Изобретение относится к технологии изготовления арматурных элементов для армирования обычных и предварительно напряженных строительных конструкций.

Известен способ изготовления композитной неметаллической арматуры (Фролов Н.Л. «Стеклопластиковая арматура и стеклобетонные конструкции». Москва, Стройиздат, 1980 г., с.20-24), включающий протягивание сформированного и пропитанного полимерным связующим массива из нитей ровингов через отжимное устройство, устройство спиральной намотки и полимеризационную камеру.

Недостатком данного способа является невысокая производительность процесса изготовления композитной арматуры, а также низкое качество получаемых готовых изделий. В описанном процессе скорость протяжки стеклопластиковой арматуры диаметром 6 мм равна 20 м/ч.

Известен способ изготовления композитной арматуры (патент RU 2371312, МПК Е04С 5/07, опубл. 27.10.2009), который включает термообработку пучка волокон, формование поперечного профиля и полимеризацию связующего в термокамерах. Формование и обмотку поперечного профиля производят в четыре этапа. На первом этапе формуют плоское или фигурное полотно путем протягивания пучка волокон через матрицу со щелевым каналом. На втором этапе формуют цилиндрический профиль арматуры путем протягивания пучка волокон через матрицу с цилиндрическим каналом. На третьем этапе формуют профиль арматуры путем спиральной намотки первого обмоточного жгута. На четвертом этапе производят доводку профиля арматуры путем спиральной намотки второго обмоточного жгута. При этом намотку вторым обмоточным жгутом производят в направлении, противоположном первому, а шаг и угол намотки второго жгута не равны шагу и углу намотки первого обмоточного жгута.

Известен способ изготовления композитной арматуры (патент 2585313, МПК Е04С 5/07, 27.05.2016), согласно которому ровинги через выравнивающее устройство поступают на участок нагрева, затем жгуты ровинга поступают в пропиточную ванну и проходят через отжимное устройство. Далее жгуты ровинга поступают в блок формирования поперечного профиля арматуры, затем направляются в полимеризационную камеру, где арматура подвергаются термообработке.

Для изготовления слоистой композитной арматуры непрерывной рельефности с высокими прочностными свойствами во всем сортаменте диаметров и увеличения производительности оборудования состоит из двух блоков основного оборудования: блока подготовки и пропитки ровинга полимерным связующим. Блок пропитки ровинга включает шпулярник с бобинами ровинга, выравнивающее устройство, камеру отжига, пропиточную ванну, натяжное устройство, формующее устройство, блок формирования структуры наружной поверхности арматуры. Блок формирования структуры наружной поверхности арматуры включает два последовательно установленных узла спиральной обмотки с противоположными направления обмотки, полимеризационные камеры, ванну охлаждения, тянущее устройство, узел резки и сматывания (патенты RU 2417889 Е04С 5/07 опубл. 10.05.2011; RU 94253 Е04С 5/07 Опубл. 20.05.2010).

Общим недостатком указанных способов изготовления композитной арматуры, стержней является низкое качество получаемых готовых изделий (не решает проблем эксплуатации), так как наружные обмотки несущего стержня выполнены преимущественно по спирали, соответственно поверхность изделия при эксплуатации может расщепляться и осыпаться, что приводит к образованию на коже заноз из частиц волокна и т.п. Поэтому для предотвращения воздействия пыли из частиц волокна на кожу, глаза, дыхательные пути приходится использовать индивидуальные средства защиты. Также к недостаткам указанных решений относится то, что получаемая композитная арматура обладает плохим сцеплением (адгезия) с бетоном, так как при больших осевых нагрузках на вырыв стержень такой арматуры отделяется от спиральной обмотки, которая остается в бетоне, и не способен выдерживать предельные нагрузки в полной мере.

Технический результат заявленного изобретения направлен на повышение качества готового изделия, а именно на повышение удобства эксплуатации изделия в процессе монтажа при сохранении целостности поверхностного слоя. Также технический результат направлен на повышение модуля упругости, предельной прочности изделия на сжатие и осевое растяжение, повышение характеристик сцепления (адгезии) с бетоном. Технический результат достигается тем, что способ изготовления композитной арматуры периодического профиля включает протягивание сформированного и пропитанного полимерным связующим полотна из нитей ровинга через отжимное устройство, которое собирается в пучок через фильеру, подачу в узел формирования периодического профиля, камеру полимеризации, блоки охлаждение и нарезку изделия. Согласно изобретению, после формирования периодического профиля на поверхности стержня формируют путем нанесения двух или более систем равномерно переплетенных потоков нитей, взаимно перекрывающих друг друга, оплетку в форме рукава, образуя единый стержень.

