Способ изготовления базальтовой арматуры с периодическим профилем

Изобретение относится к способу изготовления базальтовой арматуры с периодическим профилем для базальтобетонных конструкций. Способ включает формирование ровинга из волокон, вытягиваемых из фильер питателя, получение пучка из нескольких ровингов (количество ровингов определяет требуемый диаметр арматуры), который проходит через диск (фильеру) с калиброванным отверстием, придающим пучку цилиндрическую форму), на пучок (предварительно смоченный в смоле с последующей ее полимеризацией) по спирали наматывается базальтовый ровинг с нанесенным на него золь-гелем из оксидов металлов толщиной 20-100 нм (окись алюминия, циркония, титана). Для обеспечения на ровинге золь-геля толщиной 20-100 нм ровинг протягивается через ванну с золь-гелем из оксидов металлов, которая имеет длину 0.5-1.0 м. Скорость протяжки ровинга через ванну с золь-гелем из оксидов металлов составляет 20-40 м/с.

 

Изобретение относится к способу и устройству для изготовления арматуры с периодическим профилем из базальтовых ровингов для базальтобетонных конструкций.

В настоящее время широко применяется металлическая арматура в железобетонных конструкциях (см., например, патент РФ №2363819 от 2009.08.10; патент РФ №2360978 от 2009.07.10; патент РФ №2355937 от 2009.05.02; патент РФ №2348048 от 2009.02.27). Основным недостатком металлической арматуры является неприемлемый уровень прочностных характеристик, практическая влагоуязвимость и химическая неустойчивость, малая морозостойкость и невысокая жаропрочность, что недопустимо для современной строительной индустрии XXI века.

Известна также стеклопластиковая арматура, которая превосходит по эксплуатационным свойствам металлическую арматуру (см., например, патент РФ №2220049 от 2003.12.27; патент РФ №2194135 от 2002.12.10; патент РФ №79121 от 2008.12.20; патент РФ №2032044 от 1995.03.27). Однако она обладает двумя существенными недостатками. Это ее подверженность разрушению под воздействием влаги, малая ударная и усталостная прочность, а также невысокая щелочестойкость (см., например, книгу Н.П.Фролова «Стеклопластиковая арматура и стеклопластиковые конструкции». - М.: Стройиздат, 1980).

Более перспективна арматура из пучка базальтовых волокон, которая при соответствующем способе изготовления гарантирует высокие прочностные свойства, высокую химическую и влагоустойчивость, повышенную морозостойкость и жаропрочность по сравнению с металлической и стеклопластиковой арматурой.

Однако необходимо отметить, что базальтовая и стеклопластиковая арматуры имеют один существенный недостаток - это плохая адгезия (сцепляемость) базальтовой и стеклянной арматур с бетоном.

По имеющемуся фонду патентно-информационной литературы авторам предлагаемого изобретения не известны примеры изготовления арматуры из базальтовых ровингов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа изготовления арматуры из базальтовых ровингов, которая по своим эксплуатационным параметрам должна качественно отличаться от металлической и стеклопластиковой арматур. При этом заявляемый способ изготовления арматуры из базальтовых ровингов должен обеспечить надежную адгезию (сцепление) с бетоном при воздействии на базальтобетонные конструкции статических и динамических нагрузок.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в том, что арматура изготавливается из пучка из нескольких базальтовых ровингов, на который после пропитки смолой и полимеризации смолы (сушки) по спирали наматывается ровинг с нанесением на него золь-геля из оксидов металлов (например, алюминия, циркония, титана и т.д.) с последующей сушкой арматуры при температуре 120-130°С с образованием на намотанном на пучок ровинге сплошного слоя оксидного покрытия толщиной 20-100 нм. При этом длина ванны, заполненной золь-гелем из оксидов металлов, составляет 0.5-1.0 м, а скорость протяжки ровинга через ванну с золь-гелем из оксидов металлов составляет 20-40м/с.

По результатам многочисленных экспериментов была установлена оптимальная длина ванны 0.75 м, заполненной золь-гелем из оксидов металлов, в сочетании со скоростью протяжки ровинга через ванну, которая составила 30 м/с.

При длине ванны менее 0.5 м и скорости протяжки ровинга свыше 40 м/с на ровинге образуется оксидное покрытие менее 20 нм, а при длине ванны более 1.0 м и скорости протяжки ровинга менее 20 м/с на ровинге образуется оксидное покрытие свыше 100 нм.

Также экспериментом было установлено, что при толщине оксидного покрытия ровинга менее 20 нм ровинг существенно теряет прочностные свойства, и при воздействии на базальтобетонную конструкцию больших статических нагрузок периодический профиль арматуры (базальтовый ровинг, спирально намотанный на пучок) разрушается и адгезия арматуры с бетоном существенно нарушается.

При толщине покрытия более 100 нм ровинг существенно теряет прочностные свойства при воздействии на базальтобетонную конструкцию динамических (ударных) нагрузок. Периодический профиль арматуры (базальтовый ровинг, спирально намотанный на пучок) разрушается и адгезия арматуры с бетоном также существенно нарушается.

Пример изготовления базальтовой арматуры с периодическим профилем.

Из нескольких ровингов собирается пучок (количество ровингов определяет требуемый диаметр арматуры), который проходит через диск (фильеру) с калиброванным отверстием, придающим пучку цилиндрическую форму требуемого диаметра. Далее круглый пучок проходит через ванну, заполненную эпоксидной смолой, и через камеру полимеризации с вытяжным устройством для базальтового прутка. На пучок с заполимеризовавшейся смолой по спирали наматывается базальтовый ровинг с нанесенным на него золь-гелем толщиной 20-100 нм из оксидов металлов (например, окись алюминия, циркония, титана и т.д.). Для обеспечения на ровинге золь-геля толщиной 20-100 нм ровинг протягивается через ванну с золь-гелем из оксидов металлов, которая имеет длину 0.75 м. Скорость протяжки ровинга через ванну с золь-гелем из оксидов металлов составляет 30 м/с. Далее арматура с периодическим профилем (намотанным по спирали на пучок ровингом) сушится при температуре 120-130°С с образованием на намотанном на пучок базальтовом ровинге сплошного слоя оксидного покрытия толщиной 20-100 нанометров. Последняя операция - нарезка полученной базальтовой арматуры с периодическим профилем на требуемую длину.

Способ изготовления базальтопластиковой арматуры с периодическим профилем, включающий вытяжку из фильер питателя базальтовых волокон, формирование ровинга из волокон, формирование пучка из нескольких ровингов, пропитку пучка эпоксидной смолой с последующей ее полимеризацией, отличающийся тем, что на пучок-основу арматуры с заполимеризовавшейся смолой по спирали наматывают ровинг, на который предварительно наносят золь-гель из оксидов металлов алюминия, циркония, титана путем протяжки ровинга через ванну длиной 0,5-1,0 м, полностью заполненную золь-гелем, со скоростью протяжки ровинга 20-40 м/с для обеспечения сплошного слоя покрытия 20-100 нм, и последующую сушку арматуры со сформировавшимся периодическим профилем при температуре 120-130°С.