060.163 e nas publicações de patentes japonesas 020.484.45A, 040.596.42A, 031.502.41A, 031.502.42A, 032.958.38 A, 020.484.44 A, A 021.924.44 A, 030.838.40 A, e 010.189.50 A. 2 0 documento US 6.200.678 BI de acordo com a técnica anterior mostra um membro de reforço de betão revestido com cascalho, e o documento US 5.030.282 mostra um composto à base de cimento reforçado com fibra com composto à base de cimento. À luz da tecnologia conhecida, a presente invenção tem como ponto de partida um método onde um feixe de fibras, em especial fibras de carbono, é impregnado com uma matriz baseada em um material plástico, seguido de cura. A invenção torna possivel alcançar um melhor desempenho dos materiais de reforço, ou da malha, em que a estrutura da superfície dá uma base muito favorável e a aderência ao betão a ser formado em volta, para além disso o fabrico de tais elementos poder ter lugar de uma forma simples e eficaz de baixo custo. Isto pode ser alcançado com a ajuda da nova característica de acordo com a invenção, tal como descrito nas reivindicações da patente. A invenção é de seguida explicada em mais detalhe consultando os desenhos, em que: A Fig.l mostra de uma forma esquemática a primeira etapa na produção de um feixe de fibras com impregnação de um material plástico, A Fig.2 mostra igualmente a primeira etapa de acordo com a invenção, para o tratamento do feixe de fibras da Fig. 1, para um produto mais ou menos acabado com a forma de um elemento de reforço tratado, A Fig.3 mostra uma realização alternativa em relação à da Fig. 2, nomeadamente para a produção de um elemento de reforço contínuo e flexível, como por exemplo, como uma banda, 3 A Fig. 4 mostra uma forma de realização alternativa, onde o elemento de reforço é utilizado para fabricar uma estrutura de reforço dedicada, como por exemplo com o foco para o reforço de pilares, para o reforço angular ou similar, A Fig. 5 mostra um exemplo muito elevado em uma secção em corte transversal de um feixe de fibras e de um elemento de reforço revestido de acordo com a invenção. A Fig. 6 ilustra de um modo esquemático o fabrico de uma rede de reforço com base no método de acordo com a invenção, A Fig.7 apresenta em relação a Fig. 6, um fabrico ligeiramente simplificado, nomeadamente, com foco no tipo de pólo dos elementos de reforço, A Fig.8 mostra outro desempenho modificado do da Fig. 6, para o fabrico de uma malha de reforço em que os elementos estão cruzados com uma variável angular, e A Fig. 9 mostra a construção em secção transversal em construção elevada de um ponto de passagem de uma malha de reforço da Fig. 6, possivelmente, também da Fig. 8.

Na primeira parte da linha de fabrico, conforme ilustrado na Fig. 1, um grande número de fibras ou filamentos contínuos únicos são puxados ou fornecidos em grande quantidade a partir da mesma quantidade de material inicial ou bobinas RI e colocados num recipiente com um banho de líquido de material plástico ou matriz 3 para impregnação. De um modo adequado, o feixe de fibras é levado no banho 3 com a assistência de rolos, como por exemplo marcados R2 e R3. Sobre o rolo R4 o feixe de fibras impregnadas é guiado para fora do banho, possivelmente dando uma pretensão, o que pode ter lugar pela ajuda de um dispositivo de puxar 5, incluindo os rolos duplos, actuando também para pressionar para fora os materiais plásticos adicionais não curados com os quais o feixe de fibras se encontra impregnado. De lá, o 4 feixe de fibras 10 é orientado as seguintes etapas de fabrico, com o foco no fabrico de um elemento de reforço continuo do tipo de pólo, possivelmente uma banda flexível ou igual ou malha de reforço, respectivamente uma estrutura de reforço tridimensional. O entrançamento do feixe de fibras pode ter interesse.

