RU177233U1

RU177233U1 - Сетка армирующая полимерно-композитная преднапряженная с нанодобавками

Info

Publication number: RU177233U1
Application number: RU2016132440U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Андреевич Христов; Эдуард Джонович Краснобаев; Сергей Олегович Трензенок
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Знаменский Композитный Завод"
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2018-02-14

Abstract

Полезная модель относится к области строительства, в частности к производству арматуры.Сутью полезной модели является применение в качестве материала для формования тела арматуры стекловолокна, пропитанного термореактивными смолами с добавлением углеродного нанопорошка, и формования объемной структуры плетения с клеевой фиксацией каждого пересечения прутов или лент.Наличие углеродного нанопорошка в составе термореактивных смол увеличивает прочность изделий на разрыв, сдавливание и излом, значительно увеличивает адгезионную способность поверхности материала, что в значительной степени влияет на сцепление с бетонами и прочими строительными смесями, включая субстанции на основе полимеров и углеводородов.Предлагаемая технология обеспечивает значительное снижение энергоресурсов при производстве армирующих сеток и снижение стоимости изделий, получаемых с их применением, повысить экологическую безопасность и срок эксплуатации конструкций

Description

Сетка армирующая полимерно-композитная преднапряженная с нанодобавками

Полезная модель относится к области строительства, и может быть использована для армирования бетонных изделий, монолитных заливных конструкций, укрепления стеновых покрытий, при производстве дорожных и грунтоукрепительных работ, ремонте и реконструкции строительных сооружений и коммуникаций, в качестве элементов оградительных конструкций.

Из уровня техники известны армирующие сетки из металла, полимерных и комбинированных материалов. Металлические арматурные сетки могут быть цельносварными, с фиксацией каждого поперечного соединения и со свободным скреплением, предполагающим свободный ход элементов арматуры при температурной и механической деформации железобетонных изделий, выполненных с их применением.

Недостатком применения металлических арматурных сеток, известных из общего уровня применяемых технологий, является низкая коррозионная устойчивость, электропроводность, низкий срок службы, обусловленный естественными электрохимическими реакциями в металле, в значительной степени усиливающихся при воздействии влажных сред и атмосферного воздуха. Бетоны являются гигроскопичным материалом и не защищают материал армирующих сеток от окисления. Уменьшение прочности и разрушение адгезионного слоя в значительной мере влияют на прочность конструктивных элементов в целом, известные технические решения на базе полимерных материалов, и стекловолокна обладают недостаточными прочностными характеристики и низкой адгезионной способностью к бетонам и прочим материалам, применяемых в строительстве, обусловленной применяемыми материалами и формой поверхности изделий. Одним из самых существенных недостатков металлической арматуры является различный температурный коэффициент расширения металла и армируемых бетонов, что вызывает разрушение изделий при перепадах температур в процессе эксплуатации.

Известны комбинированные решения, в которых используется металлическая сетка, покрытая пластиковым материалом или термореактивными смолами, обеспечивающим защиту металла от окисления. (патент на полезную модель RU №119032 U1 от 03.02.2012). В таких сетках используются сварные соединения в местах пересечения нитей, что является, наряду с высокой стоимостью изделия, их недостатком в связи с нарушением целостности и прочности как защитного, так и базового материалов в местах сварки. Процесс производства таких защищенных сеток сопряжен с дополнительными затратами.

Так же в сооружениях, произведенных с применением металлической арматуры, наблюдается нарушения электромагнитной проницаемости, возможны значительные паразитные электромагнитные наводки, создающие помехи для работы компьютерного оборудования, средств связи, высокоточного и медицинского оборудования.

В последнее время, с развитием техники и разработкой новых материалов и технологий в качестве армирующих материалов все больше применяются сетки на основе лент и прутов из полимерных и композитных материалов. Основой таких изделий служит стекловолокно, пропитанное полимерным материалом. Такие изделия отличаются высокой прочностью, низким коэффициентом линейного расширения, низкой себестоимостью процесса производства. Известные технические решения представляют собой плоские синтетические структуры в виде решетки, в которой пластиковые полосы, образующие сетку, скреплены узлами, переплетены, отлиты или спрессованы.

При явных преимуществах прототипа по отношению к металлическим и комбинированным моделям, существует один недостаток - низкая адгезионная способность поверхностного слоя полимерных материалов к строительным субстанциям. Слабые электрохимические связи в поверхностных слоях материалов не позволяют создать монолитную структуру с равномерным распределением усилий. Сцепление армирующей сетки с кристаллизованными строительными субстанциями в большей степени обеспечивается за счет формы поверхности и ее профиля. При этом немаловажный аспект играет форма и объемная структура полимерной сетки. Для обеспечения прочности изделий с применением полимерной арматуры, сопоставимой с прочностью изделий с применением металлической арматуры, требуется применение полимерной арматуры, сопоставимой по объему с металлической, но большей площадью поверхности. В связи с необходимостью сохранения удельной прочности используемой полимерной арматуры, появляется необходимость в увеличении ее количества на единицу объема изделия, что, при явном улучшении эксплуатационных качеств, все же вызывает удорожание изделий.

