Стержень для армирования бетона и способ его изготовления Советский патент 1992 года по МПК E04C5/07 

Изобретение относится к арматурным элементам для армирования бетонных строительных конструкций и может быть использовано для армирования несущих и не несущих сборных бетонных конструкций, как конструкционный материал для замены металлических и деревянных изделий.

Цель изобретения - повышение щелоче- стойкости стержней для армирования бетона.

В стержне для армирования бетона, изготовленного из волокнистого наполнителя, скрепленного отвержденным полимерным связующим, волокнистый наполнитель выполнен из пучка базальтовых нитей, а полимерное связующее образовано из эпоксидной смолы с отвердителем и ускорителем твердения при соотношении компонентов, мас.ч.:

Базальтовые нити40,5-69,2

Смола ЭД-209,5-10,5

Полиметаленполифени- лполиамин4,7-5,2

Кубовый остаток производства толуилен дни- зоцианатов 1,8-2,3Ускоритель УП-606/20,15-0,17

В способе изготовления стержня для армирования бетона, включающем пропитку пучка базальтовых нитей эпоксидным связующим, формование поперечного профиля стержня и полимеризацию связующего в термокамерах, базальто вые нити, предварительно подвергают термообработи

со

го

00

ке в камере обжига при 150-200°С, пропитку нитей связующим осуществляют в закрытой ванне при 40-50°С, а отверждение стержня производят при прохождении его через восемь камер в режиме ступенчатого нагрева- ния и охлаждения соответственно при температурах, °С: 75-85; 105-115; 122-128; 130-138; 142-150; 158-161; 60-80; 23-35. При этом формование поперечного профиля стержня осуществляют путем протягивания пропитанного связующим пучка нитей через отжимное устройство, через фильеру, установленную на выходе из пропиточной ванны, через вторую и третью фильеры, установленные после первой термокамеры до и после оплеточного устройства. Скорость протягивания стержня составляет 0,0048- 0,0052 м/с, а время полимеризации 1385- 1500с.

Характеристика полученных стержней по данному техническому решению и способ их получения приведены в примерах.

П р и м е р 1. 122 бобины с ровингом из базальтовых нитей устанавливают на этажерке. Ровинг натягивают и пропускают со скоростью 0,0051 м/с через камеру обжига при 150°С, где происходит частичное удаление замасливателя с ровинга. В пропиточную ванну дозируют 2,5 кг связующего, в т.ч. 1,456 кг ЭД-20. 0.721 кг полиметиленполи- фенилполиамина (ПАПА), 0,298 кг кубового остатка производства толуилендиизоциана- тов (куб.ТДИ) и 0,0233 кг ускорителя УП- 606/2. тщательно перемешивают до равномерного распределения компонентов при 40°С и поддерживают температуру 40- 50°С до полной выработки связующего на покрытие ровинга. Базальтовый ровинг пропускают через обогреваемую пропиточную ванну, при этом следят за равномерным распределением связующего между ровингом. На выходе из ванны нити пропускают через отжимное устройство, где снимают часть избыточного связующего, которое по лотку возвращается в ванну.

Далее нити направляют через первую фильеру в первую термокамеру, где поддерживают температуру 85°С. В первой термокамере начинается процесс полимеризации связующего. Затем жгут ровинга пропускают через вторую фильеру, оплеточное уст- ройство и далее через фильеру. Оплетку осуществляют базальтовой ниткой с шагом оплетки 2 мм. Натяжение оплеточной нити регулируют таким образом, чтобы обеспечить удаление избыточного связующего с ровинга. На второй и третьей фильерах снимают остаточное избыточное количество связующего и стержень протягивают через П-УШ термокамеры для полимеризации связующего, где поддерживают температуру соответственно, °С: 11-107, 111-125, IV-132, V-146, VI-159. VII-65, VIII-37.

Время нахождения стержня в зоне нагрева 1498 с.