Em articulação com a Fig. 1, deve ser assinalado gue a invenção assume um número significativo de fibras simples 1 no composto de feixe de fibras 10, onde o número de fibras será da ordem de 1000 ou poderá ser de até 10 000 000 ou mais. Na prática isso é totalmente realista porque o diâmetro da fibra típica pode ser de 7 mícrones. No banho 3 o plástico líquido é alvo de uma deposição térmica ou, eventualmente, é um material termoplástico. Exemplos de materiais plásticos adequados são o poliéster, éster de vinil, e materiais epóxi. Quando as fibras ou filamentos 1 são impregnadas para serem submetidas a uma associação de compostos umas com as outras, o elevado número de fibras simples terá grande importância. O número crescente de fibras e o aumento da dimensão do feixe de fibras, a relação de superfície relativamente ao meio ambiente é reduzido. O excedente do material da matriz ou do material plástico a ser aplicado, como parte permanecerá colado na parte externa do feixe de fibras, pode variar dependendo das diferentes temperaturas e viscosidades do material plástico. Neste caso está presente uma quantidade significativa de possibilidades de variação com especial incidência em como decidir a quantidade necessária de cobertura de plástico fora do feixe de fibras de material composto, tendo em conta as propriedades necessárias, como sejam as capacidades de adesão ou as capacidades de cisalhamento após a incorporação no betão. Quando se trata de viscosidade (depois do teste de Brookfield, em 5 conformidade com a norma ASTM D 2196-86), esta poderá situar-se dentro do intervalo de 100-1000 mPas (cP), que irá principalmente cobrir os materiais alternativos reais da matriz.

Nas etapas de fabrico a seguir , como ilustrado na Fig. 2 (e na Fig.3) o feixe de fibras impregnadas 10, apesar de o material de impregnação ainda não se encontrar completamente curado, e estar próximo da fase líquida, é orientado em cooperação com um material em forma de partícula 15 localizado no recipiente de tipo caixa 12. No fundo da caixa de 12 há bicos ou buracos 13, que consoante o caso com a sua forma de secção transversal dá origem ao feixe de fibras com a secção em corte transversal de perfil solicitado. Quando o feixe de fibras 10 do orifício 13 passa através do reservatório de material em forma de partículas 15, que de acordo com a invenção é essencialmente areia, as partículas aderem à superfície do feixe de fibras, e depois são permanentemente enraizadas ou fixadas à superfície do feixe de fibras por cura na zona 17. Pela assistência de um dispositivo de puxar com rolos 18, o elemento de reforço acabado levado a uma estação de corte e de embalagem não se encontra ilustrado na Fig. 2. É uma característica essencial associada ao fabrico, de acordo com o ilustrado na Fig. 2, que o material em forma de partículas como seja a areia, adira à superfície do feixe de fibras 10, principalmente sem entrar entre as fibras. Este é um grande benefício porque partículas potencialmente afiadas poderiam penetrar na secção transversal do feixe de fibras entre as fibras individuais, o que iria danificar as fibras nesta etapa de fabrico, ou potencialmente sob as forças estáticas ou dinâmicas que as fibras irão sofrer, como no caso de um betão armado curado. Como exemplo das geometrias em corte transversal o buraco 6 de 13 pode dar ao feixe de fibra 10, uma forma circular ou rectangular está por perto, mas é claro que as geometrias de secção transversal podem ser escolhidas livremente dependendo da utilização do elemento de reforço.

Em conjunto para os parâmetros acima mencionados nas etapas de fabrico de acordo com a Fig. 1 e com a Fig. 2, nota-se que a temperatura de fabrico ou que a temperatura de cura na zona ou no dispositivo 17, pode estar no intervalo de 15 - 40 °C, com base nos sistemas de cura mais comuns. Isto também leva em linha de conta a colocação potencial manual ou o manuseamento para o fabrico de estruturas de reforço especiais nas etapas de fabrico posteriores.

