Гибридная композитная арматура

Авторы патента:

E04C5/07 - из неметаллического материала, например стекла, пластмассы или частично из металла (металлические элементы с покрытиями, не являющимися частью конструкции E04C 5/01)

Владельцы патента RU 2612374:

Степанова Валентина Федоровна (RU)
Ильин Дмитрий Анатольевич (RU)
Бучкин Андрей Викторович (RU)

Изобретение относится к строительству, а именно к неметаллической композитной арматуре. Технический результат - повышение модуля упругости и прочности при растяжении композитной арматуры и возможность их регулирования. Гибридная композитная арматура состоит из непрерывных стеклянных и углеродных волокон, собранных в единый стержень многокомпонентным эпоксидным связующим. Содержание многокомпонентного связующего составляет 13-17%, а объемное содержание углеродных волокон - 3-15% от объема композитного стержня, причем углеродные волокна равномерно расположены по контуру сечения арматуры на расстоянии от края сечения арматуры, равном 2-3 мм, остальной объем композитной арматуры занимают стеклянные волокна, при этом модуль упругости рассчитывается по формуле:

Е_теор=Е_с.в×(1-V_у.в-V_эп.св)+E_y.в×(1-V_c.в-V_эп.св),

где Е_теор - теоретическое значение модуля упругости, Е_с.в, Е_у.в - модули упругости стекловолокна, углеродного волокна, эпоксидного связующего соответственно; V_c.в, V_y.в, V_эп.св - объемное содержание стекловолокна, углеродного волокна, многокомпонентного эпоксидного связующего соответственно. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к строительству, а именно к композитной полимерной арматуре, которая применяется для армирования бетонных, асфальтобетонных и кирпичных конструкций, эксплуатируемых в нормальных и агрессивных условиях.

Из уровня техники известен арматурный стержень переменного сечения из композиционного материала, включающий стекловолокно, волокна большей прочности и связующее, причем основу стержня составляют продольно расположенные пучки стекловолокна и пучки волокон с большей по сравнению со стекловолокном прочностью, предпочтительно волокна базальта, при этом пучки волокон с большей прочностью пропитаны и монолитно соединены с массивом пучков из стекловолокна отвержденным связующим (RU 126031, опубл. 2013.03.20).

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является арматура композитная по патенту RU 2405092 (опубл. 27.11.2010), содержащая несущий стержень из низкомодульных волокон и обмотки с уступами. Несущий стержень выполнен армированными высокомодульными волокнами при отношении линейных плотностей низкомодульных волокон к высокомодульным от 1,5 до 5, причем высокомодульные волокна собраны в пучки, равномерно расположенные в массиве низкомодульных волокон.

Недостатком данного вида композитной арматуры является то, что при расчете модуля упругости не учитывается содержание полимерного связующего в композитном стержне, что является недостатком технологии изготовления.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение модуля упругости и прочности при растяжении композитной арматуры и возможность их регулирования.

Для достижения указанного технического результата создается гибридная композитная арматура, состоящая из непрерывных стеклянных и углеродных волокон, собранных в единый стержень многокомпонентным эпоксидным связующим, содержание многокомпонентного эпоксидного связующего составляет 13-17%, а объемное содержание углеродных волокон - 3-15% от объема композитного стержня, причем углеродные волокна равномерно расположены по контуру сечения арматуры на расстоянии от края сечения арматуры, равном 2-3 мм, остальной объем композитной арматуры занимают стеклянные волокна, при этом модуль упругости рассчитывается по формуле:

Е_теор=Е_с.в×(1-V_у.в-V_эп.св)+E_y.в×(1-V_c.в-V_эп.св),

где Е_теор - теоретическое значение модуля упругости, Е_с.в, Е_у.в - модули упругости стекловолокна, углеродного волокна, эпоксидного связующего соответственно; V_c.в, V_у.в, V_эп.св - объемное содержание стекловолокна, углеродного волокна, многокомпонентного эпоксидного связующего соответственно.

