EA 025976B1 20170228

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000025976b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

1. Армирующий стержень (10) для бетонных конструкций, имеющий среднюю длину от 20 до 200 мм и средний диаметр от 0,3 до 3 мм, где каждый стержень (10) выполнен по меньшей мере из одного пучка волокон, имеющего цилиндрическое поперечное сечение и сделанного из базальтовых, углеродных или стеклянных волокон, покрытых отвержденным связующим веществом, состоящего из непрерывных, параллельных, прямых волокон (17), и где одна или более нить (12) из упругого или неупругого, но натянутого материала спирально намотана вокруг указанного по меньшей мере одного пучка параллельных, прямых волокон (17) перед отверждением связующего вещества при поддерживании волокон (17) параллельно друг другу во время отверждения с обеспечением неровной внешней поверхности с продольно расположенными спиральными углублениями в продольном направлении поверхности пучка(ов) волокон, покрытых связующим веществом, отличающийся тем, что: а) волокна (17) натянуты и скручены, причем угол β между осевой линией (cl-cl) стержня (10) и продольным направлением волокон (17) составляет от 2 до 5°, при этом угол α между осевой линией (cl-cl) стержня (10) и проекцией нити (12), намотанной по спирали, составляет от 4 до 8°, б) указанным стержням (10) придана шероховатая форма поверхности и/или текстура, способствующие связыванию с бетоном, в) шаг спирали составляет от 10 до 22 мм, предпочтительно 17 мм.

2. Армирующий стержень по п.1, где указанные одна или две нити (12) спирально намотаны в противоположных направлениях вокруг покрытых связующим веществом волокон стержня (10).

3. Способ производства армирующих стержней (10), определенных в пп.1-2, в котором пучок прямых непрерывных, параллельных базальтовых, углеродных или стеклянных волокон (17) покрывают связующим веществом и отверждают его, пучок волокон перед или во время процесса отверждения снабжают спиральным профилем, обеспечиваемым спиральной намоткой одной или двух нитей (12) из упругого материала вокруг указанного по меньшей мере одного пучка параллельных волокон (17), отличающийся тем, что параллельные волокна (17) натягивают и закручивают, причем угол β между осевой линией (cl-cl) стержня (10) и продольным направлением волокон (17) составляет от 2 до 5°, а нить (12) наматывают вокруг указанного пучка волокон (17) по спирали с шагом от 10 до 22 мм, предпочтительно 17 мм, под углом α между осевой линией (cl-cl) стержня (10) и проекцией угла α спирали, составляющим от 4 до 8°, придавая указанным стержням (10) шероховатую форму поверхности и/или текстуру, способствующую связыванию с бетоном.

4. Способ по п.3, где указанную по меньшей мере одну нить (12) наматывают по спирали перед отверждением связующего вещества, поддерживая волокна (17) параллельно друг другу во время отверждения и придавая армирующим стержням (10) шероховатую внешнюю поверхность в продольном направлении.

5. Способ по п.4, где две нити наматывают по спирали в противоположных направлениях.

6. Применение коротких армирующих стержней (10), определенных в одном из пп.1, 2, в свежем бетоне для ремонта растрескавшегося бетона, для увеличения средней остаточной прочности и прочности на изгиб отвержденных бетонных конструкций, тем самым восстанавливая или улучшая структурную целостность бетонной конструкции.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

5. Способ по п.4, где две нити наматывают по спирали в противоположных направлениях.

Евразийское 025976 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.02.28
(21) Номер заявки 201390458
(22) Дата подачи заявки
2011.10.21
(51) Int. Cl.
C04B14/38 (2006.01) C04B16/06 (2006.01) C04B 32/02 (2006.01) E04C 5/07 (2006.01)
(54) АРМИРУЮЩИЙ СТЕРЖЕНЬ ДЛЯ БЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА
(31) 20101485
(32) 2010.10.21
(33) NO
(43) 2013.10.30
(86) PCT/NO2011/000300
(87) WO 2012/053901 2012.04.26
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
РЕФОРСТЕК ЛТД. (IE)
(72) Изобретатель:
Стандаль Пер Като, Миллер Леонард
У. (NO)
(74) Представитель:
Поликарпов А.В. (RU)
(56) KR-A-20060009486 JP-A-08091913 WO-A1-2008128314 JP-A-2002154853 JP-A-07149552 CN-YY-201236420
(57) Изобретение относится к армирующим стержням для бетонных конструкций, включающим множество непрерывных, параллельных волокон, предпочтительно базальтовых, углеродных, стеклянных или подобных им волокон, встроенных в отвержденное вяжущее вещество, где стержни предпочтительно имеют среднюю длину 20-200 мм и средний диаметр от 2 до 10 мм, и каждый стержень выполнен по меньшей мере из одного пучка волокон, содержащего параллельные, предпочтительно прямые волокна, имеющего цилиндрическое сечение, при этом указанным стержням придана форма поверхности и/или текстура, которая способствует хорошему связыванию с бетоном. По меньшей мере часть поверхности каждого стержня деформируют перед или во время стадии отверждения вяжущего вещества посредством: а) одной или более нитей из упругого или неупругого, но натянутого материала, спирально намотанной вокруг указанного по меньшей мере одного пучка параллельных прямых волокон перед отверждением вяжущего вещества, в которое встроены волокна, поддерживая волокна параллельно друг другу во время отверждения и обеспечивая неровную внешнюю поверхность армирующих стержней в продольном направлении, и/или б) посредством по меньшей мере одной деформированной части и/или по меньшей мере одного деформированного конца каждого армирующего стержня; при этом получая шероховатую поверхность. Изобретение также относится к способу производства армирующих стержней и применению таких коротких волокон.
Область техники
Настоящее изобретение относится к армирующему элементу для применения с конструкциями, подлежащими отливке, такими как, например, бетонные конструкции.
Более точно, настоящее изобретение относится к армирующим стержням для бетонных конструкций и способу производства таких стержней, включающих множество непрерывных, параллельных волокон, слегка натянутых для совместного функционирования, предпочтительно базальтовых, углеродных, стеклянных волокон или подобных им волокон, встроенных в отвержденное вяжущее вещество, где стержни предпочтительно имеют среднюю длину от 20 до 200 мм, а средний диаметр от 0,3 до 3 мм, и каждый стержень выполнен по меньшей мере из одного пучка волокон, содержащего параллельные, предпочтительно прямые волокна, имеющего круглое или овальное поперечное сечение, при этом указанным стержням придают форму поверхности и/или текстуру для обеспечения связывающей способности.
Предпосылки изобретения
Обычный бетон устойчив к сжатию, но имеет очень низкую прочность при растяжении, что приводит к разрушению при низких значениях деформации при растяжении. Таким образом, установилась практика добавлять волокна малой длины в бетон во время смешивания ингредиентов бетона. Волокна, смешанные с бетоном во время смешивания, расходятся по всем направлениям в случайном порядке и обеспечивают армирующий эффект во всех направлениях внутри затвердевшего, ставшего твердым бетона. Добавлением волокна изменяют механизм растрескивания от макрорастрескивания к микрорастрескиванию. Вследствие изменения механизма растрескивания макротрещины становятся микротрещинами. Ширину трещин уменьшают, и предел прочности при относительном растяжении бетона увеличивается. Механическое связывание между встроенным волокном и связующим вяжущим веществом обеспечивают перераспределением напряжений. Кроме того, возможность изменять механизм растрескивания приводит к поддающимся количественному определению преимуществам, где уменьшение микрорастрескивания приводит к пониженной проницаемости и повышенным стойкости к истиранию поверхности, ударопрочности и усталостной прочности. Этот тип бетона известен как армированный волокнами бетон.
