EA023958B1 - Reinforcement mesh made of composite material - Google Patents

Abstract

The invention is related to civil engineering, in particular, to non-metal reinforcement materials, more particularly, to a reinforcement mesh used for surface reinforcement of building structures, for cracking minimising, for strengthening of soil under bases of buildings and structures, etc. The technical result is provision of a reinforcement mesh made of composite material with highly strong mutual joining of mesh rods. The reinforcement mesh is made of longitudinal and transverse composite rods joined together by a joining element made of polymer material, e.g., thermoplastic plastic containing fibrous filler, or thermosetting resin containing fibrous filler. The joining element may be shaped in the form of a cylinder, ball or polyhedron.

Description

Изобретение относится к строительству, а именно к неметаллическим арматурным материалам, а именно арматурной сетке, которая используется для поверхностного упрочнения строительных конструкций, для уменьшения образования трещин, для укрепления грунта оснований зданий и сооружений и пр. Для этих целей сетки должны располагаться как можно ближе к армируемой поверхности. В случае металлической сетки это труднодостижимо, т.к. она должна иметь защитный слой, например, из бетона. В случае выполнения сетки из композитных материалов данное ограничение отсутствует, т.к. для композита защитный слой не требуется.The invention relates to construction, namely to non-metallic reinforcing materials, namely reinforcing mesh, which is used for surface hardening of building structures, to reduce the formation of cracks, to strengthen the soil of the foundations of buildings and structures, etc. For these purposes, the mesh should be located as close as possible to reinforced surface. In the case of a metal mesh, this is difficult to achieve since it must have a protective layer, for example, of concrete. In the case of a mesh made of composite materials, this restriction is absent, because a protective layer is not required for the composite.

Технологии изготовления металлической сетки давно разработаны (сварка, проволочное, тканевое переплетение и т.д.). Эти способы позволяют получить прочное соединение мест пересечения стержней сетки.Metal mesh manufacturing technologies have long been developed (welding, wire, fabric weaving, etc.). These methods allow you to get a solid connection of the intersection of the rods of the grid.

В случае выполнения арматурной сетки из композита применение известных приемов затруднительно ввиду специфических свойств композитных материалов (невозможность сварки, сложность изготовления композитных стержней волнообразной формы и т.д.). Однако в этом случае встает проблема недостаточной прочности соединения продольных и поперечных стержней из композитных материалов, т.к. они большей частью выполняются клеевым способом, при этом площадь клеевого соединения стержней незначительна, а прочность клеевого соединения значительно уступает сварному соединению.In the case of performing a reinforcing mesh from a composite, the use of known techniques is difficult due to the specific properties of composite materials (impossibility of welding, the complexity of manufacturing composite rods of a wavy shape, etc.). However, in this case, the problem arises of the insufficient strength of the connection of the longitudinal and transverse rods of composite materials, because they are mostly performed by the adhesive method, while the area of the glued joints of the rods is negligible, and the strength of the adhesive joint is significantly inferior to the welded joint.

Известна заявка Китая № 101435199, В29С 70/34, опубл. 20.05.2009, в которой описана сетка из термопластичного материала, армированного волокнами. Сетка представляет собой продольные и поперечные стержни, внутри которых находятся армирующие волокна, покрытые термопластичным полимером. Продольные и поперечные стержни нагреваются в местах контакта. Верхние слои термопластичного материала обоих видов стержней расплавляются в месте их контакта, после чего места контакта прокатываются роликом для создания прижимающего усилия, в результате чего образуется их прочное соединение. Затем сетку охлаждают. Поскольку пропитка волокон термопластичным материалом происходит неоднородно (с образованием полостей, комков, трещин и пр.), наружный слой термопластичного материала, необходимый для приклеивания стержней друг к другу, может быть недостаточным для получения прочного соединения. Также небольшой площади контакта между двумя стержнями недостаточно для качественного приклеивания стержней друг к другу.Known Chinese application No. 101435199, B29C 70/34, publ. 05/20/2009, which describes a mesh of thermoplastic material reinforced with fibers. The mesh consists of longitudinal and transverse rods, inside of which there are reinforcing fibers coated with a thermoplastic polymer. Longitudinal and transverse rods are heated at the contact points. The upper layers of thermoplastic material of both types of rods are melted at the point of contact, after which the contact points are rolled by a roller to create a pressing force, as a result of which their strong connection is formed. Then the grid is cooled. Since the fiber is impregnated with a thermoplastic material nonuniformly (with the formation of cavities, lumps, cracks, etc.), the outer layer of thermoplastic material necessary for gluing the rods to each other may not be sufficient to obtain a strong connection. Also, a small contact area between the two rods is not enough for high-quality gluing of the rods to each other.

