Армирующее композитное волокно

Изобретение относится к технологии получения синтетических волокон, которые могут быть применены при производстве бетона. Описано армирующее композитное волокно, предназначенное для использования при изготовлении бетонных смесей, выполненное из нитей минеральных волокон, расположенных преимущественно параллельно друг другу и заделанных в двухкомпонентную эпоксидную смесь, выполненную с избытком кислотного отвердителя по сравнению с оптимальным содержанием, обеспечивающим полное отверждение эпоксидной смеси, или с недостатком щелочного отвердителя по сравнению с оптимальным содержанием, обеспечивающим полное отверждение эпоксидной смеси. Технический результат: повышение прочности волокон, прочности сцепления волокон с цементной смесью, повышение прочности готовых бетонных смесей одновременно с обеспечением повышения срока службы готовых изделий. 6 з.п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к особым синтетическим волокнам, которые подходят для применения при изготовлении бетонных смесей и значительно улучшают прочность на растяжение, а также поведение бетона после излома.

Прочность бетона при растяжении примерно в 10 раз меньше по сравнению с прочностью при сжатии, при этом, излом бетона является относительно хрупким. Для повышения надежности бетонных конструкций и нейтрализации последствий разрушения под действием растягивающих или сдвиговых усилий, прикладываемых к конструкции, бетон армируют. При воздействии нагрузок, превышающих максимально допустимые, бетонный конструктивный элемент не должен резко и катастрофически обрушаться, а должен сначала поглотить определенную энергию, то есть проявлять пластичные свойства. Обычная стальная арматура укладывается вручную в условиях недостатка свободного места с большими затратами ручного труда. Добавление коротких резаных стальных волокон в процессе замешивания бетонного раствора, в некоторых случаях, позволяет полностью или частично отказаться от традиционной стальной арматуры. Однако стальные волокна имеют очень большие недостатки. Они подвержены коррозии, что часто приводит к появлению пятен ржавчины на бетоне и потере прочности. Кроме того, они плохо поддаются дозировке и перемешиванию, а изготовленный с использованием стальных волокон бетон практически не поддается транспортировке с использованием бетонных насосов. Кроме того, традиционное использование стальной арматуры более экономично с точки зрения расхода металла. Добавление стальных волокон из-за неравномерного распределения приводит также к относительно высокому разбросу качества готового материала. Волокна другого типа, как, например, стекловолокна, имеют другие существенные недостатки, например, ограниченная устойчивость к щелочам.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения заключается в повышении прочности волокон, прочности сцепления волокон с цементной смесью, повышение прочности готовых бетонных конструкций, одновременно с обеспечением повышения срока службы готовых изделий.

Для достижения указанного технического результата предлагается армирующее композитное волокно, предназначенное для использования при изготовлении бетонных смесей, выполненное из нитей минеральных волокон, расположенных, преимущественно, параллельно друг другу и заделанных в двухкомпонентную эпоксидную смесь, выполненной с содержанием отвердителя, отличающимся от оптимального содержания с обеспечением нейтрализации щелочной среды.

В частном случае реализации, используется двухкомпонентная эпоксидная смесь с избытком кислотного отвердителя, то есть, с его содержанием в диапазоне от 103 до 112% по массе от оптимального содержания кислотного отвердителя, обеспечивающего полное отверждение двухкомпонентной эпоксидной смеси. В другом частном случае реализации, используется двухкомпонентная эпоксидная смесь с недостатком щелочного отвердителя, то есть, с его содержанием, в частном случае, в диапазоне от 91 до 98% по массе от оптимального содержания щелочного отвердителя, обеспечивающего полное отверждение эпоксидной смеси.

В частном случае изобретения, в качестве нитей минеральных волокон используются нити стекловолокна или нити базальтового волокна.

Для увеличения сцепления композитного волокна с бетоном, нити минеральных волокон композитного волокна выполнены вспушенными на глубину от 2 до 15% от среднего радиуса композитных волокон.

В частном случае реализации изобретения, композитное волокно имеет длину от 3 до 12 см и средний радиус от 0,25 до 1,5 мм.