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по способу увеличения адгезионной способности материала является армирующая сетка, содержащая перекрещивающиеся пряди из синтетического материала (Патент на изобретение RU 2299217 С2, 20.05.2007 г). В данном патенте предусматривается использование для создания пространственной полимерной решетки перфорированных лент из базового материала - полиэтилена с внедрением дополнительных углеродных волокон - сверхвысокомодульной (СВМ) арамидной нити, в частности нити марки «Кевлар». Перфорирование и профилирование лент значительно повышает площадь поверхности и коэффициент объемного взаимодействия со строительными субстанциями, наличие углеродных нитей, имеющих высокие поверхностные адгезионные свойства в отношении к строительным смесям, в частности, бетонным основаниям, в совокупности повышает прочностные характеристики готовых изделий, но так же увеличивает и себестоимость изделий.

Целью полезной модели является решение технической задачи - достижение прочности армирующей сетки, сопоставимой металлическим прототипам при сопоставимых габаритных и ценовых параметрах, и значительное увеличение адгезионных свойств к строительным материалам, обеспечение экономичности и экологичности производства и эксплуатации изделий, произведенных с ее применением.

Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в значительном увеличении прочностных характеристик изделий, увеличение сроков эксплуатации строительных элементов и объектов, в которых она используется, значительное увеличение сроков хранения материалов, снижение себестоимости продукции и производимых с ее применением изделий.

Технический результат достигается двумя техническими решениями - созданием объемной структуры за счет преднапряженного чередующегося переплетения нитей, с клеевой фиксацией каждого соединения, и введением в состав исходного материала - углеродных нанодобавок.

Объемная структура плетения с преднапряжением нитей формируется чередующимся переплетением нитей с клеевой фиксацией каждого узла переплетения. Под понятием «нить» подразумевается нить различного диаметра, прут заданного сечения с обвивкой и без, плоская и фигурная полоса, полученные общеизвестными способами пултрузии или нидлтрузии из стеклянных, базальтовых, углеродных или арамидных волокон. При этом плоскости сетки нити располагаются не прямолинейно, а с чередующимся наклоном за счет огибания нитей, расположенных к ним перпендикулярно либо под углом. Такая ориентация нитей увеличивает прочность на разрыв пропорционально углу наклона оси нити к плоскости сетки. Увеличение сечения профиля в плоскости, перпендикулярной плоскости сетки, увеличивает как площадь поверхностного межсредового взаимодействия, так и силу сопротивления трения вдоль всей поверхности нити.

Объемное плетение производится непосредственно после пропитки нитей до окончания полимеризации полимера. За счет естественного упругого преднапряжения нитей все точки пересечения продольных и поперечных нитей плотно прижимаются друг к другу и естественным образом склеиваются оплывом поверхностного слоя жидкого полимера. При такой технологии образование пропусков в клеевом соединении невозможно, вся сетка представляет из себя монолитную, цельную, равномерно распределенную преднапряженную структуру. Возможно формирование сеток с любым допустимым технологически сочетанием диаметров и толщин перпендикулярно и под углом расположенных нитей, прутов и лент.

Нанодобавками являются минеральные и/или полимерные материалы, минимальная размерность которых в одном из измерений сопоставимы значениям от единиц до десятков нанометров. Такие наночастицы обладают наибольшей площадью поверхности и при условии наличия высокой катионной поверхностной активности, наличием сильных связей с решеткой полимерных соединений. Наночастицы обладают максимальным соотношением площади поверхности к объему и, обладая сильными внутренними связями и уровнем связи с полимерной матрицей, превышающей по значению связи внутри полимерных матриц, оказывают значительное влияние на прочность полимерного агломерата. Так же, распределенные по поверхности материала, формируют вокруг себя группы полимерных агломератов, создавая развитый микрорельеф, значительно увеличивая площадь поверхности изделия и соответственно суммарную энергию адгезии и адсорбции на границе межфазного контакта. Развитой микрорельеф так же увеличивает абразивность поверхности изделия, повышая механическую прочность соединения с отвердевшими строительными субстанциями за счет повышенной силы трения.