Аналогом заявленного технического решения является также арматурная сетка из композитного материала по патенту РФ № 2430221, Е04С 5,07, опубл. 27.09.2011. Арматурная сетка состоит из продольных стержней и поперечного стержня, зигзагообразно уложенного на продольные стержни. Крепление перекрестных соединений производят взаимным вдавливанием продольных и поперечного стержней. При вдавливании происходит деформация сечений стержней и преобразование круглой формы сечения в овальную. Кроме того, в эту зону выделяется полимерное связующее из стержней, которое после полимеризации и отверждения обеспечивает неразъемное прочное перекрестное соединение стержней. Возможны следующие комбинации: отвержденные и неотвержденные стержни, либо все неотвержденные стержни. Однако получение перекрестного соединения стержней происходит в условиях перемещения сетки по технологической линии, что приводит к уменьшению силы сцепления. На месте пересечения стержней неотвержденный стержень деформируется, что приводит к уменьшению его прочности. Полученная при этом поверхность контакта недостаточна для образования прочного неразъемного соединения даже с учетом выделения из стержней полимерного связующего.An analogue of the claimed technical solution is also a reinforcing mesh made of composite material according to the patent of the Russian Federation No. 2430221, ЕСС 5.07, publ. 09/27/2011. The reinforcing mesh consists of longitudinal rods and a transverse rod, zigzag laid on the longitudinal rods. Fastening of cross-connections is carried out by mutual indentation of the longitudinal and transverse rods. When pressed, the deformation of the sections of the rods and the transformation of the round shape to oval. In addition, a polymer binder from the rods is released into this zone, which after polymerization and curing provides an inseparable strong cross-connection of the rods. The following combinations are possible: cured and uncured cores, or all uncured cores. However, obtaining a cross-connection of the rods occurs in the conditions of movement of the grid along the production line, which leads to a decrease in the adhesion force. At the intersection of the rods, the uncured rod is deformed, which leads to a decrease in its strength. The contact surface obtained in this case is insufficient for the formation of a strong one-piece connection, even taking into account the release of the polymer binder from the rods.

В качестве прототипа для арматурной сетки выбрана заявка РФ № 2008113914, Е04С 5/07, опубл. 20.10.2009. Сетка состоит арматурных стержней, усиленных волокнами синтетического материала, соединенных волокнами, которые уложены в матрицу из синтетического материала и многократно обмотаны вокруг арматурных стержней. Поскольку продольные и поперечные стержни представляют собой круг в поперечном сечении, точка их касания имеет малую площадь контакта, что снижает прочность сетки, особенно сдвиговую прочность.As a prototype for the reinforcing mesh selected RF application No. 2008113914, ЕСС 5/07, publ. 10/20/2009. The grid consists of reinforcing bars reinforced with fibers of synthetic material, connected by fibers, which are laid in a matrix of synthetic material and are repeatedly wrapped around reinforcing bars. Since the longitudinal and transverse rods are a circle in cross section, the point of contact has a small contact area, which reduces the strength of the mesh, especially the shear strength.

Техническим результатом изобретения является получение арматурной сетки из композитного материала с высокой прочностью соединения стержней сетки между собой.The technical result of the invention is to obtain a reinforcing mesh of a composite material with high strength connecting the grid rods to each other.

