PL211155B1 - Układ nieorganicznej matrycy-tkaniny oraz sposób - Google Patents

Description

Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 375186 (22) Data zgłoszenia: 30.07.2003 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

30.07.2003, PCT/US03/023773 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

05.02.2004, WO04/011736 (11) 211155 (13) B1 (51) Int.Cl.

E04C 5/07 (2006.01) E04C 5/04 (2006.01) E04G 23/02 (2006.01) C03B 37/00 (2006.01) D02G 3/00 (2006.01) B32B 5/02 (2006.01) (54)

Układ nieorganicznej matrycy-tkaniny oraz sposób

(30) Pierwszeństwo: 30.07.2002, US, 10/209,471	(73) Uprawniony z patentu: SAINT-GOBAIN TECHNICAL FABRICS CANADA LTD, St. Catharines, CA CertainTeed Corporation, Valley Forge, US
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 28.11.2005 BUP 24/05	(72) Twórca(y) wynalazku: CORINA-MARIA ALDEA, St Catharines, CA DAVID GERAINT ROBERTS, Youngstown, US
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.04.2012 WUP 04/12	(74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Katarzyna Karcz

PL 211 155 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ nieorganicznej matrycy-tkaniny oraz sposób, a zwłaszcza podpory konstrukcyjne, a bardziej szczegółowo sposób i system wzmacniający do wzmacniania takich podpór konstrukcyjnych.

Jako podpory konstrukcyjne powszechnie stosowane są ściany, słupy i inne konstrukcje zbudowane z materiałów takich jak beton lub zaczyn cementowy, cegła lub kamienie i tym podobne. Tunele, podpory konstrukcyjne budynków, podpory mostów, podpory autostrad dwupoziomowych oraz podpory budowli parkingowych, to tylko niektóre z wielu zastosowań tych zespolonych podpór konstrukcyjnych. Podpory te mogą mieć wiele różnych kształtów, z których najpowszechniejsze to te o przekrojach poprzecznych w kształcie okręgu, kwadratu i prostokąta. Jednakże, stosuje się również wiele innych kształtów przekroju poprzecznego, łącznie z kształtami w postaci wielokąta foremnego, jak i o nieregularnym przekroju poprzecznym. Wielkość podpór konstrukcyjnych również jest bardzo zróżnicowana w zależności od zamierzonego zastosowania. Powszechnie stosowane są do różnych zastosowań podpory konstrukcyjne o wysokości i długości przekraczającej 15,24 m (50 stóp).

Powszechną praktyką jest wzmacnianie betonowych podpór konstrukcyjnych stalowymi prętami, siatką lub rusztami. Zbrojenie ze stali zapewnia dużą wytrzymałość konstrukcyjną (na przykład wytrzymałość na ściskanie, na rozciąganie, na zginanie i/lub wytrzymałość na ścinanie) podpory, ale istnieje wiele przypadków, gdy konstrukcja tych podpór ulega uszkodzeniu, co ma miejsce wtedy, gdy są one narażone na asymetryczne obciążenia i przemieszczenie poziome, powstające podczas trzęsień ziemi lub wybuchów. Konstrukcje betonowe, dostatecznie ściskane, narażone są na pękanie, zawalenie się i częściowy ubytek na skutek naprężeń występujących przy trzęsieniach ziemi, wybuchach, osiadaniu ziemi i przeciążeniach. Uszkodzenia konstrukcyjne takich konstrukcji mogą prowadzić do zniszczeń. W związku z tym, istnieje ciągła potrzeba zwiększania możliwości zbrojonego i niezbrojonego betonu oraz cementowych podpór konstrukcyjnych, w celu przeciwstawienia si ę asymetrycznym obciążeniom oraz przemieszczeniom poziomym działającym na konstrukcję podczas trzęsienia ziemi lub wybuchu.

Jednym ze sposobów zwiększenia odporności konstrukcji podpór konstrukcyjnych na zniszczenie, jest zastosowanie dodatkowego zbrojenia z metalu przed wykonaniem podpory konstrukcyjnej. Mogą być również zastosowane i inne rozwiązania konstrukcyjne podczas wykonywania podpory konstrukcyjnej, w celu zwiększenia jej odporności na asymetryczne obciążenie lub przemieszczenie poziome. Jednakże, istnieją setki tysięcy podpór konstrukcyjnych zlokalizowanych na obszarach sejsmicznych, które nie mają odpowiedniego zbrojenia z metalu lub odpowiednio zaprojektowanej konstrukcji, by przeciwstawić się działaniu asymetrycznego obciążenia lub przemieszczenia poziomego. W zwią zku z tym, istnieje potrzeba zapewnienia prostego, efektywnego i wzgl ę dnie niedrogiego systemu do wzmacniania istniejących podpór konstrukcyjnych, by w ten sposób zapobiec lub zmniejszyć prawdopodobieństwo zniszczenia podczas trzęsienia ziemi lub wybuchu.

Jednym sposobem wzmacniania konstrukcji zespolonych, takich jak słupy betonowe, jest obłożenie zewnętrznej powierzchni konstrukcji warstwą wzmacniającą z kompozytu lub z tworzywa sztucznego wzmocnionego tkaniną (FRP). W opisie patentowym US 5 607 527 należącym do Isley'a Jr., warstwa wzmacniająca z kompozytu, zawierająca co najmniej jedną warstwę tkaniny umieszczoną w matrycy żywicznej, otacza zewnętrzną powierzchnię słupa betonowego. Warstwa tkaniny ma pierwszy i drugi równoległe wzmocnione brzegi, które rozcią gają się wokół obwodowej zewnę trznej powierzchni słupa w kierunku zasadniczo prostopadłym do osi słupa. Preferowane w ujawnieniu Isley'a włókna są włóknami wykonanymi ze szkła, poliaramidu, grafitu, krzemionki, kwarcu, węgla, materiału ceramicznego i polietylenu. Proponowane w tym patencie odpowiednie żywice obejmują ż ywicę poliestrową , epoksydową, poliamidową, dwumaleinową, winyloestrową, uretanową oraz polimocznikową, ze szczególnym wskazaniem na żywice epoksydowe.

Inny sposób wzmacniania zespolonych podpór konstrukcyjnych został ujawniony w opisie patentowym US 6 017 588 należącym do Watanabe i innych. Opis ten ujawnia zastosowanie FRP w celu wzmocnienia podpory konstrukcyjnej poprzez utworzenie warstwy powłoki gruntowej na powierzchni konstrukcji podpory tworząc, jeśli jest to konieczne, warstwę kitu na warstwie powłoki gruntowej, nakładając na warstwę powłoki gruntowej (lub na warstwę kitu) żywicę impregnującą przed, po lub zarówno i przed i po obłożeniu arkuszami włókien, by umożliwić żywicy przenikanie przez przestrzenie w arkuszach wł ókien, po czym nastę puje dojrzewanie (utwardzanie) ż ywicy, powł oki gruntowej, kitu oraz żywicy impregnującej. Tak przedstawione powłoka gruntowa, kit oraz żywica impregnująca,

PL 211 155 B1 wspólnie tworzą kompozycję żywiczną. Ujawnione arkusze włókien mogą składać się z węgla, poliamidu aromatycznego (aramidu) lub z włókien szklanych. Dowiedzioną zaletą konstrukcji wzmacniającej według tego patentu, jest zwiększona przyczepność wzmocnienia do powierzchni podpory konstrukcyjnej.

Systemy wzmacniające FRP, takie jak opisane powyżej, często mogą być łatwopalne, toksyczne oraz trudne w obsłudze podczas nakładania. Oprócz tego, po zakończeniu procesu dojrzewania, mają także niską ognioodporność, słabo wiążą się z betonem lub cegłą oraz mają niską przepuszczalność wody/powietrza, co sprzyja gromadzeniu się wilgoci. Ponadto, są one dosyć drogie i mają skłonność do rozwarstwiania się w wyniku uszkodzenia.

Konieczny jest zatem system naprawczy lub wzmacniający dla istniejących podpór konstrukcyjnych lub dla nowych budowli podpór konstrukcyjnych.

Zgodnie z pierwszym wyróżnionym przykładem wykonania niniejszego wynalazku, zaprojektowany jest sposób wzmacniania podpory konstrukcyjnej. Sposób ten polega na zastosowaniu na podporę konstrukcyjną systemu wzmacniającego zawierającego odporną na alkalia warstwę włóknistą osadzoną w matrycy nieorganicznej.

Wyróżniona odporna na alkalia warstwa włóknista składa się ze szkła-AR z zastosowaną na niej klejonką oraz zastosowaną na klejonce powłoką żywiczną, gdzie matryca nieorganiczna przylega do powłoki, a powłoka żywiczna przylega do klejonki. Pomimo, że mogą być zastosowane inne rodzaje włókien szklanych, takie jak ze szkła-E, to zastosowane szkło-AR ma wysoki stopień odporności na żrące działanie alkaliów oraz większą ogólną wytrzymałość. Dzieje się tak ze względu na zawartość we włóknach szklanych optymalnego poziomu ditlenku cyrkonu (ZrO2). Ten rodzaj szkła wykazuje wysoki stopień odporności chemicznej, będąc odpornym na bardzo wysoką alkaliczność powstającą w wyniku hydratacji konwencjonalnych materiałów zespolonych, takich jak zwykł y cement portlandzki.

Wyróżniona matryca nieorganiczna składa się z materiału zespolonego takiego jak cement, beton lub zaprawa murarska. Bardziej szczegółowo, matryca nieorganiczna składa się ze zwykłego cementu portlandzkiego zawierającego rozproszone w całym cemencie pocięte włókna wzmacniające. Takimi włóknami mogą być włókna wykonane z węgla, szkła-AR, celulozy, włókna z celulozy regenerowanej lub z materiałów polimerowych takich jak, na przykład, materiały aramidowe, poliolefiny, poliester lub ich kombinacje.

Zgodnie z innym przykładem wykonania niniejszego wynalazku, sposób wzmacniania podpory konstrukcyjnej obejmuje nałożenie na podporę konstrukcyjną pierwszej warstwy matrycy nieorganicznej, osadzenie w matrycy nieorganicznej pierwszej kratowanej warstwy włóknistej ze szkła-AR, gdzie wymieniona warstwa włóknista ze szkła-AR zawiera zastosowaną na niej klejonkę oraz zastosowaną na klejonce powłokę żywiczną, gdzie matryca nieorganiczna przylega do powłoki żywicznej, a powłoka żywiczna przylega do klejonki, i nałożenie na pierwszą kratowaną warstwę włóknistą ze szkła-AR drugiej warstwy matrycy nieorganicznej. Mogą być również dodane dodatkowe warstwy włókniste oraz warstwy matrycy nieorganicznej.