Повышение модуля упругости и прочности при растяжении гибридной композитной арматуры достигнуто за счет оптимального содержания многокомпонентного эпоксидного связующего и размещения в определенном порядке в массиве композитного стержня углеродных волокон, а именно на расстоянии от края сечения арматуры, равном 2-3 мм. Данное расположение исключает деформацию углеродных волокон при образовании профиля гибридной композитной арматуры и обеспечивает прямолинейную работу волокон. Внешний профиль создается либо напылением адгезивного слоя, либо обмоткой, либо частичным деформированием арматурного стержня.

При расчете теоретического модуля упругости пользовались «правилом смесей». Было учтено, что волокна имеют очень высокие значения по сравнению с модулем упругости полимерной матрицы, поэтому допущено Е_эп.св=0, при этом учтено объемное содержание связующего. Кроме этого в расчете приняты следующие допущения: волокно является длинным и имеет прямолинейную форму; нагрузка действует только на концах волокна; изгибной жесткостью волокна можно пренебречь.

Формула расчета модуля упругости приняла следующий вид:

Е_теор=Е_с.в×(1-V_у.в-V_эп.св)+E_y.в×(1-V_c.в-V_эп.св) (1)

где Е_теор - теоретическое значение модуля упругости, Е_с.в, Е_у.в - модули упругости стекловолокна, углеродного волокна, эпоксидного связующего соответственно; V_c.в, V_у.в, V_эп.св - объемное содержание стекловолокна, углеродного волокна, многокомпонентного эпоксидного связующего соответственно.

Отличием математической формулы (1) от формулы, представленной в аналоге патента RU 2405092, является то, что представленное выражение учитывает объемное содержание многокомпонентного эпоксидного связующего, это позволяет проводить более точные расчеты теоретического модуля упругости.

В экспериментальных работах применялись углеродные волокна с модулем упругости Е_у.в=220 ГПа и стеклянные волокна с Е_с.в=80 ГПа. Результаты расчета по формуле (1) представлены в таблице 1.

Из теоретического расчета видно, что оптимальное содержание многокомпонентного эпоксидного связующего 13-17%.

Были исследованы образцы стеклокомпозитной арматуры и гибридной композитной арматуры с различными схемами расположения углеродного волокна. Результаты испытаний показали высокую сходимость теоретических и экспериментальных значений модуля упругости и эффективность расположения углеродных волокон по контуру при их объемном содержании 3-15%. Большее внедрение углеродных волокон не дает существенного эффекта.

Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами, где изображены:

На фиг. 1 - общий вид гибридной композитной арматуры с продольным расположением углеродных волокон.

На фиг. 2 - поперечное сечение гибридной композитной арматуры с равномерно расположенными углеродными волокнами.

Арматура содержит углеродные (1) и стеклянные (2) волокна, пропитанные многокомпонентным эпоксидным связующим (3), следующего состава: эпоксидная смола; отвердитель; ускоритель; модифицирующая нанодобавка.

Гибридная композитная арматура, состоящая из непрерывных стеклянных и углеродных волокон, собранных в единый стержень многокомпонентным эпоксидным связующим, отличающаяся тем, что содержание многокомпонентного эпоксидного связующего составляет 13-17%, а объемное содержание углеродных волокон - 3-15% от объема композитного стержня, причем углеродные волокна равномерно расположены по контуру сечения арматуры на расстоянии от края сечения арматуры, равном 2-3 мм, остальной объем композитной арматуры занимают стеклянные волокна, при этом модуль упругости рассчитывается по формуле:

Е_теор=Е_с.в×(1-V_у.в-V_эп.св)+E_y.в×(1-V_c.в-V_эп.св),

где Е_теор - теоретическое значение модуля упругости, Е_с.в, Е_у.в - модули упругости стекловолокна, углеродного волокна, эпоксидного связующего соответственно; V_c.в, V_у.в, V_эп.св - объемное содержание стекловолокна, углеродного волокна, многокомпонентного эпоксидного связующего соответственно.

