RU2521281C2

RU2521281C2 - Composite reinforcement

Info

Publication number: RU2521281C2
Application number: RU2012133157/03A
Authority: RU
Inventors: Игорь Александрович Мехоношин; Андрей Викторович Борисов
Original assignee: Игорь Александрович Мехоношин; Андрей Викторович Борисов
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2014-06-27
Also published as: RU2012133157A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: composite reinforcement has harnesses made of fibres, impregnated with resin, the harnesses are interconnected by twisting them around each other and fixation in this position by the cured resin, recesses are formed between the coils of the harnesses, fibres of each harness are stretched in the longitudinal direction of each coil, pressed against each other and stranded between each other around the longitudinal axis of the harness, so that they form a common spiral adjoining a layer from the cured resin and the fibres of two harnesses in the zone of their contact along the entire length of the reinforcement. In the cross section the reinforcement is formed by a pair of harnesses contacting each other via the adjoining layer of harnesses, each of which has an oval shape in the cross section, the area of the cross section of each harness is selected within 40-49 % from the total area of the cross section of the reinforcement, the area of the cross section of the adjoining layer is selected within 20-2.0 % from the total area of the cross section of the reinforcement.

EFFECT: increase of the reinforcement strength and strength of its connection to the concrete.

1 dwg

Description

Изобретение относится к строительству, в частности к неметаллической арматуре для армирования конструкций, выполненных из связующих материалов.The invention relates to the construction, in particular, to non-metallic reinforcement for reinforcing structures made of adhesive materials.

Известна композитная арматура, арматурные стержни, способы их изготовления, представленные в описаниях патентной документации: СА 2298281А1, 08.08.2001; CN 1587576A, 02.03.2005; CN 201280782Y, 29.07.2009; US 2005064184 А, 24.03.2005 и US 7396496 В2, 08.07.2008. Стержни известных арматур имеют в сечении преимущественно круглую форму.Known composite reinforcement, reinforcing bars, methods for their manufacture, presented in the descriptions of patent documentation: CA 2298281A1, 08.08.2001; CN 1587576A, March 2, 2005; CN 201280782Y, July 29, 2009; US2005064184 A, 3/24/2005 and US 7396496 B2, 07/08/2008. The rods of known reinforcement have a mainly circular shape in cross section.

Существенными требованиями, предъявляемыми к композитным арматурам, являются обеспечение надежности сцепления арматуры с бетоном и исключение срыва арматуры в отвержденном бетоне при работе бетонной конструкции. В этой связи круглая форма арматурного стержня снижает сопротивление арматуры ее смещению в массиве отвержденного бетона при работе последнего на кручение и изгиб.The essential requirements for composite reinforcement are to ensure reliable adhesion of reinforcement to concrete and to prevent failure of reinforcement in cured concrete during operation of the concrete structure. In this regard, the round shape of the reinforcing bar reduces the resistance of the reinforcement to its displacement in the solidified concrete mass during torsion and bending.

С целью повышения сцепления арматуры с бетоном ее выполняют с различного рода зацепами, утолщениями, или, например, волнообразной (RU 2431026 С1, 10.20.2011), или в виде плоской ленты с определенным соотношением ширины к толщине (RU 2388878 С1, 10.05.2010).In order to increase the adhesion of reinforcement to concrete, it is performed with various kinds of hooks, thickenings, or, for example, undulating (RU 2431026 C1, 10.20.2011), or in the form of a flat tape with a certain ratio of width to thickness (RU 2388878 C1, 05/10/2010 )

В другой известной композитной арматуре, содержащей волокна, смолу и зацепы, последние образованы слоем песка, закрепленным на отвержденной поверхности арматуры, при этом зацепы выполнены на концах арматурных стержней в виде утолщений, каждое утолщение выполнено в виде обмотки, покрытой абразивным материалом или цементом (RU 2001113390 А, 10.05.2003; RU 82244 U1, 20.04.2009; RU 104953 U1, 27.05.2011).In another known composite reinforcement containing fibers, resin and hooks, the latter are formed by a layer of sand fixed on the cured surface of the reinforcement, while the hooks are made at the ends of the reinforcing bars in the form of thickenings, each thickening is made in the form of a winding coated with abrasive material or cement (RU 2001113390 A, 05/10/2003; RU 82244 U1, 04/20/2009; RU 104953 U1, 05/27/2011).

