Стержень для армирования бетона и способ его изготовления

 

Изобретение относится к арматурным элементам для армирования бетонных строительных конструкций и позволяет повысить их щелочестойкость. Стержень изготовлен из волокнистого наполнителя в виде пучка базальтовых нитей, скрепленных полимерным связующим из эпоксидной смолы с отвердителем и ускорителем отверждения при соотношении компонентов, мае.ч.: базальтовые нити 40,5-69,2; эпоксидная смола ЭД-20 9,5-10,5; отвердитель полиметилен полифен и л полна мин 4,7-5,2; кубовый остаток производства толуилендиизоцианата 1,8-2,3; ускоритель УП-606/2 0,15-0,17. При изготовлении стержня базальтовые нити предварительно подвергают термообработке в камере обжига при 150-200°С, пропитку нитей связующим осуществляют при 40-50°С, а отверждение стержня производят при прохождении его через восемь термокамер в режиме ступенчатого нагревания и охлаждения. Формование поперечного профиля стержня осуществляют путем протягивания пропитанного связующим пучка нитей через отжимное устройство и через три фильеры. Скорость протягивания стержня 0,0048- 0,0052 м/с, время полимеризации 1385- 1500с. 2 с. и 2 з.п.ф-лы. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

)s Е 04 С 5/07

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 ии компо:,К)

40,5-69,2 .()

9,5-10,5 )

/МЪ

4,7-5,2

Oi (21) 4802726/33 (22) 07.12.89 (46) 30.03,92. Бюл. ¹ 12 (71) Днепродзержинский индустриальный институт им, М.И.Арсеничева (72) С,Х.Авраменко; Л.Г.Асланова, И,Е,Евгеньев, В.Е.Карпанова, И.И,Коканов, А,Л,Левченко, Ю,П.Лобанов, С.Ф,Ткачук и

Б.А.Шварц (53) 691.87, 691.175-419.8(088.8) (56) Патент ФРГ N 3703974, кл. Е 04 С 5/07. 1988. (54) СТЕРЖЕНЬ ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ БЕТОНА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к арматурным элементам для армирования бетонных строительных конструкций и позволяет повысить их щелочестойкость. Стержень изготовлен из волокнистого наполнителя в виде пучка базальтовых нитей, скрепленных полимерным связующим из эпоксидной

Изобретение относится к арматурным элементам для армировэния бетонных строительных конструкций и может быть использовано для армирования несущих и не несущих сборных бетонных конструкций, как конструкционный материал для замены металлических и деревянных изделий.

Цель изобретения — повышение щелочестойкости стержней для армирования бетона.

В стержне для армирования бетона, изготовленного из волокнистого наполнителя, скрепленного отвержденным полимерным связующим, волокнистый наполнитель выполнен из пучка базальтовых нитей, а полимерное связующее образовано из эпоксидной смолы с отвердителем и ускори„„. Ж „„1 723284 А1 смолы с отвердителем и ускорителем отверждения при соотношении компонентов, мас.ч.: базальтовые нити 40,5-69,2; эпоксидная смола ЭД-20 9,5-10,5; отвердитель полиметиленполифенилполиамин 4,7-5,2; кубовый остаток производства толуилендиизоцианата 1,8-2,3; ускоритель УП-606/2

0,15-0,17. При изготовлении стержня базальтовые нити предварительно подвергают термообработке в камере обжига при

150-200 С, пропитку нитей связующим осуществляют при 40-50 С, а отверждение стержня производят при прохождении его через восемь термокамер в режиме ступенчатого нагревания и охлаждения. Формование поперечного профиля стержня осуществляют путем протягивания пропитанного связующим пучка нитей через отжимное устройство и через три фильеры.