Использование стойкого к коррозии армирования из упрочненного волокном полимера (УВП) также ранее было предложено для систем транспортирования, особенно тех, которые подвержены действию солей-антиобледенителей, и/или расположены в высококоррозионной окружающей среде. Стеклянные, углеродные и арамидные волокна широко используют в производстве армирующих стержней для такого применения бетона.
Новейшие разработки в технологии производства волокна позволяют производить армирующие полимерные стержни из базальтового волокна (АПБВ), которое производят из базальтовых пород. Базальтовые волокна имеют хороший диапазон тепловых рабочих характеристик, высокую прочность на разрыв, устойчивость к кислотам, хорошие электромагнитные свойства, инертную природу, устойчивость к коррозии, радиации и ультрафиолетовому излучению, вибрации и ударным нагрузкам. Продукты из АПБВ доступны в различных формах, таких как, например, прямые стержни, петли, двумерные сетки и спирали.
Другие области использования волокон для армированных конструкций это бетонные слои или облицовка для применения на стенах тоннелей, либо для предотвращения падения камней или как противопожарное средство. Такой бетон наносят на поверхность и обычно называют торкрет-бетоном, а также используют в форме сборных бетонных плит или сборных бетонных элементов.
Для предотвращения последующего эффекта ползучести при стадиях отверждения, т.е. для предотвращения образования малых или больших трещин в процессе стадии отверждения, используют волокна. Одним типом используемых волокон являются стальные волокна, имеющие длину в диапазоне 2-5 см и диаметр приблизительно 1 мм. Для того чтобы обеспечить достаточное связывание с бетоном, концы таких волокон делают плоскими, обеспечивая тем самым расширенные концы. Целью указанного армирования стальными волокнами является предотвращение растрескивания в процессе стадии отверждения свежего бетона.
Также ранее предлагали использовать армирование волокнами, произведенное из большого количества параллельных стеклянных, арамидных или углеродных волокон, встроенных в вяжущее вещество и отвержденных, вместо или в дополнение к стальным волокнам.
GB 2175364 относится к армирующему элементу в виде длинных, прямых, вытянутых непрерывных армирующих прутов или стержней, имеющих по меньшей мере один выступ на поверхности, который образован посредством наматывания материала подобного шнуру на периферийную поверхность синтетического ядра, армированного волокном. Материал, подобный шнуру, получают скручиванием непрерывных пучков волокон с шагом в диапазоне от трех витков на десять сантиметров до пятнадцати витков на десять сантиметров. Пучки волокон включают стеклянные или углеродные волокна, или волокна бора, или металлические, или природные или синтетические волокна.
В US 5182064 описан способ производства длинного вытянутого пластмассового стержня, армированного волокном, имеющего ребра на поверхности, полученные посредством пропитки армирующего
материала, который имеет непрерывные длинные пучки волокон, незатвердевшей жидкой смолой. Формирующий ребро элемент получают отдельно пропиткой армирующего материала из пучка волокон не-затвердевшей жидкой смолой. Пластмассовый стержень, армированный волокном, получают вращением по спирали элемента, формирующего ребро, и совместным отверждением двух элементов в единое тело.
В JP 4224154 описан армирующий элемент для бетона, имеющий высокие связывающую адгезионную прочность и прочность на разрыв, который получают намоткой толстых и тонких нитей вокруг материала сердечника, включающего армирующее волокно и термореактивную смолу, и который затвердевает и становится твердым с образованием при этом шероховатого покровного слоя посредством термического твердения.
В JP описано, как улучшить армирующую прочность цемента, формируя выступающие наружу кольцеобразные выступы или уплощенные концы на вытянутых пучках волокон, встроенных в очень липкий материал, нарезая их на короткие пучки волокон, расположенные в одном направлении и, встраивая их в смоляную матрицу.
В JP 1207552 описано решение, в котором термопластичную смолу армируют пучками армирующих волокон, направленными в одном направлении, и применяют к ним процесс гибки. Там, где необходимо применить процесс гибки, нить, состоящую из того же волокна, что и указанное армирующее волокно, наматывают вокруг, и порошок, состоящий из карбида кремния, оксида алюминия, нержавеющей стали, и т.д., с хорошими свойствами связывания с бетоном, прикрепляют к боковым поверхностям стержня для того, чтобы увеличить прочность связывания армирующего элемента с бетоном.
В CN 2740607 описана армирующая конструкция из волокна для бетона. Волокно представляет собой высокополимерное волокно с шероховатой поверхностью. Форма поперечного сечения армирующей конструкции из волокна может быть шестиугольной или пятиугольной. Форма профиля может быть волнообразной или пилообразной. Диаметр волокна составляет от 0,5 до 1,0 мм. Длина волокна составляет от 40 до 75 мм. Конструкция из волокна имеет высокую прочность на разрыв, низкий модуль упругости, значительную стойкость к кислотам и щелочам и низкую удельную массу. Волокно используют для регулирования трещин в бетоне в ходе стадии отверждения.
В CN 201236420 описан ребристый материал, который можно использовать в строительстве вместо армирующих стальных стержней. Композитным ребристым материалом из волокон является гибкий стержень с цилиндрическим поперечным сечением, образованный склеиванием и соединением множества пучков с сердцевиной из базальтовых волокон и покрытием пучков с сердцевиной из базальтовых волокон смоляной основой. Стержни представляют собой длинные элементы такого же размера, как и обычные стальные армирующие стержни.
В ЕР 2087987 описаны способ и устройство для введения более длинных стальных волокон в бетон с использованием устройства, установленного на патрубке для введения бетона или вблизи него, где волокна режут и добавляют в поток бетона через трубу, непосредственно в бетономешалку.
В JP 2007070204 и JP 2008037680 описан пучок из углеродного волокна в виде ворсистой нити из двух или более пучков углеродных волокон. Пучок из углеродного волокна скручен 50-120 раз на метр и имеет длину порядка 5-50 мм. Поверхность пучка из углеродного волокна гофрированная, с интервалом между гофрами 3-25 мм. Плоский пучок из углеродного волокна, имеющий отношение ширины к толщине, равное 20 или более, скручивают и обрабатывают. Площадь поперечного сечения троса составляет 0,15-3 мм.
В WO 98/10159 описаны волокна, непрерывные или прерывистые, и стержни, имеющие оптимизированные геометрические размеры для применения при армировании цемента, поперечное сечение которых является многоугольным. Геометрические размеры предусматривают для увеличения отношения площади поверхности, доступной для связывания волокон с матрицей, к площади поперечного сечения волокна
В US 2001/0051266 и US 2004/0018358 описаны волокна, которые деформированы механически на микроуровне так, что волокна уплощены и имеют поверхностные деформации для лучшего контакта с материалом вяжущего вещества, материалом вяжущего вещества, в частности, может быть бетон. Волокна имеют длину предпочтительно в диапазоне 5-100 мм и среднюю ширину 0,5-8 мм, волокна делают из одного или более синтетических полимеров или металла, такого как сталь.
В WO 02/06607 описаны волокна для использования в бетонных смесях, где волокна являются плоскими или уплощенными и имеют первый и второй противоположные плоский или уплощенный концы, которые выступают и ограничивают промежуточное удлиненное, спиральное тело волокна. Волокна имеют среднюю длину приблизительно 5-100 мм и среднюю ширину 0,25-8,0 мм, и среднюю толщину 0,00-3,0 мм. Волокна делают из полипропилена или полиэтилена.
Также приведена ссылка на WO 20093/025 305, принадлежащую заявителю, где раскрыты способ изготовления, конфигурация и наращивание удлиненных армирующих стержней для композитных материалов.