Zgodnie z innym przykładem wykonania niniejszego wynalazku, zaprojektowany jest układ podpory konstrukcyjnej obejmujący podporę konstrukcyjną oraz system wzmacniający przylegający do podpory konstrukcyjnej, gdzie system wzmacniający zawiera osadzoną w matrycy nieorganicznej warstwę włóknistą ze szkła-AR, charakteryzujący się tym, że warstwa włóknista ze szkła-AR zawiera zastosowaną na niej klejonkę oraz zastosowaną na klejonce powłokę żywiczną, gdzie matryca nieorganiczna przylega do powłoki żywicznej, a powłoka żywiczna przylega do klejonki.

Zgodnie z kolejnym przykładem wykonania niniejszego wynalazku, zaprojektowany jest sposób wzmacniania podpory konstrukcyjnej obejmujący zastosowanie na podporę konstrukcyjną systemu wzmacniającego zawierającego osadzoną w matrycy nieorganicznej warstwę włóknistą. Warstwa włóknista zbudowana jest z włókien PVA, włókien węglowych, włókien aramidowych lub ich kombinacji.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku perspektywicznym przekrój poprzeczny konstrukcji podpory posiadającej przykładowy system wzmacniający według niniejszego wynalazku, fig. 2 przedstawia częściowy przekrój poprzeczny konstrukcji podpory posiadającej jeden przykład wykonania systemu wzmacniającego według niniejszego wynalazku, fig. 3 przedstawia w widoku od przodu próbkę ściany z betonowego elementu murowego (CMU), stosowaną do przeprowadzania badań alternatywnych przykładów wykonania systemu wzmacniającego według niniejszego wynalazku, fig. 4 przedstawia w widoku od przodu próbkę ściany zamocowaną w ramie do badań, fig. 5 przedstawia schemat próbki ściany oraz ramy do badań pokazujący miejsca pomiarów przemieszczeń oraz kierunki sił poziomych i pionowych, fig. 6

PL 211 155 B1 przedstawia w widoku od przodu próbkę ściany 1 pokazującą powstawanie pęknięć podczas próby ścinania w płaszczyźnie, fig. 7 przedstawia wykres pokazujący krzywą podstawową obciążenia w zależności od przemieszczania dla próbki ściany 1 oraz krzywą podstawową dla próbki kontrolnej, fig. 8 przedstawia w widoku od przodu próbkę ściany 2 pokazującą powstawanie pęknięć podczas próby ścinania w płaszczyźnie, fig. 9 przedstawia wykres pokazujący krzywą podstawową obciążenia w zależności od przemieszczania dla próbki ściany 2 oraz krzywą podstawową dla próbki kontrolnej, fig. 10 przedstawia w widoku od przodu próbkę ściany 3 pokazującą powstawanie pęknięć podczas próby ścinania w płaszczyźnie, fig. 11 przedstawia wykres pokazujący krzywą podstawową obciążenia w zależ noś ci od przemieszczania dla próbki ś ciany 3 oraz krzywą podstawową dla próbki kontrolnej, fig. 12 przedstawia w widoku perspektywicznym próbkę trój elementową posiadającą przykładowy system wzmacniający według niniejszego wynalazku, fig. 13 przedstawia wykres pokazujący zależność obciążenia od poprzecznego przemieszczenia dla testowanych próbek trój elementowych, fig. 14 przedstawia różne układy systemów wzmacniających z polimerowych włókien wzmacniających (FRP), stosowane do próbek ścian badanych w warunkach podobnych do tych jakie zastosowano w badaniach ścian 1-3, fig. 15 przedstawia wykres pokazujący wzrost obciążenia dla próbek ścian 1-3 w porównaniu do próbek ścian posiadających systemy wzmacniające FRP zastosowane w różnych układach pokazanych na fig. 14, w zależności od próbki kontrolnej nieposiadającej wzmocnienia, fig. 16 przedstawia wykres pokazujący przemieszczenia ścian dla próbek 1-3 porównujący je ze sobą oraz również porównujący je do uprzednio badanych próbek ścian wzmocnionych FRP.

Wynalazek dotyczy systemu wzmacniającego oraz sposobu wzmacniania podpory konstrukcyjnej przy zastosowaniu systemu wzmacniającego według niniejszego wynalazku. System wzmacniający ma ulepszony sposób wiązania z zespoloną konstrukcją podpory i jest mniej prawdopodobne, by się rozwarstwiał od podpory konstrukcyjnej w porównaniu z istniejącymi systemami wzmacniającymi.

Stosownie do niniejszego wynalazku, zdefiniowano poniższe określenia.

Plecione skrzyżowane włókna/siatka klejona. Są to tkaniny składające się z warstw równoległych przędz włókienniczych nałożonych na siebie pod kątem ostrym lub prostym. Warstwy te są łączone w miejscach krzyżowania się przędz poprzez zastosowanie spoiwa, kleju lub łączenia termicznego.

Materiał zespolony/kompozyt. Jest to hydraulicznie układany materiał nieorganiczny taki, który składa się z cementu portlandzkiego, zaprawy murarskiej, zaprawy do tynków, popiołu lotnego, żużla, krzemionki, metakaolinu, gipsu, geopolimeru i/lub innych składników takich jak kruszywo, łącznie z piaskiem lub ż wirem, dodatków lub domieszek takich jak ś rodki spulchniają ce, ż ywice, łącznie z akrylowymi ś rodkami wiążącymi, dodatkami przeciwwilgociowymi, domieszkami zmniejszają cymi skurcz (SRA), domieszkami napowietrzającymi (AE), środkami ogniouodparniającymi, a także pocięte włókna, włączając włókna szklane, PVA (poli(octanu winylu)), polipropylenowe, celulozowe, grafitowe oraz ich mieszanki.

Powłoki/środki wykańczające. Są to związki chemiczne, najczęściej organiczne, stosowane na tkaniny po poddaniu ich procesowi technologicznemu (na przykład tkaniu lub dzianiu) w celu zabezpieczenia włókien oraz nadania tkaninie trwałości.

Włókno. Jest to ogólne określenie stosowane w odniesieniu do materiałów włóknistych. Często, słowo włókno stosowane jest zamiennie z określeniem włókno ciągłe. Ogólnie przyjęte jest, że włókno ciągłe ma ustaloną skończoną długość wynoszącą, co najmniej 100-krotność jego średnicy. W wielu przypadkach jest ono wytwarzane poprzez ciągnięcie z płynnej kąpieli, przędzenie lub poprzez wytrącanie z substratu.

Włókno ciągłe. Jest to najmniejsza jednostka materiału włóknistego. To podstawowe jednostki kształtowane w procesie ciągnięcia i przędzenia, które są składane w sploty włókien w celu zastosowania w kompozytach. Włókna ciągłe zazwyczaj są bardzo długie i mają bardzo małą średnicę. Niektóre włókna tekstylne mogą być przędzą pod warunkiem, że są wystarczająco wytrzymałe i elastyczne.

Włókno szklane. Jest to włókno uprzedzone z nieorganicznego produktu stapiania, który został schłodzony do postaci sztywnej bez krystalizacji.

Włókno szklane ciągłe. To taka postać szkła, która została poddana ciągnieniu tak, by uzyskać małą średnicę i duże długości.

Matryca nieorganiczna. Jest to materiał matrycowy składający się głównie ze składników nieorganicznych takich jak, na przykład, materiały ceramiczne, szklane, materiały zespolone i geopolimery (żywice nieorganiczne).

Dzianiny. Są to tkaniny wytwarzane poprzez wzajemne splatanie łańcuchów włókien ciągłych, niedoprzędów lub przędzy.

PL 211 155 B1

Mata. Jest to materiał włóknisty składający się z nieregularnie zorientowanych pociętych włókien ciągłych, włókien krótkich lub zwiniętych włókien ciągłych, które są luźno utrzymywane za pomocą ściągacza.

Niedoprzęd. Jest to pewna ilość zespolonych włókien ciągłych, splotów zebranych w równoległą wiązkę.

Klejonka. Są to związki chemiczne, przeważnie organiczne, stosowane jako cienka powłoka na niedoprzędy po procesie ciągnienia włókien szklanych ciągłych, w celu wzajemnego połączenia pojedynczych włókien ciągłych oraz ich usztywnienia, by zapewnić im odporność na ścieranie podczas procesu technologicznego (na przykład tkania lub dziania).

Wytrzymałość na rozciąganie. Jest to maksymalne obciążenie lub siła na jednostkę pola przekroju poprzecznego próbki, na jej długości pomiarowej. To naprężenia rozciągające wymagane do przerwania danej próbki.

Teks. Jest to jednostka wyrażająca gęstość liniową (lub grubość) równą ciężarowi w gramach 1 kilometra przędzy, włókna ciągłego, włókna lub innej splotki tekstylnej.

Osnowa. Jest to przędza, włókno lub niedoprzęd biegnące wzdłużnie w tkaninie. To grupa przędz, włókien lub niedoprzędu rozciągająca się na długości i w przybliżeniu równoległa.

Dzianina osnowowa. Dzianie osnowowe to rodzaj dziania, gdzie przędze biegną przeważnie wzdłużnie w tkaninie.

Tkanie. To szczególna czynność, podczas której poprzez przeplatanie przędz, włókien lub niedoprzędu tworzy się tkaninę. Tkanie, dalej, może być określane jako „rodzaj splotu”, jak na przykład splot gazejski.

Wątek. Są to poprzeczne nici lub włókna w tkaninie. Włókna te biegną prostopadle do osnowy. Nazywane są również wypełnieniem lub przędzą wypełniającą.

Tkanina. Jest to materiał (zazwyczaj o płaskiej konstrukcji) wykonany poprzez przeplatanie przędz, włókien, niedoprzędu lub włókien ciągłych, w celu utworzenia takich wzorów tkanin jak splot płócienny, wiązany splot atłasowy lub splot gazejski.

Przędza. Jest to zespół naturalnych lub wytworzonych fabrycznie włókien ciągłych, włókien lub splotek, które rozciągają się w sposób nieprzerwany tak, że są odpowiednie do zastosowania w dzianiu, tkaniu lub wplataniu w materiały tekstylne. Zespół włókien ciągłych, włókien lub splotek może mieć lekkie skręcenie lub nie.

