арматура композитная (варианты)

Формула изобретения

1. Арматура композитная, содержащая несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку жгутами нитей, отличающаяся тем, что рельеф поверхности стержня создан обмоточными жгутами противоположного направления навивки, причем соотношение площадей сечений первого обмоточного жгута и второго обмоточного жгута, навитого в противоположном направлении, находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки второго обмоточного жгута составляет 92-150°.

2. Арматура композитная, содержащая несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку жгутами нитей, отличающаяся тем, что рельеф поверхности стержня создан обмоточными жгутами одного направления навивки, причем соотношение площадей сечений первого обмоточного жгута и второго обмоточного жгута находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки второго обмоточного жгута больше угла навивки первого обмоточного жгута.

3. Арматура композитная, содержащая несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку, отличающаяся тем, что рельеф поверхности стержня создан обмоточным жгутом и обмоточной лентой противоположного направления навивки, причем соотношение площадей сечений обмоточного жгута и обмоточной ленты, навитой в противоположном направлении, находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки обмоточной ленты составляет 92-150°.

4. Арматура композитная, содержащая несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку, отличающаяся тем, что рельеф поверхности стержня создан обмоточным жгутом и обмоточной лентой одного направления навивки, причем, соотношение площадей сечений обмоточного жгута и обмоточной ленты находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки ленты больше угла навивки обмоточного жгута.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, а именно к композитной арматуре, которая применяется в строительных конструкциях: для армирования монолитных бетонных и сборных зданий; для использования в конструктивных элементах зданий в виде отдельных стержней; для изготовления термоизоляционных стеновых панелей; для армирования бетонных изделий (плиты, фундаменты), работающих на упругом основании; для армирования грунта оснований зданий и сооружений, в том числе оснований автомагистралей и дорог; для армирования асфальтобетонного покрытия дорог; для анкеровки в грунте подпорных стен и сооружений.

Известен арматурный элемент, содержащий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку с уступами (Фролов В.П. Стеклопластиковая арматура и стеклобетонные конструкции. М.: Стройиздат, 1980, с.20-27).

Недостатком такого арматурного элемента является низкая степень сцепления с бетоном.

Известна арматура стеклопластиковая по патенту RU 2194135 (опубл. 10.12.2002), содержащая несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку с уступами, которые выполнены в виде жгута нитей, пропитанных связующим и спирально нанесенных с натягом, равным 1/2 - 1/10 диаметра вдавливания жгута в поверхность несущего стержня, причем диаметр навивки жгута составляет до 2d, где d - диаметр несущего стержня, при этом стержень может быть снабжен вторым жгутом нитей с противоположным направлением навивки первому, а также может быть выполнен со спиральными канавками, чередующимися с уступами.

Недостатком такой арматуры является низкая прочность на разрыв и изгиб изделия, а также малая адгезия обмотки к несущему стержню.

Для достижения указанного технического результата в арматуре композитной, содержащей несущий стержень из высокопрочного полимерного материала и обмотку, по 1-му варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточными жгутами противоположного направления навивки, причем соотношение площадей сечений первого обмоточного жгута и второго обмоточного жгута, навитого в противоположном направлении находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки второго обмоточного жгута составляет 92-150°, по 2-му варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточными жгутами одного направления навивки, причем соотношение площадей сечений первого обмоточного жгута и второго обмоточного жгута находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки второго обмоточного жгута больше или равен углу навивки первого обмоточного жгута, по 3-му варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточным жгутом и обмоточной лентой противоположного направления навивки, причем соотношение площадей сечений обмоточного жгута и обмоточной ленты, навитой в противоположном направлении, находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки обмоточной ленты составляет 92-150°, по 4-му варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточным жгутом и обмоточной лентой одного направления навивки, причем соотношение площадей сечений обмоточного жгута и обмоточной ленты находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки обмоточной ленты больше или равен углу навивки обмоточного жгута..