Близким техническим решением к решению, представленному в данном описании, является композитная арматура, характеризующаяся тем, что она содержит выполненные из волокон жгуты, соединенные между собой путем их свивки вокруг друг друга и фиксации в этом положении отвержденной смолой, причем между витками жгутов образованы углубления (RU 2430220 С2, 20.08.2010). Арматура выполнена из высокопрочного полимерного материала с обмоткой, образующей уступы. Волокна объединены в жгуты, стержень арматуры образован скрученными жгутами, диаметр каждого жгута составляет 25-47% от диаметра стержня арматуры, количество жгутов выбрано не менее трех, а число кручений жгутов на метр стержня находится в диапазоне 5-120. Следует отметить, что число жгутов в арматуре, равное не менее трех, приводит к тому, что между жгутами образуются пустоты, которые также заполняются смолой. Пустоты, заполненные отвержденной смолой, существенно ослабевают арматуру и придает ей хрупкость вследствие большей хрупкости отвержденной смолы в сравнении с хрупкостью пропитанных смолой волокон. Также установлено, что сопротивление арматуры на растяжение, изгиб и сжатие зависит от содержания смолы в арматуре и в этой связи существует оптимальное соотношение смолы и волокон в арматуре. Поскольку в известной арматуре ее поверхность гладкая и она образована тремя жгутами, то это снижает сцепление арматуры с бетоном вследствие уменьшения углублений между жгутами. В результате при работе арматуры на растяжение в отвержденном бетоне возможны ее сдвиги относительно бетона, а круглая форма каждого жгута уменьшает сопротивляемость арматуры на кручение.A close technical solution to the solution presented in this description is composite reinforcement, characterized in that it contains bundles made of fibers, interconnected by twisting them around each other and fixing in this position with a cured resin, and indentations are formed between the turns of the bundles ( RU 2430220 C2, 08.20.2010). The fittings are made of high-strength polymer material with a winding forming ledges. The fibers are combined into bundles, the reinforcing bar is formed by twisted bundles, the diameter of each bundle is 25-47% of the diameter of the reinforcing bar, the number of bundles is selected at least three, and the number of twists of bundles per meter rod is in the range of 5-120. It should be noted that the number of bundles in the reinforcement equal to at least three leads to the fact that voids form between the bundles, which are also filled with resin. The voids filled with the cured resin significantly weaken the reinforcement and give it brittleness due to the greater brittleness of the cured resin compared to the brittleness of the resin-impregnated fibers. It was also found that the tensile, bending and compression strength of the reinforcement depends on the resin content in the reinforcement, and in this regard, there is an optimal ratio of resin and fibers in the reinforcement. Since in the known reinforcement its surface is smooth and it is formed by three bundles, this reduces the adhesion of the reinforcement to concrete due to the reduction of the recesses between the bundles. As a result, during the operation of tensile reinforcement in hardened concrete, shifts are possible relative to concrete, and the round shape of each bundle reduces the torsion resistance of the reinforcement.

Техническим результатом конструктивного решения, представленного в данном описании, является повышение прочности арматуры и прочности ее соединения с бетоном.The technical result of the design solution presented in this description is to increase the strength of the reinforcement and the strength of its connection with concrete.