Характеристика физических и химических свойств полученного арматурного стержня из трех замеров приведена ниже: Диаметр стержня5,6 мм

Плотность1,591 г/см3

Количество связующего 42,5% Количество наполнителя 57,5% Степень полимеризации связующего87,4%

Предел прочности на растяжение4935 кгс/см2

Щелочестойкость в 1н растворе NaOH (по увеличению веса образцов), %: через 1 сут.0,23

через 4 сут.0,87

через 7 сут.1,37

через 20 сут.2,25

Водопоглощение при комнатной температуре, %:

через 1 сут.0,35

через 2 мес.2,59

водопоглощение при 100°С, %: через 1ч0.59

через 6ч1,21

Арматурный стержень на внешний вид гладкий, поверхность ровная, на срезе правильной круглой формы, расслоения между нитями нет..

Приме р 2. Меняют количество бобин с ровингом из базальтовых нитей на этажерке, в пропиточную ванну загружают и тщательно перемешивают 2,5 кг связующего, в котором изменяют соотношение компонентов связующего в соответствии с таблицей 1 (примеры 1,3-10), Далее ровинг натягивают, направляют через камеру обжига, через пропиточную ванну, отжимное устройство, первую фильеру, первую термокамеру, вторую фильеру, оплеточное устройство, третью фильеру, где путем отжима и снятия избыточного связующего с последующей полимеризацией во II-VIII термокамерах формируют арматурный стержень. Условия отжига ровинга в камере отжига, - скорость движения, условия приготовления связующего, нанесения его на ровинг, полимеризации связующего, те же, что в примере 1. Свойства полученных образцов приведены в таблице.

Анализ полученных данных показывает, что при содержании базальтового ровинга в композите в пределах 40,5-69,2 мае.ч. при содержании связующего в пределах 16,15- 18.17 мас.ч. получают стержни с удовлетворительной прочностью на растяжение

(4584-5300 кгс/см ), щелочестойкостью 0.21-2,45% в течение 20 сут, и водостойкостью в пределах 0,35-2.59% при комнатной температуре в течение 2 мес. и 0,59-1,21% в течение 6 ч при кипячении - примеры 1-3. Увеличение связующего в композите, в частности, эпоксидной смолы, ухудшает процесс полимеризации: в образце снижается степень полимеризации связующего, что ведет к снижению прочности образца, а так- же к его удорожанию, так как увеличивается массовая доля более дорогостоящего компонента в системе связующего. Щелоче- стойкость при этом остается практически на уровне выбранных составов композитов - пример 4.

Увеличение отвердителя в связующем (куба ТДИ) до 3 мае.ч. ускоряет процесс полимеризации: в пропиточной ванне жизнеспособность связующего уменьшается по сравнению с выбранными составами, кроме того образцы стержней получаются пористыми, с мелкими воздушными включениями. Частично избавиться от избыточной пористости, как показали эксперименталь- ные данные, можно уменьшением температуры полимеризации, однако это ведет к уменьшению скорости протяжки ровинга, следовательно, теряется производительность установки. Стоимость таких стержней должна бы уменьшаться за счет увеличения в композите более дешевого компонента, однако уменьшение производительности отрицательно влияет на себестоимость стержней, что в конечном счете не дает ожи- даемого эффекта удешевления (пример 5).

Уменьшение количества ровинга в композите ведет к уменьшению прочности образцов. Степень полимеризации образцов хорошая (85,3%), щелочестойкость и водо- стойкость практически не отличается от предложенных составов, но прочность ниже за счет увеличения связующего в композите (пример 6). Уменьшение эпоксидной смолы в связующем ведет к нарушению процесса полимеризации на первых стадиях формирования стержня, в частности в пропиточной ванне связующее получается с более высокой вязкостью и быстрее теряет жизнеспособность. В результате связующее хуже пропитывает ровинг, хуже отжимается в отжимном устройстве, на фильерах, что в конечном счете ведет к увеличению связующего в стержне, уменьшению прочности, ухудшению щелочестойкости (при- мер .7). Уменьшение ускорителя VII--606/2 в связующем ведет к замедлению процесса полимеризации. В результате связующее в композите на выходе из первой термокамеры не успевает загустевать и с избытком

отжимается в первой-третьей фильерах, что ведет к плохому смачиванию ровинга и расслоению нитей в стержне на выходе протяжного механизма, уменьшению прочности и щелочестойкости образцов (пример 8). Увеличение ускорителя VII-606/2 в связующем, наоборот, ускоряет процесс полимеризации: в пропиточной ванне уменьшается жизнеспособность связующего, это вызывает неравномерное смачивание ровинга, увеличение связующего на стержне за счет плохого снятия на фильерах. Кроме того, ускоренное загустевание связующего ведет к забиванию фильер и перерасходу связующего (пример 9).