Com o uso de areia como material de partículas, as dimensões adequadas podem situar-se na faixa de 100 mícrones a 5000 mícrones de diâmetro de partículas. Juntamente com os anteriores parâmetros para o material da matriz e afins, uma tal areia vai dar uma adesão vantajosa ou uma capacidade de cisalhamento entre o feixe de fibras e o betão formado envolvente. Isto permite uma utilização óptima dos feixes de fibras compostos fabricados especiais. Para o uso em betão a capacidade de cisalhamento óptima é de 1-50 Mpa.

As etapas de fabrico de acordo com a Fig. 3 separam-se da realização em conformidade com a Fig. 2 pelo facto de o elemento de reforço se enrolar como uma bobina num tambor 19 actuando também como um dispositivo de puxar de modo a puxar o elemento de reforço através do dispositivo de cura 17 e a armazenar o produto acabado, como no presente caso presumindo ter flexibilidade ou capacidade de dobragem suficiente, obtida por intermédio de uma escolha adequada 7 dos parâmetros e materiais mencionados como na entrada em fabrico. A disposição da Fig. 4 tem mais etapas do que a ilustração das Figs. 2 e 3, mas está configurada para descrever uma rotação em torno do corpo do molde 2 9 à medida que o material de reforço se enrola no decurso do processo de fabrico continuo. Em primeiro lugar o corpo 29 também serve para puxar o elemento de reforço da etapa de fabrico anterior, e em segundo lugar a secção em corte transversal do corpo 29 e as guias dos materiais de reforço do mesmo são ajustados para que a configuração desejada seja alcançada. Como exemplo, esta pode ser uma estrutura de reforço pré-fabricada para pilares de betão. Pode imaginar-se um grande número de variações como a geometria da secção em corte transversal do molde do corpo 29, com o foco na decisão da secção em corte transversal ou na configuração do reforço. Algumas das variações das secções em corte transversal são mostradas na Fig. 4 como A, B, C, D e E. 0 feixe de fibras é mostrado como uma secção em corte transversal e forte elevação na Fig. 5. A metade do lado esquerdo desta figura mostra um feixe de fibras de filamentos 30 em que a impregnação de material ou de matriz é aplicada, em que o material plástico penetrou na secção em corte transversal do feixe de fibras e encheu os espaços vazios entre as fibras individuais, 30 e a superfície exterior 31A, constituindo principalmente este revestimento por material plástico. Esta condição, como ilustrado no lado esquerdo da Fig. 5 corresponde à etapa de fabricação à frente da aplicação das partículas, por exemplo em forma de areia, sendo a secção em corte transversal como mostrado no lado direito da Fig. 5. As partículas mostradas 33 podem ter grande variedade de formas e tamanhos mas, como 8 ilustrado na fig. 5, as partículas podem ser consideradas como sendo puxadas, sendo algumas diminuídas quando comparadas com as dimensões do feixe de fibras no seu interior. Além disso, é evidente que a anteriormente descrita cura do elemento de reforço resulta numa base fixa das partículas 33 na camada de superfície 31A do material plástico curável 31. Para o fabrico de elementos de reforço como a malha de reforço ou afim está de acordo com o desempenho sugerido para a invenção como em primeiro lugar se encontra ilustrado de um modo esquemático na Fig. 6. Encontra-se nela ilustrada uma camada ou suporte inferior 20 com a medida horizontal requerida, por exemplo com um par de metros de uma borda lateral de formato rectangular ajustado ao tipo de construção a ser reforçado, como seja uma placa de um edifício. Ao longo da borda de uma superfície de apoio 20 são mostrados vários elementos de orientação 1-8, por exemplo paus ou uma ponta organizados de uma forma previsível. Também é possível organizar segmentos de borda ou parede (não mostrados), alguns elevados, em comparação com a superfície de apoio 20 ao longo das bordas, porém não tão elevados como os elementos de guia 1-8.

