RU216986U1

RU216986U1 - COMPOSITE FIBER REINFORCEMENTS WITH SULFUR BINDER

Info

Publication number: RU216986U1
Application number: RU2022128101U
Authority: RU
Inventors: Христофор Авдеевич Джантимиров; Руслан Игоревич Чернов; Никита Сергеевич Миронов; Екатерина Анатольевна Дудукалова; Петр Христофорович Джантимиров
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Строительство" (АО "НИЦ "Строительство")
Filing date: 2022-10-31
Publication date: 2023-03-13

Abstract

Полезная модель относится к строительству, конкретно, к изготовлению арматуры для бетонных конструкций, и может применяться в серобетонных и цементобетонных конструкциях, в дорожных покрытиях. Согласно полезной модели, композитный арматурный стержень, содержащий ровинг из минеральных или химических волокон, пропитан серным связующим, которое, в отличие от других полимерных связующих, очень подвижно в расплавленном виде и равномерно распределяющегося по толщине арматурного стержня. Технический результат заключается в создании композитной арматуры с высокими прочностными и деформационными свойствами, а также в снижении себестоимости и материалоёмкости за счёт снижения расхода связующего.The utility model relates to construction, specifically, to the manufacture of reinforcement for concrete structures, and can be used in sulfur concrete and cement concrete structures, in road surfaces. According to the utility model, a composite reinforcing bar containing a roving of mineral or chemical fibers is impregnated with a sulfur binder, which, unlike other polymeric binders, is very mobile in molten form and is evenly distributed over the thickness of the reinforcing bar. The technical result consists in the creation of composite reinforcement with high strength and deformation properties, as well as in reducing the cost and material consumption by reducing the consumption of the binder.

Description

Настоящее техническое решение относится к строительству, конкретно, к изготовлению арматуры для бетонных и серобетонных конструкций, для дорожных покрытий.This technical solution relates to the construction, specifically, to the manufacture of reinforcement for concrete and sulfur concrete structures, for road surfaces.

Из уровня техники известна композитная полимерная арматура, состоящая из ровинга минеральных волокон, объединенных полимерным термореактивным связующим в единый стержень (Степанова В.Ф., Степанов А.Ю., Жирков Е.П. Арматура композитная полимерная: монография. М.: АСВ, 2013). Полимерное связующее, обычно эпоксидная смола, достаточно вязкий материал, поэтому требуется специальное оборудование для качественной пропитки тонких жгутов из стекловолокон и последующего их соединения перед термообработкой в единый канат, т.е. в будущий арматурный стержень. При этом расход вязкого связующего достигает 25-30% в объеме стержня из-за неизбежной при технологии пропитки повышенной толщины пленки связующего на поверхности каждого волокна. Учитывая, что прочность композита определяется, прежде всего, свойствами волокна, а связующее является матрицей и необходимо только для образования единого материала, то избыточное количество связующего неизбежно приводит к снижению удельных показателей прочности и деформативности композита.Composite polymer reinforcement is known from the prior art, consisting of a roving of mineral fibers combined with a polymeric thermosetting binder into a single rod (Stepanova V.F., Stepanov A.Yu., Zhirkov E.P. Composite polymer reinforcement: monograph. M .: DIA, 2013). The polymer binder, usually epoxy resin, is a rather viscous material; therefore, special equipment is required for high-quality impregnation of thin fiberglass tows and their subsequent connection before heat treatment into a single rope, i.e. into the future reinforcing bar. At the same time, the consumption of a viscous binder reaches 25-30% in the volume of the rod due to the increased thickness of the binder film on the surface of each fiber, which is inevitable during the impregnation technology. Considering that the strength of the composite is determined primarily by the properties of the fiber, and the binder is a matrix and is necessary only for the formation of a single material, an excess amount of the binder inevitably leads to a decrease in the specific strength and deformability of the composite.

Известен арматурный канат из непрерывных стекло- или базальтовых волокон толщиной 9-25 мкм, собранных в жгуты, отличающийся тем, что канат скручен из 3-4-х жгутов в 30-300 круток на погонный метр, а жгуты скручены в 20-200 круток на погонный метр в противоположном направлении крутки каната, с возможностью последующей пропитки его связующим и образования композитной арматуры (Патент №164110 Арматурный канат 2015). Недостатком известного каната является трудность изготовления, вызванная тем, что скручивать пропитанные волокна чрезвычайно сложно, а пропитывать готовый канат вязким полимерным связующим, типа эпоксидной смолы, удается только на небольшую часть объема, как правило, на 2-3 мм по толщине каната. Known reinforcing rope made of continuous glass or basalt fibers with a thickness of 9-25 microns, assembled in bundles, characterized in that the rope is twisted from 3-4 bundles in 30-300 twists per linear meter, and the bundles are twisted in 20-200 twists per linear meter in the opposite direction of the rope twist, with the possibility of its subsequent impregnation with a binder and the formation of composite reinforcement (Patent No. 164110 Reinforcing rope 2015). The disadvantage of the known rope is the difficulty of manufacturing, due to the fact that it is extremely difficult to twist the impregnated fibers, and it is possible to impregnate the finished rope with a viscous polymer binder, such as epoxy resin, only for a small part of the volume, as a rule, 2-3 mm along the thickness of the rope.