Существует необходимость в улучшенном типе армирования, которое в простой форме подходит для ремонта обычных треснувших бетонных конструкций, армированных обычной стальной арматурой так, что открытая стальная арматура может быть заделана, и, в дополнение, восстановлена, возможно,
обеспечивая дополнительную структурную целостность треснувшей бетонной конструкции.
Далее, существует необходимость обеспечения армирования бетонных конструкций, при этом избегая необходимости комплексного или обычного армирования, осуществляемого in situ, размещая армирующие элементы на более или менее случайно расположенных армирующих элементах в свежем бетоне, снижая требования, по меньшей мере, к части обычной арматуры.
Дополнительно, существует необходимость в эффективном и усовершенствованном способе производства коротких стержней из волокна и в улучшении связующего эффекта между окружающим бетоном и короткими стержнями.
Существует также необходимость в коротких армирующих стержнях, которые способствуют прочности бетона и на стадиях, последующих завершенному отверждению бетона.
Следует также иметь в виду, что существует необходимость в надежном, не требующим обслуживания армировании там, где доступ ограничен, для установки армирующих стержней или для использования в процессах, где автоматизированное оборудование ограничивает возможность использования прямого армирующего стержня, или заранее изготовленных или in situ размещенных армирующих каркасов, включая такие конструкции, как плиты, трубы, дренажные трубопроводы, тротуар, морские якоря и т.п.
В большинстве заявок, указанных выше, использованные синтетические волокна выбраны из группы, имеющей удельную массу, вносящую вклад в общую удельную массу волокон, то есть волокон и вяжущего вещества, составляющую менее 1, что вызывает тенденцию, при которой короткие стержни всплывают по направлению к верхней поверхности в процессе заливки. Дополнительно, синтетические волокна известного уровня техники имеют также тенденцию впитывать воду, что приводит к обезвоживанию на стадии отливки, где существует потребность в избытке воды для достижения надлежащего отверждения бетона.
При заливке бетона, синтетические волокна известного уровня техники имеют тенденцию всплывать к поверхности при выходе из желоба. Дополнительно, традиционные стальные волокна имеют тенденцию комковаться во время смешивания и заливки, что приводит к засорению, а также их трудно смешивать в связи с тенденцией к поглощению воды, что вызывает обезвоживание смеси и оказывает негативный эффект на процесс отверждения залитого бетона. Эти негативные эффекты уменьшают диапазон объемной доли стали, и синтетическое волокно может быть использовано одновременно. Преимуществом базальтовых стержней MiniBar(tm) в соответствии с настоящим изобретением является значение их плотности и отсутствие поглощения воды, что позволяет замешивать их в диапазоне до 10 об.% (ОД), что в другом случае при использовании обычных волокон было бы невозможно.
Сущность изобретения
Ключевой целью настоящего изобретения является повышение прочности на разрыв армированного волокном бетона до 15 МПа в единицах прочности на растяжение с использованием методов проверки ASTM (методов проверки международной организации стандартов), а также повышение остаточной прочности на растяжение, и преобразование механизма разрушения при сжатии в пластическое вместо хрупкого, уменьшая при этом объем, занятый трещинами, предпочтительно ниже 10, и обеспечивая, таким образом, очень эффективное укрепление.
Кроме того, целью настоящего изобретения является создание MiniBar(tm) армированного бетона, с очень высокой прочностью на изгиб и возможностью поглощения энергии после образования трещин. Под термином "MiniBar(tm)" понимают армирующие стрежни из коротких базальтовых, углеродных или стеклянных волокон, сформированные из параллельных, или по существу параллельных, волокон, встроенных в подходящее вяжущее вещество, и включающие спиральную намотку вокруг встроенных волокон, с образованием спирально расположенных углублений, проходящих по окружности непрерывно вдоль стержня, при этом стержень, имеет длину в диапазоне от 20 до 200 мм и диаметр в диапазоне 0,3 мм до 3 мм и, возможно, снабжен шероховатой поверхностью, и в дальнейшем именуется стержнем Min-
iBar(tm).
Другой целью настоящего изобретения является обеспечение армирования, которое работает как в процессе стадии отверждения в качестве естественного управления трещинообразованием, так и в течение срока службы бетонной конструкции, неся и распределяя нагрузку также после завершения отверждения, тем самым, улучшая структурную целостность таких бетонных конструкций.
Другой целью настоящего изобретения является создание армирующего элемента, который снижает величину подготовительной работы на поврежденных бетонных конструкциях с целью устранения повреждений на таких конструкциях.
Другой целью настоящего изобретения является обеспечение способа производства такого армирующего стержня с улучшенными связующими свойствами при использовании в бетоне.
Другой целью настоящего изобретения является обеспечение армирующей системы, которую также можно использовать в бетонных конструкциях, таких как волнорезы, где улучшенная прочность бетона на растяжение устранила бы необходимость в лёгком или умеренном стальном или другом типе армирования.
Другой целью настоящего изобретения является обеспечение армирования упрочненным волокном полимером (УВП), состоящего из коротких стержней, которые не вносят негативного вклада в процесс отверждения бетона и в то же время усиливают эффект связывания и механизм связывания с окружающим бетоном.
Следует иметь в виду, что стальные волокна из-за отсутствия стойкости к коррозии постепенно теряют свою армирующую силу. Следовательно, другой целью настоящего изобретения является создание армирующих волокон, устойчивых к щелочам.
Еще одной целью является обеспечение MiniBar(tm) армирования, что позволяет случайно размещать армирующие стержни в бетонной смеси и не влияет на использование виброуплотнителей для виброукладки свежего бетона.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание армирования, которое подходит для укрепления конструкций, к которым трудно получить доступ иным способом, например, глубоко заложенных оснований при открытых работах, свай или стен в грунте.
Другой целью настоящего изобретения является обеспечение MiniBar(tm) армирования, размещение которого не зависит от уплотнения вибрированием свежего бетона.
Другой целью настоящего изобретения является создание армирующей системы, в которой армирующее действие волокон и обычное армирование армирующими стержнями или петлями работает по всей площади поперечного сечения бетонной конструкции, и также предотвращает образование трещин в бетоне и/или поверхностное отслаивание после завершения отверждения бетона. В таком случае армирование волокном и армирование стержнями или петлями, или предварительно напряженная арматура действуют в качестве встроенной арматуры.
Другой целью настоящего изобретения является обеспечение армирующей системы, снижающей необходимые трудозатраты и поддерживающей осуществимый уровень обрабатываемости свежего бетона.
Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение армирующими элементами, которые выполнены так, что когда бетонную конструкцию, усиленную армирующими элементами в соответствии с изобретением, подвергают нагрузке и воздействию, разрушение происходит посредством потери связывания между армирующими элементами, а не из-за разрушения стержней MiniBar(tm), что позволяет бетону, а не самим стержням MiniBar(tm), разрушиться или треснуть, таким образом, придавая бетонной конструкции прочность после растрескивания, зависящую от высокой прочности связывания.
Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованными, короткими стержнями, которые не вызывают засоров при смешивании со свежим бетоном и которые не тонут или не всплывают в свежем бетонном замесе при перемешивании или заливке.
Указанные цели достигают применением коротких армирующих стержней MiniBar(tm), как далее указано в независимых пунктах формулы изобретения. Возможные воплощения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание MiniBar(tm) армирования, где диаметр и прочность связывания, которые являются критическими параметрами для получения прочности, комбинируют так, что требуемая прочность на растяжение при изгибе и остаточная прочность на разрыв составляют более 15 МПа.
В соответствии с настоящим изобретением стержни MiniBar(tm) также предназначены, чтобы устранить потребность в стали или полимерах, армированных базальтовым волокном, в некоторых применениях, таких как поперечное армирование.