Технический результат достигается тем, что арматурная сетка выполнена из композитных продольных и поперечных стержней, соединенных между собой посредством соединительного элемента из полимерного материала, например термопластичной пластмассы, содержащей наполнитель, либо термореактивной смолы, содержащей наполнитель. Соединительный элемент может иметь форму цилиндра, шара или многогранника.The technical result is achieved in that the reinforcing mesh is made of composite longitudinal and transverse rods interconnected by means of a connecting element made of a polymeric material, for example, thermoplastic plastic containing a filler, or a thermosetting resin containing a filler. The connecting element may be in the form of a cylinder, ball or polyhedron.

Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором показан фрагмент арматурной сетки с перекрестным соединением стержней.The essence of the technical solution is illustrated by the drawing, which shows a fragment of the reinforcing mesh with a cross-connection of the rods.

На чертеже показан фрагмент арматурной сетки, выполненной из продольных 1 и поперечных 2 стержней, причем и те и другие изготовлены из композитного материала (например, отвержденных стеклопластика, углепластика, базальтопластика). Продольные и поперечные стержни расположены в разных плоскостях с минимальным зазором между ними и соединены посредством пластикового соединительного элемента 3. Сверху соединительного элемента 3 расположен литник 4.The drawing shows a fragment of a reinforcing mesh made of longitudinal 1 and transverse 2 rods, both of which are made of composite material (for example, cured fiberglass, carbon fiber, basalt plastic). The longitudinal and transverse rods are located in different planes with a minimum gap between them and are connected by means of a plastic connecting element 3. A sprue 4 is located on top of the connecting element 3.

Сетку изготавливают следующим образом. Поперечные стержни 2 располагают сверху или снизу по отношению к продольным стрежням 1. Каждое полученное пересечение стержней помещают в полуюThe grid is made as follows. The transverse rods 2 are positioned above or below with respect to the longitudinal rods 1. Each intersection of the rods obtained is placed in a hollow

- 1 023958 форму в виде цилиндра, шара и т.д. Затем внутрь этой формы впрыскивают (например, с помощью термопластавтоматов) расплавленную термопластичную пластмассу (например, полиэтилен), причем она может содержать наполнитель в виде волокнистого материала (например, стекловолокно). При остывании она отверждается, образуя прочное перекрестное неразъемное соединение стержней в виде соединительного элемента 3, соответственно в форме цилиндра, шара, многогранника. Полученное соединение имеет большую поверхность контакта стержней благодаря охватывающего их соединительного элемента- 1,023958 form in the form of a cylinder, ball, etc. Then molten thermoplastic plastic (for example, polyethylene) is injected into this mold (for example, using injection molding machines), moreover, it may contain a filler in the form of a fibrous material (for example, fiberglass). When cooling, it is cured, forming a strong cross one-piece connection of the rods in the form of a connecting element 3, respectively, in the form of a cylinder, ball, polyhedron. The resulting compound has a large contact surface of the rods due to the connecting element covering them

3. При формировании соединительного элемента образуется литник 4. Традиционно его наличие приводит к негативным последствиям, поэтому его, как правило, удаляют. В нашем случае за счет литников появляется возможность фиксации сетки на армируемой поверхности бетона.3. When the connecting element is formed, a gate is formed 4. Traditionally, its presence leads to negative consequences, so it is usually removed. In our case, due to the sprues, it becomes possible to fix the mesh on the reinforced concrete surface.

Вместо расплавленной пластмассы может быть использована быстротвердеющая термореактивная смола (например, быстротвердеющая ненасыщенная полиэфирная смола, в частности ПН-1), содержащая наполнитель (например, коалин, мел и пр.), которую впрыскивают в полую форму каким-либо инжектором (шприц и т.п.). Как термопластичная пластмасса, так и термореактивная смола могут быть в виде монолита (одна фаза) либо пены (две фазы). В первом случае конструкция арматурной сетки будет более жесткой, а во втором - более подвижной, что расширяет область ее применения, например для криволинейных поверхностей.Instead of molten plastic, a quick-hardening thermosetting resin (for example, a quick-hardening unsaturated polyester resin, in particular PN-1) containing a filler (for example, koalin, chalk, etc.) that is injected into the hollow form with an injector (syringe, etc.) can be used .P.). Both thermoplastic plastic and thermosetting resin can be in the form of a monolith (one phase) or foam (two phases). In the first case, the design of the reinforcing mesh will be more rigid, and in the second more mobile, which expands the scope of its application, for example for curved surfaces.