W odniesieniu do fig. 1, przedstawiony jest system wzmacniający 10 jako wzmacniający konstrukcję podpory 20. Niniejszy wynalazek może być stosowany do wzmacniania różnorodnych konstrukcji podpór. Takimi konstrukcjami podporowymi mogą być, na przykład, ściany, belki, płyty systemów budowlanych izolacji zewnętrznej („EIFS”), kominy, skupiska kominów, zbiorniki, słupy, silosy, szyby, rury, kanały, tunele i tym podobne. Konstrukcja podpory może być płaska, okrągła lub może mieć dowolny inny kształt. Wynalazek jest szczególnie odpowiedni do zastosowania, jako wzmocnienie konstrukcji podporowych zbudowanych z materiałów zespolonych lub murowych, takich jak cement, beton, cegła i blok żużlowy, które mogą być zbrojone lub nie. Jedną z podpór konstrukcyjnych, szczególnie odpowiednich dla zastosowania systemu wzmacniającego według niniejszego wynalazku, są ściany murowe niezbrojone (URM).

System wzmacniający 10 składa się, z co najmniej jednej odpornej na alkalia kratowanej warstwy włóknistej 12 (na fig. 1 pokazano dwie warstwy włókniste) oraz matrycy nieorganicznej 14. Warstwy włókniste 12 osadzone są w matrycy 14. System 10 jest przykładany do powierzchni konstrukcji podpory 20.

Następujący szczegółowy opis oraz przykłady przedstawiają zastosowanie niniejszego wynalazku, jako wspierające konstrukcję poprzez zastosowanie go na jednej powierzchni konstrukcji, jednakże, zrozumiałe jest dla znawców tej dziedziny techniki, że niniejszy wynalazek nie ogranicza się wyłącznie do tego, lecz może być stosowany na dowolną ilość powierzchni w zależności od kształtu lub rodzaju konstrukcji podpory. A zatem, na przykład, system wzmacniający według niniejszego wynalazku może być przykładany zarówno do zewnętrznej powierzchni, jak i do wewnętrznej powierzchni ściany budynku, rury, ściany lub innej konstrukcji.

Matryca nieorganiczna 14 korzystnie składa się z materiału zespolonego takiego jak zaczyn cementowy, zaprawa murarska lub beton, i/lub z innych rodzajów materiałów, takich jak gips i geopolimery (żywice nieorganiczne). Bardziej korzystnie, matryca nieorganiczna składa się z cementu portlandzkiego zawierającego rozproszone w całym cemencie pocięte włókna. Korzystnie, włókna są włóknami ze szkła-AR, ale mogą to być również, na przykład, inne rodzaje włókien szklanych, jak

PL 211 155 B1 włókna aramidowe, poliolefinowe, węglowe, grafitowe, poliestrowe, PVA, polipropylenowe, włókna naturalne, włókna celulozowe, z celulozy regenerowanej i ich mieszanki. Matryca nieorganiczna może zawierać również inne składniki lub dodatki, na przykład, takie jak popiół lotny, lateks, żużel i metakaolin, żywice takie jak akrylowe, poli(octanu winylu) lub tym podobne, materiały ceramiczne, włączając w to tlenek krzemu, tlenek tytanu oraz azotyn krzemu, środki przyspieszające wiązanie, dodatki wodoi/lub ogniouodparniające takie jak siloksan, boraks rodzimy, wypełniacze, środki opóźniające wiązanie, środki dyspergujące, barwniki i pigmenty, fotostabilizatory i stabilizatory cieplne, domieszki zmniejszające skurcz, środki napowietrzające lub ich kombinacje. W wyróżnionym przykładzie wykonania, matryca nieorganiczna zawiera żywicę, która może tworzyć połączenie klejowe z powłoką żywiczną przyłożoną do odpornej na alkalia kratowanej warstwy włóknistej.

Korzystne jest, gdy matryca nieorganiczna dobrze wiąże się z konstrukcją podpory. Na przykład, cement portlandzki doskonale wiąże się z betonem, cegłami i betonowymi elementami murowymi (CMU). Matryca nieorganiczna może, na przykład, zawierać środki utwardzające lub inne dodatki takie jak środki barwiące, fotostabilizatory i stabilizatory cieplne.

Jedna powierzchnia wewnętrzna 16 matrycy nieorganicznej korzystnie styka się bezpośrednio z powierzchnią 22 konstrukcji podpory. Ze względu na zdolność jednorodnego mieszania się matrycy nieorganicznej 14 z konstrukcją podpory 20, nie zachodzi potrzeba zastosowania pomiędzy oboma materiałami jakiegokolwiek materiału klejącego, chociaż nie wyklucza się zastosowania dodatku spoiwa pomiędzy lub pośród matrycą nieorganiczną a konstrukcją podpory.

Odporne na alkalia warstwy włókniste 12 stanowią materiał wzmacniający dla matrycy nieorganicznej 14. Warstwy włókniste 12 korzystnie zapewniają długą trwałość systemu wzmacniającego 10 w środowisku silnie alkalicznym matrycy nieorganicznej, gdyż matryca składa się z materiałów takich jak zaczyn cementowy, zaprawa murarska, beton lub geopolimery. Warstwy włókniste mogą składać się, na przykład, z włókien szklanych, włókien PVA, włókien węglowych lub włókien aramidowych lub z dowolnej ich kombinacji. Najkorzystniej jest, gdy warstwy włókniste składają się ze szkła-AR (szkła odpornego na alkalia) takiego jak produkowane przez Saint Gobain Vetrotex pod znakiem towarowym Cem-FIL^®. W przeciwieństwie do innych rodzajów włókien szklanych, takich jak ze szkła-E, szkło-AR ma wysoki stopień odporności na żrące działanie alkaliów oraz większą ogólną wytrzymałość. Dzieje się tak ze względu na zawartość we włóknach szklanych optymalnego poziomu ditlenku cyrkonu (ZrO2), na przykład korzystnie około 10% do około 25% ZrO2. Ten rodzaj szkła wykazuje wysoki stopień odporności chemicznej, będąc odpornym na bardzo wysoką alkaliczność powstającą w wyniku hydratacji materiałów zespolonych takich jak zwykły cement portlandzki. Ponadto, szkło-AR posiada lepsze właściwości wzmacniające, co jest niezbędne do zastosowań w zastosowaniach przeciw trzęsieniom ziemi i przeciwwybuchowych. Ma dużą wytrzymałość na rozciąganie oraz moduł sprężystości, a także nie rdzewieje. Pomimo, że jest to mniej zalecane, mogą być zastosowane inne włókna szklane takie jak ze szkła-E, szkła-ECR, szkła-C, szkła-S i szkła-A, które nie są naturalnie odporne na alkalia, ale jedynie wtedy, gdy takie włókna zostaną pokryte materiałem odpornym na alkalia, takim jak powłoka żywiczna z poli(chlorku winylu).

Preferowane włókna ze szkła-AR korzystnie wytwarzane są w postaci niedoprzędów lub przędz. Gęstość liniowa włókien ze szkła-AR korzystnie zawiera się w zakresie od około 76 teksów, gdzie występują przędze, do 2500 teksów, gdzie występują niedoprzędy. Gdy zastosowane są włókna węglowe, korzystnie są one dostarczane w postaci kabli (grupy ciągłych włókien bez określonego skrętu), gdzie liczba włókien ciągłych korzystnie zawiera się w zakresie od około 3000 do 24000. Preferowane właściwości szkła-AR obejmują włókno pierwotne o wytrzymałości na rozciąganie co najmniej 1276500 kPa (185000 psi) lub wyższej, module Younga około 69-82,8 milionów kPa (10-12 milionów psi), naprężeniu granicznym co najmniej 1,5% lub większym, absorpcji wody mniejszej niż 0,1% oraz temperaturze mięknienia wynoszącej około 860°C.

Warstwy włókniste 12 mogą być tworzone, na przykład, różnymi sposobami tkania, takimi jak splot płócienny lub gazejski, lub poprzez dzianie lub układanie włókien ciągłych. Warstwy włókniste mogą być również papierem prążkowanym lub mogą być tworzone z nieciągłych lub ciągłych włókien zorientowanych przypadkowo w macie włóknistej. W odniesieniu do fig. 2, w jednym wyróżnionym przykładzie wykonania, warstwy włókniste 12a i 12b są warstwami włóknistymi o dwukierunkowo ułożonych włóknach szklanych, posiadającymi dwa niedoprzędy na 25,4 mm (cal) włókien w jednym kierunku (na przykład w kierunku wątku lub wypełnienia) oraz jeden niedoprzęd na 25,4 mm (cal) włókna w kierunku 90 stopni od drugiego kierunku (na przykład w kierunku osnowy). W innym wyróżnionym przykładzie wykonania, warstwy włókniste o dwukierunkowo ułożonych włóknach szklanych posiadają

PL 211 155 B1 jeden niedoprzęd na 25,4 mm (cal) w każdym kierunku. Zróżnicowanie orientacji włókien, zagęszczenia oraz rodzaju włókien umożliwia uszycie wytrzymałego materiału przeznaczonego do określonego zastosowania. Różne metody dziania, oplatania lub tkania tkaniny również mogą być stosowane do wytwarzania wytrzymalszych materiałów wzmacniających. Otwory 18 w warstwie włóknistej 12 (fig. 1) powinny być wystarczające w celu umożliwienia połączenia pomiędzy warstwami 14a-c matrycy nieorganicznej 14 znajdującymi się po każdej stronie warstw włóknistych 12a i 12b.

Warstwa włóknista korzystnie posiada również klejonkę. Klejonki zalecane do zastosowania z warstwą włóknistą składającą się ze szkła-AR to klejonki wodne składające się z jednej z następujących mieszanek. Polimeru epoksydowego, winylowych i aminowych środków sprzęgających oraz niejonowego środka powierzchniowo czynnego. Polimeru epoksydowego, aminowego środka sprzęgającego oraz niejonowego środka powierzchniowo czynnego. Polimeru epoksydowego, metakrylowych i epoksydowych środków sprzęgających oraz kationowych i niejonowych środków powierzchniowo czynnych (parafinowe środki smarujące). Bezwodnego spolimeryzowanego akrylanu aminy (na przykład substancja ujawniona w opisie zgłoszenia patentowego WO 99/31025, które jest tu włączone w odniesieniu), metakrylowych i epoksydowych środków sprzęgających oraz niejonowego środka powierzchniowo czynnego. Bezwodnej spolimeryzowanej epoksyaminy (na przykład taka jak ujawniona w opisie patentowym US 5 961 684 należącym do Moireau i innych, który jest tu włączony w odniesieniu), winylowych i aminowych środków sprzęgających oraz niejonowego środka powierzchniowo czynnego, gdzie każda z powyższych mieszanek produkowana jest przez Gem FIL Reinforcements of Saint Gobain Vetrotex Cem-FIL^® S.L., spółka Saint Gobain Vetrotex. Korzystnie, niejonowy środek powierzchniowo czynny zawiera organosilan. Klejonki są zdolne do jednorodnego mieszania się z zalecanymi powłokami dla warstwy włóknistej ze szkła-AR, tak jak to opisano poniżej, oraz dla matryc zespolonych, i zwiększają wytrzymałość pierwotną szkła, a także ułatwiają tworzenie tkaniny. Klejonki korzystnie stanowią wagowo nie więcej niż 2,5%, a najkorzystniej wagowo mniej niż 1,5% warstwy włóknistej.