Указанный технический результат получен композитной арматурой, содержащей выполненные из волокон жгуты, соединенные между собой путем их свивки вокруг друг друга и фиксации в этом положении отвержденной смолой, между витками жгутов образованы углубления, волокна каждого жгута натянуты в продольном направлении каждого витка, прижаты друг другу и скручены между собой вокруг продольной оси жгута так, что в зоне их контакта по всей длине арматуры они образуют общий винтообразный соединительный слой из отвержденной смолы и волокон двух жгутов, в поперечном сечении арматура образована парой контактирующих между собой через соединительный слой жгутов, каждый из которых имеет в поперечном сечении овальную форму, площадь поперечного сечения каждого жгута выбрана в пределах 40-49% от общей площади поперечного сечения арматуры, площадь поперечного сечения соединительного слоя выбрана в пределах 20-2,0% от общей площади поперечного сечения арматуры.The specified technical result was obtained by composite reinforcement containing bundles made of fibers, interconnected by twisting them around each other and fixing with a cured resin in this position, indentations are formed between the turns of the bundles, the fibers of each bundle are stretched in the longitudinal direction of each coil, pressed against each other and twisted together around the longitudinal axis of the bundle so that in the area of their contact along the entire length of the reinforcement they form a common screw-like connecting layer of cured resin and fibers of two strands In the cross section, the reinforcement is formed by a pair of bundles contacting each other through the connecting layer, each of which has an oval cross-section, the cross-sectional area of each bundle is selected within 40-49% of the total cross-sectional area of the reinforcement, the cross-sectional area of the connecting layer selected within 20-2.0% of the total cross-sectional area of the reinforcement.

На чертеже показано поперечное сечение арматуры в увеличенном виде.The drawing shows a cross section of reinforcement in an enlarged view.

Композитная арматура представляет собой удлиненный жесткий стержень, выполненный из волокон 1, которые образуют собой жгуты 2, пропитанные, например, эпоксидной смолой 3. Жгуты 2 соединены между собой путем их свивки вокруг друг друга и фиксации в этом положении указанной отвержденной смолой (показана условно штриховыми линиями). Волокна 1 каждого жгута натянуты в направлении каждого витка жгута, причем по длине арматуры это направление меняется, поскольку меняются направления витков каждого жгута.Composite reinforcement is an elongated rigid rod made of fibers 1, which form bundles 2, impregnated, for example, with epoxy resin 3. The bundles 2 are interconnected by twisting around each other and fixing in this position the specified cured resin (shown conventionally dashed lines). The fibers 1 of each bundle are stretched in the direction of each turn of the bundle, and along the length of the reinforcement, this direction changes, since the directions of the turns of each bundle change.

Волокна 1 каждого жгута прижаты друг другу и скручены между собой вокруг продольной оси жгута так, что в зоне их контакта по всей длине арматуры волокна каждого жгута образуют винтообразный по длине арматуры соединительный слой 4, полученный из отвержденной смолы 3 и волокон 1 двух жгутов. Слой 4 представляет собой конгломерат волокон и отвержденной смолы, он соединяет жгуты и находится в наиболее сжатом состоянии в месте поджатая жгутов 2 друг к другу. Плотность соединительного слоя 4 больше плотности каждого жгута, при этом в слое 4 меньше волокон на единицу объема в сравнении с числом волокон на единицу объема каждого жгута.The fibers 1 of each bundle are pressed against each other and twisted together around the longitudinal axis of the bundle so that in the zone of their contact along the entire length of the reinforcement, the fibers of each bundle form a screw-like connecting layer 4, obtained from the cured resin 3 and fibers 1 of the two bundles. Layer 4 is a conglomerate of fibers and cured resin, it connects the bundles and is in the most compressed state in the place of the tightened bundles 2 to each other. The density of the connecting layer 4 is greater than the density of each bundle, while in layer 4 there are fewer fibers per unit volume in comparison with the number of fibers per unit volume of each bundle.