Изобретение относится к устройствам для изготовления арматуры. Технологическая линия для производства композитной арматуры содержит раму с бобинами ровинга, подаваемого на выравнивающее устройство для разделения полотна ровинга на отдельные жгуты, поступающие в камеру сушки для удаления излишка влаги, пропиточную ванну, заполненную полимерным связующим для пропитки утопленных в нее жгутов, протягиваемых через отжимное устройство для отделения излишков связующего, которое возвращается в ванну, формирователь заготовки полимерной арматуры, включающий в себя средство объединения жгутов в стержень и намотчик, подающий обмоточную нить в режиме вращения вокруг стержня и образующий на нем спиральную намотку этой нити, полимеризационную камеру с печными секциями нагрева, охлаждающее устройство, которое включает в себя последовательно расположенные узел воздушного охлаждения вентиляторами, узел водяного охлаждения дождиком из форсунок и ванную с водой для полного погружения фрагментов полимеризованной погонной заготовки, протягиваемой тянущим механизмом, размещенным перед узлом резки охлажденной полимеризованной погонной заготовки на отдельные фрагменты, поступающие в бухтонамотчик.

Технологическая линия для производства композитной арматуры // 2597341

Технологическая линия для производства композитной арматуры и гибких связей, композитные арматура и гибкие связи (варианты) // 2585313

Предложена технологическая линия для производства композитной арматуры и гибких связей, композитные арматура и гибкие связи. Технологическая линия для производства композитной арматуры и гибких связей содержит последовательно установленное следующее оборудование: раму с бобинами ровинга, выравнивающее устройство, участок нагрева ровинга, пропиточную ванну, отжимное устройство, формирователь жгутов с намотчиком, полимеризационную камеру, тянущий механизм и узел резки.

Неметаллический арматурный элемент с периодической поверхностью и способ изготовления неметаллического арматурного элемента с периодической поверхностью // 2579053

Изобретение относится к арматурным элементам для бетонных конструкций. Технический результат - повышение качества изделия, увеличение прочностных характеристик за счет дополнительного скручивания нитей в процессе изготовления неметаллического арматурного элемента и получение максимальных значений сцепления неметаллической арматуры с бетонной матрицей за счет конфигурации самого профиля арматуры без дополнительной навивки различных нитей на поверхность арматурного элемента.

Композитный стержень и способ его изготовления // 2567876

Изобретение относится к изготовлению стержней из композиционных материалов, которые могут быть использованы в качестве связующих связевых элементов стеновых ограждающих конструкций, монолитных железобетонных и сборных конструкций, а также в конструктивных элементах для армирования автомагистралей и дорог в виде самостоятельных отдельных стержней или в виде сеток.

Способ изготовления арматурного каркаса из неметаллической арматуры // 2562620

Изобретение направлено на повышение надежности конструкции пространственного каркаса за счет повышения прочности соединения неметаллической арматуры и упрощение технологии изготовления объемных пространственных арматурных каркасов.

Устройство спиральной обмотки композитной арматуры и технологическая линия для изготовления композитной арматуры с устройством спиральной обмотки композитной арматуры // 2547036

Изобретение относится к оборудованию производства композитной арматуры. В технологической линии для изготовления композитной арматуры с устройством спиральной обмотки композитной арматуры формовочный узел выполнен с возможностью одновременного формирования двух пучков нитей ровинга.

Полимерное волокно, его применение и способ его производства // 2543176

Изобретение относится к технологии производства полимерных волокон, в частности полипропиленовых, которые могут быть применены в качестве армирующих для цемента, гипса, бетона и т.д.

Устройство скрутки сердечника композитной арматуры и технологическая линия для изготовления композитной арматуры с устройством скрутки сердечника композитной арматуры // 2534130

Изобретение относится к оборудованию для производства композитной арматуры. Технический результат - повышение производительности.

