PL 70 347 Y1 2 Opis wzoru Przedmiotem wzoru uzytkowego jest element zbrojenia rozproszonego betonu, przeznaczony w szczególnosci do wzmacniania wytrzymalosci fibrobetonu. Beton jest materialem stosunkowo kruchym, którego struktura przy nadmiernym naprezeniu czy odksztalceniu ulega rozpadowi. Koniecznosc naprawy uszkodzonych nawierzchni lub innych elemen- tów betonowych juz same w sobie niosa duze koszty, a przy tym powoduja inne utrudnienia w dzialal- nosci firmy, jakie wiaza sie z kazdym remontem. Stad tak wazne jest kazde dzialanie w kierunku polep- szenia jakosci nawierzchni betonowej lub innych elementów betonowych, a co za tym idzie przedluzenie ich zywotnosci. Elementy betonowe z dodatkiem wlókien zbrojeniowych sa coraz czesciej wykorzystywane w budownictwie komunikacyjnym i pokrewnych technologiach. Stosowane sa miedzy innymi w na- wierzchniach drogowych, scianach oporowych, plytach lotnisk, przy stabilizacji zboczy, posadzkach przemyslowych, palach wbijanych, tunelowych konstrukcjach torkretowych. Zastosowania te opisane sa miedzy innymi w publikacjach: E.N.B. Pereira, J.A.O. Barros, A. Camões: Steel-Fiber-Reinforced Self-Compacting Concrete: Experimental Research and Numerical Simulation. Journal of Structural En- gineering 134:8 (2008) 1310–1321; V.M.C.F. Cunha, J.A.O. Barros, J.M. Sena Cruz: Tensile behavior of steel fiber reinforced self-compacting concrete. SP-274-4 Fiber Reinforced Self-Consolidating Con- crete: Research and Applications, ACI Committees 544 and 237:51–68; J. Cai, H. Jiang, Y. Zhu, D. Wang: Mechanical properties of fiber reinforced selfcompacting concrete. Optoelectronics and ad- vanced materials -rapid communications 4:7 (2010) 1013–1016; C.I. Goodier. Development of self-com- pacting concrete. Proceedings of the ICE – Structures and Buildings 56:4 (2003) 405–414; J. Katzer, J. Domski: Quality and mechanical properties of engineered steel fibres used as reinforcement for con- crete, Construction and Building Materials 34 (2012) 243–248; J. Golaszewski: Influence of cement properties on new generation superplasticizers performance, Construction and Building Materials 35 (2012) 586–596; T. Ponikiewski: Reologiczne i mechaniczne wlasciwosci betonów samozageszczal- nych z wlóknami stalowymi, Cement Wapno Beton 17:5 (2012) 301–309; A.M. Glinicki: Trwalosc betonu w nawierzchniach drogowych, IBDiM Warszawa, 2011. Najnowsze kompozyty fibrobetonowe, wykonane na bazie mieszanki samozageszczalnej, czesto charakteryzujace sie bardzo duza zawartoscia wlókien (nawet do 15% udzialu objetosciowego), znaj- duja coraz szersze zastosowanie, w tym coraz czesciej stosuje sie je jako podstawowy material kon- strukcyjny w budownictwie zamiast zwyklego betonu [K. Holschemacher, T. Mueller, Y. Ribakov: Effect of steel fibers on mechanical properties of high-sterngth concrete. Materials and Design 31 (2010) 2604–2615; D.V. Soulioti, N.M. Barkoula, A. Paipetis, T.E. Matikas: Effects of Fiber Geometry and Vo- lume Fraction on the Flexural Behaviour of Steel-Fibre Reinforced Concrete. An International Journal for Experimental Mechanics 47 (2011) 535–541; M. Di Prisco, G. Plizzari, L. Vandewalle: Fiber reinfor- ced concrete: new design perspectives, Materials and Structures 42 (2009) 1261–1281; G. Giaccio, J.M. Tobes, R. Zerbino: Use of small beams to obtain design parameters of fibre reinforced concrete. Cement & Concrete Composites 30:4 (2008) 297–306; R. Hameed, A. Turatsinze, F. Duprat, A. Sellier: Study on the flexural properties of metallic-hybrid-fibre-reinforced concrete. Maejo Internatio- nal Journal of Science and Technology 4:02 (2010) 169–184; D.J. Kim, S.H. Park, G.S. Ryu, K.T. Koh: Comparative flexural behavior of Hybrid Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete with diffe- rent macro fibers. Construction and Building Materials 25 (2011) 4144–4155; N. Banthia, M. Sappakittipakom: Toughness enhancement in steel fiber reinforced concrete throuugh fiber hybridi- zation, Cement and Concrete Research 37 (2007) 1366–1372; M.C. Nataraja, N. Dhang, A.P. Gupta: Toughness characterization of steel fiberreinforced concrete by JSCE approach. Cement and Concrete Research 30:4 (2000) 593–597]. Nowoczesne