Warstwy włókniste mogą również posiadać opcjonalną powłokę 24. Stosowanie powłok jest zalecane w przypadkach, gdy warstwa włóknista składa się ze szkła, chociaż, powłoki nie są wcale konieczne w przypadkach, gdzie warstwa włóknista składa się z włókien ze szkła-AR, PVA, włókien węglowych lub aramidowych. Powłoka 24 stanowi ochronę mechaniczną i chemiczną warstw włóknistych ze szkła 12. Powłoka korzystnie jest chlorkiem akrylanu i/lub winylu zawierającym polimer lub polimery. Powłoka 24 korzystnie jest żywicą akrylową lub plastizolem PVC, ale może być również polialkoholem winylowym) (PVA), żywicą styreno-butadienową (SBR), poliolefiną, kwasem akrylowym, nienasyconymi poliestrami, estrera winylu, epoksydami, poliakrylanami, poliuretanami, poliolefinami, żywicami fenolowymi i tym podobnymi. Przykładami zalecanych powłok są, powłoka akrylowa wytwarzana przez Saint-Gobain Technical Fabrics, spółka Saint-Gobain, pod numerem etykiety 534, oraz powłoka z plastizolu PVC wytwarzana przez Saint-Gobain Technical Fabrics pod numerem etykiety V38. Zastosowanie plastizolu PVC jako powłoki, zwiększa ponadto odporność na alkalia warstwy włóknistej w matrycy nieorganicznej. Zastosowanie żywicy akrylowej, jako powłoki sprzyja wiązaniu warstwy włóknistej do matrycy nieorganicznej, szczególnie wtedy, gdy matryca zawiera żywicę akrylową.

Ponadto, powłoka może zawierać dodatki wodouodparniające takie jak parafina, związek parafiny i soli amonowej, fluorowane związki chemiczne przeznaczone do nadawania odporności na zwilżanie alkoholem i wodą, takie jak FC-824 od 3M Co., organowodorosiloksany, olej silikonowy, emulsje woskowo-asfaltowe i poli(alkohol winylowy) z lub bez nieznacznej ilości poli(octanu winylu). Ponadto, do powłoki mogą być dodane środki zmniejszające palność, takie jak bromowany kompleks fosforu, fluorowcowana parafina, koloidalny pięciotlenek antymonu, boraks rodzimy, nieekspandowany wermikulit, glina, krzemionka koloidalna oraz glin koloidalny. Dodatkowo, do powłoki mogą być również opcjonalnie dodane składniki takie jak pigmenty, środki konserwujące, środki dyspergujące, katalizatory, wypełniacze i tym podobne.

Powłoka korzystnie jest nakładana poprzez powlekanie przez zanurzenie warstwy włóknistej w powłoce, ale może być zastosowana dowolna inna technika znana ze stanu techniki, taka jak natryskiwanie, powlekanie przez rolkowanie i tym podobne. % wagowy powłoki zależy od rodzaju powłoki, korzystnie zawiera się w zakresie od 10 do 200% wagowego całkowitego ciężaru powłoki i włókien. Nakładana powłoka może mieć różne grubości. Korzystnie, powłoka nakładana jest tak, że włókna warstwy włóknistej nie wystają z powłoki, chociaż, powłoka może być alternatywnie nakładana sporadycznie. Po nałożeniu powłoki 24, otwory 18 znajdujące się w warstwach włóknistych 12a i 12b powinny być

PL 211 155 B1 wystarczające, by umożliwić połączenie pomiędzy warstwami 14a-c matrycy nieorganicznej 14 znajdującymi się po każdej stronie warstw włóknistych.

Zgodnie z wyróżnionym przykładem wykonania niniejszego wynalazku, klejonka oraz powłoka warstwy włóknistej ze szkła-AR, są łączone w celu zoptymalizowania charakterystyki rozciągania i zachowania wytrzymałości na rozciąganie po starzeniu, oraz w celu polepszenia zdolności jednorodnego mieszania się szkła-AR, klejonki, powłoki oraz matrycy zespolonej. Korzystnie, powłoka 24 przylega do klejonki, a matryca nieorganiczna 14 przylega do powłoki 24. Zalecanym połączeniem jest klejonka wybrana z grupy składającej się z 1) polimeru epoksydowego, winylowych i aminowych środków sprzęgających oraz niejonowego środka powierzchniowo czynnego; 2) polimeru epoksydowego, aminowego środka sprzęgającego oraz niejonowego środka powierzchniowo czynnego; 3) polimeru epoksydowego, metakrylowych i epoksydowych środków sprzęgających oraz kationowych i niejonowych środków powierzchniowo czynnych (parafinowe środki smarujące); 4) bezwodnego spolimeryzowanego akrylanu aminy, metakrylowych i epoksydowych środków sprzęgających oraz niejonowego środka powierzchniowo czynnego; i 5) bezwodnej spolimeryzowanej epoksyaminy, winylowych i aminowych środków sprzęgających oraz niejonowego środka powierzchniowo czynnego, i powłoki polimerowej wybranej z grupy obejmującej żywicę akrylową i plastizol PVC. Tabela 1 przedstawia wyniki prób wytrzymałości na rozciąganie oraz zachowanie rozciągania po przyspieszonym teście starzeniowym z 5% NaOH, teście Tri-alkalia (TAT) oraz teście odlewania w cemencie (SIC) przy zastosowaniu różnych kombinacji powłoki/klejonki, w porównaniu z niepokrytym szkłem-AR i szkłem-E.

T a b e l a 1

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PRZY ROZCIĄGANIU POKRYTYCH I NIEPOKRYTYCH WŁ ÓKIEN SZKLANYCH

					Wytrzymałość na rozciąganie (g/teks)	Zachowanie rozciągania (%)
Rodzaj materiału					Nie starzony	Starzony TAT	Starzony NaOH	Starzony SIC	Zacho- wanie TAT	Zacho- wanie NaOH	Zacho- wanie SIC
	Klejonka	Powłoka	Pierwotna	TAT	NaOH	SIC	TAT	NaOH	SIC
	Etykieta	Rodzaj	Etykieta	Rodzaj
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Cem-FIL 5197 surowy	51971	wodny roztwór żywicy	brak	brak	40,65
Cem-FIL 5197 V38	5197	wodny roztwór żywicy	V382	plastizol PVC	60,14	61,24	57,05		101,83	94,66
Cem-FIL 5197 534	5197	wodny roztwór żywicy	5343	żywica akrylowa	62,40	39,89	37,97		63,93	60,85
Cem-FIL 019/2 V38	019/24	wodny roztwór żywicy	V38	plastizol PVC	71,97	74,15	64,90		103,03	90,16
Cem-FIL 019/3 A15	019/35	wodny roztwór żywicy	A156	PVA	57,75		39,58			68,54
Cem-FIL 020/2 K29	020/27	bezwodny roztwór żywicy	K298	żywica akrylowa	88,2	89,93	45,04	31,5	101,96	51,07	35,71
Cem-FIL 02 0/2 P3	020/2	bezwodny roztwór żywicy	P3 9	EEA/SA	86, 69	88,85	53,1	32,7	102,49	61,25	37,72
Cem-FIL 020/2 V38	020/2	bezwodny roztwór żywicy	V38	plastizol PVC	84,28	89,17	63,47	54,2	105,80	75,31	64,31
Cem-FIL S197 K29	5197	wodny roztwór żywicy	K29	żywica akrylowa	64,64	83,85	0	26	129,72	0,00	40,22

PL 211 155 B1 cd. tabeli 1

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Cem-FIL 5197 P3	5197	wodny roztwór żywicy	P3	EEA/SA	66,06	73,09	0	26,4	110,64	0,00	39, 96
Cem-FIL 020/1 A15	020/110	bezwodny roztwór żywicy	A15	PVA	73, 93		47,61			64,40
Szkło-E K29		wodny roztwór żywicy	K29	żywica akrylowa	83,97	56	33,16	14,1	66,69	39,49	16,79
Szkło-E P3		wodny roztwór żywicy	P3	EEA/SA	89,09	68,04	0	14,4	76,37	0,00	16,16

Mieszanka polimeru epoksydowego, winylowych i aminowych środków sprzęgających oraz niejonowego środka powierzchniowo czynnego wyprodukowana przez Cem FIL Reinforcements.

² Wyprodukowana przez Cem FIL Reinforcements.

³ Wyprodukowana przez Cem FIL Reinforcements.

⁴ Mieszanka polimeru epoksydowego, winylowych i aminowych ś rodków sprzęgających oraz niejonowego środka powierzchniowo czynnego wyprodukowana przez Cem FIL Reinforcements.

⁵ Mieszanka polimeru epoksydowego, metakrylowych i epoksydowych środków sprzęgających oraz niejonowych i kationowych środków powierzchniowo czynnych wyprodukowana przez Cem FIL Reinforcements.

⁶ Wyprodukowana przez Cem FIL Reinforcements.

⁷ Mieszanka bezwodnej spolimeryzowanej epoksyaminy, winylowych i aminowych środków sprzęgających oraz niejonowego środka powierzchniowo czynnego wyprodukowana przez Cem FIL Reinforcements.

⁸ Wyprodukowana przez Cem FIL Reinforcements.

⁹ Wyprodukowana przez Cem FIL Reinforcements.

¹⁰ Mieszanka bezwodnego spolimeryzowanego akrylanu aminy, metakrylowych i epoksydowych środków sprzęgających oraz niejonowego środka powierzchniowo czynnego wyprodukowana przez Cem FIL Reinforcements.