Волокно арматуры представляет собой нить из органического или неорганического материала, длина волокна может быть по всей длине арматуры или она может быть известным образом выполнена из нескольких соединенных друг с другом нитей. В поперечном сечении арматура образована двумя идентичными по форме жгутами 2, закрученными вокруг продольной оси 5 арматуры, при этом жгуты плотно прижаты друг к другу через соединительный слой 4 и в этом положении зафиксированы отвержденной смолой в рабочем положении.The reinforcing fiber is a thread of organic or inorganic material, the length of the fiber can be along the entire length of the reinforcement, or it can be made in a known manner from several threads connected to each other. In cross section, the reinforcement is formed by two identical in shape bundles 2, twisted around the longitudinal axis 5 of the reinforcement, while the bundles are tightly pressed against each other through the connecting layer 4 and in this position are fixed with the cured resin in the working position.

Каждый жгут 2 имеет в поперечном сечении овальную форму и площадь поперечного сечения каждого жгута выбрана в пределах 40-49% от общей площади поперечного сечения арматуры. Площадь поперечного сечения соединительного слоя 4 выбрана в пределах 20-2,0% от общей площади поперечного сечения арматуры. Плотность отвержденных соединительного слоя 4 больше плотности каждого жгута 2. Каждый жгут имеет продольную ось 6 симметрии, вокруг которой закручены волокна 2 жгута, а на поверхности жгута выполнен из смолы защитный слой 7.Each tow 2 has an oval cross-section and the cross-sectional area of each tow is selected within 40-49% of the total cross-sectional area of the reinforcement. The cross-sectional area of the connecting layer 4 is selected within 20-2.0% of the total cross-sectional area of the reinforcement. The density of the cured connecting layer 4 is higher than the density of each bundle 2. Each bundle has a longitudinal axis of symmetry 6, around which the fibers 2 of the bundle are twisted, and a protective layer 7 is made of resin on the bundle surface.

На поверхности арматуры образовано множество впадин 8, расположенных между витками жгутов по длине арматуры. Выбор числа жгутов арматуры позволил обеспечить максимально возможную глубину каждой впадины 8 с целью повышения прочности соединения арматуры с бетоном.On the surface of the reinforcement formed many depressions 8 located between the turns of the bundles along the length of the reinforcement. The choice of the number of harnesses of reinforcement made it possible to provide the maximum possible depth of each depression 8 in order to increase the strength of the connection of reinforcement with concrete.

Волокна каждого витка жгута 2 натянуты в их продольном направлении, прижаты друг к другу и скручены между собой вокруг продольной оси жгута с расчетным усилием скрутки, удовлетворяющем условию, чтобы впадины 8 оставались наибольшими, а плотность соединительного слоя 4 большей плотности каждого жгута в отвержденном состоянии. Винтообразный соединительный слой 4, выполненный из отвержденной смолы 3 и волокон 1 двух жгутов, по существу является ядром жесткости арматуры. В таком сочетании указанных признаков овальная форма каждого жгута, полученная определенной технологией изготовления арматуры, обеспечивает существенное повышение прочности арматуры при изгибе и кручении бетонной армированной конструкции. При этом выбранные опытным путем площади поперечного сечения каждого жгута в пределах 40-49% от общей площади поперечного сечения арматуры, а также площадь поперечного сечения соединительного слоя выбрана в пределах 20-2,0% от общей площади поперечного сечения арматуры, связаны с глубиной каждой впадины 8 арматуры, и в совокупности эти параметры повышают сопротивление продольного перемещения стержня арматуры в бетоне.The fibers of each turn of the tow 2 are stretched in their longitudinal direction, pressed against each other and twisted together around the longitudinal axis of the tow with a calculated twisting force satisfying the condition that the troughs 8 remain the largest and the density of the connecting layer 4 is higher than the density of each tow in the cured state. A screw-like connecting layer 4 made of cured resin 3 and fibers 1 of two strands is essentially the core of reinforcement stiffness. In this combination of these features, the oval shape of each bundle, obtained by a certain technology of manufacturing reinforcement, provides a significant increase in the strength of the reinforcement during bending and torsion of a concrete reinforced structure. Moreover, the experimentally selected cross-sectional areas of each bundle within 40-49% of the total cross-sectional area of the reinforcement, as well as the cross-sectional area of the connecting layer, are selected within 20-2.0% of the total cross-sectional area of the reinforcement cavities 8 of the reinforcement, and together these parameters increase the resistance to the longitudinal movement of the reinforcement bar in concrete.