В частном случае исполнения способа после этапа пропитки и отжима формируют стержень или стержень с ребром, в зависимости от наличия в линии блока формирования периодического профиля.

В частном случае исполнения способа охлаждение осуществляют путем воздушного и/или водяного охлаждения.

В частном случае исполнения способа переплетение нитей оплетки осуществляют разной плотности.

Формирование оплетки в форме рукава путем нанесения на поверхность стержня-ствола двух или более систем потоков нитей, взаимно перекрывающих друг друга (может быть выбран любой угол перекрытия в зависимости от типа выбранного оплеточного оборудования), обеспечивает целостность матрицы - стержень под оплеткой в форме рукава при эксплуатации не расщепляется, не осыпается, не летит пыль из частиц волокна, т.е. сохраняется целостность поверхностного слоя. Таким образом, исключено вредное воздействие пыли из частиц волокна на глаза и кожу в процессе монтажа изделия. Также выполнение наружного слоя в форме рукава на стержень с ребром повышает адгезию с бетоном и предельную прочность изделия на сжатие и осевое растяжение, увеличивает модуль упругости, что повышает эксплуатационные характеристики изделия.

Если стержень имеет внешнюю поверхность обмотки в форме рукава из натуральных, синтетических и комбинированных ниток, а ствол - из стекловолокна (самый распространенный материал на сегодня) и/или базальтового волокна, и/или углеволокна, и/или арамидного волокна, и/или их комбинации, то поверхность готового изделия не расщепляется, что предотвращает образование на коже мелких заноз, при эксплуатации изделия не летит пыль из частиц волокна, соответственно, можно работать без средств защиты (респиратора, очков, перчаток).

В частном случае исполнения на этапе формирования поперечного профиля формируют (получают) стержень или стержень с ребром. При этом оплетка формируется уже поверх стержня с ребром, что положительно влияет на эксплуатационные характеристики готового изделия.

Предлагаемый способ изготовления композитной арматуры поясняется графическими материалами: фиг. 1 - блок-схема технологической линии; фиг. 2 - схематичный общий вид стержня; фиг.З - схематичный продольный разрез стержня с ребром. На фиг. 1 - фиг.З позициями обозначены следующие элементы: 1 - шпулярник, 2 - блок пропитки и отжима, 3 - узел формирования периодического профиля, 4 оплеточная машина, 5 - камера полимеризации, 6 -блок охлаждения, 7 - тянущее устройство, 8 - отрезное устройство, 9 - узел намотки, 10 - стержень, 11 - оплетка, 12 - ребро.

Ровинг из шпулярника 1 подается в блок пропитки и отжима 2, где пропитывается связующим, проходит отжим (фиг. 1). Пропитанный и отжатый ровинг собирается в фильеру, проходит через узел формирования периодического профиля 3 и формируется в пучок нитей будущего стержня. Узел формирования периодического профиля 3 выполнен с возможностью получать стержень с ребром, например как представлено в RU 2765930. Периодический профиль формируется из нити на основе стекловолокна и/или базальтового волокна, и/или углеволокна, и/или арамидного волокна, и/или их комбинации, прошедшей процесс предварительного осевого скручивания.

Так, чтобы получить профиль в форме стержня 10 (фиг. 2) у узла формирования периодического профиля отключается привод маховика, а чтобы получить профиль стержня 10 с ребром 12 (фиг. 3), необходимо подключить привод маховика в узле формирования периодического профиля.

Далее пучок нитей проходит через оплеточную машину 4, например, круглоткацкий станок, где на него непрерывно наносится оплетка в форме рукава. Оплетка 11 типа рукав состоит в образовании двух или более систем потоков нитей, взаимно перекрывающих друг друга, что позволяет расширить ассортимент производимой продукции. Оплетка 11 может быть выполнена из натуральных и/или синтетических, и/или комбинации этих нитей или из стекловолокна, и/или базальтового волокна, и/или углеволокна, и/или арамидного волокна, и/или их комбинации. Накладываемые нити обжимают стержень- ствол 10 по радиальной поверхности, вследствие чего из ствола стержня тонким слоем выделяется компаунд, от которого и происходит пропитка оплетки 11 по всей длине стержня.

