RU82245U1

RU82245U1 - Композитная арматура

Info

Publication number: RU82245U1
Application number: RU2008151585/22U
Authority: RU
Inventors: Антон Сергеевич Шахов; Сергей Владимирович Шахов; Семен Игоревич Шабалин; Станислав Игоревич Шабалин; Евгений Викторович Лялин; Валентина Федоровна Степанова
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2009-04-20

Abstract

1. Композитная арматура, содержащая несущий стержень из низкомодульных волокон и обмотки с уступами, отличающаяся тем, что несущий стержень выполнен армированным высокомодульными волокнами при соотношении линейных плотностей низкомодульных волокон к высокомодульным от 1,5 до 5. ! 2. Композитная арматура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве высокомодульных волокон используются углеродные волокна. ! 3. Композитная арматура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве высокомодульных волокон используются борные волокна. ! 4. Композитная арматура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве высокомодульных волокон используются кевларовые волокна. ! 5. Композитная арматура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве высокомодульных волокон используются волокна из сверхвысокомолекулярных полимеров.

Description

Полезная модель относится к строительству, а именно к неметаллической композитной арматуре, которая применяется для армирования термоизоляционных стеновых конструкций, монолитных бетонных и сборных конструкций; для использования в конструктивных элементах зданий в виде отдельных стержней; для армирования грунта основания зданий и сооружений, в том числе оснований автомагистралей и дорог; для анкеровки в грунте подпорных стен и сооружений.

Известна арматура стеклопластиковая по патенту 2194135 (опубл. 2002.12.10) содержащая несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку с уступами, которые выполнены в виде жгута нитей, пропитанных связующим и спирально нанесенных с натягом. Данный вид арматуры, содержит несущий стержень из высокопрочного полимерного материала (например, стекловолокно ГОСТ 17139-79, СВМ ТУ 6-06-1153-78), который относится к низкомодульным стеклянным волокнам, обеспечивающим получение арматуры с модулем упругости до 55000 МПа и пределом прочности до 1000 МПа. При использовании данной арматуры для армирования бетонных плит наблюдаются повышенные прогибы, что ухудшает качество изделий.

Известна арматура композитная по патенту №77310 (опубл. 2008.10.20) содержащая несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку жгутами нитей противоположного направления навивки, причем, соотношение площадей сечений первого обмоточного жгута и второго обмоточного жгута, навитого в противоположном направлении находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки второго обмоточного жгута составляет 92°-150°.

Данный вид арматуры содержит несущий стержень, который выполнен из полимерного материала (например, стекловолокно ГОСТ 17139-79, базальтовое волокно ТУ 5952-001-13308094-04), имеющего модуль упругости при растяжении 75000 МПа, обеспечивающий прочность при растяжении 1200-1400 МПа. Для армирования бетонных плит в промышленности используется стальная арматура с модулем упругости равным 200000 МПА, а композитная арматура обладает характеристиками, которые не позволяют ее использовать для армирования бетонных плит.

Недостатком этой арматуры является то, что модуль упругости композитной арматуры ниже модуля упругости стальной арматуры, что приводит к ухудшению качества изделий и препятствует использованию неметаллической композитной арматуры в бетонных конструкциях.

Предлагаемой полезной моделью решается задача создания композитной неметаллической арматуры обладающей модулем упругости при растяжении не менее 200000 МПа

Для достижения указанного технического результата в композитной арматуре, содержащей несущий стержень из низкомодульных волокон и обмотки с уступами, несущий стержень выполнен армированным высокомодульными волокнами при соотношении линейных плотностей низкомодульных волокон к высокомодульным от 1,5 до 5, причем в качестве высокомодульных волокон могут быть использованы углеродные, борные, кевларовые волокна, волокна из сверхвысокомолекулярных полимеров и др.

Отличительными признаками предлагаемой полезной модели от указанного выше наиболее известного является то, что несущий стержень выполнен армированным высокомодульными волокнами при соотношении линейных плотностей низкомодульных волокон к высокомодульным от 1,5 до 5, причем в качестве высокомодульных волокон могут быть использованы углеродные, борные, кевларовые волокна, волокна из сверхвысокомолекулярных полимеров и др.

Благодаря наличию этих признаков создана новая конструкция высокопрочной композитной арматуры с модулем упругости при растяжении Е_р≥200000 МПа, который равен модулю упругости стальной арматуры с одновременным повышением предела прочности при растяжении до 1800 МПа. Данный вид арматуры по сравнению с описанными аналогами обеспечивает получение повышенных физико-механических свойств при уменьшении количества дорогостоящих высокомодульных материалов, что уменьшает стоимость изделия. При изготовлении данного вида арматуры появляется возможность регулирования модуля упругости арматуры при растяжении в диапазоне Е_р=75000-200000МПа, за счет использования высокомодульных нитей различных свойств.

Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1 показан общий вид композитной арматуры с одной спиральной обмоткой.

На фиг.2 показан общий вид композитной арматуры со спиральными обмотками противоположного направления навивки.

На фиг.3 показано поперечное сечение композитной арматуры с равномерно расположенными 5-ю пучками высокомодульных волокон.

На фиг.4 показано поперечное сечение композитной арматуры с равномерно расположенными 8-ю пучками высокомодульных волокон.

Арматура композитная содержит несущий стержень 1 (фиг.1, 2) на котором расположена одна обмотка 2 (фиг.1) или две спиральные обмотки 3 и 4(фиг.2).