Приведенные цели достигают посредством армирующих стержней и способа применения и производства таких стержней как далее определено в независимых пунктах формулы изобретения. Возможные воплощения изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с настоящим изобретением армирующий стержень для бетонных конструкций, включает множество непрерывных, параллельных волокон, предпочтительно базальтовых, углеродных, стеклянных волокон или подобных им волокон, встроенных в отвержденное вяжущее вещество. Стержни могут предпочтительно иметь среднюю длину от 20 до 200 мм и средний диаметр от 0,3 до 3 мм, и каждый стержень может быть выполнен по меньшей мере из одного пучка волокон, содержащего параллельные, предпочтительно линейные волокна, имеющие цилиндрическое поперечное сечение, при этом поперечное сечение предпочтительно более или менее круглое или овальное. По меньшей мере, часть поверхности каждого стержня может быть деформирована перед стадией отверждения вяжущего вещества или вовремя нее посредством:
а) одной или более нитей из упругого или неупругого, но натянутого материала, которые спирально намотаны вокруг указанного по меньшей мере одного пучка параллельных прямых волокон перед отверждением вяжущего вещества, в которое встроены волокна, поддерживая волокна параллельно друг другу при отверждении и обеспечивая неровную внешнюю поверхность с продольно расположенными спиральными углублениями в продольном направлении на поверхности пучка(-ов) волокон армирующих стержней в вяжущем веществе, и/или
б) придания указанным стержням формы поверхности и/или текстуры, которая способствует хорошему связыванию с бетоном, тем самым, обеспечивая шероховатую поверхность.
В соответствии с одним воплощением изобретения указанные две или более нити могут быть спирально намотаны в противоположных направлениях вокруг встроенного(-ых) в вяжущее вещество пуч-ка(-ов) волокон.
Дополнительно, мини-стержни могут быть предпочтительно изготовлены из базальтового волокна, углеродного, стеклянного или тому подобного волокна.
Следует иметь в виду, что длина шага спирали составляет от 10 до 22 мм, а предпочтительно приблизительно 17 мм, и должна соответствовать марке бетона и крупности заполнителя, при этом угол спирали относительно центральной линии волокна мини-стержня может предпочтительно составлять от 4 до 8 градусов, а угол параллельных волокон относительно указанной центральной линии мини-стержня из волокна должен быть от 2 до 5 градусов.
Изобретение включает также способ производства армирующих стержней. Каждый стержень может содержать множество непрерывных, параллельных волокон, предпочтительно базальтовых, углеродных, стеклянных волокон а или подобных им волокон, встроенных в отвержденное вяжущее вещество, где стержни, предпочтительно имеют длину в диапазоне от 20 до 200 мм, и диаметр в диапазоне от 0,3 до 3 мм. Указанные стержни могут быть изготовлены по меньшей мере из одного пучка волокон, которому перед процессом отверждения или вовремя него придана текстура поверхности, способствующая хорошему связыванию с бетоном, при этом указанную текстуру поверхности получают спиральной намоткой одной или нескольких нитей из упругого материала вокруг указанного по меньшей мере одного пучка параллельных волокон, где волокна также являются прямыми.
Согласно одному из воплощений по меньшей мере одну спирально наматываемую нить, наматывают перед отверждением вяжущего вещества, поддерживая волокна параллельно друг другу во время отверждения и обеспечивая неровную внешнюю поверхность в продольном направлении армирующих стержней. Можно использовать две или более такие нити, например, спирально наматывая их в противоположном направлении.
Спиральную намотку можно выполнять под углом в диапазоне от 4 до 8 градусов по отношению к центральной линии удлиненного мини-стержня.
Такие армирующие стержни можно случайным образом смешивать со свежим бетоном и использовать для ремонтных работ на бетоне с трещинами, а также для обеспечения средней остаточной прочности и прочности на изгиб отвержденным бетонным конструкциям, тем самым, восстанавливая или улучшая структурную целостность бетонной конструкции.
В соответствии с одним из воплощений изобретения армирующий стержень включает множество непрерывных, параллельных волокон, предпочтительно базальтовых, встроенных в отвержденное вяжущее вещество, где стержни предпочтительно имеют среднюю длину в диапазоне от 20 до 200 мм и средний диаметр в диапазоне от 0,3 до 3 мм. Каждый стержень может быть выполнен по меньшей мере из одного пучка волокон, содержащего параллельные, предпочтительно прямые волокна, имеющие более или менее цилиндрическое или овальное поперечное сечение, и снабжен формой поверхности и/или текстурой, которая способствует хорошему связыванию с бетоном.
По меньшей мере часть поверхности каждого стержня деформируют до перед или во время стадии отверждения вяжущего вещества посредством:
а) одной или более нитей из упругого материала, которые спирально наматывают вокруг указанно-
го по меньшей мере одного пучка параллельных прямых волокон перед отверждением вяжущего вещест-
ва, в которую встроены волокна, поддерживая волокна параллельно друг другу во время отверждения, и
придавая неровную внешнюю поверхность в продольном направлении армирующим стержням и/или
б) по меньшей мере одной деформированной части и/или, возможно, по меньшей мере одного кон-
ца каждого армирующего стержня; причем при получении шероховатой поверхности и/или таких де-
формаций могут служить любые деформации или углубления или очертания, которые предотвращают
или, по меньшей мере, существенно ограничивают выталкивание стержней.
Следует также иметь в виду, что более тонкое базальтовое волокно, используемое для спиральной намотки вокруг главного стержня из базальтового волокна, увеличивает прочность стержня MiniBar(tm) .
Согласно другому воплощению одну, две или более нитей спирально наматывают в противоположных направлениях, причем указанные одна или более нити создают углубления, требуемые в соответствии с настоящим изобретением.
Согласно настоящему изобретению указанные спирально расположенные углубления, формируют спиральной намоткой нити или единичного волокна вокруг пучка пропитанных, более или менее неза-твердевших волокон, применяя более высокое натяжение указанной нити, чем натяжение нитей в пучке, тем самым обеспечивая поворот в пучке и/или спирально расположенное углубление, проходящее вдоль всей длины пучка и/или коротких нарезанных стержней, в зависимости от обстоятельств.
Альтернативно или дополнительно, внешняя поверхность стержня может быть обеспечена по меньшей мере одной удлиненной или уплощенной частью или иметь отличающийся диаметр, причем такую поверхность обеспечивают перед стадией отверждения, обеспечивая тем самым лучшее связыва
ние с бетоном.
Каждый стержень может также иметь деформированную среднюю часть или деформированные концы для увеличения контактной площади поверхности стержня.
В предпочтительном способе производства армирующих стержней, как определено выше, указанную текстуру придают поверхности посредством спиральной намотки одной или более нитей из упругого или неупругого материала вокруг указанного по меньшей мере одного пучка параллельных волокон, где волокна также являются прямыми. По меньшей мере одну спирально наматываемую нить можно предпочтительно намотать вокруг волокон и вяжущего вещества перед отверждением вяжущего вещества, поддерживая волокна в параллельно друг другу во время отверждения и обеспечивая неровную внешнюю поверхность в виде углублений, расположенных по спирали в продольном направлении армирующих стержней. Альтернативно, две или более нити могут быть спирально намотаны вокруг волокон и вяжущего вещества в противоположных направлениях, при этом натяжение такой нити(ей) выше, чем натяжение, используемое для вытягивания пучка на производственной линии стадии отверждения и упрочнения.
Внешняя поверхность стержня может дополнительно или вместо этого быть обеспечена, по меньшей мере, одной удлиненной или уплощенной частью или иметь отличающийся диаметр, причем такие удлиненные или уплощенные части сформированы перед стадией отверждения, тем самым, обеспечивая лучшее связывание с бетоном.