Com base na organização que acabámos de descrever, uma geometria de malha de geometria de reforço ser fabricada por essa fibra 10, proveniente da etapa de fabrico anterior de acordo com a Fig. 1, será guiada mecanicamente ou manualmente entre os elementos de guia 1-8 para a criação de uma malha, por exemplo, com pequenas malhas rectangulares. Isto ocorre quando a impregnação do feixe de fibras ainda não está curada. O enrolamento ou a orientação do elemento de reforço 10 pode ter lugar em múltiplas ou em várias voltas, de modo a que mais ou menos com camada sobre camada cria uma grade de reforço com uma espessura 9 específica das peças individuais em linha recta do feixe de fibras que criam a malha. A grade de reforço concluída está na Fig. 6 como um todo identificado como 28.

Muito embora o material de impregnação ainda esteja pegajoso, é em seguida fornecido com material em forma de partículas tal como indicado em 25, com outras palavras preferível às acima por aspersão adequada ou afim, de modo a que este material possa aderir ao feixe de fibras na sua totalidade e, simultaneamente, ser recolhido na superfície de apoio 20. A recolha do material em forma de partículas presente nesta superfície pode, possivelmente, ter lugar a uma tal uma espessura ou altura em que a superfície toca no feixe de fibras na grade de reforço 28, resultando num contacto mais íntimo e adesão. Esta recolha das partículas também pode ser realizada com antecedência antes localização do feixe de fibras, especialmente para cobrir bem o lado inferior dos feixes de fibras.

Depois de uma tal cobertura do feixe de fibras (s) ele permanecer preso até a cura do material de plástico ter tido lugar. Isto pode ocorrer, por exemplo, fornecendo calor de uma forma adequada. Assim, o material de partículas fica preso à superfície dos feixes de fibras como explicado em relação às Figs. 2 e 3 acima.

Antes ou após a remoção da malha de revestimento de reforço acabado 20, dos elementos de orientação sobre a superfície de apoio 20, pode ser conveniente remover a areia ou as partículas de material, tendo isto lugar vantajosamente lugar junto das aberturas 26 na superfície de apoio 20. Neste local são mostradas 4 posições 26, no entanto, em 10 termos práticos um número maior pode ser benéfico, pois potencialmente pode ser fechado. Uma solução adequada para essa remoção de restos de partículas de material pode ser posta em prática.

Na Fig. 6 está marcado um ponto de passagem 22 na malha de reforço, e uma grande ampliação de modo a que o ponto de passagem 22 é mostrado na secção transversal da Fig. 9. Na camada de cruzamento dos feixes de fibras onde a secção transversal dos feixes de fibras 10A é mostrada, com um formato de faixa plana com uma certa pressão simples, de perfil rectangular em secção transversal. Sob o feixe de fibras 10A encontram-se também ilustradas a alterar as faixas de fibras cruzadas, um total de oito camadas para um ponto de passagem 22. A ligação no ponto de passagem será desta forma muito poderosa, em grande parte devido à impregnação e à cura que se seguem. De um modo adicional, é importante neste contexto, que o material em forma de partículas ou areia fornecidos (na posição 25 na Fig. 6) não tenha tendência para penetrar entre as camadas do ponto de passagem 22. Por isso, é também aqui evitado que as poluições destrutivas ou as partículas agudas possam entrar e danificar as fibras nos pontos de passagem.

Fazendo agora referencia à Fig. 8, é mostrada uma modificação do padrão de malha de acordo com a Fig. 6, ou seja, por que o feixe de fibras 10 é guiado de forma mais ou menos irregular e angular diagonal para a criação de uma malha de reforço com variações da geometria da malha, isto é, basicamente uma malha não rectangular.

Isso pode ser uma vantagem para algumas aplicações. Também aqui é destacado um ponto de passagem, ou seja, como 11 indicado em 32, onde a construção da camada pode ter lugar de um modo totalmente análogo ao ilustrado na Fig. 9.