Скорость протягивания стержня 0,00480,0052 м/с, время полимеризации 13851500 с. 2 с, и 2 з.п,ф-лы, телем твердения при соотношен нентов, мас.ч.:

Базальтовые нити

Смола ЭД-20

Полиметаленполифенилполиамин

Кубовый остаток производства толуилендиизоцианатов 1,8-2.3Ускоритель УП-606/2 0,15-0,17

В способе изготовления стержня для армирования бетона, включающем пропитку пучка базальтовых нитей эпоксидным связующим, формование поперечного профиля стержня и полимеризацию связующего в термокамерах, базальтовые нити предварительно подвергают термообработ1723284

50 ке в камере обжига при 150-200 С, пропитку нитей связующим осуществляют в закрытой ванне при 40-50 С, а отверждение стержня производят при прохождении его через восемь камер в режиме ступенчатого нагревания и охлаждения соответственно при температурах, С: 75-85; 105-115; 122-128;

130-138; 142-150; 158-161; 60-80; 23-35. При этом формование поперечного профиля стержня осуществляют путем протягивания пропитанного связующим пучка нитей через отжимное устройство, через фильеру, установленную на выходе иэ пропиточной ванны, через вторую и третью фильеры, установленные после первой термокамеры до и после оплеточного устройства. Скорость протягивания стержня составляет 0,00480,0052 м/с, а время полимериэации 13851500 с.

Характеристика полученных стержней по данному техническому решению и способ их получения приведены в примерах.

Пример 1. 122 бобины с ровингом из базальтовых нитей устанавливают на этажерке. Ровинг натягивают и пропускают со скоростью 0,0051 м/с через камеру обжига при 150 С, где происходит частичное удаление замасливателя с ровинга. В пропиточную ванну дозируют 2.5 кг связующего, в т.ч.

1,456 кг ЭД-20. 0,721 кг полиметиленполифенилполиамина (ПАПА), 0,298 кг кубового остатка производства толуилендиизоцианатов (куб.ТДИ) и 0,0233 кг ускорителя УП606/2, тщательно перемешивают до равномерного распределения компонентов при 40 С и поддерживают температуру 4050ОC до полной выработки связующего на покрытие ровинга. Базальтовый ровинг пропускают через обогреваемую пропиточную ванну. при этом следят за равномерным распределением связующего между ровингом. На выходе иэ ванны нити пропускают через отжимное устройство, где снимают часть избыточного связующего, которое по лотку возвращается в ванну.

Далее нити направляют через первую фильеру в первую термокамеру, где поддерживают температуру 85 С. В первой термокамере начинается процесс полимеризации связующего. Затем жгут ровинга пропускают через вторую фильеру, оплеточное устройство и далее через фильеру. Оплетку осуществляют базальтовой ниткой с шагом оплетки 2 мм. Натяжение оплеточной нити регулируют таким образом, чтобы обеспечить удаление избыточного связующего с ровинга. На второй и третьей фильерах снимают остаточное избыточное количество связующего и стержень протягивают через

П-УШ термокамеры для полимеризации свя5

45 эующего, где поддерживают температуру соответственно, С: 1(-107. 111-125, IV-132, V-146, VI-159, Vll-65, VIII-37.

Время нахождения стержня.в зоне нагрева 1498 с.

Характеристика физических и химических свойств полученного арматурного стержня из трех замеров приведена ниже:

Диаметр стержня 5,6 мм

Плотность 1,591 г/см

Количество связующего 42,5 (Количество наполнителя 57,5 $

Степень полимеризации связующего 87,4

Предел прочности на растяжение 4935 кгс/см

Щелочестойкость в 1н растворе NaOH (по увеличению веса образцов), ф>. через 1 сут. 0,23 через 4 сут. 0,87 через 7 сут. 1,37 через 20 сут. 2,25

Водопоглощение при комнатной температуре. %: через 1 сут, 0,35 через 2 мес, 2,59 водопоглощение при 100 С, : через 1 ч 0,59 через 6 ч 1.21

Арматурный стержень на внешний вид гладкий, поверхность ровная, на срезе правильной круглой формы, расслоения между нитями нет.

Пример 2. Меняют количество бобин с ровингом из базальтовых нитей на этажерке, в пропиточную ванну загружают и тщательно перемешивают 2,5 кг связующего, в котором изменяют соотношение компонентов связующего в соответствии с таблицей

1 (примеры 1,3-10), Далее ровинг натягивают, направляют через камеру обжига, через пропиточную ванну, отжимное устройство, первую фильеру, первую термокамеру, вторую фильеру, оплеточное устройство, третью фильеру, где путем отжима и снятия избыточного связующего с последующей полимеризацией во II-VIII термокамерах формируют арматурный стержень. Условия отжига ровинга в камере отжига, — скорость движения, условия приготовления связующего, нанесения его на ровинг, полимериэации связующего, те же, что в примере 1.