Устройство подкрутки нитей ровинга несущего стержня композитной арматуры и технологическая линия для изготовления композитной арматуры с устройством подкрутки // 2531711

Изобретение относится к строительству, а именно к оборудованию производства композитной арматуры. Для повышения производительности технологической линии и обеспечения возможности выпуска композитной арматуры с повышенными потребительскими свойствами устройство подкрутки композитной арматуры в технологической линии для изготовления композитной арматуры из пропитанных полимерным термореактивным связующим нитей ровинга композитной арматуры с несущим стержнем и спиральной обмоткой жгутами и/или лентами обмоточного ровинга выполнено с возможностью дозированного подкручивания нитей ровинга несущего стержня композитной арматуры в направлении, противоположном направлению спиральной обмотки несущего стержня композитной арматуры жгутами и/или лентами обмоточного ровинга.2 н.

Способ изготовления стержней из полимерных композиционных материалов // 2613380

Изобретение относится к производству изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), которые могут быть использованы в качестве многожильных сердечников проводов, арматуры в бетонных строительных конструкциях, для частичной или полной замены металлической арматуры в железобетонных изделиях и конструкциях и т.п. Проводят пропитку непрерывного ровинга термореактивным связующим с последующей термообработкой. Пултрузионная установка включает блок пропитки и отжима. Блок пропитки и отжима выполнен в виде одной камеры. Камера имеет внутреннюю поверхность в виде прямого кругового усеченного конуса с конусностью 0,01-0,10. В основании конуса расположена пластина с отверстиями для входа ровинга. Отверстие для выхода пропитанного ровинга имеет диаметр, на 0,45-0,50% превышающий заданный диаметр целевого продукта. Два соосных отверстия для подачи связующего в камеру расположены на оси, перпендикулярной оси конуса. В профилирующей фильере температурный режим разделяют на зоны: в первой зоне 120-150°C, во второй 160-190°C, в третьей 140-160°C. В камере термообработки поддерживают 190-205°C. Технический результат - повышение прочности целевого продукта. 1 ил.

Шпренгель // 2613998

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и предназначено для подвески трубопроводов дождевальных машин или в качестве жестких растяжек для стоячего такелажа в морском и речном флоте, в строительстве, в электроэнергетике при строительстве ЛЭП, а также в других отраслях народного хозяйства. Технический результат: повышение долговечности и надежности конструкции в условиях воздействия солнечного ультрафиолетового излучения и т.д. Шпренгель содержит несущий сплошной цилиндрический стержень из высокопрочного композиционного материала с поверхностной укладкой кольцевых нитей с натяжением и с узлами крепления на концах, выполненных в виде конических утолщений, для закрепления в ограничительной втулке, закладной элемент в виде цилиндра с конусом на внутреннем основании, изготовленного из материала, имеющего характеристики по механической прочности и термостойкости не ниже соответствующих характеристик полимерного материала стержня. Композиционный материал несущего сплошного цилиндрического стержня, закрепленного в ограничительной втулке посредством сухарей и заплечиков, выполнен на основе ровинга стеклянных, базальтовых или углеродных волокон, пропитанных отвержденным затем эпоксидным компаундом, а втулка снабжена пробкой и крепежным элементом, закладной элемент дополнительно снабжен конусом на внешнем основании его цилиндра и окружен плотно примыкающими со всех сторон прямыми нитями ровинга волокон с образованием протяженной зоны прямых нитей у концов стержня на расстоянии до конуса, большем диаметра основания цилиндра, причем материал закладного элемента и ровинг волокон прямых и кольцевых нитей имеют равные значения коэффициентов температурного расширения, а зона кольцевых нитей имеет пропитку топкоутом на основе эпоксидного компаунда и порошка из волокон ровинга. 3 ил.