Стержни в соответствии с настоящим изобретением можно смешать со свежим бетоном и использовать для ремонтных работ на треснувшем бетоне, также обеспечивая среднюю остаточную прочность и повышенную прочность на изгиб отвержденной бетонной конструкции, тем самым, восстанавливая или улучшая структурную целостность бетонной конструкции.
Другими возможными областями применения являются бетонные полы зданий или сборные, или изготовляемые in situ; при этом бетонный камень для мостовой может быть выполнен более тонким и легким благодаря упрочняющим эффектам базальтовых стержней MiniBar(tm) и т.д. Еще одной областью применения является бетон для производства фиксаторов или держателей подводных трубопроводов на морском дне.
Другой тип применения стержней MiniBar(tm) по настоящему изобретению может, например, но не исключительно, заключаться в использовании в конструкциях, которые подвергаются воздействию жидкостей и, в частности, воды, имеющей рН ниже 7, или воды, содержащей соль. Такими конструкциями могут быть, например, морские берегозащитные сооружения и части пристаней/причальных стенок ниже или на уровне ватерлинии, столбы для мостов, бетонные выступы или тому подобное. Армирование можно также использовать в наземных конструкциях, где доступ к установке обычной арматуры является трудным. Такими применениями могут быть, например, заглубленные фундаменты при открытых работах или стены в грунте, сваи, или тому подобное.
Следует отметить, что базальтовые армирующие стержни MiniBar(tm) можно добавлять к свежему бетону во время смешивания, доставляемому автотранспортом. Альтернативно армирующие стержни MiniBar(tm) можно добавить в сухой бетон для производства бетонного камня для мостовой и дренажных трубопроводов и т.д.
Материалом, используемым для придания спирального профиля стержням, может, например, быть упругая или неупругая нить. В качестве альтернативы, нити базальтового волокна также можно использовать, так как такая спираль также может способствовать прочности и жесткости стержней MiniBar(tm).
Дополнительно, следует также отметить, что стержни MiniBar(tm) к тому же можно покрыть слоем случайно расположенных частиц зернистого материала, такого как песок, стекло или подобный тип твердых материалов.
В соответствии с настоящим изобретением стержни MiniBar(tm) равномерно смешивают со свежим бетоном, произвольно ориентируя их.
Стержни MiniBar(tm) имеют плотность, аналогичную плотности бетона, хотя и не точно такую же. Следовательно, стержни MiniBar(tm) не всплывают вверх и не тонут в свежем бетоне, и на них не влияет вибрация при укладке бетона, т.е. не происходит их перемещения до верхней или нижней части свежего бетона, когда бетон подвергают виброукладке.
Считается, что поведение стержней MiniBar(tm) в бетоне зависит как от свойств бетона, так и от распределения стержней MiniBar(tm) в бетоне. Свойства бетона могут быть важны, потому что стержни короткие по сравнению с их диаметром, и поэтому полного закрепления в бетоне не достигается. Таким образом, силы, которые могут быть активизированы стержнями, очень сильно зависят от прочности бетона и от полученного связующего усилия, которое образуется между бетоном и стержнями. Распределение стержней MiniBar(tm) в бетоне важно, потому что относительно небольшое количество стержней используют в смеси по сравнению с обычными волокнами. Это относительно небольшое количество стержней означает, что незначительные изменения их распределения в смеси могут оказать заметное влияние на прочность.
Дополнительно, размер частиц заполнителя, используемого в бетонной смеси может оказывать вли
яние на прочность отвержденной бетонной конструкции. Уменьшение размера частиц заполнителя, смешиваемых со стержнями MiniBar(tm) в соответствии с настоящим изобретением, влияет на качество распределения стержней и, следовательно, повышает прочность бетона.
В соответствии с настоящим изобретением спиральный профиль прямого пучка волокон может оказывать полезный эффект. Более или менее случайно расположенные стержни MiniBar(tm) в соответствии с настоящим изобретением действуют в качестве связки при сдвиге в бетонной конструкции, формируя связи жесткости и повышая прочность бетона при сдвиге. Стержни MiniBar(tm) в соответствии с настоящим изобретением могут также служить дополнением к обычному армированию, продольно изгибающимся стальным или базальтовым, или углеродным армирующим стержням или каркасам, при этом стержни MiniBar(tm) функционируют, по меньшей мере, в качестве поперечного армирования, например, чтобы уменьшить требуемое время схватывания посредством арматурных фиксаторов.
Уникальным преимуществом, полученным при использовании стержней MiniBar(tm) в соответствии с настоящим изобретением, является то, что согласно испытаниям удовлетворяются соответствующие требования по остаточной прочности, основанные на ASTM C1609 испытаниях (как указано в ACI 318-08 для бетона, армированного стальными волокнами) для поперечного армирования в армированных бетонных плитах и балках. Такой тип волокон устойчив к коррозии, к щелочам и является типом волокна, подходящим для конструкций.
Базальтовые армирующие стержни из волокон в соответствии с настоящим изобретением, имеют следующие механизмы связывания.
На макроуровне. Контролируемый шаг базальтового волокна и поворот спирали нити лежит в диапазоне от 10 до 22 мм. Связывание происходит между частицами заполнителя бетона, причем такие частицы заполнителя имеют неправильную форму, что способствует зацеплению или созданию трения и/или механического связывания с углублениями на поверхности мини-стержней и с другими окружающими частицами заполнителя в бетоне, обеспечивая при этом надлежащий связующий эффект. Кроме того, мелкие частицы песка и частицы цемента, находящиеся между более крупными частицами заполнителя, также способствуют этому связующему эффекту. Если длина шага спирали на мини-стержне в соответствии с настоящим изобретением, т.е. расстояние или длина одного витка тонкой спирально намотанной нити слишком большое и/или слишком прямое, т.е. шаг очень большой, стержни MiniBar(tm) будут выталкиваться, а если указанное расстояние или длина слишком маленькие, мини-стержень в соответствии с настоящим изобретением будет ломаться и/или разрушать мелкие частицы окружающего цемента, где такие частицы это в основном мелкие частицы вследствие уменьшения объема углублений на длину стержня.
На микро-уровне. Поверхности отдельных базальтовых волокон будут шероховаты вследствие крошечных продольных углублений, сформированных между параллельными волокнами в пучке, образуя связывающий эффект между мелкими частицами в бетоне, что обеспечивает сильный связующий эффект микро связывания между мелкими частицами заполнителя и тонкозернистыми частицами в бетоне и стержнями MiniBar(tm).
Одним из признаков способа армирования является возможность согласования длины шага спирали (см. фиг. 3) с размером самых крупных частиц заполнителя, чтобы стержни MiniBar(tm) и частицы заполнителя сцеплялись наиболее эффективным образом, то есть чтобы меньшие значения длины шага соответствовали более мелкозернистым смесям заполнителя.
Химическое связывание бетона с тонким слоем вяжущего вещества и внешними нитями базальтового волокна также способствует связующему эффекту между волокнами и окружающим бетоном.
Указанное связывание образуется непосредственно с прямыми базальтовыми волокнами, слегка скрученными, покрытыми и объединенными вяжущим веществом. Связывание не зависит от добавления частиц песка, которые, как было описано, скалывают стержни с покрытием из винилового эфира. Дополнительно, связывание не означает связь с добавленным извне и "приклеенным на кольцо" вторичным материалом, как предложено в предшествующем уровне техники. Связывание стержней MiniBar(tm) происходит в направлении волокон, и как волокна, так и углубления, сделанные спирально намотанной тонкой нитью, обеспечивают хорошую механическую связь между армирующим стержнем и окружающим бетоном по всей длине стержня MiniBar(tm).