Свойства полученных образцов приведены в таблице.

Анализ полученных данных показывает, что при содержании базальтовогр ровинга в композите в пределах 40,5-69,2 мас.ч. при содержании связующего в пределах 16,1518.17 мас.ч. получают стержни с удовлетворительной прочностью на растяжение

1723284

15

50

55 (4584-5300 кгс/см ), щелочестойкостью

0.21-2,45% в течение 20 сут, и водостойкостью в пределах 0.35-2.59% при комнатной температуре в течение 2 мес. и 0,59-1,21% в течение 6 ч при кипячении — примеры 1-3.

Увеличение связующего в композите, в частности, эпоксидной смолы, ухудшает процесс полимеризации; в образце снижается степень полимеризации связующего, что ведет к снижению прочности образца, а также к его удорожанию, так как увеличивается массовая доля более дорогостоящего компонента в системе связующего, Щелочестойкость при этом остается практически на уровне выбранных составов композитов— пример 4.

Увеличение отвердителя в связующем (куба ТДИ) до 3 мас.ч. ускоряет процесс полимеризации: в пропиточной ванне жизнеспособность связующего уменьшается по сравнению с выбранными составами, кроме того образцы стержней получаются пористыми, с мелкими воздушными включениями. Частично избавиться от избыточной пористости, как показали экспериментальные данные, можно уменьшением температуры полимеризации, однако это ведет к уменьшению скорости протяжки ровинга, следовательно, теряется производительность установки. Стоимость таких стержней должна бы уменьшаться за счет увеличения в композите более дешевого компонента, однако уменьшение производительности отрицательно влияет на себестоимость стержней, что в конечном счете не дает ожидаемого эффекта удешевления (пример 5).

Уменьшение количества ровинга в композите ведет к уменьшению прочности образцов. Степень полимеризации образцов хорошая (85,3%), щелочестойкость и водостойкость практически не отличается от предложенных составов, но прочность ниже за счет увеличения связующего в композите (пример 6). Уменьшение эпоксидной смолы в связующем ведет к нарушению процесса полимеризации на первых стадиях формирования стержня, в частности в пропиточной ванне связующее получается с более высокой вязкостью и быстрее теряетжизнеспособность. В результате связующее хуже пропитывает ровинг, хуже отжимается в отжимном устройстве, на фильерах, что в конечном счете ведет к увеличению связующего в стержне, уменьшению прочности, ухудшению щелочестойкости (пример,7). Уменьшение ускорителя И1=606/2 в связующем ведет к замедлению процесса . полимеризации. В результате связующее в композите на выходе из первой термокамеры не успевает загустевать и с избытком отжимается в первой-третьей фильерах, что ведет к плохому смачиванию ровинга и расслоению нитей в стержне на выходе протяжного механизма, уменьшению прочности и щелочестойкости образцов (пример 8). Увеличение ускорителя Vll-606/2 в связующем, наоборот, ускоряет процесс полимеризации: в пропиточной ванне уменьшается жизнеспособность связующего, это вызывает неравномерное смачивание ровинга, увеличение связующего на стержне эа счет плохого снятия на фильерах. Кроме того, ускоренное загустевание связующего ведет к забиванию фильер и перерасходу связующего (пример 9), Уменьшение ПАПА в связующем ведет к уменьшению скорости полимеризации связующего, избыточному отжиму связующего на отжимном устройстве и фильерах, неравномерному смачиванию ровинга связующим, уменьшению прочности и щелочестойкости (пример 10).

Таким образом, рассмотренные примеры показывают, что предложенные составы композитов и условия их обработки обеспечивают получение базальтопластиковой арматуры с приемлемыми для использования свойствами, при этом получаемая арматура более дешевая и более щелочестойкая по сравнению со стеклопластиковой и металлической арматурой.