Podczas wykonywania przyspieszonego testu starzeniowego z 5% NaOH, próbki włókna szklanego pobrano z dobrej jakości, nieuszkodzonej tkaniny. Próbki były testowane w kierunku od maszyny i w poprzek maszyny, gdzie każ da próbka miał a dł ugość 330 mm i szerokość 50 mm. Próbki był y swobodnie zanurzone w kąpieli alkalicznej z 5% NaOH (wodorotlenek sodu) w wodzie destylowanej przez 28 dni, gdzie kąpiel była wymieniana po każdej próbie. Kolejnym warunkiem po kąpieli alkalicznej było to, że próbki były płukane, co najmniej dziesięć razy, co najmniej 1 litrem wody destylowanej. Następnie po płukaniu, próbki tkaniny były suszone przez siedem dni w temperaturze pokojowej. Po suszeniu, próbki tkaniny były poddawane próbom rozciągania o wartości 50,8 mm/min (2 cale/min) przy zastosowaniu szczęki o rozpiętości 127 mm (5 cali).

Test TAT był wykonywany zgodnie ze schematem Standardu Europejskiego (chronione prawem autorskim 1997, Członkowie CEN) sporządzonym przez Technical Committee for the European Committee for Standardization (CEN) i przedłożonym członkom CEN. Pokryte pojedyncze końce próbek umieszczono w roztworze trój-alkalicznym składającym się z 1 g NaOH, 0,5 g Ca(OH)2 oraz 4 g KOH w 1 litrze wody destylowanej o temperaturze 60°C. Po dwudziestu-czterech godzinach zostały wyjęte i spłukane w wodzie wodociągowej aż do uzyskania pH 9. Następnie, próbki umieszczono w roztworze kwaś nym 0,5% HCl przez okres jednej godziny, wyjęto je oraz spł ukano w wodzie wodociągowej aż do uzyskania pH 7. Próbki były następnie suszone przez jedną godzinę w piecu o temperaturze 60°C. Po suszeniu w piecu, próbki pozostawiono do wyschnięcia w temperaturze pokojowej na dwadzieścia-cztery godziny i następnie poddano je próbom na rozciąganie.

Testy SIC służą do wyznaczenia odporności na działanie alkaliów splotki lub włókien ciągłych ze szkła w cemencie, poprzez pomierzenie wytrzymałości na rozciąganie zbioru splotek w bloku z cementowej zaprawy murarskiej. Dobrze rozcią gnię te splotki z pokrytymi swobodnymi koń cami są instalowane w metalowej formie odlewniczej w mieszance powłokowej, by w ten sposób zabezpieczyć części włókien, które nie będą stykać się z cementem. Po zmieszaniu zaczynu cementowego o stosunku wody-do-cementu wynoszącym 1:0,43 oraz stosunku cementu-do-piasku wynoszącym 1:0,34, forma odlewnicza jest napełniana zaczynem cementowym, który jest następnie poddawany wibrowaniu w celu uniknięcia tworzenia się pęcherzyków powietrza w pobliżu splotek. Cement jest pozostawiany do związania przez okres jednej godziny w temperaturze pokojowej, a następnie przez dwadzieścia-trzy godziny w zimnej wodzie, po czym forma odlewnicza jest usuwana.

Próbki składające się z bloku cementowego oraz splotek są kolejno starzone poprzez moczenie przez cztery dni w wodzie o temperaturze 80°C. Próbki są następnie zanurzane w zimnej wodzie.

PL 211 155 B1

Następnie, próbki są poddawane próbom wytrzymałościowym na rozciąganie przy zastosowaniu dynamometru.

Wyniki testu TAT, przyspieszonego testu starzeniowego z NaOH oraz testu SIC wykazują, że pewne pokryte włókna ze szkła-AR mają lepsze właściwości rozciągające w porównaniu do niepokrytego szkła-AR i szkła-E. Wyniki badań wskazują również, że połączenie klejonki z powłoką ma wpływ na charakterystykę rozciągania. Bezwodne roztwory klejonki przewyższają w działaniu wodne roztwory klejonek. Ponadto wyniki wykazały, że połączenie klejonka/powłoka bezwodnego roztworu klejonki CemFIL 020 z powłoką Cem-FIL V38 z plastizolu PVC, zapewnia najlepszą charakterystykę rozciągania.

System wzmacniający 10 może być zastosowany na istniejącą podporę konstrukcyjną 20 w następujący przykładowy sposób. Zewnętrzna powierzchnia 22 podpory konstrukcyjnej 20 jest zwilżana, korzystnie wodą. (Przed zwilżeniem zewnętrznej powierzchni podpory konstrukcyjnej korzystne jest, by, jeśli jest to konieczne, powierzchnia ta została oczyszczona z obcej materii i przeczyszczona łagodnym mydłem). Następnie, na zwilżoną powierzchnię 22 podpory konstrukcyjnej 20 nakładana jest, poprzez zacieranie na gładko lub podobną technikę powlekania, pierwsza warstwa 14c matrycy nieorganicznej. Zrozumiałe jest, że, gdy na podporę 20 nakładana jest matryca, to znajduje się ona w stanie mokrym lub niewysuszonym. Korzystnie, gdy grubość warstw matrycy zawiera się w zakresie od 1,59 do 6,35 mm (od 1/16 do 1/4 cala), a bardziej korzystnie, gdy grubość wynosi w przybliżeniu 3,18 mm (1/8 cala). Gdy grubość jest zbyt duża, to matryca może być narażona na pękanie skurczowe.

Gdy pierwsza warstwa 14c matrycy nieorganicznej zostanie już nałożona, to na pierwszej warstwie 14c matrycy osadzana jest odporna na alkalia warstwa włóknista 12b. Może być to wykonane ręcznie lub w dowolny automatyczny sposób. Przeważnie, warstwy włókniste dostarczane są w postaci zwoju i są wycinane ze zwoju tak, by uzyskać pożądany kształt i długość. Warstwy włókniste mogą być zorientowane na wiele różnych sposobów zarówno w odniesieniu do ustawienia konstrukcji podpory, jak i w odniesieniu do ukierunkowania innych warstw włóknistych zastosowanych w systemie wzmacniającym. Zróżnicowanie zorientowania warstw włóknistych w zastosowanych sposobach, może polepszyć właściwości wytrzymałościowe oraz plastyczne systemu wzmacniającego.

Po osadzeniu matrycy włóknistej 12b na pierwszej warstwie 14c matrycy, na warstwę włóknistą 12b nakładana jest druga warstwa 14b matrycy nieorganicznej. Ponownie korzystne jest, gdy również i ta warstwa ma grubość pomiędzy 1,59 a 6,35 mm (1/16 a 1/4 cala), a bardziej korzystnie, gdy wynosi w przybliżeniu 3,18 mm (1/8 cala). Po nałożeniu każdej z warstw 14a-c matrycy nieorganicznej, matryca może być zacierana na gładko w celu uzyskania zasadniczo gładkiej powierzchni.

Tak jak to pokazano na przykładowym przykładzie wykonania na fig. 1 i 2, po nałożeniu drugiej warstwy 14b matrycy nieorganicznej, na drugiej warstwie 14b matrycy osadzana jest druga warstwa włóknista 12a, i na zewnętrzną powierzchnię drugiej warstwy włóknistej 12a nakładana jest trzecia warstwa 14a matrycy nieorganicznej. Jeśli jest to pożądane, na trzeciej warstwie 14a matrycy może być osadzana trzecia warstwa włóknista, a na zewnętrzną powierzchnię trzeciej warstwy włóknistej może być nałożona czwarta warstwa matrycy nieorganicznej. Pomimo, że zalecane jest, by system wzmacniający składał się z 1 do 3 warstw włóknistych i z dwóch do czterech warstw matrycy nieorganicznej, mogą być również zastosowane dodatkowe warstwy włókniste i warstwy nieorganiczne. Dodatkowe warstwy włókniste i warstwy matrycy nieorganicznej nakłada się w ten sam sposób jak to opisano powyżej. Po nałożeniu wszystkich pożądanych warstw systemu, system może być pozostawiony do właściwego wyschnięcia lub dojrzewania, lub może być utwardzany lub utrwalany dowolnymi znanymi środkami.

Korzystne jest, gdy system wzmacniający 10 stosowany jest na powierzchnię 22 konstrukcji podpory 20 w taki sposób, że zasadniczo cała powierzchnia jest pokrywana. Jednakże, w pewnych zastosowaniach, korzystne może być zastosowanie systemu wzmacniającego tylko na te części konstrukcji podpory, które, na przykład, mają największe prawdopodobieństwo uszkodzenia, lub które ulegają największemu obciążeniu przy ścinaniu lub zginaniu.

System wzmacniający zwiększa całkowitą charakterystykę wytrzymałościową podpór konstrukcyjnych poprzez zwiększenie obciążenia niszczącego oraz poprzez zwiększenie wartości granicznych ugięć lub plastyczności układu podpory konstrukcyjnej. W przeciwieństwie do konwencjonalnych systemów wzmacniających z włókien polimerowych, które mogą być toksyczne, trudne w obsłudze, kosztowne, podatne na rozwarstwienie, i które mają niską odporność ogniową oraz przepuszczalność wody/powietrza, to system wzmacniający według niniejszego wynalazku jest łatwy do zainstalowania oraz posiada większą odporność ogniową i lepsze właściwości wiążące z betonem, betonowymi elementami murowymi (CMU) oraz cegłą. Ponadto, ten system wzmacniający ma mniejsze prawdopodoPL 211 155 B1 bieństwo rozwarstwiania się od podpory konstrukcyjnej, umożliwia betonowi lub betonowym elementom murowym (CMU) oddychanie ze względu na podobną przepuszczalność powietrza i wody, ma ładny estetyczny wygląd zewnętrzny (może stanowić wykończenie betonu) oraz jest mniej kosztowny.

Wynalazek ten oraz jego zalety będą następnie opisane w odniesieniu do następujących szczególnych przykładów. Przykłady te stanowią jedynie zilustrowanie i nie należy ich interpretować, jako ograniczające zakres wynalazku. W następujących przykładach, opisany powyżej sposób został zastosowany oraz przebadany na próbkach ściany murowej oraz próbkach trój elementowych. Uzyskane wyniki wskazują znaczące polepszenie wytrzymałości na ruchy sejsmiczne całego układu podpory.