Отличительными признаками предлагаемой арматуры композитной от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, является то, что по 1-му варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточными жгутами противоположного направления навивки, причем соотношение площадей сечений первого обмоточного жгута и второго обмоточного жгута, навитого в противоположном направлении, находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки второго обмоточного жгута составляет 92-150°, по 2-му варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточными жгутами одного направления навивки, причем соотношение площадей сечений первого обмоточного жгута и второго обмоточного жгута находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки второго обмоточного жгута больше угла навивки первого обмоточного жгута, по 3-му варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточным жгутом и обмоточной лентой противоположного направления навивки, причем соотношение площадей сечений обмоточного жгута и обмоточной ленты, навитой в противоположном направлении находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки обмоточной ленты составляет 92-150°, по 4-му варианту рельеф поверхности стержня создан обмоточным жгутом и обмоточной лентой одного направления навивки, причем соотношение площадей сечений обмоточного жгута и обмоточной ленты находится в пределах от 1 до 150, а угол навивки обмоточной ленты больше угла навивки обмоточного жгута.

Благодаря наличию этих признаков у композитной арматуры повышается прочность на разрыв и изгиб, а также повышена адгезия обмотки к несущему стержню и, как следствие, повышено качество арматуры.

Арматуру композитную изготавливают методом продольной протяжки со спиральной намоткой уступов из высокопрочного полимерного материала (стеклянных, базальтовых, углеродных и других волокон), пропитанного эпоксидным компаундом на основе смолы ЭД-20 с отвердителем.

После отверждения полученный стержень разрезают на отрезки необходимой длины. Способ получения арматуры прост, технологичен, не требует разработки специального оборудования и не требует дополнительных капитальных затрат. Полезная модель поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена арматура композитная с рельефом поверхности, созданным обмоточными жгутами противоположных направлений.

На фиг.2 изображена арматура композитная с соотношением площадей сечений обмоточных жгутов, навитых в противоположном направлении в пределах от 1 до 150.

На фиг.3 изображена арматура композитная с углом спиральной навивки второй обмотки в виде жгута или ленты с углом навивки 92° и 150°.

На фиг.4 изображена арматура композитная с рельефом поверхности, созданной обмоточным жгутом и обмоточной лентой противоположного направления навивки.

На фиг.5 изображена арматура композитная с соотношением площадей сечений обмоточного жгута и обмоточной ленты противоположного направления навивки в пределах от 1 до 150.

На фиг.6 изображена арматура композитная созданная обмоточным жгутом второй обмоткой в виде жгута или ленты одного направления навивки.

Арматура композитная содержит несущий стержень 1 (фиг.1) из высокопрочного полимерного материала (например, стекловолокно ГОСТ 17139-79, базальтовое волокно ТУ 5952-001-13308094-04) и обмотку с уступами 2 и 3. Обмотки 2 и 3 выполнены из таких же волокон, пропитанных полимерным связующим (например, эпоксидный, полиэфирный компаунд). Вторая обмотка противоположного направления 3 (фиг.2) имеет площадь поперечного сечения по отношению к первой обмотке 2 в соотношении 1 и 150. Вторая обмотка 3 (фиг.3) имеет угол спиральной навивки от 92 до 150°. Обмотка 3 (фиг.4) может быть выполнена в виде плоской ленты 4 (варианты 3 и 4). Вторая обмотка одного направления навивки 6 (фиг.6) имеет угол спиральной навивки больший, чем угол спиральной навивки первой обмотки.

Первая обмотка 2 выполнена в виде жгута волокон (варианты 1 и 2), спирально нанесенных с натягом на несущий стержень 1, которые создают рельеф поверхности. Вторая обмотка 3, навитая в том же или противоположном направлении, выполняет следующие функции:

- осуществляет плотное поджатие первой обмотки, что увеличивает адгезию с несущим стержнем 1 и обеспечивает совместную работу несущего стержня и спиральной обмотки;

- уплотняет массив несущего стержня 1 между витками обмотки 2, что повышает физико-механические характеристики композитной арматуры;

- повышает анкеровку композитной арматуры в бетонной среде за счет увеличения поверхности арматуры.

Во всех вариантах выполнения композитной арматуры плотное поджатие спиральной обмотки 2 определяется величиной усилий снятия намотки 2 со стержня 1. В арматуре, выполненной по прототипу, усилие снятия обмотки 2 находится в диапазоне 10-35 кг. У арматуры, выполненной по предлагаемому решению, намотка 2 при приложении данного усилия не снимается, что обеспечивает совместную работу несущего стержня и рельефной обмотки. Усилие выдергивания (анкерование) композитной арматуры в бетонной среде определяется величиной поверхности контакта арматуры. В арматуре, выполненной по прототипу, например стеклопластиковая арматура, имеющая наружный диаметр 8 мм, внутренний диаметр 6 мм, шаг навивки 15 мм, поверхность анкеровки составляет 15 мм²/см длины, величина выдергивания из раствора марки М-100 составляет 60 кг/см длины. У арматуры, выполненной по предлагаемому решению, при соотношении площадей сечений обмоток, например, равном 2, общая поверхность анкеровки составляет 22 мм²/см, величина выдергивания из раствора марки М-100 составляет 80 кг/см длины. При соотношении площадей сечений менее 1 вторая обмотка имеет меньшую адгезию к несущему стержню по сравнению с первой обмоткой, а при соотношении площадей обмоток более 150, вторая обмотка имеет малую прочность и обрывается в элементах технологического оборудования.