Формула изобретения

1. Стержень для армирования бетона, выполненный из волокнистого наполнителя, скрепленного отвержденным полимерным связующим, отл и ч а ю щи и с я тем что, с целью повышения его щелочестойко сти, волокнистый наполнитель выполнен из пучка базальтовых нитей, а полимерное свя зующее образовано иэ эпоксидной смолы с отвердителем и ускорителем твердения при соотношении компонентов, мас.ч,:

Базальтовые нити 40,5-69,2

Эпоксидная смола ЭД-20 9,5-10,5

Отвердитель:полиметиленполифенилполиамин 4,7-5,2

Кубовый остаток производства толуилендиизоцианата 1,8-2,3

Ускоритель Vn 606/2 0,15-0,17

2, Способ изготовления стержня для армирования бетона, включающий пропитку пучка базальтовых нитей эпоксидным связующим, формование поперечного профиля стержня и полимеризацию связующего в термокамерах, отличающийся тем, что, с целью повышения щелочестойкости стержня, базальтовые нити предварительно подвергают термообработке в камере обжига при 150-200 С, пропитку нитей связую1723284 пропитанного связующим пучка нитей через отжимное устройство, через фильеру, установленную на выходе из пропиточной ванны, через вторую и третью фильеры, ус5 тановленные после первой термокамеры до и после оплеточного устройства.

4. Способ по п.З, отличающийся тем, что скорость протягивания стержня составляет 0,0048-0,0052 м/с, а время полиме10 ризации 1385-1500 с.

Теоретические

Количество бобин, шт.

Ol и/и

Соотношение компонентов, мас. ч. баэал ьтовый

ПЯПА куб.

ТДИ

Ф наполни теля

Ф связунще-.

ЭД-20

УП6 06/2 ровинг

4 7 д

О, 727

1 8 д о,278

0 15 д»

0,0232 д

9 5

7О

4o,5

71,49 28, 51

1 115

2 05 д

О, 298

54 85

7,99 д1

О 721

О 16 д

0,0233

10 О

-д

1,456

76,16»,84

2 122

3 127

6g 2

9,52

1,(43

5 2 д

О, 715

0 17 д

0,0233

2 3 д

0,316

20,8

79,2 д) 0,292

4 125 .

6 2

8,79

12 О

1., 525 о,П

0,0216 д2

0,661

77,86

22, 13

40

«д

О, 77

)до

О, 32

О 1ъ

0,0216

5 112

10,0

30,0

1 В

«д 6

0,27

6 110

4д7

0 72о

Зд

1,468 д

«О 1 с

О, 0231

68,42

31, 58

52 г 3 o17

0,803 0,355 0,0262

81,o5 18,95

8 5

Л»

1,3141 б д2

10,69

7 130

71,6

4 1 8 005

28,4

0,726 0,276 0,00773

8 115

EO 5

1,436

1»»

5 2

О, 711

9 127

1О 117

4о 5 д

6,68

1 8

= l.

0,297

2да

1, 567

О 1

О, 02TI7

72 8 27 2

Ы

0,610 щим осуществляют в закрытой ванне при

40-50 С, а отверждение стержня производят при прохождении его через восемь термокамер в режиме ступенчатого нагревания и охлаждения соответственно при температурах,оС:?5-85, 105-115, 122-128, 130-138, 142-150, 158-161, 60-80, 25-35.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что формование поперечного профиля стержня осуществляют путем протягивания

О 27 о,03ь9

79 18 20 82

) 10

1723284

Продолжение табицы

Практически определенные свойства стержней

4 наполникгс см2 степень теля

1 сут. 4 сут. 7 сут. 20 сут.

55,4 .44,6 86,78 4584 0,24 0,92 1,5 2,45

0,87, 1,37 2,35

2 57,5 42,5 87,40 4935 0,23

3 603 397 898 5300 021

О, 79 1,35 2,05

4 50,8 49 2 79,5 4257 0,24

0,82 1,37 2,25

5 54,2 45,8 85,7 3951 0,27

1,25 1,83 2,57

6 52,4 47,6 85,3 4282 0,26

1, 17 1,69 2,38

51,7 48,3 . 78,4 4238 0,31

1,52 1,97 2,72

54,2 45,8 75,3 4581 .0,25

1,67 1,78 2,77

115 172 253

49,5 83,4 4352 0,26

44,9 79,8 4181 0,30

9 . 50,5

10 55,1

1,59. 1,89 2,73

Составител ь В. Герасимов

Техред M,Ìîðråíòàë

Корректор С.Черни

Редактор Е.Зубиетова

Заказ 1050 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Ъ

Ol и/и

Ф связующеro полимеризации щелочестойкость в l н р"ре NaOH, увеличение массы, Ф