Переплетение нитей оплетки осуществляют разной плотности, что позволяет изготавливать продукцию под различные потребительские нужды. Так, чем плотнее выполнена оплетка, и чем больше оплеточных слоев нанесено на поверхность изделия (один и более), тем выше характеристики сцепления с бетоном, предельная прочность стержня на осевое растяжение и сжатие, а также повышается модуль упругости, что является ключевым преимуществом для закладывания арматуры в колонны, мостовые опоры, мостовых пилонов и других элементов. Немаловажной характеристикой также являются высокие характеристики сцепления между арматурой и бетоном. Это достигается за счет совместной работы периодического профиля, и нитей оплетки в форме рукава, прижимающих нить периодического профиля к силовому стержню, за счет чего на поверхности изделия образуется необходимая шероховатость, а также требуются гораздо большие усилия для отделения периодического профиля от силового стержня, в связи с чем улучшаются характеристики сцепления с бетоном. Основные результаты испытаний на прочность и сцепление с бетоном получаемых изделий представлены в Таблице.

Таким образом формируется наружный слой - оплетка И в форме рукава. Количество наружных слоев может быть два и более, в зависимости от количества и конфигурации оплеточных машин, установленных в линии. Проходя через камеру полимеризации 5, в которой при повышенной температуре 200-350 °C в зависимости от диаметра от 4 до 42 мм происходит полимеризация и затвердевание полимерного связующего и пучка нитей в оплетке, на выходе получается готовый стержень в оплетке.

Далее стержень поступает в блок охлаждения 6. Охлаждение осуществляют с использованием с помощью обдува воздухом и/или прохождения изделия через ванну водяного охлаждения. При этом при использовании воздушного и водяного охлаждения, необходимо установить сначала блок воздушного охлаждения, а после него устанавливают ванну водяного охлаждения для того, чтобы температура изделия на выходе из камеры полимеризации падала постепенно, и исключалось расщепление стержня вследствие резкого перепада температуры. Далее стержень проходит через тянущее устройство 7. Скорость тянущего устройства 7 минимальная, и может быть 0,5-0, 7 м/мин (при выпуске арматуры диаметром 20 мм) максимальная 5,55-6 м/мин при выпуске арматуры (диаметра 5 мм). После этого стержень нарезается автоматическим отрезным устройством и подается в приемный лоток либо сматывается в бухты с помощью бухтонамотчика.

Примеры конкретного исполнения способа изготовления заявленной композитной арматуры не исчерпываются указанным выше, при этом компоненты и узлы технологической линии могут быть добавлены, переупорядочены, объединены или скомбинированы в других схемах реализации.

При изготовлении композиционной арматуры с использованием представленного способа может быть использован, например, стекловолоконный ровинг 600 tex, 1200 tex, 2400 tex, 4800 tex, 9600 tex. Также может быть изготовлен из базальтового волокна, и/или углеволокна, и/или арамидного волокна, и/или их комбинации. Цвет получаемой арматуры в основном в зависимости от цвета ровинга и цвета связующего - от светло-желтого до темно-коричневого, так же в компаунд возможно добавление красителя, для получения цвета изделия по желанию потребителя.

Как следует из результатов испытаний, реализация способа позволяет получить композитную арматуру, которая обладает повышенными качественными характеристиками готового изделия, и обеспечивает удобство эксплуатации изделия в процессе монтажа при сохранении целостности поверхностного слоя.

Предлагаемое готовое изделие можно использовать в различных областях, например: каркасы палаток и шатров, каркас воздушного змея, лыжные палки, стрелы для лука, составные части лука, колышки для растений и т. и., при сохранении армирующих свойств и обеспечении удобства эксплуатации. Стержень имеет относительно гладкую внешнюю поверхность, не колется, не расщепляется, при эксплуатации не летит пыль из частиц волокна, соответственно можно работать без средств защиты (респиратора, очков, перчаток). Готовое изделие не деформируется в эксплуатируемой среде (выше срок службы, не нарушается целостность внешнего слоя), т.е. обладает высокими показателями эксплуатационных и прочностных свойств. Таблица - Результаты испытаний образцов изделий на растяжение и сжатие

Испытания на растяжение

Испытания на сжатие арматуры диаметром 8 мм

Продолжение Таблицы - Результаты испытаний образцов изделий на растяжение и сжатие

Испытания на вырыв из бетона арматуры диаметром 8 мм Испытания на вырыв из бетона арматуры диаметром 8 мм после щелочной среды