Способ изготовления неметаллического арматурного каркаса и автоматическая установка для его осуществления // 2619296

Изобретение относится к строительству, а именно к технологии изготовления объемных пространственных неметаллических арматурных каркасов. Технический результат - автоматизация процесса изготовления арматурного каркаса. Установка для изготовления неметаллического арматурного каркаса содержит, по меньшей мере, одну опору, с по меньшей мере одним механизмом вращательного и возвратно-поступательного перемещения кондуктора, со смонтированными на нем продольными стержнями и спиральной арматурой, захватами для продольных стержней, фиксаторами спиральной арматуры, и по меньшей мере один узел отливки, содержащий устройство впрыска расплавленной пластмассы. Узел отливки содержит кронштейн верхней полуформы, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости, и кронштейн нижней полуформы, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Способ изготовления каркаса обеспечивает последовательную отливку расплавленной пластмассы на узлах пересечения продольного стержня со спиральной арматурой в форме шара, многогранника или цилиндра, последовательная отливка расплавленной пластмассы на узлах пересечения продольного стержня со спиральной арматурой в форме шара, многогранника или цилиндра. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ изготовления сетки из композитной арматуры // 2619606

Изобретение относится к производству армирующей сетки из композитной арматуры. Способ изготовления сетки из композитной арматуры путем помещения мест соединения стержней из композитного материала в мягкий материал и выдержки до затвердевания материала заключается в том, что в качестве материала используют быстротвердеющий цемент, который наносят дозами на поверхность, имеющую низкую адгезию к цементу, накладывают композитные стержни таким образом, чтобы места их пересечения находились в местах расположения доз цемента, вдавливают места пересечения стержней в цемент и осуществляют выдержку до затвердевания цемента. Изобретение позволяет повысить прочность армирующей сетки за счет повышения адгезии скрепляющего материала к стержням, повысить термостабильности сетки.

Способ изготовления стеклопластиковой арматуры // 2620508

Изобретение относится к производству стеклопластиковой арматуры для бетона. Способ изготовления стеклопластиковой арматуры предусматривает формование из стекловолокна жгута, его пропитку раствором полимерного связующего, формование заготовки прута с приданием ему профиля до завершения процесса полимеризации связующего, спиральную обмотку заготовки прута крученой нитью из стекловолокна, пропитанной связующим, отверждение связующего. Перед обмоткой заготовки прута на нее продольно укладывают по меньшей мере одну не пропитанную связующим нить из стекловолокна, а после обмотки эту нить надрезают, затем осуществляют отверждение связующего. Не пропитанную связующим нить из стекловолокна надрезают на каждом шаге обмотки. Выступающие над поверхностью прута части надрезанных нитей из стекловолокна повышают прочность сцепления стеклопластиковой арматуры с бетоном. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ изготовления стеклопластиковой арматуры // 2620510

Изобретение относится к производству стеклопластиковой арматуры для бетона. Cпособ изготовления стеклопластиковой арматуры предусматривает формование из стекловолокна жгута, его пропитку раствором полимерного связующего, формование заготовки прута с приданием ему профиля до завершения процесса полимеризации связующего, спиральную обмотку заготовки прута крученой нитью из стекловолокна, пропитанной связующим, отверждение связующего, перед обмоткой заготовки прута на крученой нити формируют узлы. Узлы на крученой нити формируют на каждом шаге спирали обмотки заготовки прута. Узлы на крученой нити формируют до ее пропитки полимерным связующим. Узлы на крученой нити формируют после ее пропитки полимерным связующим. Обмотка нитью с узлами повышает прочность сцепления прута стеклопластиковой арматуры с бетоном. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Стержень из непрерывных волокон // 2620699

Изобретение относится к области строительства, а именно к арматуре композитной. Стержень из непрерывных волокон, пропитанный связующим, периодически разветвляется на два или более пучка волокон, образующих плоские или объемные геометрические фигуры, с последующим объединением пучков в один. При этом поперечное сечение стержня периодически изменяется. Конструкция арматуры обеспечивает объемное армирование изделия единственным арматурным элементом. 21 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ изготовления композитной арматуры // 2620803