Известны композитные волоконные изделия на термопластичном связующем (Головкин Г.С., Гончаренко В.А., Дмитренко В.П. Волоконная технология переработки термопластичных композиционных материалов. М.: МАИ. 1993). Термопластичное полимерное связующее имеет ряд преимуществ по сравнению с термореактивным, в частности, позволяет повторно перерабатывать отходы и отработанные композитные изделия. Недостатком таких изделий, принятых за прототип, является сложность технологического процесса и повышенный расход термопластичного связующего из-за его относительно высокой вязкости, что неизбежно снижает удельные прочностные и деформационные показатели композита.Known composite fiber products on a thermoplastic binder (Golovkin G.S., Goncharenko V.A., Dmitrenko V.P. Fiber technology for processing thermoplastic composite materials. M .: MAI. 1993). A thermoplastic polymer binder has a number of advantages compared to a thermoset binder, in particular, it allows the recycling of waste and used composite products. The disadvantage of such products, taken as a prototype, is the complexity of the process and increased consumption of thermoplastic binder due to its relatively high viscosity, which inevitably reduces the specific strength and deformation characteristics of the composite.

Технической задачей полезной модели является создание технологичного в изготовлении композитного материала с повышенными прочностными и деформационными свойствами для армирования бетонных конструкций.The technical objective of the utility model is to create a manufacturable composite material with increased strength and deformation properties for reinforcing concrete structures.

Технический результат заключается в создании композитной арматуры с высокими прочностными и деформационными свойствами за счёт применения нового низковязкого связующего, позволяющего пропитывать готовый арматурный элемент, свитый, как минимум, из одного жгута, равномерно распределяющегося по поверхности каждого волокна по всей толщине арматурного стержня.The technical result consists in the creation of composite reinforcement with high strength and deformation properties due to the use of a new low-viscosity binder, which makes it possible to impregnate a finished reinforcing element, twisted from at least one bundle, evenly distributed over the surface of each fiber throughout the entire thickness of the reinforcing bar.

Указанный технический результат достигается за счет того, что композитный арматурный стержень, содержащий ровинг из минеральных волокон, пропитанный связующим, согласно предлагаемому техническому решению, пропитан серным связующим. В качестве серного связующего используют модифицированную серу, которая в расплавленном виде чрезвычайно подвижна и легко пропитывает готовые преформы и полуфабрикаты для изготовления композитной арматуры. При пропитке волоконного жгута низковязким расплавом, толщина пленки серного связующего минимальна, но достаточна для надежного склеивания каждого филамента с соседним в объеме жгута. Несущий элемент композитной арматуры - это ровинг минеральных волокон, может быть выполнен в виде прямолинейных или подкрученных жгутов, с песчаной присыпкой или винтовой навивкой на боковой поверхности для улучшения сцепления с бетоном.The specified technical result is achieved due to the fact that the composite reinforcing bar containing the mineral fiber roving impregnated with a binder, according to the proposed technical solution, is impregnated with a sulfur binder. As a sulfur binder, modified sulfur is used, which is extremely mobile in molten form and easily impregnates ready-made preforms and semi-finished products for the manufacture of composite reinforcement. When impregnating a fiber bundle with a low-viscosity melt, the thickness of the sulfur binder film is minimal, but sufficient for reliable bonding of each filament with the adjacent one in the volume of the bundle. The bearing element of composite reinforcement is a roving of mineral fibers, it can be made in the form of straight or twisted bundles, with sand powder or screw winding on the side surface to improve adhesion to concrete.

Пример изготовления композитной арматуры на серном связующем.An example of the manufacture of composite reinforcement on a sulfur binder.

Арматуру изготавливают следующим образом. На первом этапе, заготовки (преформы, полуфабрикат и др.) в виде волоконных жгутов из ровинга для получения арматуры скручивают из трех витых жгутов стеклянного волокна на специальных станках на канатном производстве. На втором этапе, на станках пултрузионного производства композитной арматуры готовые жгуты из ровинга протягивают через ванну с расплавом серы при температуре 130-140°С. Скорость протяжки принимают из расчета надежной пропитки жгутов, которая зависит от диаметра волокон, диаметра жгутов из ровинга и материала волокон. Затем пропитанные серным расплавом жгуты из ровинга, которые не требуют термообработки, охлаждают воздухом или водой до цеховой температуры и сворачивают в бухты или распиливают на мерные отрезки.Armature is made as follows. At the first stage, preforms (preforms, semi-finished products, etc.) in the form of fiber bundles from roving are twisted from three twisted glass fiber bundles on special machines for rope production to obtain reinforcement. At the second stage, on the machines for the pultrusion production of composite reinforcement, the finished roving bundles are pulled through a bath with molten sulfur at a temperature of 130-140°C. The broach speed is taken from the calculation of reliable impregnation of the bundles, which depends on the diameter of the fibers, the diameter of the bundles of roving and the material of the fibers. Then, roving ropes impregnated with sulfur melt, which do not require heat treatment, are cooled with air or water to shop temperature and rolled into coils or sawn into measured pieces.

Для изготовления композитного арматурного стержня используют стеклянные, базальтовые, полимерные и любые синтетические волокна, допускающие нагрев до 160°С.For the manufacture of a composite reinforcing bar, glass, basalt, polymer and any synthetic fibers are used that allow heating up to 160°C.

Claims

A composite reinforcing bar containing a mineral fiber roving impregnated with a binder, characterized in that the roving is twisted into bundles and twisted, and a modified sulfur melt is used as a binder.