P r z y k ł a d 1

W odniesieniu do fig. 3, ze standardowych CMU 110 o wymiarach 203,2 x 203,2 x 406,4 mm (8 x 8 x 16 cali) zbudowano nisko zbrojoną próbkę ściany 100 z bloków CMU (ściana 1). CMU wykonywane są z zaprawy murarskiej typu N, składającej się z 1 części piasku, 3 części cementu portlandzkiego I rodzaju, 1 części wapna suchogaszonego oraz wody w ilości wystarczającej do rozrobienia przez techników zaprawy murarskiej. Na wysokość ściany składa się dziesięć warstw bloków, gdzie dwie górne i dwie dolne warstwy są 406,4 mm (16 cali) szersze od środkowych sześciu warstw, tworząc kształt litery „I”. Wszystkie bloki w dwóch górnych i w dwóch dolnych warstwach poddano całkowitemu torkretowaniu w celu uzyskania lepszego przenoszenia obciążenia od ramy obciążającej (fig. 4) podczas badania, oraz w celu zmniejszenia prawdopodobieństwa uszkodzenia ściany w szerokim górnym i dolnym przekroju ściany. W komórkach otaczających środkowy filar umieszczono #4 stalowy pręt zbrojeniowy 120. Wszystkie bloki zawierające stalowe pręty zbrojeniowe poddano całkowitemu torkretowaniu. Na bloki CMU zastosowano powierzchniową warstwę zaprawy murarskiej o grubości 9,53 mm (3/8 cala), gdzie poprzeczne żebra usztywniające elementów sąsiadujących z poddanymi torkretowaniu blokami zostały ułożone na zaprawie w celu zabezpieczenia przez przepływem zaczynu cementowego do sąsiadujących komórek. W spoinach z zaprawy, pomiędzy dwoma górnymi i dwoma dolnymi warstwami, umieszczono złącze wzmacniające „dur-o-wal” 130.

System wzmacniający według niniejszego wynalazku w tym przykładzie składał się z warstwy włóknistej ze szkła odpornego na alkalia składającej się ze szkła-AR wyprodukowanego przez Saint Gobain Corp. of St. Catherines, Ontario, Kanada, pod znakiem towarowym Cem-FIL^®, zawierającej klejonkę składającą się z mieszanki polimerów epoksydowych, winylowych i aminowych środków sprzęgających oraz niejonowych środków powierzchniowo czynnych, wyprodukowaną przez Cem FIL Reinforcements pod etykietą produktu o numerze 5197, z powłoki składającej się z żywicy akrylowej, i z zespolonej matrycy nieorganicznej wyprodukowanej przez Quickrete Companies of Atlanta, Georgia, pod znakiem towarowym QuickWall^®. Matryca QuickWall^® została zmieszana, w elektrycznej mieszarce do zapraw, z wodą oraz z akrylowym środkiem wiążącym.

Warstwa włóknista ze szkła-AR była pokryta dwukierunkową warstwą włóknistą składającą się z kratowanej siatki z wstawionymi wątkami tkaniny osnowowej, z dwoma niedoprzędami na 25,4 mm (cal) w kierunku watka oraz z jednym niedoprzędem na 25,4 mm (cal) w kierunku osnowy (fig. 2), oraz mającej przędze ze ściegów poliestrowych. Powłoka składała się z żywicy akrylowej zastosowanej na warstwę włóknistą w % wagowym w przybliżeniu 25-28% DPU. Niedoprzędy miały w przybliżeniu 1200 teksów. Warstwa włóknista ze szkła-AR została wycięta ze zwoju o szerokości 762 mm (30 cali) tak, by odpowiadała wymiarom próbki ściany 100 z bloków CMU.

Na próbce ściany zatarto na gładko pierwszą warstwę matrycy QuickWall® na grubość w przybliżeniu 3,18 mm (1/8 cala). Następnie, do wilgotnej matrycy przyciśnięto ręcznie pierwszą warstwę włóknistą ze szkła-AR. Pierwszą warstwę włóknistą ze szkła-AR zorientowano tak, by kierunek watka warstwy włóknistej posiadający dwa niedoprzędy był ustawiony poziomo w stosunku do spodu próbki ściany. Następnie, poprzez zacieranie na gładko, nałożono drugą warstwę matrycy o grubości 3,18 mm (1/8 cala). Dalej, w drugiej warstwie matrycy osadzono ręcznie drugą warstwę włóknistą ze szkła-AR. Drugą warstwę włóknistą ze szkła-AR zorientowano tak, by kierunek watka warstwy włóknistej był ustawiony prostopadle do spodu próbki ściany. Ostatecznie, w celu utworzenia względnie gładkiej powierzchni, na drugą warstwę włóknistą nałożono, poprzez zacieranie na gładko, trzecią warstwę matrycy o grubości w przybliżeniu 3,18 mm (1/8 cala).

Przed przystąpieniem do opisanego poniżej badania, próbkę ściany wzmocnioną systemem wzmacniającym pozostawiono w celu dojrzewania przez okres 30 dni.

Próbka ściany wzmocniona przykładowym systemem wzmacniającym według niniejszego wynalazku zgodnie z przykładowym sposobem według niniejszego wynalazku, była badana na ścinanie w płaszczyźnie w U.S. Army Engineer Research and Development Center, Construction Engineering

PL 211 155 B1

Research Laboratory. W odniesieniu do fig. 3-5, próbka ściany 100 z zastosowanym na niej systemem wzmacniającym 150 została ustawiona w ramie do prób obciążeniowych 160 oraz umocowana w miejscu za pomocą stalowej rury śrubowej 162 znajdującej się na górnych i dolnych uszach 102 próbki, oraz stalowych ceowników i prętów 164 przyłączonych do ramy obciążeniowej 160 przy użyciu śrub oczkowych 166. Dolne obciążenie ramy do badań 160 składało się z reakcji sprężonego po dojrzewaniu zbrojonego betonu wysokowytrzymałej ściany oraz ramy stalowej. Siłownik hydrauliczny o sile 489,304 kN (110 kip) (nie pokazany) i skoku ±508 mm (±20 cali) przyłożono do wysokowytrzymałej ściany, by zapewnić siły poziome (HF) działające na próbkę ściany 100 poprzez rurę stalową 170 połączoną śrubowo do górnej belki betonowej 168. Dwa siłowniki o sile 222,411 kN (50 kip) (Północny i Południowy) (nie pokazane) i skoku ±76,2 mm (±3 cale) przyłożono do ramy stalowej oraz poziomej rury stalowej 170, by zapewnić osiowe (pionowe) obciążenie (FVS i FVN) symulujące obciążenie stałe próbki. Hydraulika siłowników była sterowana komputerowo.

Próbka ściany 100 była oprzyrządowana dwoma przetwornikami różnicowymi zmiennej liniowej oraz ośmioma przyrządami pomiarowymi odchylenia liniowego (typu yo-yo) w celu monitorowania przemieszczeń (D1-D10) próbki ściany (fig. 5). Dla próby ścinania w płaszczyźnie, siłownik Południowy był ustawiony na sterowanie obciążeniem, natomiast siłownik Północny na działanie skokowe, gdzie na każdy z nich zastosowano obciążenie początkowe wynoszące 120,102 kN (27 kip). Siłownik Północny (przykładający siłę FVN), który działał skokowo, podlegał również sygnałom skokowym pionowego siłownika Południowego (przykładającego siłę FVS). Ten sposób obciążania umożliwił zróżnicowanie siły pionowych siłowników względem siebie przy jednoczesnym utrzymaniu stałego całkowitego obciążenia osiowego wynoszącego 240,204 kN (54 kip), a zatem wymuszając, by górna belka betonowej ramy do badań 160 pozostawała pozioma i równoległa do dolnej belki betonowej ramy do badań 160. Taki układ powoduje powstanie w próbce ściany obciążenia poprzecznego w płaszczyźnie ścinania. Cykliczne siły poziome (HF) zostały przyłożone do próbki ściany przy zastosowaniu siłownika poziomego. Tabela 2 przedstawia czas wejściowy (w sekundach) oraz przemieszczenie w mm (cale), któremu uległa ściana podczas badania. Siły przemieszczające zanikały, gdy próbka ściany ulegała uszkodzeniu.

PL 211 155 B1

Czas (sekundy)	Przemieszczenie mm (cale)
787,5	-10,16 (-0,4)
800	0
812,5	15,24 (0,6)
825	0
837,5	-15,24 (-0,6)
850	0
862,5	15,24 (0,6)
875	0
887,5	-15,24 (-0,6)
900	0
912,5	20,32 (0,8)
925	0
937,5	-20,32 (-0,8)
950	0
962,5	20,32 (0,8)
975	0
987,5	-20,32 (-0,8)
1000	0
1012,5	25,4 (1)
1025	0
1037,5	-25,4 (-1)
1050	0
1062,5	25,4 (1)

PL 211 155 B1

287,5	-1,52 (-0,06)
300	0
312,5	2,03 (0,08)
325	0
337,5	-2,03 (-0,08)
350	0
362,5	2,03 (0,08)
375	0
387,5	0-2,03 (0-0,08)

687,5	-7,62 (-0,3)
700	0
712,5	10,16 (0,4)
725	0
737,5	-10,16 (-0,4)
750	0
762,5	10,16 (0,4)
775	0

1075	0
1087,5	-25,4 (-1)
1100	0
1112,5	30,48 (1,2)
1125	0
1137,5	-30,48 (-1,2)
1150	0
1162,5	30,48 (1,2)

W odniesieniu do fig. 6, podczas badania ściany przeprowadzonego dla ściany 1, pękanie wzmocnienia zaczynało się w dolnych narożach (LS i LN) próbki już przy cyklach przemieszczeń poziomych 5,08 mm (0,2 cala) i następnie rozprzestrzeniało się ku dołowi jako typowe pękanie betonu przy ścinaniu w kierunku pod kątem około 45 stopni. Przy przemieszczeniach poziomych 15,24 i 30,32 mm (0,6 i 0,8 cala), pękanie zaczęło się uwidaczniać jako przerywane pęknięcia występujące po środku filaru środkowego, tworząc pęknięcia w kształcie litery X. Przy przemieszczaniu 25,4 mm (1,0 cala), znacznie więcej pęknięć pojawiało się ku dołowi po przekątnej od górnego wklęsłego naroża północnego (UN). Jednocześnie, pękanie zaczynało narastać ku górze pod kątem 45 stopni od tego naroża. Ostatecznie, przy przemieszczaniu 30,48 mm (1,2 cala), wzmocnienie popękało od górnego wklęsłego naroża północnego (UN) po przekątnej w poprzek całej próbki do wklęsłego naroża południowego (LS), i tylna powierzchnia filaru z bloków CMU została odcięta i opadła na podłoże kończąc badanie.