Изобретение относится к производству арматуры для армирования бетона. Изобретение направлено на повышение прочности арматуры и ее несущей способности. Согласно способу изготавливают сердечник арматуры из нитей ровинга, для чего нити ровинга сушат нагретым воздухом, пропитывают связующим, формируют из нитей ровинга сердечник арматуры. Путем навивки на сердечник жгута формируют на сердечнике зацепы арматуры. Полученную заготовку арматуры нагревают в печи до момента полимеризации связующего. После выхода арматуры из печи ее охлаждают. Каждую нить пропитывают связующим в разделенном положении нитей. Натягивают каждую нить после пропитки и отжимают от нее связующее. Продольно соединяют пропитанные нити в пучок нитей. Натягивают пучок нитей и отжимают излишки связующего от пучка нитей. При натяжении пучка нитей придают пропитанным нитям положение, параллельное по отношению к другим нитям. Одновременно с изготовлением сердечника арматуры изготавливают из сухих нитей ровинга сухие жгуты, для чего скручивают каждый сухой жгут вокруг его продольной оси и одновременно его растягивают в продольном направлении, одновременно повышают момент скручивания жгута и усилие растяжения и придают жгуту твердость, большую в сравнении с твердостью сердечника. Каждый сухой жгут наматывают на сердечник. Формируют сухими жгутами округлую форму сердечника и выступающие над ним зацепы арматуры. Одновременно при намотке каждого жгута на сердечник жгут вдавливают в сердечник до образования в нем канавки, в которой располагают меньшую часть жгута путем регулировки глубины вдавливания жгута в сердечник. Выдерживают полученную заготовку арматуры до момента пропитки жгутов связующим от контакта с сердечником и, одновременно с указанной выдержкой заготовки, ее перемещают в печи, в которой волнообразно осуществляют ее нагрев и полимеризацию, при этом проводят постепенное охлаждение изготовленной арматуры. 8 з.п. ф-лы, 17 ил.

Технологическая линия для изготовления композитной арматуры // 2620804

Изобретение относится к производству арматуры для армирования бетона. Изобретение направлено на повышение прочности арматуры и ее несущей способности. Технологическая линия для изготовления композитной арматуры содержит последовательно расположенные и связанные между собой модуль подачи нитей ровинга, термокамеру с нагнетателями нагретого воздуха, ванну со связующим, элементы натяжения нитей и отжима связующего от нитей, приводное обмоточное устройство, печь с полостью для перемещения через нее арматуры, привод перемещения нитей и арматуры через линию, модуль охлаждения арматуры и приемник готовой арматуры. Приемник содержит отрезной круг для торцовки арматуры. Линия содержит гребенки для разделения нитей, устройство натяжения нитей, гребенку для разделения нитей после пропитки, направляющую для формирования из нитей сердечника арматуры, приводной механизм натяжения и скручивания нитей для изготовления жгутов навивки на сердечник и формирования на арматуре зацепов, приводное обмоточное устройство, включающее маховик, направляющие и приводной натяжной механизм. Печь выполнена секционной с перегородками и в каждой секции расположен нагреватель. Приемник готовой арматуры включает ограничитель перемещения арматуры, электрически связанный с приводом перемещения арматуры и приводом отрезного круга для торцовки арматуры. Приемник готовой арматуры содержит расположенный за отрезным кругом приемный стол и приводной барабан для намотки арматуры в бухту. Нагнетатели термокамеры расположены под нитями. Устройство намотки жгута на сердечник арматуры включает приводной маховик, направляющие нитей и натяжной механизм. Маховик выполнен съемным с одной или несколькими катушками обмоточного жгута. 3 з.п. ф-лы, 17 ил.

Способ изготовления стеклопластиковой арматуры // 2622954

Изобретение относится к производству стеклопластиковой арматуры для бетона. Способ изготовления стеклопластиковой арматуры предусматривает формование из стекловолокна жгута, его пропитку раствором полимерного связующего, формование заготовок с приданием им профиля до завершения процесса полимеризации связующего, отверждение связующего, до отверждения связующего между двумя заготовками полукруглого поперечного сечения, сложенными плоскостями, размещают пропитанную полимерным связующим ленту стеклохолста или ленту стеклоткани, края которой выступают из заготовок, после чего заготовки с лентой скручивают по винтовой линии. Выступающие из скрученного прута стеклопластиковой арматуры участки ленты стеклохолста или ленты стеклоткани повышают прочность сцепления прута с бетоном. 2 ил.