Способ изготовления сетки из композитной арматуры

Изобретение относится к производству строительных материалов и конструкций, конкретно к производству армирующей сетки из композитной арматуры.

Армирующая сетка из композитной арматуры так же, как и металлическая, используется для усиления строительных конструкций и сооружений, в том числе кирпичной кладки, бетонных блоков и панелей, наливных полов и дорожных покрытий, укрепления фасадов.

По сравнению с металлической армирующая композитная сетка обладает меньшим удельным весом, незначительной теплопроводностью, высокой коррозионной стойкостью, прозрачностью для электромагнитного излучения. Комплекс этих свойств наряду с меньшей стоимостью при сопоставимых физико-механических характеристиках обуславливает все более широкое использование сетки из композитной арматуры в гражданском и промышленном строительстве.

Ключевым моментом, во многом определяющим свойства композитной сетки, является метод соединения образующих ее стержней композитной арматуры в узлах их пересечения. Его особенности существенно сказываются на характеристиках сетки как армирующей конструкции в целом.

В настоящее время известны несколько основных методов соединения композитных арматурных стержней в точках их пересечения.

К одним из них, часто называемых вязкой, относятся механические способы, основанные на соединении стержней композитной арматуры специальной вязальной проволокой, металлическими или пластиковыми хомутами и клипсами (RU 2111323, RU 2109897, www.moscomposit.ru).

Существенным недостатком этой группы методов является сложность автоматизации и, следовательно, необходимость использования ручного труда, а в случае применения клипс еще высокая стоимость и невозможность повторного использования соединительных элементов.

Известны способы, основанные на клеевом соединении арматурных стержней в местах их пересечения. Для образования клеевого соединения элементы, образующие каркас сетки, предварительно пропитывают жидким, чаще всего полимерным, клеем, приводят в контакт и отверждают (SU 1694811, SU 1411410, SU 1634811).

Существенным недостатком этих методов является невысокая прочность клеевого соединения, обусловленная не столько природой клея, сколько малой поверхностью контакта соединяемых элементов.

Альтернативой клеевому соединению узлов композитной сетки является способ, основанный на использовании метода литья под небольшим избыточным давлением, выбранный в качестве прототипа (RU 2548358 C2, опубл. 20.04.2015).

Согласно этому способу, композитные стержни помещаются в месте соединения в герметичную литьевую форму, в которую подается расплав термопласта. После заполнения формы расплав охлаждается ниже температуры плавления полимера, образуя достаточно прочное соединение арматурных стержней.

Однако и этот способ обладает существенными недостатками, связанными прежде всего с низкой термостабильностью возникающего соединения, сложностью технологического оборудования и большим расходом термопластичного полимера. Следует также иметь в виду, что поскольку зона соединения композитных стержней термопластом занимает достаточно большой объем, а обычно используемые термопласты характеризуются низкой адгезией к бетону и другим строительным связующим, то в результате прочность армированной конструкции в целом снижается.

Задачей изобретения является создание способа скрепления узлов сетки из композитной арматуры, лишенной указанных недостатков.

Поставленная задача решается тем, что в качестве вещества, обеспечивающего скрепление узлов сетки из композитной арматуры, используют быстротвердеющие цементы или их смеси (см., например, ГОСТ 10178-76). При этом способ изготовления сетки из композитной арматуры путем помещения мест соединения стержней из композитного материала в мягкий материал и выдержки до затвердевания материала заключается в том, что в качестве материала используют быстротвердеющий цемент, который наносят дозами на поверхность, имеющую низкую адгезию к цементу, накладывают композитные стержни таким образом, чтобы места их пересечения находились в местах расположения доз цемента, вдавливают места пересечения стержней в цемент и осуществляют выдержку до затвердевания цемента.

Технический результат изобретения заключается в повышении прочности армирующей сетки за счет повышения адгезии скрепляющего материала к стержням, повышении термостабильности сетки, использовании более простого технологического оборудования.

Быстротвердеющие цементы представляют собой многокомпонентную порошкообразную систему, образующую при смешении с водой тиксотропную массу, постепенно переходящую в твердообразное состояние. Этот переход может занимать период времени от нескольких десятков секунд до нескольких часов.