Прочность перекрестного соединения арматурной сетки зависит от природы полимера: его адгезии к материалу композитного стержня, от его прочности (твердости, ударной твердости), температуры стеклования и пр.The strength of the cross-connection of the reinforcing mesh depends on the nature of the polymer: its adhesion to the material of the composite rod, its strength (hardness, impact hardness), glass transition temperature, etc.

При прочих равных условиях прочность соединения стержней зависит также от размера соединительного элемента, размера и формы стержней.Other things being equal, the strength of the connection of the rods also depends on the size of the connecting element, the size and shape of the rods.

Стержни могут быть различного сечения: круглые, овальные, прямо- и многоугольные и т.д. В сечении стержни могут быть от 0,1 до 500 мм².The rods can be of various sections: round, oval, straight and polygonal, etc. In cross section, the rods can be from 0.1 to 500 mm ² .

Поверхность стержней может быть гладкой либо со спиральной или крестообразной навивкой, т.е. рельеф поверхности стержней может быть любым, а также иметь сверху абразивное покрытие (например, песчаное).The surface of the rods can be smooth or with a spiral or crosswise winding, i.e. the surface relief of the rods can be any, and also have an abrasive coating (for example, sand) on top.

Ячейки могут иметь размер от 5x5 мм и менее до 500x500 мм и более, иметь различную форму (прямоугольные, ромбовидные, многогранные и пр.) в соответствии с требованием заказчика.Cells can have a size from 5x5 mm or less to 500x500 mm or more, have a different shape (rectangular, diamond-shaped, polyhedral, etc.) in accordance with the requirement of the customer.

Примеры изготовления арматурных сеток из композитного материала.Examples of the manufacture of reinforcing mesh made of composite material.

Пример 1.Example 1

Продольные и поперечные гладкие стержни круглого сечения выполнены из стеклопластика диаметром 2 мм. В качестве связующего использована термореактивная полиэфирная смола. Размер ячеек 50x50 мм. Соединительный элемент цилиндрической формы, диаметр 8 мм и высота 10 мм. Материал соединительного материала - полистирол.Longitudinal and transverse smooth rods of circular cross section are made of fiberglass with a diameter of 2 mm. A thermosetting polyester resin was used as a binder. The mesh size is 50x50 mm. The connecting element is cylindrical in shape, diameter 8 mm and height 10 mm. The material of the connecting material is polystyrene.

Пример 2.Example 2

Продольные стержни выполнены из стеклопластика и имеют спиральную навивку полиэфирной нитью. Диаметр стержней 4 мм. Поперечный стержень выполнен из углепластика. В качестве связующего в продольных и поперечных стержнях использован эпоксидный компаунд. Размер ячеек 100x100 мм. Соединительный элемент цилиндрической формы, диаметр 12 мм и высота 14 мм. Материал соединительного материала - стеклонаполненный (15%) полиамид.The longitudinal rods are made of fiberglass and have a spiral winding with polyester thread. The diameter of the rods is 4 mm. The transverse rod is made of carbon fiber. An epoxy compound is used as a binder in the longitudinal and transverse rods. The mesh size is 100x100 mm. The connecting element is cylindrical in shape, diameter 12 mm and height 14 mm. The material of the connecting material is glass-filled (15%) polyamide.

Пример 3.Example 3

Продольные круглые стержни выполнены из базальтопластика с эпоксидным связующим и песчаным напылением. Диаметр 6 мм. Поперечный стержень выполнен из стеклопластика на эпоксидном связующем, в сечении имеет овальную форму с эксцентриситетом 2 мм и радиусом закругления 3мм. Имеет песчаное напыление. Размер ячеек 150x200 мм. Соединительный элемент шарообразной формы, диаметр 12 мм. Материал соединительного слоя - быстротвердеющая ненасыщенная полиэфирная смола.The longitudinal round rods are made of basalt plastic with an epoxy binder and sand spraying. Diameter is 6 mm. The transverse rod is made of fiberglass with an epoxy binder, in cross section it has an oval shape with an eccentricity of 2 mm and a radius of curvature of 3 mm. It has sand spraying. The mesh size is 150x200 mm. The connecting element is spherical in shape, diameter 12 mm. The material of the connecting layer is a quick hardening unsaturated polyester resin.