Fig. 7 przedstawia krzywą podstawową obciążenia w zależności od przemieszczania (w D4 i D7) dla próbki ściany 1, jak również krzywą podstawową dla próbki kontrolnej. Próbka kontrolna była opisaną powyżej ścianą z bloków CMU bez zastosowanego systemu wzmacniającego.

P r z y k ł a d 2

Druga próbka ściany 200 (ściana 2) posiadająca nałożony system wzmacniający, była testowana w ten sam sposób jak opisany powyżej w odniesieniu do próbki ściany 1. Ściana 2 była wykonana z materiałów i według procedury opisanej w przykładzie 1, i system wzmacniający zastosowany na ścianę 2 został wykonany z materiałów opisanych w przykładzie 1. Jedyna różnica pomiędzy przykładem 1 i 2 odnosi się do sposobu nałożenia wzmocnienia. Przy nakładaniu systemu wzmacniającego ściany 2, pierwsza warstwa włókien szklanych została ukierunkowana tak, że kierunek watka tkaniny posiadającej dwa niedoprzędy był pod kątem 45° w stosunku do spodu ściany biegnąc od górnego lewego naroża (US) do dolnego prawego naroża (LN). Druga warstwa włókien szklanych została ukierunkowana tak, że kierunek watka warstwy włóknistej był ustawiony prostopadle w stosunku do spodu próbki ściany 200.

W odniesieniu do fig. 8, wzmocnienie ściany 2 zaczęło pękać przy przemieszczaniu poziomym 7,62 mm (0,3 cala), w ten sam sposób jak ściana 1. Pęknięcia pojawiały się w dolnych wklęsłych narożach (LS i LN) i rozchodziły się ku dołowi, jako typowy rozrost pękania betonu przy ścinaniu. Przy przemieszczaniu poziomym 15,24 mm (0,6 cala), poprzecznie w części filaru środkowego ściany, zaczęły pojawiać się pęknięcia w kształcie litery X. Następnie, przy przemieszczaniu 20,32 mm (0,8 cala), we wzmocnieniu rozwijało się poziome pęknięcie w pobliżu drugiej spoiny filaru. Tylna powierzchnia bloków CMU została odcięta i ściana zaczęła się wyboczać kończąc badanie.

Fig. 9 przedstawia krzywą podstawową obciążenia w zależności od przemieszczania (w D4 i D7) dla próbki ściany 2, jak również krzywą podstawową dla próbki kontrolnej. Ponownie, próbka kontrolna była ścianą z bloków CMU bez zastosowanego systemu wzmacniającego.

P r z y k ł a d 3

Trzecia próbka ściany 300 (ściana 3) posiadająca nałożony system wzmacniający, była testowana w ten sam sposób jak opisany powyżej w odniesieniu do próbek 112. Ściana 3 była wykonana z materiałów i według procedury opisanych w przykładzie 1. System wzmacniający zastosowany na

PL 211 155 B1 ścianę 3 został wykonany z materiałów kompozytowych opisanych w przykładzie 1, za wyjątkiem tego, że ostatnia warstwa matrycy nakładanej na wzmocnienie składała się z materiału QuickWall Sanded^® od QuickCrete, zawierającego więcej piasku aniżeli zwyczajny produkt QuickWall^®.

System wzmacniający zastosowany na ścianę 3 składał się z trzeciej warstwy włókien szklanych osadzonej w trzeciej warstwie matrycy, oraz z czwartej warstwy matrycy (materiał OuickWall Sanded^®) nałożonej, jako powłoka wierzchnia. Przy nakładaniu systemu wzmacniającego ściany 3, pierwsza warstwa włókien szklanych została ukierunkowana tak, że kierunek watka tkaniny posiadającej dwa niedoprzędy był pod kątem 45° w stosunku do spodu ściany biegnąc od górnego lewego naroża (US) do dolnego prawego naroża (LN). Druga warstwa włókien szklanych została ukierunkowana tak, że kierunek watka warstwy włóknistej był pod kątem 45° w stosunku do spodu ściany biegnąc od górnego prawego naroża (UN) do dolnego lewego naroża (LS). Trzecia warstwa włókien szklanych została ukierunkowana tak, że kierunek watka warstwy włóknistej był ustawiony prostopadle w stosunku do spodu ściany 3.

W odniesieniu do fig. 10, pękanie we wzmocnieniu zaczęło się przy odchylaniu poziomym 5,08 mm (0,2 cala) w dolnym wklęsłym narożu północnym (LN). Od przemieszczania 7,62 mm do 25,4 mm (0,3 cala do 1,0 cala), pęknięcia narastały wzdłuż spoiny w spoinie na długości 177,8 mm (7 cali). Przy przemieszczaniu poziomym 10,16 mm (0,4 cala), pękanie zaczęło się w drugim dolnym wklęsłym narożu (LS) pod kątem ku dołowi. Pękanie to było kontynuowane przy następnej amplitudzie przemieszczania poziomego. Przy przemieszczaniu 20,32 mm (0,8 cala), zaczęło powstawać w tym miejscu nowe pęknięcie i przebiegało ono po spoinie do w przybliżeniu 203,2 mm (8 cali). Przy przemieszczaniu poziomym 12,7 mm (0,5 cala) zaczęło powstawać pęknięcie ukośne wzdłuż tej samej linii co uszkodzenie ściany 1, i narastało ono podczas cykli przemieszczania 20,32 mm (0,8 cala). Przy przemieszczaniu 20,32 mm (0,8 cala), zaczęło powstawać pęknięcie w górnym wklęsłym narożu północnym (UN), pod kątem ku górze. Następnie, przy przemieszczaniu poziomym 25,4 mm (1,0 cala), w narożu tym zaczęło powstawać dużo więcej pęknięć, i wszystkie te pęknięcia narastały ku górze pod różnymi kątami. Podczas cykli przemieszczania poziomego 25,4 mm (1,0 cala), bloki CMU zaczęły ulegać ścinaniu i w momencie, gdy ściana była bliska zawalenia, badanie wstrzymano. Przebadanie końców i tylnej części ściany wykazało, że na tylnej powierzchni rozwinęły się dobrze pęknięcia w kształcie litery X, a przednia powierzchnia zaczynała ulegać odcinaniu tuż za wzmocnieniem. Wzmocnienie podczas badania nie uległo uszkodzeniu.

Fig. 11 przedstawia krzywą podstawową obciążenia w zależności od przemieszczania (w D4 i D7) dla próbki ściany 3, jak również krzywą podstawową dla próbki kontrolnej. Ponownie, próbka kontrolna była ścianą z bloków CMU bez zastosowanego systemu wzmacniającego.

P r z y k ł a d 4

W odniesieniu do fig.12, wykonano trzy próbki trój elementowe 400 ze standardowych bloków CMU o wymiarach 203,2 x 203,2 x 406,4 mm (8 x 8 x 16 cali). Próbki trój elementowe 400 wykonano z trzech bloków 402, 404 i 406 ułożonych i połączonych w stos, gdzie środkowy blok 404 jest odsunięty o 19,05 mm (3/4 cala). System wzmacniający 410 nałożony na trzy próbki trój elementowe, został wykonany z materiałów kompozytowych opisanych w powyższych przykładach, za wyjątkiem tego, że warstwy matrycy składały się z materiału OuickWall^® Sanded zamiast zwyczajnego produktu OuickWall®.

Proces nakładania systemu wzmacniającego dla trzech próbek trój elementowych 400 był taki sam jak opisany powyżej proces nakładania dla trzech próbek ściany. Pierwsza próbka trój elementowa (próbka trój elementowa 1) otrzymała dwie warstwy włókien szklanych. Pierwsza warstwa włókien szklanych pierwszej próbki trój elementowej została ukierunkowana tak, że kierunek watka warstwy włóknistej posiadającej dwa niedoprzędy był ułożony poziomo w stosunku do spodu stojącej próbki trój elementowej (jak pokazano na fig. 2). Druga warstwa włókien szklanych została ukierunkowana tak, że kierunek watka warstwy włóknistej był ułożony prostopadle do spodu próbki trój elementowej. Druga próbka trój elementowa (próbka trój elementowa 2) również otrzymała dwie warstwy włókien szklanych. Pierwsza warstwa włókien szklanych drugiej próbki została ukierunkowana tak, że kierunek watka tkaniny był pod kątem 45° w stosunku do spodu próbki trój elementowej biegnąc od górnego lewego naroża do dolnego prawego naroża. Druga warstwa włókien szklanych została ukierunkowana tak, że kierunek watka warstwy włóknistej był ułożony prostopadle do spodu próbki trój elementowej. Trzecia próbka trój elementowa (próbka trój elementowa 3) otrzymała trzy warstwy włókien szklanych. Pierwsza warstwa włókien szklanych trzeciej próbki trój elementowej została ukierunkowana tak, że kierunek watka tkaniny był pod kątem 45° w stosunku do spodu próbki trój elementowej biegnąc od

PL 211 155 B1 górnego lewego naroża do dolnego prawego naroża. Druga warstwa włókien szklanych została ukierunkowana tak, że kierunek watka warstwy włóknistej był pod kątem 45° w stosunku do spodu próbki trój elementowej biegnąc od górnego prawego do dolnego lewego naroża. Trzecia warstwa włókien szklanych została ukierunkowana tak, że kierunek watka warstwy włóknistej był ustawiony prostopadle w stosunku do spodu próbki trój elementowej. Tak jak wszystkie próbki ściany, tak i próbki trój elementowe pozostawiono do dojrzewania przez trzydzieści dni przed przeprowadzeniem badań.

Próbki trój elementowe 400 były badane w 4,448·10⁶ N (milion-funtowej) ramie do badań. Próbki były umieszczane na płycie obciążeniowej ramy do badań tak, że środkowy odsunięty blok był ustawiony do góry. Płyty stalowe były połączone śrubami do zakończeń próbek trój elementowych i zaciśnięte tak, by zastosować na próbki trój elementowe siłę dociskającą o wartości 21350,4 N (4800 funtów). Siła ta odpowiada ciśnieniu 1035 kPa (150 psi - funtów na cal kwadratowy) obciążenia osiowego przyłożonego do próbek ściany. Następnie próbki trój elementowe zostały obciążone siłą ściskającą o stałej obciążalności wynoszącej 0,06858 mm/sekundę (0,0027 cala/sekundę). Tabela 3 przedstawia maksymalne obciążenia dla każdej z próbek trój elementowych.