Изготавливают арматуру путем пропитки пучка волокон 1 смолой 3 и скручивания пучка волокон вокруг продольной оси пучка. При скручивании волокон образуется пропитанный смолой жгут 2, при этом излишки смолы из жгута выжимаются. Далее выдерживают жгут до состояния определенной фазы отверждения ее поверхностного слоя. Аналогичным образом изготавливают второй жгут. Далее два жгута располагают параллельно друг другу и скручивают их вокруг продольной оси 5 арматуры.Reinforcements are made by impregnating the fiber bundle 1 with resin 3 and twisting the fiber bundle around the longitudinal axis of the bundle. When the fibers are twisted, a resin-saturated tow 2 is formed, while excess resin is squeezed out of the tow. Next, the tow is held to the state of a certain phase of curing of its surface layer. In a similar manner, a second tow is made. Next, two tows are placed parallel to each other and twist them around the longitudinal axis 5 of the reinforcement.

Работает арматура следующим образом. Соединяют отрезки арматуры между собой в пространственную арматурную конструкцию, которую располагают в опалубке и заливают бетоном или иным вяжущим материалом. При этом впадины 8 между витками жгутов 2 заполняются бетоном. В процессе отверждения бетона его вяжущие частицы вступают во взаимодействие с поверхностями впадин 8 между витками жгутов и образуют прочное соединение арматуры с бетоном.The fittings are as follows. The segments of the reinforcement are connected together in a spatial reinforcing structure, which is placed in the formwork and poured with concrete or other cementing material. In this case, the depressions 8 between the turns of the tows 2 are filled with concrete. In the process of curing concrete, its binders interact with the surfaces of the depressions 8 between the turns of the strands and form a strong connection of reinforcement with concrete.

Как показали сравнительные испытания, выполненная из пары жгутов арматура обеспечивает повышение сцепления арматуры с бетоном с минимальными нарушениями структуры арматуры и бетона на разрыв, при этом овальность жгутов существенно повышает сопротивляемость арматурного стержня при его кручении вокруг продольной оси 5 арматуры. В итоге повышена прочность арматуры и ее сопротивляемость смещению в бетонной конструкции при нагрузке конструкции на кручение и изгиб, а также при других смешанных нагрузках.As comparative tests have shown, reinforcement made from a pair of bundles provides increased adhesion of reinforcement to concrete with minimal breakdown in the structure of reinforcement and concrete, while the ovality of the bundles significantly increases the resistance of the reinforcing bar when it is twisted around the longitudinal axis 5 of the reinforcement. As a result, the strength of the reinforcement and its resistance to displacement in the concrete structure are increased when the structure is loaded by torsion and bending, as well as other mixed loads.

Claims

Composite reinforcement, characterized in that it contains bundles made of fibers, interconnected by twisting around each other and fixing in this position with a cured resin, indentations are formed between the turns of the bundles, the fibers of each bundle are stretched in the longitudinal direction of each coil, pressed against each other to each other and twisted together around the longitudinal axis of the bundle so that in the zone of their contact along the entire length of the reinforcement they form a common screw-like connecting layer of cured resin and fibers of two bundles, in front In a different section, the reinforcement is formed by a pair of bundles contacting each other through the connecting layer, each of which has an oval cross-section, the cross-sectional area of each bundle is selected within 40-49% of the total cross-sectional area of the reinforcement, the cross-sectional area of the connecting layer is selected within 20-2.0% of the total cross-sectional area of reinforcement.