Следует иметь в виду, что для обеспечения шероховатой поверхности стержня MiniBar(tm) в соответствии с настоящим изобретением, массовая доля волокон в расчете на массовую долю вяжущего вещества должна предпочтительно составлять от 65 до 85, более предпочтительно от 70 до 77 и наиболее предпочтительно составлять приблизительно 75. Если массовая доля используемого вяжущего вещества слишком высока, мелкие углубления между волокнами на поверхности стержня MiniBar(tm) заполнятся вяжущим веществом, тем самым, уменьшая вклад частиц заполнителя/мелкозернистых частиц в связывание на микро-уровне, в результате чего вяжущее вещество легко стянуть как "футляр". Если объем вяжущего вещества слишком мал, будет снижен вклад в сопротивление сдвигу, обеспечиваемый связыванием между волокнами на поверхности и частицами заполнителя и/или мелкозернистыми частицами в бетоне.
Дополнительно, наиболее предпочтительный угол а спирали относительно осевой линии стержня MiniBar(tm) в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно составляет от 4 до 8 градусов, а угол x между параллельными волокнами и указанной осевой линией стержня MiniBar(tm) предпочтительно составляет от 2 до 5 градусов. Стержень MiniBar(tm) предпочтительно можно производить в соответствии со способом, раскрытом в US 7396496, содержание которого включено в настоящее описание посредством ссылки. Испытания показали, что волокна в соответствии с настоящим изобретением хорошо смешиваются и остаются расположенными в смеси случайным образом независимо от скорости вращения вращающегося барабана бетоносмесительного грузового транспорта. Кроме того, волокна остаются расположенными случайным образом и равномерно распределенными по всему объему смеси также во время заливки.
Следует также иметь в виду, что как диаметр, так и прочность связывания являются важными характеристиками для обеспечения требуемой прочности арматуры из мини-волокон.
В то время как известные решения зависят от прочности на сдвиг эпоксидной смолы, используемой в качестве вяжущего вещества, в случае стержней из волокон в соответствии с настоящим изобретением важной является прочность на сдвиг между песком и частицами заполнителя в бетоне, с одной стороны, и полученное связывание с поверхностью мини-стержней.
Диапазон диаметров важен, так как усадка бетона также выступает в качестве скрепляющего механизма, который более выражен при больших диаметрах, чем при малых диаметрах. Испытания показали, что с уменьшением диаметра уменьшается эффективность скрепления, т.е. связывание в испытании на растяжение при изгибе (Flexural Tensile Testing) возрастает, в то время как связывание в испытании на среднюю остаточную прочность снижается. Соответственно, для разных уровней прочности в соответствии с требованиями при проектировании бетонных конструкций различный диаметр может быть задан, чтобы обеспечить уровень прочности желательный или необходимый.
По сравнению с размерами стержней MiniBar(tm) частицы заполнителя могут иметь любой нормальный размер, обычно используемый в бетоне.
Краткое описание чертежей
Воплощения настоящего изобретения теперь будет описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, где
на фиг. 1 схематически изображен вид первого воплощения стержней MiniBar(tm) в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий тугую намотку;
на фиг. 2 схематически изображен вид второго воплощения стержней MiniBar(tm) в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий намотку, имеющую большую длину шага;
на фиг. 3 схематически и в увеличенном масштабе изображена часть стержня MiniBar(tm) в соответствии одним из воплощений настоящего изобретения, где указаны важные углы;
на фиг. 4 схематически в увеличенном масштабе изображен вертикальный разрез в осевом направлении воплощения стержня MiniBar(tm) в соответствии с настоящим изобретением, где указаны направления многочисленных, по существу, параллельных волокон и взаимодействия между частицами заполнителя и мелкозернистыми частицами бетона, с одной стороны, и поверхностью и углублениями на поверхности волокна стержня MiniBar(tm), с другой стороны;
на фиг. 5 схематически показано в увеличенном масштабе поперечное сечение стержня MiniBar(tm) в соответствии с настоящим изобретением, с указанием также углублений и шероховатой поверхности;
на фиг. 6 показан график, иллюстрирующий прочность на растяжение при изгибе, измеренную в МПа на сухой бетонной смеси для различных дозировок стержней по объему, об.%;
на фиг. 7 показана средняя остаточная прочность в МПа сухой смеси при различных дозировках стержней по объему, об.%;
на фиг. 8 показана прочность на растяжение при изгибе в МПа обычного бетона с максимальным размером частиц заполнителя 20 мм, при различных дозировках стержней по объему, об.%;
на фиг. 9 показана прочность на растяжение при изгибе высокопрочного бетона с максимальным размером частиц заполнителя 20 мм при различных дозировках стержней по объему, об.%;
на фиг. 10 показана средняя остаточная прочность бетона с максимальным размером частиц заполнителя 20 мм, а также приложен лист, описывающий результаты испытаний, показанные в табл. 1-3, где в табл. 1 показаны результаты испытаний для совокупностей 1 и 2 стержней при получении сухой бетонной смеси; в табл. 2 показаны результаты испытаний для обычного бетона с максимальным размером частиц заполнителя 20 мм, дозировка стержней, об.%, является переменной, и в табл. 3 показаны результаты испытаний для высокопрочного бетона с максимальным размером частиц заполнителя 20 мм для трех различных дозировок стержней, об.%.
Детальное описание чертежей
На фиг. 1 схематически показан вид первого воплощения стержня MiniBar(tm) 10 в соответствии с настоящим изобретением. Стержень MiniBar(tm) 10 включает множество параллельных волокон 11 из базальта, стекловолокна или углерода, встроенных в отвержденное вяжущее вещество обычного типа по стойкости к щелочам. Таким вяжущим веществом могут быть, например, термопластичные пластмассы,
виниловый эфир (ВЭ) или эпоксидная смола. Упругие или неупругие нити 12 непрерывно намотаны вокруг удлиненных встроенных волокон с натяжением нити 12, чтобы частично деформировать периферийную поверхность стержня 10, производя спирально расположенные удлиненные углубления 14. Эту операцию намотки предпочтительно проводят одновременно или немного позже процесса встраивания удлиненных волокон 11 в вяжущее вещество, но перед конечной стадией отверждения, тем самым, обеспечивая необходимую деформацию периферийной поверхности стержней 10. Дополнительно, стержни MiniBar(tm) 10 могут быть выполнены в виде удлиненных нитей или стержней в непрерывном процессе, после чего указанные непрерывные стержни нарезают на отрезки длиной предпочтительно от 20 до 200 мм, а диаметр или толщина стержней, предпочтительно, составляют от 0,3 до 3 мм. Спиральный профиль можно обеспечить упругой или неупругой нитью, например базальтовой, которая при контролируемом натяжении, может создать воспроизводимую и желаемую деформацию поверхности в виде углублений. Дополнительно, внешняя поверхность стержня MiniBar(tm) предпочтительно может иметь текстуру "с волосками", содержащую мелкие частицы, волоски или концы волокон, выступающие из стержня Mini-Bar(tm) в случайных направлениях. Этого можно достигнуть посредством скручивания множества параллельных базальтовых волокон, встроенных в не отвержденное вяжущее вещество, предпочтительно в виде одного пучка, вокруг указанной мелкой спирали, превращая, таким образом, ровную тонкую нить в спираль вокруг пучка волокон. В процессе создания спирали, натяжение в мелкой, более тонкой спирали контролируют по отношению к натяжению базальтовых волокон в пучке. Воплощение, показанное на фиг. 1, является основным средством повышения связывания с окружающим бетоном, которым является неровная форма поверхности стержня MiniBar(tm), образованная натянутой спиралью 12. Разницу в натяжении поддерживают в стержне до тех пор, пока вяжущее вещество достаточно отвердеет и станет твердым. Вспомогательным средством является связывание с бетоном на микроскопическом уровне с шероховатой поверхностью, созданной волокнами, частично выступающими из вяжущего вещества.
