ГИБРИДНАЯ КОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА Российский патент 2017 года по МПК E04C5/07 

Описание патента на изобретение RU2612374C1

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.

Похожие патенты RU2612374C1

название год авторы номер документа
Гибридная композитная штанга 2022
  • Губайдуллин Азат Ильдусович
  • Медведев Владислав Сергеевич
  • Биккулов Рустем Ядкарович
  • Салихов Динар Фазылович
  • Шабалин Леонид Павлович
  • Пузырецкий Евгений Александрович
  • Савинов Дмитрий Вадимович
RU2786983C1
Гибридная композитная штанга с градиентом состава и свойств 2023
  • Андрианова Кристина Александровна
  • Амирова Лилия Миниахмедовна
  • Сидоров Игорь Николаевич
  • Усмонов Рамазон Собиржонович
  • Энская Анна Игоревна
RU2813003C1
КОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА 2008
  • Шахов Антон Сергеевич
  • Шахов Сергей Владимирович
  • Шабалин Семен Игоревич
  • Шабалин Станислав Игоревич
  • Лялин Евгений Викторович
  • Степанова Валентина Федоровна
RU2405092C2
АРМАТУРА КОМПОЗИТНАЯ 2011
  • Кукин Антон Сергеевич
RU2482248C2
КОМБИНИРОВАННЫЙ МЕТАЛЛОВОЛОКОННЫЙ КАНАТ 2023
  • Джантимиров Христофор Авдеевич
  • Звездов Андрей Иванович
  • Бучкин Андрей Викторович
  • Кудяков Константин Львович
  • Юрин Евгений Юрьевич
RU2818634C1
Арматура композитная 2015
  • Беккер Александр Тевьевич
  • Уманский Андрей Михайлович
RU2612284C1
КОМПОЗИТНАЯ СТЕКЛОПЛАСТИКОВАЯ АРМАТУРА (ВАРИАНТЫ) 2012
  • Гетунов Александр Николаевич
  • Петров Геннадий Гурьевич
  • Харьковский Сергей Николаевич
RU2520542C1
АРМАТУРА КОМПОЗИТНАЯ 2017
  • Беккер Александр Тевьевич
  • Уманский Андрей Михайлович
RU2684271C1
КОМПОЗИЦИОННЫЙ НЕСУЩИЙ СЕРДЕЧНИК ДЛЯ ВНЕШНИХ ТОКОВЕДУЩИХ ЖИЛ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА 2008
  • Сильченков Дмитрий Григорьевич
  • Гришин Сергей Владимирович
  • Гладков Игорь Борисович
RU2386183C1
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ 2012
  • Шабалин Семен Игоревич
  • Шахов Сергей Владимирович
  • Степанова Валентина Федоровна
RU2493337C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 612 374 C1

Реферат патента 2017 года ГИБРИДНАЯ КОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА

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.

Формула изобретения RU 2 612 374 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2612374C1

КОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА 2008
  • Шахов Антон Сергеевич
  • Шахов Сергей Владимирович
  • Шабалин Семен Игоревич
  • Шабалин Станислав Игоревич
  • Лялин Евгений Викторович
  • Степанова Валентина Федоровна
RU2405092C2
Кухня для варки пищи 1930
  • Рубашенко М.Н.
SU22218A1
АРМАТУРА КОМПОЗИТНАЯ 2011
  • Кукин Антон Сергеевич
RU2482248C2
EP 0628674 A1, 14.12.1994
JPH0 2127583 A, 16.05.1990.

RU 2 612 374 C1

Авторы

Ильин Дмитрий Анатольевич

Степанова Валентина Федоровна

Бучкин Андрей Викторович

Даты

2017-03-09Публикация

2015-12-24Подача