Гибридная композитная арматура



Гибридная композитная арматура
Гибридная композитная арматура

 


Владельцы патента RU 2612374:

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

Етеорс.в×(1-Vу.в-Vэп.св)+Ey.в×(1-Vc.в-Vэп.св),

где Етеор - теоретическое значение модуля упругости, Ес.в, Еу.в - модули упругости стекловолокна, углеродного волокна, эпоксидного связующего соответственно; Vc.в, Vy.в, Vэп.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:

Етеорс.в×(1-Vу.в-Vэп.св)+Ey.в×(1-Vc.в-Vэп.св),

где Етеор - теоретическое значение модуля упругости, Ес.в, Еу.в - модули упругости стекловолокна, углеродного волокна, эпоксидного связующего соответственно; Vc.в, Vу.в, Vэп.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 Еэп.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:

Етеорс.в×(1-Vу.в-Vэп.св)+Ey.в×(1-Vc.в-Vэп.св) (1)

где Етеор - теоретическое значение модуля упругости, Ес.в, Еу.в - модули упругости стекловолокна, углеродного волокна, эпоксидного связующего соответственно; Vc.в, Vу.в, Vэп.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 Еу.в=220 ГПа и стеклянные волокна с Ес.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:

Етеорс.в×(1-Vу.в-Vэп.св)+Ey.в×(1-Vc.в-Vэп.св),

где Етеор - теоретическое значение модуля упругости, Ес.в, Еу.в - модули упругости стекловолокна, углеродного волокна, эпоксидного связующего соответственно; Vc.в, Vу.в, Vэп.св - объемное содержание стекловолокна, углеродного волокна, многокомпонентного эпоксидного связующего соответственно.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

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

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

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

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.

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.
Наверх