T a b e l a 3

Maksymalne obciążenia dla testowanych próbek trój elementowych

Numer identyfikacyjny próbki trój elementowej	Obciążenie maksymalne N (funty)
1	192042,4 (43 175)
2	210612,8 (47 350)
3	213641,9 (48 031)

Ponieważ system wzmacniający został zastosowany tylko na jedną powierzchnię czołową próbek trój elementowych, to ich powierzchnia czołowa bez zastosowanego wzmocnienia miała mniejszą wytrzymałość na obciążenie. To spowodowało ścinanie tylnej powierzchni osłony i ściskanie środkowej powierzchni z tyłu w poziomie odpowiadającym przyległym powierzchniom czołowym bloku. We wszystkich przypadkach, powierzchnia czołowa z zastosowanym wzmocnieniem wytrzymała ściskanie. Fig. 13 przedstawia wykres obciążenia w zależności od poprzecznego przemieszczenia dla testowanych próbek trój elementowych.

Próbka trój elementowa 1 miała co najmniej uszkodzony system wzmacniający. Wystąpiło tu kilka pęknięć włoskowatych o długości około 25,4 mm (1 cala) wzdłuż połączeń zaprawy murarskiej pod kątem około 30 stopni od poziomu.

Próbka trój elementowa 2 wykazała największe uszkodzenia wzmocnienia. Pęknięcia rozchodziły się z wklęsłych naroży na próbce trój elementowej. Większe pęknięcia rozchodziły się u dołu, a mniejsze rozchodziły się u góry. Badanie wzmocnienia wykazało początek pewnego rozwarstwiania. Po usunięciu próbki trój elementowej z maszyny do badań, powierzchnia czołowa środkowego bloku CMU została odciągnięta swobodnie od wzmocnienia, które pozostało nienaruszone.

Próbka trójelementowa 3 uległa małym pęknięciom włoskowatym przy górnych wklęsłych narożach wzmocnienia, które były jedynym widocznym uszkodzeniem wzmocnionej strony próbki.

Wyniki

Korzyścią z zastosowania matrycy nieorganicznej wzmocnionej tkaniną ze szkła-AR na konstrukcje podpór, takie jak opisane powyżej ściany, jest zwiększenie wytrzymałości konstrukcji podpory oraz polepszenie charakterystyki konstrukcji poprzez zwiększenie granicznych odchyleń. Korzyści te skutkują polepszoną wytrzymałością na trzęsienia ziemi i wybuchy. Krzywe podstawowe, jak pokazano na fig. 7, 9 i 11, pokazują wytrzymałość konstrukcyjną rozpatrywanej konstrukcji podpory. Wytrzymałość konstrukcyjna określona jest, jako obciążenie szczytowe opisane krzywą podstawową. Dla celów inżynierskich, wytrzymałość konstrukcyjna jest lepszym wskaźnikiem charakterystyki układu aniżeli zmierzone obciążenie szczytowe, ponieważ zawiera współczynnik bezpieczeństwa, który może być lub może nie być uwzględniany, gdy rozpatruje się wartość obciążenia szczytowego.

Obciążenie konstrukcyjne każdej badanej wzmocnionej próbki ściany przewyższało obciążenie konstrukcyjne próbki kontrolnej nieposiadającej wzmocnienia. Ściana 1 wykazuje 57% wzrost wytrzymałości ponad próbkę kontrolną, co jest najlepszym wynikiem, następna w kolejności jest ściana 3 ze wzrostem wytrzymałości 42% oraz ściana 2 ze wzrostem wynoszącym 38%. Fig. 14 przedstawia różne układy systemów wzmacniających z polimerowych włókien wzmacniających (FRP) stosowane do próbek ścian badanych we wcześniejszych próbach w U.S. Army Engineer Research and Development Center,

PL 211 155 B1

Construction Engineering Research Laboratory, w podobnych warunkach. Próbki wzmocnione FRP był obciążane w próbie ścinania w płaszczyźnie zastosowanym na nie obciążeniem osiowym wynoszącym 240,204 kN (54 kip). Fig. 5 porównuje obciążenie konstrukcyjne narastająco dla próbek ścian

1-3 do próbek ścian z zastosowanymi w różnych układach, pokazanych na fig. 14, systemami wzmacniającymi FRP, ponad próbkę kontrolną nieposiadającą wzmocnienia.

Maksymalna wytrzymałość przy obciążaniu poziomym ściany wzdłuż obciążenia konstrukcyjnego i ich porównanie ze ścianami kontrolnymi, przedstawiono w tabeli 4. Rząd wielkości maksymalnej wytrzymałości przy obciążeniu poziomym dla każdej ściany, jest taki sam jak rząd wielkości obciążenia konstrukcyjnego. Ponadto, by uzyskać maksymalny wzrost wytrzymałości, powinno się zastosować ścianę 1, która wykazuje również najlepszą wartość przemieszczenia zanim ulegnie ona uszkodzeniu. Fig. 16 pokazuje przemieszczenia ścian porównując je ze sobą oraz również porównując je z uprzednio badanymi próbkami ścian wzmocnionych FRP. Tabela 5 przedstawia maksymalne przemieszczenie pomiędzy przyrządami pomiarowymi D7 i D4 (fig. 5) dla ścian 1-3, i porównuje te wartości z wartościami dla próbki kontrolnej nie posiadającej nałożonego wzmocnienia. Badane ściany wykazują polepszenie w zakresie od 29%, dla ściany 2, do 44% dla ściany 1.

T a b e l a 4

Porównanie obciążeń ściany przedstawiające maksymalne obciążenie konstrukcyjne

Numer ściany	Obciążenie maksymalne (L) N (kip)	(EL) N (kip)	ΔL N (kip)	ΔEL N (kip)	ΔL (%)	ΔEL (%)
1	247765,854 (55,7)	237001,1616 (53,28)	78644,5296 (17,68)	86162,0214 (19,37)	46,50	57,12
2	222233,0712	208221,1782	53111,7468	57382,038	31,40	38,04
(49,96)	(46,81)	(11,94)	(12,9)
3	236867,715 (53,25)	214671,0972 (48,26)	67746,3906 (15,23)	63831,957 (14,35)	40,06	42,32
Próbka kontrol- na	169121,3244 (38,02)	150839,1402 (33,91)

T a b e l a 5

Porównanie przemieszczeń ściany przedstawiające maksymalne przemieszczenie

Numer	Przemieszczenie maksymalne mm	Δs	Δs
ściany	(cale)	mm (cale)	(%)
1	31,0896 (1,224)	22,2504 (0,876)	43,97
2	14,6558 (0,577)	5,8166 (0,229)	29,13
3	16,0274 (0,631)	7,1882 (0,283)	37,64
Próbka kontrolna	8,8392 (0,348)

Podsumowując wyniki badań próbek ścian 1-3, system wzmacniający matrycy nieorganicznej wzmocnionej szkłem-AR według niniejszego układu, zwiększa wytrzymałość poziomą 209,066-235,756 kN (47-53 kip) lub zwiększa o 38%-57% wytrzymałość konstrukcyjną próbek ścian przy ścinaniu w płaszczyźnie. Materiał zwiększa przemieszczenie poziome 14,7-31 mm (0,58-1,22 cala) lub zwiększa o 29-44% próbki ścian przy ścinaniu w płaszczyźnie. Ściana 1, posiadająca dwie warstwy włókniste tkaniny przyłożone pod kątem 0° i 90° względem siebie, posiada lepsze właściwości aniżeli inne konfiguracje. Trzy warstwy włókien szklanych, gdzie dwie z nich ustawione są pod kątem ±45°, a trzecia pod kątem 0° i 90° w stosunku do próbki ściany, wykazuje lepsze właściwości aniżeli dwie warstwy włókien szklanych ustawione pod kątem 0° i 90° względem siebie, ale pod kątem ±45° w stosunku do próbki ściany. Wszystkie uszkodzenia były spowodowane ścinaniem występującym

PL 211 155 B1 pomiędzy przednią i tylną powierzchnią czołową bloków. Nie wystąpiły rozwarstwienia systemu wzmacniającego ścian 1-3 zbudowanych ze ścian CMU.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wzmacniania podpory konstrukcyjnej, znamienny tym, że stosuje się system wzmacniający (10), składający się z warstwy włóknistej ze szkła-AR (12) osadzonej w matrycy nieorganicznej (14), na podporę konstrukcyjną (20), a wymieniona warstwa włóknista ze szkła-AR (12) posiada zastosowaną na niej klejonkę oraz zastosowaną na wymienionej klejonce powłokę żywiczną, ponadto wymieniona matryca nieorganiczna przylega do wymienionej powłoki żywicznej, a wymieniona powłoka żywiczna przylega do wymienionej klejonki.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa włóknista jest dwu-kierunkową kratowaną warstwą włóknistą.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa włóknista posiada przędze ze szkła-AR.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwa włóknista utworzona jest z ciągłych lub nieciągłych włókien zorientowanych nieregularnie w macie z włókniny.
5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że matryca nieorganiczna składa się z materiału zespolonego.
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że matryca nieorganiczna zawiera żywicę, która tworzy połączenie klejowe z wymienioną powłoką żywiczną.
7. 7. Sposób według zastrz. 1-6, znamienny tym, że powłoka żywiczna składa się co najmniej z jednego polimeru zawierającego jeden lub więcej chlorek akrylanu i chlorek winylu.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powłoka żywiczna składa się z plastizolu PVC, a klejonka składa się z mieszanki bezwodnej spolimeryzowanej epoksyaminy, winylowych i aminowych środków sprzęgających oraz niejonowego środka powierzchniowo czynnego.
9. 9. Sposób wzmacniania podpory konstrukcyjnej, znamienny tym, że nakłada się pierwszą warstwę matrycy nieorganicznej (14) na podporę konstrukcyjną (20) oraz osadza się w matrycy (14) pierwszą kratowaną warstwę włóknistą ze szkła-AR (12), a wymieniona warstwa włóknista ze szkłaAR (12) posiada zastosowaną na niej klejonkę oraz zastosowaną na wymienionej klejonce powłokę żywiczną, wymieniona matryca nieorganiczna przylega do wymienionej powłoki żywicznej, ponadto wymieniona powłoka żywiczna przylega do wymienionej klejonki i nakłada się drugą warstwę matrycy nieorganicznej na pierwszą kratowaną warstwę włóknistą ze szkła-AR (12) .
10. 10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że osadza się drugą warstwę włóknistą ze szkłaAR w drugiej warstwie matrycy i nakłada się trzecią warstwę matrycy nieorganicznej na drugą warstwę włóknistą ze szkła-AR.