Уменьшение ПАПА в связующем ведет к уменьшению скорости полимеризации связующего, избыточному отжиму связующего на отжимном устройстве и фильерах, неравномерному смачиванию ровинга связующим, уменьшению прочности и щелочестойкости (пример 10).

Таким образом, рассмотренные примеры показывают, что предложенные составы композитов и условия их обработки обеспечивают получение базальтопластиковой арматуры с приемлемыми для использования свойствами, при этом получаемая арматура более дешевая и более щелочестойкая по сравнению со стеклопластиковой и металлической арматурой.

Формула изобретения

1.Стержень для армирования бетона, выполненный из волокнистого наполнителя, скрепленного отвержденным полимерным связующим, отличающийся тем что, с целью повышения его щелочестойко- сти, волокнистый наполнитель выполнен из пучка базальтовых нитей, а полимерное свя-1 зующее образовано из эпоксидной смолы с отвердителем и ускорителем твердения при соотношении компонентов, мае.ч.:

Базальтовые нити40,5-69,2

Эпоксидная смола ЭД-209,5-10,5

Отвердитель:полимети- ленполифенилполиамин4,7-5,2

Кубовый остаток производства толуилендиизо- цианата1,8-2,3

Ускоритель VD 606/20,15-0,17

2.Способ изготовления стержня для армирования бетона, включающий пропитку пучка базальтовых нитей эпоксидным связующим, формование поперечного профиля стержня и полимеризацию связующего в термокамерах, отличающийся тем, что, с целью повышения щелочестойкости стержня, базальтовые нити предварительно подвергают термообработке в камере обжига при 150-200°СГ пропитку нитей связующим осуществляют в закрытой ванне при 40-50°С, а отверждение стержня производят при прохождении его через восемь термокамер в режиме ступенчатого нагревания и охлаждения соответственно при темпера- турах.°С: 75-85, 105-115, 122-128, 130-138, 142-150.158-161,60-80,25-35.

3. Способ по п.2, отличающийся тем. что формование поперечного профиля стержня осуществляют путем протягивания

пропитанного связующим пучка нитей через отжимное устройство, через фильеру, установленную на выходе из пропиточной ванны, через вторую и третью фильеры, установленные после первой термокамеры до и после оплеточного устройства.

4. Способ по п.З, отличающийся тем, что скорость протягивания стержня составляет 0,0048-0,0052 м/с, а время полимеризации 1385-1500 с.

Изобретение относится к арматурным элементам для армирования бетонных строительных конструкций и позволяет повысить их щелочестойкость. Стержень изготовлен из волокнистого наполнителя в виде пучка базальтовых нитей, скрепленных полимерным связующим из эпоксидной смолы с отвердителем и ускорителем отверждения при соотношении компонентов, мае.ч.: базальтовые нити 40,5-69,2; эпоксидная смола ЭД-20 9,5-10,5; отвердитель полиметилен полифен и л полна мин 4,7-5,2; кубовый остаток производства толуиленди- изоцианата 1,8-2,3; ускоритель УП-606/2 0,15-0,17. При изготовлении стержня базальтовые нити предварительно подвергают термообработке в камере обжига при 150-200°С, пропитку нитей связующим осуществляют при 40-50°С, а отверждение стержня производят при прохождении его через восемь термокамер в режиме ступенчатого нагревания и охлаждения. Формование поперечного профиля стержня осуществляют путем протягивания пропитанного связующим пучка нитей через отжимное устройство и через три фильеры. Скорость протягивания стержня 0,0048- 0,0052 м/с, время полимеризации 1385- 1500с. 2 с. и 2 з.п.ф-лы. сл С

122 127 125

112 110

130 115

127

117

155,444,686,7845840,,921,52,45

257,,587,4049350,230,871,372,35

360,339,789,853000,210,791,352,05

450,849,279,542570,2k0,821,372,25

554,245,885,739510,,251,832,57

652,447,685,342820,261,171,692,38

751,748,378,442380,311,521,972,72

854,245,875,345810,251,67,,77

950,549,583,443520,261,151,722,53 1055,144,979,8 Н810,301,591,892,73

Продолжение табицы