На фиг. 2 схематически показан вид второго воплощения стержня MiniBar(tm) 10 в соответствии с настоящим изобретением. Согласно этому воплощению стержень MiniBar(tm) 10 снабжен спиралью 12, как показано на фиг. 1. В дополнение, два конца 13 деформируют/уплощают таким образом, чтобы увеличить контактную площадь концевой зоны, тем самым, повышая свойства связывания и сопротивление сдвигу стержня MiniBar(tm) 10 по отношению к окружающему бетону. Хотя спираль 12 показана на чертеже, следует понимать, что стержень MiniBar(tm) 10 может быть без такой спирали 12, и деформированные или плоские концы, обеспечат необходимые связывание и сопротивление сдвигу. На фиг. 3, где схематически показан вид третьего воплощения стержня MiniBar(tm) 10 в соответствии с настоящим изобретением, с деформированными обеими концами и без спирали 12.
На фиг. 3 схематически показана в увеличенном масштабе часть одного воплощения стержня Mini-Bar(tm) согласно настоящему изобретению, с указанием важных углов. Как показано на чертеже, стержень 10 содержит множество по существу параллельных волокон 17, встроенных в подходящее вяжущее вещество, при этом стержень 10 снабжен спирально намотанной нитью 12, натянутой, так что спирально намотанная нить 12 образует удлиненные расположенные по спирали углубления 14 по длине стержня 10. Как показано на чертеже, угол а используют для определения угла между осевой линией CL стержня 10 и проецируемым углом спирали 12 в плоскости бумаги. Такой угол а должен предпочтительно составлять от 4 до 8 градусов. Дополнительно, на чертеже также показан угол р между осевой линией CL стержня и продольным направлением волокон 17. Как указано выше, угол р должен составлять от 2 до 5 градусов. Оптимальным является баланс в натяжении между обоими волокнами и обычным углом от 4 до 5 градусов к осевой линии для обоих волокон. Следует иметь в виду, что на фиг. 3 изображение увеличено и искажено таким образом, чтобы показать различные участки стержня, обеспечиваемые натянутой спиральной намоткой. Следует иметь в виду, что внешняя поверхность между витками спирали показана слегка выпуклой по спирали. Длина L между двумя последовательными выступающими частями в осевом направлении стержня определяет длину шага спирали.
На фиг. 4 схематически показан в увеличенном масштабе вертикальный разрез в осевом направлении воплощения стержня MiniBar(tm) 10 согласно настоящему изобретению, где указано направление и расположение многочисленных, по существу параллельных волокон 17 и взаимодействие между частицами заполнителя 16 и мелкозернистыми частицами бетона 15, с одной стороны, и поверхностью и углублениями 14 поверхности волоконного стержня MiniBar(tm), с другой стороны. Следует иметь в виду, что с очевидной точки зрения только часть окружающего бетона 15 показана, и стержни 10 случайно расположены в бетоне.
На фиг. 5 схематически показано в увеличенном масштабе поперечное сечение стержня MiniBar(tm) 10 в соответствии с настоящим изобретением, указаны также углубления 14, спираль 12 и шероховатая поверхность стержня 10. Следует иметь в виду, что шероховатая поверхность создана параллельными волокнами 17 и удлиненными небольшими углублениями между соседними волокнами 17.
Как правило, диапазон добавления контролирующих трещинообразование продуктов составляет менее 2%, а в соответствии с настоящим изобретением диапазон дозировки стержней MiniBar(tm) состав
ляет от 0,5 до 10%. Испытания показали, что использование бетона, армированного стержнями MiniBar(tm) в пределах указанного выше диапазона добавленных стержней MiniBar(tm), не вызвало никаких трудностей при перемешивании бетона. Не происходит утечки, комкования или расслоения бетонной смеси, что демонстрирует возможность добавления стержней MiniBar(tm) в бетон без каких-либо затруднений. Испытания доказали, что такой бетон обрабатывают, укладывают, уплотняют и окончательно отделывают нормально, без дополнительных мер предосторожности, тем самым демонстрируя, что хорошей обрабатываемости можно достигнуть посредством определенной плотности стержней MiniBar(tm).
Были проведены испытания для проверки и доказательства улучшений в бетоне. Испытания на сжатие в соответствии с ASTM C39ASTM С39 цилиндрических образцов из укрепленного армирующими стержнями MiniBar(tm) бетона согласно настоящему изобретению, показали пластический характер разрушения, причем цилиндрические образцы сохраняли форму в результате разрушения, в то время, как нормальные неармированные цилиндрические образцы дробились вследствие хрупкого их разрушения.
На фиг. 6 показан график, иллюстрирующий прочность на растяжение при изгибе, измеренную в МПа на сухой бетонной смеси для различных дозировок стержней по объему, об.%. На графике показаны испытания двух совокупностей стержней в сухой смеси. Основными различиями между двумя совокупностями стержней являются диаметр стержня и длина шага спирали. Для первой совокупности дозировка стержней по объему была постоянной, т.е. 1,89 об.%, а для совокупности 2 дозировки стержней составляли 0,75 и 1,5 соответственно. Как показано, остаточная прочность бетона для стержней совокупности 2 в обоих случаях выше, чем соответствующие результаты для совокупности 1, несмотря на снижение дозировки стержней за счет эффективного использования материалов и высокой силе прочности на разрыв базальта. На фиг. 7 показана средняя остаточная прочность в МПа для сухой бетонной смеси с использованием различных дозировок стержней, об.%. Низкая средняя остаточная прочность является результатом меньшего количества стержней MiniBar(tm) на данную поверхность трещины.
На фиг. 8 показаны прочность на растяжение при изгибе, измеренная в МПа, для нормального бетона с максимальным размером частиц заполнителя 20 мм, для различных дозировок стержней, от 2 до 10 об.%, и более или менее линейное увеличение прочности на растяжение при изгибе с ростом объемной доли стержней.
На фиг. 9 показана прочность на растяжение при изгибе высокопрочного бетона с максимальным размером частиц заполнителя 20 мм для различных дозировок стержней, от 0,5 до 10,0 об.%, причем 17,04 МПа прочность на изгиб достигается при использовании дозировки 10 об.% стержней. Соответственно, на фиг. 10 показана средняя остаточная прочность бетона с максимальным размером частиц заполнителя 20 мм, где средняя остаточная прочность составляет 15,24 при использовании 10,0 об.% стержней.
Чертежи также включают описание результатов испытаний, показанных в табл. 1-3. Табл. 1 описывает результаты испытаний совокупностей 1 и 2 стержней в сухой бетонной смеси; в табл. 2 показаны результаты испытаний нормального бетона с максимальным размером частиц заполнителя 20 мм, и переменной дозировкой стержней, и в табл. 3 показаны результаты испытаний высокопрочного бетона с максимальным размером частиц заполнителя 20 мм для трех различных дозировок, об.%, стержней.
Прочность на растяжение при изгибе (предел прочности при разрыве) испытывали согласно ASTM C78 - 07 для стержней MiniBar(tm) в соответствии с настоящим изобретением, при объемном их содержании от 0,75% до 10%, получая в результате повышение прочности на растяжение при изгибе от 6 до 17,05 МПа в зависимости от объемной доли стержней, по сравнению с 5,2 МПа при отсутствии в смеси стержней MiniBar(tm).