Композитное волокно, согласно изобретению, может быть изготовлено путем предварительной пропитки нитей стекловолокна или другого минерального волокна, например, базальтового волокна, готовой эпоксидной смесью, состоящей из отверждаемой эпоксидной смолы и отвердителя, последующего пропускания пропитанных нитей через фильеру, и резку готового продукта на нити требуемой длины, например, от 3 до 12 см.

Отверждение смолы может быть осуществлено как до, так и после резки готового продукта.

Готовые композитные волокна добавляются в бетонную смесь в требуемом количестве, на этапе подготовки сухой бетонной смеси или добавляются в готовую бетонную смесь, смешанную с водой.

Экспериментальным путем было установлено, что композитные волокна длиной менее 3 см не дают существенного прироста прочности готового бетона, а композитные волокна длиной более 12 см плохо распределяются в бетонной смеси и препятствуют прокачке готовой смеси бетонными насосами (помпами) по трубам.

Также было установлено экспериментальным путем, что повышена диаметра волокон больше 1,5 мм не дает существенного прироста прочности готового бетона, но повышает расход стекловолокна и эпоксидной смеси, а снижение радиуса волокон меньше 0,25 мм приводит к комкованию волокон и препятствует не только прокачке бетона по трубам, но и полной выгрузке сырого бетона из бетономешалок.

В качестве эпоксидной смеси, используемой для изготовления композитных волокон, могут использоваться различные эпоксидные смеси, например, при использовании кислотного отвердителя, эпоксидные смолы с алифатическими и ароматическими дикарбоновыми кислоты кислотами в качестве отвердителей. В случае использования щелочного отвердителя могут использоваться эпоксидные смеси из эпоксидных смол с основаниями Льюиса, неорганическими основаниями, первичными и вторичными аминами и амидами.

После введения композитных волокон в бетонную смесь, химические компоненты волокон частично покрывают минеральные волокна, препятствуя выщелачиванию, а частично нейтрализуют щелочную среду бетонной смеси на поверхности композитных волокон. Исключение химического разрушения стеклянных нитей существенным образом повышает прочность готовых бетонных конструкций, также, как и повышение прочности сцепления бетонной смеси с композитными волокнами, за счет исключения расслаивания материала нитей по всей длине.

При этом, даже вспушенные нити, погруженные в эпоксидную смесь на глубину от 2 до 15% от среднего радиуса композитных волокон не подвержены щелочному воздействию и обеспечивают стабильное и прочное сцепление композитных волокон и бетонной смеси.

1. Армирующее композитное волокно, предназначенное для использования при изготовлении бетонных смесей, выполненное из нитей минеральных волокон, расположенных преимущественно параллельно друг другу и заделанных в двухкомпонентную эпоксидную смесь, выполненную с избытком кислотного отвердителя по сравнению с оптимальным содержанием, обеспечивающим полное отверждение эпоксидной смеси, или с недостатком щелочного отвердителя по сравнению с оптимальным содержанием, обеспечивающим полное отверждение эпоксидной смеси.

2. Армирующее композитное волокно по п. 1, отличающееся тем, что в качестве двухкомпонентной эпоксидной смеси использована двухкомпонентная эпоксидная смесь с содержанием кислотного отвердителя в диапазоне от 103 до 112% по массе от оптимального содержания кислотного отвердителя

3. Армирующее композитное волокно по п. 1, отличающееся тем, что в качестве двухкомпонентной эпоксидной смеси использована двухкомпонентная эпоксидная смесь с содержанием щелочного отвердителя в диапазоне от 91 до 98% по массе от оптимального содержания щелочного отвердителя, обеспечивающего полное отверждение эпоксидной смеси.

4. Армирующее композитное волокно по п. 1, отличающееся тем, что в качестве нитей минеральных волокон использованы нити стекловолокна.

5. Армирующее композитное волокно по п. 1, отличающееся тем, что в качестве нитей минеральных волокон использованы нити базальтового волокна.

6. Армирующее композитное волокно по п. 1, отличающееся тем, что нити минеральных волокон композитного волокна выполнены вспушенными на глубину от 2 до 15% от среднего радиуса композитных волокон.

7. Армирующее композитное волокно по п. 1, отличающееся тем, что композитное волокно выполнено с длиной от 3 до 12 см и средним радиусом от 0,25 до 1,5 мм.