В первом и третьем вариантах выполнения арматуры навивка жгута противоположного направления 3 производится в диапазоне углов 92°-150°. При углах навивки более 150° не обеспечивается надежное поджатие обмотки 2 к несущему стержню 1. При углах навивки менее 92° происходит перехлест нитей обмотки 3.

Во втором и четвертом вариантах выполнения арматуры обмотка 5 и 6 (фиг.6) имеет угол навивки , равный или больший угла навивки первой обмотки. При угле навивки второй обмотки меньше угла навивки первой обмотки не обеспечивается надежное поджатие обмотки 5 и 6 и уплотнение несущего стержня между витками обмотки. При угле навивки второй обмотки более угла навивки первой обмотки обеспечивается поджатие обмотки 2 и уплотнение массива стержня между витками.

Были проведены сравнительные испытания арматуры композитной стеклопластиковой наружным диаметром 8 мм. В первом варианте исполнения арматуры «лиана» первая обмотка была выполнена из крученых стеклянных волокон с наружным диаметром 2,5 мм (F=4,9 мм²) и установлена на несущем стержне с шагом 17 мм. Вторая обмотка противоположного направления выполнена из крученых стеклянных волокон с наружным диаметром 0,5 мм (F=0,2 мм²) и нанесена с шагом 5 мм на несущий стержень с первой обмоткой. Соотношение площадей сечений обмоток имеет значение 24,5. Угол навивки первой обмотки составляет 45°, а второй обмотки 106°.

Результаты испытаний приведены в таблице:

Арматура стеклопластиковая АСП8	Разрушающее напряжение при разрыве, , МПа	Модуль упругости при растяжении, Ер, МПа	Разрушающее напряжение при изгибе, , МПа	Модуль упругости при изгибе, Ер, МПа
Арматура по прототипу	1200	47236	910	51130
Арматура «лиана» по 1 варианту	1331	49800	1028	56721
Арматура «лиана» по 2 варианту	1300	49700	1025	56500
Арматура «лиана» по 3 варианту	1335	52500	1050	58600
Арматура «лиана» по 4 варианту	1330	52550	1040	58550

Во втором варианте выполнения арматуры «лиана» первая обмотка аналогична первому варианту. Вторая обмотка выполнена из стеклянной ленты шириной 2 мм (F=0,1 мм) с шагом 10 мм и углом навивки 54°. Соотношение площадей сечений обмоток имеет значение 49.

В третьем варианте исполнения арматуры «лиана» первая обмотка была выполнена из крученых стеклянных волокон с наружным диаметром 2,5 мм (F=4,9 мм²) и установлена на несущем стержне с шагом 17 мм. Вторая обмотка противоположного направления выполнена из ленты.

В четвертом варианте исполнения арматуры «лиана» первая обмотка была выполнена из крученых стеклянных волокон с наружным диаметром 2,5 мм (F=4,9 мм ²) и установлена на несущем стержне с шагом 17 мм. Вторая обмотка выполнена из стеклянной ленты шириной 2 мм (F=0,1 мм ²) с шагом 10 мм и углом навивки 54°. Соотношение площадей сечений обмоток имеет значение 49.

Предлагаемая арматура композитная с рельефом поверхности, образованным двумя спиральными обмотками противоположных направлений, имеющая соотношение площадей сечений первого обмоточного жгута и второго обмоточного жгута или ленты навитых в противоположном направлении в пределах от 1 до 150, а угол навивки второго обмоточного жгута или ленты составляет 92-150°, или спиральными обмотками в виде жгута или ленты одного направления навивки, имеющими соотношение площадей сечений обмотки в пределах от 1 до 150 с углом навивки второй обмотки большей или равной углу навивки первой обмотки, обладает повышенной прочностью на разрыв и изгиб, что повышает несущую способность строительных конструкций.