Высокомодульные отрезки проволоки для армирования бетонных строительных конструкций

ВЫСОКОМОДУЛЬНЫЕ ОТРЕЗКИ ПРОВОЛОКИ ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ БЕТОННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Веденеев Александр Владимирович, Игнатенко Олег Иванович, Андрианов Николай Викторович, Савенок Анатолий Николаевич, Демидов Александр Васильевич (BY)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: РЕСПУБЛИКАНСКОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "БЕЛОРУССКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД" (BY) Изобретение относится к области строительства, в частности к армирующим материалам для бетонных строительных конструкций. Задача, решаемая изобретением, состоит в создании армирующего материала для железобетонных строительных конструкций (фибры), представляющего собой высокомодульные плоские деформированные отрезки стальной проволоки. Технический результат, полученный при использовании изобретения, заключается в улучшении анкеровки отрезков проволоки в бетоне, повышении сопротивления разгибу деформированных участков фибры (высокомодульных отрезков проволоки) под действием растягивающих нагрузок в фибробетоне, повышении изгибной жесткости отрезков проволоки в области ребра и увеличении площади контакта отрезков проволоки с бетонной матрицей. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что высокомодульные отрезки проволоки для армирования бетонных строительных конструкций представляют собой плоские деформированные отрезки стальной проволоки различной конфигурации. По изобретению они имеют деформированные концы для обеспечения анкеровки, обладают высоким модулем упругости, равным 170000-270000 МПа, и повышенной изгибной жесткостью в области ребра. При этом отношение длины отрезка проволоки с деформированными концами к толщине плоской проволоки равно 30-70, а отношение ширины плоской проволоки к толщине равно 1,01-3,00. Для получения равномерной изгибной жесткости во всех плоскостях плоская проволока может быть скручена вокруг своей оси. Для улучшения анкеровки деформация проволоки может быть на краях, в середине отрезка проволоки, произведена в нескольких ее местах или не в одной плоскости. Проволока может не иметь защитного покрытия или может быть покрыта слоем латуни, бронзы, цинка, другим металлом или полимерной пленкой. 014171 Изобретение относится к области строительства, в частности к армирующим материалам для бетонных строительных конструкций. Известна фибра [1], изготовленная из стальной волоченой проволоки круглого сечения с двумя искривленными противоположными концами для хорошей анкерующей способности в бетоне. Недостатком фибры, описанной в патенте, является низкая прочность проволоки и, как следствие, низкая изгибная жесткость и недостаточное сопротивление разгибу изогнутых концов. В качестве прототипа приведена анкерная фибра [2], у которой оптимизированы параметры длины центральной части и амплитуда кривизны изогнутых концов для анкеровки в бетоне с целью получения максимальных разрывной прочности и упругости проволоки. При этом прочность проволоки составляет 900-1200 МПа, что соответствует низкому модулю упругости материала, а следовательно, и недостаточно высокому упругому сопротивлению разгибу загнутых концов при воздействии растягивающей нагрузки. Применение проволоки диаметром 0,4-0,8 мм не может обеспечить армируемый бетон достаточной изгибной жесткостью, что является одной из важнейших характеристик. Задача, решаемая изобретением, состоит в создании армирующего материала для железобетонных строительных конструкций (фибры), представляющего собой высокомодульные плоские деформированные отрезки стальной проволоки. Технический результат, полученный при использовании изобретения, заключается в улучшении анкеровки отрезков проволоки в бетоне, повышении сопротивления разгибу деформированных участков фибры (высокомодульных отрезков проволоки) под действием растягивающих нагрузок в фибробетоне,повышении изгибной жесткости отрезков проволоки в области ребра и увеличении площади контакта отрезков проволоки с бетонной матрицей. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что высокомодульные отрезки проволоки для армирования бетонных строительных конструкций представляют собой плоские деформированные отрезки стальной проволоки различной конфигурации. По изобретению они имеют деформированные концы для обеспечения анкеровки, обладают высоким модулем упругости, равным 170000-270000 МПа, и повышенной изгибной жесткостью в области ребра. При этом отношение длины отрезка проволоки с деформированными концами к толщине плоской проволоки равно 30-70, а отношение ширины плоской проволоки к толщине равно 1,01-3,00. Высокий модуль упругости по сравнению с модулем упругости низкоуглеродистой проволоки повышает сопротивление разгибу с деформированных участков фибры под действием растягивающих нагрузок в фибробетоне. Плоская форма проволоки обеспечивает повышенную изгибную жесткость в области ребра, увеличенную площадь контакта с бетонной матрицей. Для получения равномерной изгибной жесткости во всех плоскостях плоская проволока может быть скручена вокруг своей оси. Для улучшения анкеровки деформация проволоки может быть на краях, в середине отрезка проволоки, произведена в нескольких ее местах или не в одной плоскости. Проволока может не иметь защитного покрытия или может быть покрыта слоем латуни, бронзы,цинка, другим металлом или полимерной пленкой. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана остаточная деформация высокомодульных отрезков проволоки с разным модулем упругости. На фиг. 2 показано изменение изгибной жесткости фибробетона при различной ориентации фибры из плоской проволоки. На фиг. 3, 4, 6, 7 приведены различные варианты исполнения высокомодульных отрезков проволоки (фибры) из плоской проволоки. Плоская форма проволоки обеспечивает повышенную изгибную жесткость в области ребра и повышает площадь контакта с бетонной матрицей. На приведенном графике фиг. 1 показано, что при приложении растягивающей нагрузки возникает изгибное напряжение на деформированных частях фибры(изг). Здесь Т, Т', - пределы текучести высокомодульных отрезков проволоки с разным модулем упругости; изг - напряжение при разгибе анкерного конца высокомодульного отрезка проволоки (фибры) под растягивающей нагрузкой; Т; T' - удлинения в упругой области проволок с разным модулем упругости; ост - остаточная деформация после нагрузки в пластической области; Е, Е' - модули упругости разных материалов проволоки (Е'Е). При этом на высокомодульной фибре деформация происходит в гораздо меньшей степени и в упругой области, чем на низкомодульной из низкоуглеродистой стальной проволоки, у которой большее удлинение и при заданном изгибном напряжении происходит формоизменение анкерующей части фибры. Отсюда следует, что фибра из более высокомодульной проволоки обеспечивает лучшую работоспособность из-за большей близости ее характеристик к свойствам бетона. В поперечном сечении фибра имеет плоскую форму. При изготовлении фибры отношение длины отрезка проволоки с деформированными концами к толщине плоской проволоки равно 30-70, а отношение ширины плоской проволоки к толщине равно 1,01-3,00. По сравнению с фиброй из обычной проволоки одинаковой толщины плоская форма проволоки повышает площадь контакта с бетонной матрицей,-1 014171 что дополнительно закрепляет ее в бетоне. Хаотическая ориентация фибры в бетоне обеспечивает повышенную изгибную жесткость в области ребра до 75% (фиг. 2). При плоском расположении фибры значение изгибной жесткости будет выше проволоки с диаметром, соответствующим толщине плоской проволоки. Положение фибры из плоской проволоки в бетоне показано на графике фиг. 2. В качестве примера рассмотрим моменты сопротивления изгибу круглой проволоки диаметром d и плоской проволоки толщиной b=d и шириной h=l,01b и h=3h. Для круглой проволоки Для плоской проволоки при изгибе на ребре при изгибе на плоской части Как можно видеть из полученных значений, использование для армирования в бетоне фибры из плоской проволоки дает минимальное увеличение моментов сопротивления изгибу в 1,71 раз. Различные варианты исполнения фибры из плоской проволоки представляют собой: а) фибру (высокомодульные отрезки проволоки) с изогнутыми концами в одной плоскости (фиг. 3); б) фибру с деформированной средней частью (фиг. 4); в) скрученную фибру из плоской проволоки (фиг. 5); г) фибру с многократной деформацией в одной плоскости средней части (фиг. 6); д) фибру с деформацией средней части в разных плоскостях (фиг. 7). В качестве примера в табл. 1 приведены результаты измерения геометрических размеров фибры из плоской проволоки с деформированными концами для анкеровки в бетоне. Таблица 1 В табл. 2 приведены сравнительные результаты изгибной жесткости круглой и плоской проволок. Таблица 2 Плоская проволока, применяемая для изготовления фибры, может быть с покрытием из меди, латуни, бронзы или без покрытия. Источники информации 1. Raimondo Cinti. /Metal fiber for reinforcing concrete. /Патент US 5215830, ILM-IPS S.p.a. 2. N. Banthia, M. Krishnadev. Metal fiber with optimized geometry for reinforcing cement-based ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Высокомодульные отрезки проволоки для армирования бетонных строительных конструкций,представляющие собой деформированные отрезки стальной проволоки различной конфигурации, отличающиеся тем, что они имеют плоскую форму с деформированными концами, обладают высоким модулем упругости, равным 170000-270000 МПа, и повышенной изгибной жесткостью в области ребра, при этом отношение длины отрезка проволоки с деформированными концами к толщине плоской проволоки равно 30-70, а отношение ширины плоской проволоки к толщине равно 1,01-3,00. 2. Высокомодульные отрезки проволоки по п.1, отличающиеся тем, что плоская проволока скручена вокруг своей оси. 3. Высокомодульные отрезки проволоки по пп.1, 2, отличающиеся тем, что деформация проволоки имеется не только на краях. 4. Высокомодульные отрезки проволоки по п.3, отличающиеся тем, что деформация проволоки имеется только в середине отрезка проволоки. 5. Высокомодульные отрезки проволоки по п.4, отличающиеся тем, что деформация проволоки в середине отрезка проволоки произведена в нескольких местах. 6. Высокомодульные отрезки проволоки по п.3, отличающиеся тем, что деформация отрезка проволоки на концах осуществлена не в одной плоскости. 7. Высокомодульные отрезки проволоки по п.1, отличающиеся тем, что проволока не имеет защитного покрытия. 8. Высокомодульные отрезки проволоки по п.1, отличающиеся тем, что проволока покрыта слоем латуни, бронзы, цинка или другим металлом. 9. Высокомодульные отрезки проволоки по п.1, отличающиеся тем, что поверхность проволоки покрыта полимерной пленкой.