Пример 4.Example 4

Продольные стержни квадратного сечения размером 6x6 мм выполнены из стеклопластика. В качестве связующего использована термореактивная полиэфирная смола. Поперечный стержень прямоугольного сечения 6x8 мм выполнен из стеклопластика на полиэфирном связующем. Размер ячеек 200x200 мм. Соединительный элемент кубической формы с длиной грани 20 мм. Материал соединительного материала - полиэтилен.6x6 mm square longitudinal rods made of fiberglass. A thermosetting polyester resin was used as a binder. The transverse rod of rectangular cross section 6x8 mm is made of fiberglass with a polyester binder. The mesh size is 200x200 mm. The connecting element is cubic with a face length of 20 mm. The material of the connecting material is polyethylene.

Прочность арматурной сетки определяется при ее падении с высоты 1 и 5 м.The strength of the reinforcing mesh is determined when it falls from a height of 1 and 5 m.

- 2 023958- 2 023958

Испытание сеток на прочность при паденииDrop test

Пример Example Материал соединительного X^х элемента /V ^0Материал ^тбржнейMaterial of connecting X ^x element / V ^ 0 Material ^ Сохранность (в %) перекрестных соединений при падении с высоты (в метрах) Preservation (in%) of cross-connections when falling from a height (in meters) 1 one 5 5 1. one. Полистирол ' —'^Стеклопластик Polystyrene ' - '^ Fiberglass 100 one hundred 98 98 2. 2. Полиамид ' * ' Стекло Polyamide '* '' Glass 100 one hundred 100 one hundred 3. 3. Полиэфирная смола^^^ Polyester Resin ^^^ 100 one hundred 100 one hundred БэзалЬтопластик Basetoplastik

4. 4. Полиэтилен —-—''^Стеклопластик Polyethylene —-— '' 'Fiberglass 100 one hundred 98 98

Испытания показали, что арматурные сетки, изготовленные из композитных стержней разной геометрии, сечения и физико-механических свойств, благодаря полученным перекрестным соединениям посредством соединительного элемента обладают высокими физико-механическими свойствами и требуемой прочностью соединений стержней.Tests have shown that reinforcing meshes made of composite rods of different geometries, cross-sections and physical and mechanical properties, due to the obtained cross-connections by means of a connecting element, have high physical-mechanical properties and the required strength of the rod connections.

Таким образом, достигнут заявленный технический результат - получена арматурная сетка из композитного материала с высокой прочностью соединения стержней сетки между собой.Thus, the claimed technical result is achieved — an reinforcing mesh made of a composite material with high strength connecting the grid rods to each other is obtained.

Claims (4)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Арматурная сетка, выполненная из соединенных между собой отвержденных продольных и поперечных стержней из стеклопластика, базальтопластика или углепластика, отличающаяся тем, что содержит соединительный элемент, выполненный из полиэтилена, полистирола, полиамида или полиэфирной смолы ПН-1.1. Reinforcing mesh made of interconnected hardened longitudinal and transverse rods of fiberglass, basalt or carbon, characterized in that it contains a connecting element made of polyethylene, polystyrene, polyamide or polyester resin PN-1. 2. Арматурная сетка по п.1, отличающаяся тем, что материал соединительного элемента содержит наполнитель.2. Reinforcement mesh according to claim 1, characterized in that the material of the connecting element contains a filler. 3. Арматурная сетка по п.2, отличающаяся тем, что наполнитель представляет собой стекловолокно, мел и каолин.3. Reinforcement mesh according to claim 2, characterized in that the filler is a glass fiber, chalk and kaolin. 4. Арматурная сетка по п.2, отличающаяся тем, что соединительный элемент выполнен в виде цилиндра, шара или многогранника.4. Reinforcement mesh according to claim 2, characterized in that the connecting element is made in the form of a cylinder, a ball or a polyhedron.