В состав быстротвердеющих цементов обычно входят цемент с содержанием трехкальциевого силиката как минимум 50%, с удельной поверхностью частиц не менее 3500 см²/г, размером основной фракции порядка 30-40 мкм, при обязательном присутствии фракции с размером частиц около 5 мкм.

В ряде случаев для ускорения процесса твердения к цементу добавляют хлористый кальций, хлористый натрий, сульфат натрия, а также соляную кислоту.

Известны различные виды быстротвердеющих цементов, выпускаемых в промышленном масштабе. Все они обладают примерно одинаковыми характеристиками, заметно различаясь временем начала перехода от тиксотропного в полностью отвержденное состояние.

После начала процесса твердения водно-цементная масса сравнительно быстро набирает прочность, образуя в итоге безусадочный, водонепроницаемый камень, характеризующийся физико-механическими показателями, не уступающими обычному бетону, с хорошей адгезией к различным материалам (в том числе бетону, металлам и композитной арматуре), морозо- и термостойкостью.

Важно, что отвердевшая масса обладает способностью прочно соединять композитные арматурные стержни в точках их пересечения. При этом природа композитных стержней не имеет существенного значения. Это одинаково справедливо для композитной арматуры из стекловолокна, базальтового или углеродного волокна.

В среднем прочность соединения не опускается ниже 3-10 МПа, что вполне достаточно для долговременной, устойчивой взаимной фиксации композитных арматурных стержней не зависимо от их природы.

Соединяемые в узлах композитные арматурные стержни могут иметь различный размер и форму. Поперечный размер стержня (или диаметр в случае цилиндрического стержня) сказывается только на размере зоны соединения, необходимой для создания прочного соединения, который определяется предварительно, опытным путем.

Выраженная тиксотропия смеси цемента с водой на первых этапах ее формирования позволяет решить проблему формирования самих узлов композитной сетки более простым, чем в прототипе способом. Суть его заключается в следующем. Смесь, полученная после добавления к быстротвердеющему цементу воды и кратковременного перемешивания, дозируется поршневым дозатором или другим подобным устройством в точку пересечения стержней композитной арматуры. Поскольку смесь обладает тиксотропией, дозируемый объем сохраняет форму и размеры, приобретенные при выходе из дозирующего устройства, переходя в текучее состояние только при механическом воздействии на нее.

Арматурные стержни механически вдавливаются в тиксотропную массу, которая после прекращения механического воздействия стремится принять исходную форму. В результате последующего твердения композитные арматурные стержни прочно фиксируются внутри сформировавшегося цементного камня.

Практическая реализация изобретения позволяет более простым, чем в прототипе, способом осуществить производство композитной арматурной сетки в условиях специализированного предприятия. При этом удается решить проблему прочности узлов соединения и термостабильности готовой сетки, поскольку по этому параметру узлы сетки приближаются к бетону.

Представленный ниже пример подробно иллюстрирует техническую сущность изобретения.

Пример 1

Готовят смесь, содержащую по массе 50% воды и 50% быстротвердеющего цемента, содержащего 65% трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината, а также 2,5% (в пересчете на SO₃) гипса, с удельной поверхностью 4000 см²/г.

Смесь перемешивают в течение 30 сек. до получения однородной тиксотропной массы.

Полученную массу с помощью поршневого дозатора, имеющего цилиндрическое выходное отверстие диаметром 4 мм, экструдируют в виде цилиндра высотой 6 мм на поверхность полипропиленового листа, обладающего низкой адгезией к бетону.

Операцию повторяют многократно, образуя систему цилиндрических зон, расположенных в определенном порядке - 5 зон в каждом из 5 рядов. Расстояние между зонами в ряду и между рядами составляет 50 мм.

Композитные арматурные стержни диаметром 2 мм, изготовленные из базальтового волокна и эпоксидного связующего, укладывают во взаимно перпендикулярных направлениях так, чтобы точки пересечения стержней находились в центре цилиндрических зон, механически вдавливают их в тело цилиндров и выдерживают до твердения.

В результате получают сетку из композитных арматурных стержней с размером ячейки 50×50 мм, фиксированных в узлах быстротвердеющим цементом.

Прочность узла сетки на сжатие составляет 8 МПа, термостабильность - не менее 200°C.