Несущий стержень 1 выполнен из низкомодульных стеклянных или базальтовых волокон пропитанных полимерным связующим. Высокомодульные волокна 5 (фиг.3 и 4) равномерно, в соответствии с канальной раскладкой пучков ровингов, расположены в массиве

низкомодульных волокон несущего стержня 1. В качестве высокомодульных волокон могут быть использованы волокна органического и неорганического происхождения, например углеродные, борные, кевларовые, сверхвысокомолекулярные полимеры, которые имеют модуль упругости при растяжении более 200000 Мпа. Для получения необходимых характеристик несущий стержень может быть выполнен с различной канальной раскладкой пучков ровингов, например, на фиг.3 показан несущий стержень, включающий 5 ровингов высокомодульного волокна, а на фиг.4 показан несущий стержень, включающий 8 ровингов высокомодульного волокна.

Арматуру композитную изготавливают методом «нидлтрузии» путем протягивания волокон несущего стержня через раздельные каналы с последующей обмоткой намоточным жгутом. Низкомодульные и высокомодульные волокна равномерно распределены по каналам и пропитаны термореактивным компаундом на основе эпоксидной смолы.

После отверждения, полученный стержень разрезают на отрезки необходимой длины.

Несущий стержень состоит из массива низкомодульных волокон, например, стеклянных (Е_р=55000 МПа) или базальтовых (Е_р=75000 MПа) и высокомодульных волокон с модулем упругости, превышающим модуль упругости стальной арматуры: (Е_р=200000 МПа), например, углеродных волокон (Е_р=230000÷800000 МПа), борных волокон (Е_р=400000÷800000 МПа), кевларовых волокон (Е_р=150000÷400000 МПа), волокон сверхвысокомолекулярных полимеров (E_p=180000÷450000 МПа).

Ниже приведен пример испытаний композитной базальтопластиковой арматуры с диаметром 6 мм при армировании несущего стержня углеродными волокнами с различным модулем упругости. Цель испытаний - определение оптимального соотношения низкомодульных и высокомодульных волокон для создания качественной композитной арматуры, обладающей модулем упругости при растяжении не менее 200000 МПа

Результаты испытаний приведены в таблице, где:

Т_н - линейная плотность низкомодульных волокон (ед. измерения - тэкс)

Т_в - линейная плотность высокомодульных волокон (ед. измерения - тэкс)

Линейная плотность волокон определяется по ГОСТ 6943-79 «Материалы текстильные стеклянные» по формуле: Т=1000·^m/, где:

m - масса отдельного мотка или отрезка, (ед. измерения - грамм)

- длина нити, пряжи, ровинга, или отрезка (ед. измерения - метр)

По результатам испытаний было выявлено, что соотношение линейных плотностей низкомодульных и высокомодульных волокон в несущем стержне арматуры для обеспечения Е_р=200000 МПа в зависимости от используемого высокомодульного волокна изменяется от 1,5 до 5.

Предлагаемая конструкция неметаллической композитной арматуры позволяет достичь модуля упругости при растяжении до уровня металлической арматуры равной 200000 МПа с одновременным увеличением предела прочности при растяжении до 1800-1870 МПа.

Предлагаемая композитная арматура обладает необходимыми качественными характеристиками, позволяющими широко использовать ее для армирования ответственных монолитных бетонных конструкций.

ТАБЛИЦА
Пример п/№	Низкомодульные волокна	Высокомодульные волокна	Тн/Тв	Ер, МПа	σ_р, МПа
1	Базальтовый ровинг РБН-1260 Е_р=95000 МПа Т_н=26400 тэкс			94510	1300
2	Базальтовый ровинг РБН-1260 Е_р=95000 МПа Т_н=26400 тэкс	Углеродная нить УКН-М-760 Е_р=230000 МПа Т_в=760 тэкс	34,7	104400	1350
3	Базальтовый ровинг РБН-1260 Е_р=95000 МПа Т_н=26400 тэкс	Углеродная нить УКН-М-760 Е_р=230000 МПа Т_в=1520 тэкс	1,7	201100	1830
4	Базальтовый ровинг РБН-1260 Е_р=95000 МПа Т_н=26400 тэкс	Углеродная нить УКН-М-1600 Е_р=345000 МПа Т_в=1600 тэкс	16,5	113000	1370
5	Базальтовый ровинг РБН-1260 Е_р=95000 МПа Т_н=26400 тэкс	Углеродная нить УКН-М-1600 Е_р-345000 МПа Т_в=14400 тэкс	1,8	203400	1870
6	Базальтовый ровинг РБН-1260 Е_р=95000 МПа Т_н=26400 тэкс	Углеродная нить УКН-М-1600 Е_р=500000 МПа Т_в=9600 тэкс	2,75	202300	1850
7	Базальтовый ровинг РБН-1260 Е_р=95000 МПа Т_н=26400 тэкс	Углеродная нить УКН-М-1600 Е_р-600000 МПа Р_в=8000 тэкс	3,3	201900	1830
8	Базальтовый ровинг РБН-1260 Е_р=95000 МПа Т_н=26400 тэкс	Углеродная нить УКН-М-1600 Е_р=700000 МПа Т_в=6400 тэкс	4,1	200050	1790
9	Базальтовый ровинг РБН-1260 Е_р=95000 МПа Т_н=26400 тэкс	Углеродная нить УКН-М-1300 Е_р=800000 МПа Т_в=6400 тэкс	4,9	201300	1830

Claims

1. Композитная арматура, содержащая несущий стержень из низкомодульных волокон и обмотки с уступами, отличающаяся тем, что несущий стержень выполнен армированным высокомодульными волокнами при соотношении линейных плотностей низкомодульных волокон к высокомодульным от 1,5 до 5.

2. Композитная арматура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве высокомодульных волокон используются углеродные волокна.

3. Композитная арматура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве высокомодульных волокон используются борные волокна.

4. Композитная арматура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве высокомодульных волокон используются кевларовые волокна.

5. Композитная арматура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве высокомодульных волокон используются волокна из сверхвысокомолекулярных полимеров.