Finalmente a Fig. 7 mostra uma utilização da superfície de apoio 20, incluindo elementos de orientação 1-7 para o fabrico de elementos de reforço de comprimento em linha recta, ou seja, com um comprimento próximo ao comprimento entre a borda da superfície 20 fornecida com os elementos de orientação 1-7. Depois do enrolamento completo tal como a situação é descrita na Fig. 7, com a seguinte aplicação da partícula de material formado seguido de cura, cada elemento individual recto de reforço é cortando pela linha de 39A e 39B como indicado na Fig. 7. Esta forma de realização pode ser tomada como uma alternativa ao fabrico mais contínuo em conformidade com o ilustrado na Fig. 2. Uma modificação do processo de acordo com a fig. 7 pode ser a negligência para cortar os elementos, pelo que toda a estrutura é levantada desde a superfície de apoio e dobra-se ou endireita-se de modo a construir um elemento rectilíneo de maiores dimensões.

Considerando o fornecimento com material de partículas formadas, encontram-se presentes alternativas para além das descritas acima. Outra alternativa é guiar o feixe de fibras através um ciclone ou afim, onde manterá um remoinho, ou "céu" de ar e de areia ou outro material de partículas.

Pode ser percebido com base na descrição acima que, até que cura do material de impregnação ou de matriz ocorra, os feixes de fibras, ou os elementos de reforço, ou eventualmente, a rede de reforço ou a estrutura em três dimensões, podem ter quase todos os formatos diferentes desde os pólos simples em linha recta ou bandas, até 12 configurações mais complicadas conforme as descritas. Em todos os casos será conseguida uma geometria muito favorável para os elementos de reforço embutidos no betão dando muito boa adesão ou capacidade de fixação tal como era desejado. Isto é obtido apesar de investimentos muito baixos no fabrico de equipamentos e com a necessidade limitada de consumo de energia para aquecimento.

Lisboa, 25 de Agosto de 2010

Claims (3)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Método para o fabrico de um elemento de reforço (19, 28) para o betão, onde um feixe de fibras (10) alongado e preferencialmente continuo, especialmente em carbono, está impregnado (3) com uma matriz baseada em plástico seguida de cura, de modo a que o material plástico tenha penetrado na secção em corte transversal do feixe de fibras e preenchido os espaços vazios entre as fibras simples, em que o feixe de fibras (10), que inclui um grande número de fibras individuais, de no mínimo de uma ordem de magnitude de 1.000, após a impregnação (3) e antes da cura (17) seja feito cooperar com um material (15, 25) com forma de uma partícula, de preferência areia, puxando através dos furos (13) no fundo de um recipiente (12) contendo o material em forma de partículas (15), que está colado à superfície do feixe de fibras, principalmente sem se colocar entre as fibras e são fixados à superfície através da cura, para a criação de um elemento de reforço (19, 28).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que a forma em corte transversal exigida do feixe de fibras (10) é obtida por meio de furos de forma correspondente (13).

3. Método de acordo com a reivindicação 2, onde o feixe de fibras (10) é retirado do recipiente (12) sendo enrolada num corpo de molde giratório (29) cujo formato em corte transversal, está adaptado para dar um elemento de reforço resultando com uma configuração desejada.

4. Elemento de reforço para betão, incluindo um feixe prolongado, de preferência de fibra contínua e em particular à base de carbono em que a superfície das fibras 2 é revestida com um material em forma de partículas, de preferência de areia, que é colado ao feixe de fibras com um material plástico curado, caracterizado por o feixe de fibras estar impregnado com uma matriz com base em plástico a ser curado, de um modo tal que o material de plástico penetrou no feixe de fibras em corte transversal e encheu os espaços vazios entre as fibras individuais, e por o feixe de fibras incluir um número significativo de fibras únicas, no mínimo na ordem de grandeza de 1.000. Lisboa, 25 de Agosto de 2010 1/9

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