Средняя остаточная прочность возросла от нуля для нормального неармированного бетона до 5,8 до 15,24 МПа (474 фунтов на квадратный дюйм до 1355 фунтов на квадратный дюйм), в зависимости от объемной доли используемых стержней MiniBar(tm). Эти значения существенно больше, чем значения, ожидаемые для обычного бетона с подобной прочностью на сжатие. Существует следующее соотношение между прочностью на растяжение при изгибе (fr), дозировкой по объему (Vf) стержней MiniBar(tm) и fc) прочностью бетона на сжатие, определенной стандартным определением прочности цилиндрического образца (все единицы являются МПа единицами):
f,= (0,62 + 0,076 Vf)VX
Согласно испытаниям, средняя остаточная прочность (СОП), полученная при использовании армированного стержнями MiniBar(tm) бетона в соответствии с настоящим изобретением была гораздо больше, чем ожидалось, демонстрируя, что стержни MiniBar(tm) значительно улучшили характеристики бетона после растрескивания.
Средняя остаточная прочность СОП = 1,95 Vf, где Vf является дозировкой стержней MiniBar(tm) в объемных процентах и fc является прочностью бетона на сжатие.
Для улучшения связывания между стержнями MiniBar(tm) и бетоном, в который встроены стержни MiniBar(tm), поверхность стержня MiniBar(tm) можно снабдить случайно расположенным материалом в виде частиц, таким как, например, песок. Следует также иметь в виду, что стержень MiniBar(tm) может быть
снабжен продольным отверстием в осевом направлении по стержню MiniBar(tm), предохраняя, тем самым, трубчатый стержень MiniBar(tm) от увеличения площади связывания. Следует также иметь в виду, что стержень MiniBar(tm) толще, чем обычные стальные или пластмассовые волокна, и подходит для работы при более высоких силах сжатия, например, большой усадки бетона.
Удельная масса р стали составляет примерно 8 г/см3, в то время как удельная масса р бетона составляет приблизительно 2,3. Удельная масса армирующих стержней MiniBar(tm) составляет около 1,9. Как следствие, стержни MiniBar(tm) не тонут и не всплывают к поверхности бетонной смеси во время литья или бетонирования, так как удельная масса базальтовых волокон более или менее соответствует удельной массе заполнителей, используемых в бетоне.
Способ производства стержней MiniBar(tm) в соответствии с настоящим изобретением включает следующие стадии.
Непрерывные базальтовые волокна размещают параллельно друг другу и встраивают в вяжущее вещество из сложного винилового эфира. Во время этого этапа пучок волокон вытягивают, подвергая растягивающему напряжению и формируя прямое тело, при этом вяжущее вещество остается не отвер-жденным и мягким. Волокна в камеру смачивания подают с барабанов.
Одну или более отдельную нить спирально наматывают вокруг прямого пучка волокон, встроенного в вяжущее вещество, при этом пучок и вяжущее вещество по-прежнему относительно мягкие, и указанную одну или более отдельные нити подвергают большему натяжению, чем натяжение, реализованное при вытягивании пучка волокон в вяжущем веществе. Благодаря указанному более высокому натяжению, указанная одна или несколько отдельных нитей формируют спирально расположенные углубления на поверхности пучков волокон, встроенных в вяжущее вещество.
Далее, встроенный в вяжущее вещество пучок и указанная одна или более спирально намотанная более или менее встроенная нить следуют на стадию отверждения, где пучок волокон со спиральной нитью (нитями) отверждают и он становится твердым.
В связи с указанным более высоким натяжением указанной одной или нескольких нитей по сравнению с натяжением волокон в пучке, изменяется прямой профиль пучка волокон, образуя более или менее общий спиральный профиль до и во время стадии отверждения.
Удлиненный пучок волокон затем режут на части, имеющие необходимую длину, указанную выше, и рассыпают в мешки, пригодные для использования.
Следует иметь в виду, что шаг спирали на пучке волокон и, следовательно, на стержне MiniBar(tm) зависит от разности между натяжением указанной одной или более тонкой нити при намотке и натяжением, применяемым при вытягивании пучка волокон во время процесса намотки. Чем выше натяжение указанной одной или более тонкой нити по сравнению с натяжением волокон в пучке, тем короче шаг и глубже спиральные углубления.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Армирующий стержень (10) для бетонных конструкций, имеющий среднюю длину от 20 до 200 мм и средний диаметр от 0,3 до 3 мм, где каждый стержень (10) выполнен по меньшей мере из одного пучка волокон, имеющего цилиндрическое поперечное сечение и сделанного из базальтовых, углеродных или стеклянных волокон, покрытых отвержденным связующим веществом, состоящего из непрерывных, параллельных, прямых волокон (17), и где одна или более нить (12) из упругого или неупругого, но натянутого материала спирально намотана вокруг указанного по меньшей мере одного пучка параллельных, прямых волокон (17) перед отверждением связующего вещества при поддерживании волокон (17) параллельно друг другу во время отверждения с обеспечением неровной внешней поверхности с продольно расположенными спиральными углублениями в продольном направлении поверхности пуч-ка(ов) волокон, покрытых связующим веществом, отличающийся тем, что:
а) волокна (17) натянуты и скручены, причем угол р между осевой линией (cl-cl) стержня (10) и
продольным направлением волокон (17) составляет от 2 до 5°, при этом угол а между осевой линией (cl-
cl) стержня (10) и проекцией нити (12), намотанной по спирали, составляет от 4 до 8°,
б) указанным стержням (10) придана шероховатая форма поверхности и/или текстура, способст-
вующие связыванию с бетоном,
в) шаг спирали составляет от 10 до 22 мм, предпочтительно 17 мм.
2. Армирующий стержень по п.1, где указанные одна или две нити (12) спирально намотаны в противоположных направлениях вокруг покрытых связующим веществом волокон стержня (10).
3. Способ производства армирующих стержней (10), определенных в пп.1-2, в котором пучок прямых непрерывных, параллельных базальтовых, углеродных или стеклянных волокон (17) покрывают связующим веществом и отверждают его, пучок волокон перед или во время процесса отверждения снабжают спиральным профилем, обеспечиваемым спиральной намоткой одной или двух нитей (12) из упругого материала вокруг указанного по меньшей мере одного пучка параллельных волокон (17), отличающийся тем, что параллельные волокна (17) натягивают и закручивают, причем угол р между осевой линией (cl-cl) стержня (10) и продольным направлением волокон (17) составляет от 2 до 5°, а нить (12)
2.
наматывают вокруг указанного пучка волокон (17) по спирали с шагом от 10 до 22 мм, предпочтительно 17 мм, под углом а между осевой линией (cl-cl) стержня (10) и проекцией угла а спирали, составляющим от 4 до 8°, придавая указанным стержням (10) шероховатую форму поверхности и/или текстуру, способствующую связыванию с бетоном.
4. Способ по п.3, где указанную по меньшей мере одну нить (12) наматывают по спирали перед отверждением связующего вещества, поддерживая волокна (17) параллельно друг другу во время отверждения и придавая армирующим стержням (10) шероховатую внешнюю поверхность в продольном направлении.
5. Способ по п.4, где две нити наматывают по спирали в противоположных направлениях.
6. Применение коротких армирующих стержней (10), определенных в одном из пп.1, 2, в свежем бетоне для ремонта растрескавшегося бетона, для увеличения средней остаточной прочности и прочности на изгиб отвержденных бетонных конструкций, тем самым восстанавливая или улучшая структурную целостность бетонной конструкции.
4.
4.
4.
*Средняя только по двум прогонам
Все остальные - средние по меньшей мере по трем прогонам
(АИБ - Американский Институт Бетона; ПС - поперечное сечение)
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025976
- 1 -
(19)
025976
- 1 -
(19)
025976
- 1 -
(19)
025976
- 1 -
(19)
025976
- 4 -
(19)
025976
- 13 -
025976
- 15 -
025976
- 16 -