Наиболее применяемые в целях улучшения свойств полимеров наноматериалы, это органические и минеральные гидрофильные порошки, такие как двуокись кремния, графитовые фуллерены, представляющие из себя пространственные сферические решерки, тонкодисперсный порошок оксида цинка, и т.д., но наиболее хороший результат дают наночастицы, имеющие большую пространственную ассиметричность, это углеродные нановолокна (CNFs) и нанотрубки (многостенные (MWNTs), тонкие (SDNTs), и одностенные (SWNTs), длина которых может составлять сотни нанометров, нанопластины на основе органоглин, (ММТ) толщиной в единицы нанометров и огромной удельной площадью поверхности. Показатели при применении таких материалов могут достигать от 30 до 190% прироста прочности материала, что более чем достаточно, чтобы обеспечить необходимую прочность материала, сопоставимую с металлическими изделиями.

Нанодобавки вводятся в смоляной компонент полимера с тщательным перемешиванием с применением любой доступной технологии - механической, ультразвуковой и т.д., и при достижении высокой степени распределения в материале, в полимерный состав вводится отвердитель. В совокупности с низкой стоимостью углеродной добавки и крайне простой технологией введения его в исходную полимерную композицию, которой пропитывается волокно, достигается значительный экономический эффект внедрения полезной модели.

Испытания материалов, имеющих массовое содержание добавок в виде углеродного нанопорошка в связующей смеси в пределах 0,1-1%, показали превосходную адгезионную способность как к материалам на основе углеводородных соединений, битумам, так и водорастворимым строительным смесям. Повышение процентного содержания нанодобавок не приводит к улучшению адгезионных и прочностных свойств, но может ухудшить физические свойства материала. Армирующая сетка производится методом пудтрузии (нидтрузии) с пропиткой заготовки. От процентного отношения нанодобавок, их состава и размерности частиц в полимерной смеси в широких пределах меняются свойства конечного продукта, - прочность, эластичность, абразивность, коэфициент адгезии к различным субстанциям, в связи с чем эти показатели можно варьировать на стадии производства армирующих сеток. Дополнительную прочность изделиям придает преднапряженная форма сетки со сплошным переплетением и клеевой фиксацией каждого пересечения однородным материалом, составляющим полимерную основу сетки. Объемное переплетение увеличивает прочность изделия по всем векторам, исключает расслоение. Значительно увеличивая прочность по поперечному смещению.

На Фиг. 1 схематически показана структура плетения преднапряженной арматурной сетки с фиксацией узлов, где схематически отображено:

1 - композитный прут, состоящий из нитей стеклоткани, связанных полимерным составом с нанодобавками из углеродного порошка.

2 - сечение прута.

3 - клеевое скрепление продольных и поперечных укладок композитных прутов

В зависимости от назначения и прочностных характеристик сетка армирующая формируется нитью стержневой либо ленточной структуры, иметь различный диаметр стержня либо ширину ленты, шаг плетения, форму ячеи - прямоугольную, квадратную, ромбовидную, а так же ориентированную продольную и поперечную разнопплотность с применением нитей и лент различных параметров. Для изделий, требующих особых прочностных характеристик возможно применение нитей с дополнительным поперечным армированием, созданным оплетанием основного прута дополнительной нитью.

Узлы плетения ленточных сеток имеют дополнительную тканеподобную взаимную прошивку, по что придает высокую прочность всей структуре.

Особым преимуществом применения сетки армирующей полимерно-композитной с нанодобавками является крайне низкий коэффициент линейного температурного расширения, что, в комплексе с умеренной пластичностью материала, гарантирует монолитность изделий, полученных с ее применением при деформирующем влиянии перепадов внешних температур.

Материал, применяемый для производства сетки армирующей является химически инертным, не подвержен воздействию кислот, щелочей, не электропроводен, экологически безопасен, при естественном природном разложении не выделяет вредных и токсических веществ, в составе изделий срок службы составляет более 70 лет. При применении в самостоятельном виде, например, в качестве ограждающих конструкций, устойчив к ультрафиолету и атмосферным воздействиям, срок службы в условиях атмосферного воздействия составляет более 50 лет.

Производство полимерной сетки по сравнению с металлической арматурой является экономичным и энергоэффективным. Конечная стоимость изделий с сопоставимыми прочностными характеристиками ниже для изделий с применением полимерной арматуры. Экономический эффект применения надодобавок значителен, стоимость изделий с нанодобавками повышается не более, чем на 1,5-2% при существенном увеличении прочностных характеристик арматуры, в связи с чем отпадает необходимость в избыточном армировании.

Техническим результатом применения полезной модели является высокое качество и прочностные характеристики изделий, значительное увеличение сроков эксплуатации и улучшение эксплуатационных характеристик изделий, экономический эффект применения сетки полимерной преднапряженной с нанодобавками существенен.

Claims

Сетка армирующая полимерно-композитная преднапряженная с нанодобавками, отличающаяся тем, что выполнена из нити, полученной методом пултрузии (нидлтрузии) по технологии преднапряженного переплетения с клеевой фиксацией каждого соединения, из стекловолокна с пропиткой из термореактивных смол с добавками в виде 0,1-1% углеродного нанопорошка.