techniki, takie jak konstrukcje stalowo-fibrobetonowe, betony zbrojone matami z wlókien stalowych czy zbrojenie hybrydowe konstrukcji betonowych, stwarzaja bardzo szerokie moz- liwosci stosowania zwyklych i samozageszczalnych fibrobetonów, przy wykazywanych problemach technologicznych. W ostatnich latach pojawila sie nowa technologia zbrojenia betonu poprzez wprowadzanie do niego, w czasie robienia wylewki, odpowiednio wyprofilowanych elementów z cienkiego stalowego drutu. W technologii tej kluczowe jest odpowiednie dobranie profilu/ksztaltu pojedynczego stalowego elementu oraz ilosci takich elementów w stosunku do okreslonej objetosci betonu, w taki sposób by parametry te wplynely na podniesienie wytrzymalosci na pekanie fibrobetonu. PL 70 347 Y1 3 Przykladem odpowiednio wyprofilowanych elementów z cienkiego stalowego drutu stosowanych, zwlaszcza jako zbrojenie trwalej nawierzchni betonowej jest rozwiazanie znane z oferty firmy Urban- -Metal sp. z o.o. [http://urban-metal.pl/?wloknastalowe.html]. Rozwiazanie to (przedstawione na rysunku dotyczacym wczesniejszego stanu techniki) stanowi odcinek drutu stalowego, w którym z kazdej strony wykonane jest symetrycznie podwójne zagiecie, tworzace w widoku z boku wyprofilowanie o ksztalcie otwartego trapezu bez dluzszej podstawy. Tego rodzaju wlókna stalowe przeznaczone sa glównie do stosowania jako zbrojenie rozproszone posadzek przemyslowych. Celem niniejszego wzoru uzytkowego bylo opracowanie takiej konstrukcji elementów zbrojenia rozproszonego betonu, wykonanych z cienkiego stalowego drutu, która – po ich wprowadzeniu do plyn- nej masy betonowej – umozliwi pod wplywem ruchu masy betonowej ich laczenie sie (zahaczanie) kon- cami i tworzenie dlugich struktur wytrzymalosciowych, co jest bardzo istotne, bowiem w duzym stopniu podnosi wytrzymalosc na pekanie fibrobetonu. Znane do tej pory podobne elementy zbrojeniowe o in- nym ksztalcie nie wykazywaly tej wyjatkowej wlasciwosci. Istote wzoru uzytkowego stanowi element zbrojenia rozproszonego betonu, który stanowi odci- nek drutu stalowego, korzystnie o okraglym przekroju poprzecznym, w którym z kazdej strony wyko- nane jest symetrycznie podwójne zagiecie przypominajace rozciagnieta litere Z, które w widoku z boku tworza wyprofilowanie o ksztalcie otwartego trapezu bez dluzszej podstawy, w którym odcinek srodkowy drutu stanowiacy krótsza podstawe otwartego trapezu jest wyprofilowany na ksztalt przy- pominajacy sinusoide. Korzystnie, element zbrojenia rozproszonego ma dlugosc L = 55 mm. Korzystnie, element zbrojenia rozproszonego wykonany jest z drutu o srednicy Ø = 0,65 mm. Korzystnie, element zbrojenia rozproszonego ma wysokosc h = 4 mm. Przedmiot wzoru uzytkowego zostal przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ele- ment zbrojenia rozproszonego betonu w widoku z boku bez wymiarowania, natomiast fig. 2 – element zbrojenia rozproszonego betonu w widoku z boku w korzystnym wariancie wymiarowym. Przykladowy element zbrojenia rozproszonego betonu ma postac odcinka cienkiego drutu o okraglym przekroju poprzecznym i srednicy Ø = 0,65 mm, w którym z kazdej strony wykonane jest symetrycznie podwójne zagiecie przypominajace rozciagnieta litere Z 2, tworzace w widoku z boku wy- profilowanie o ksztalcie otwartego trapezu bez dluzszej podstawy, w którym odcinek srodkowy 1 drutu stanowiacy krótsza podstawe otwartego trapezu jest wyprofilowany na ksztalt sinusoidalny, przy czym dlugosc elementu wynosi L = 55 mm, wysokosc h = 4 mm. Dobór odpowiedniej liczby „fal", to jest okre- sów sinusoidy wyprofilowania odcinka srodkowego 1 oraz poszczególnych wymiarów zapewniaja opty- malne kotwienie elementów zbrojenia w matrycy betonowej. Parametry elementu zbrojeniowego wedlug niniejszego przykladu zostaly okreslone w tabeli 1. Dzieki zastapieniu tradycyjnego zbrojenia betonu w postaci siatki z pretów stalowych zmniejsza sie pracochlonnosc inwestycji, co niesie okreslone oszczednosci na materiale i robociznie. Wyniki ba- dan materialów, w których zastosowano wlókna stalowe jako domieszki do betonów wykazaly, ze wla- sciwe zastosowanie wlókien stalowych prowadzi do obnizenia bezposrednich kosztów inwestycji oraz kosztów w tzw. rachunku ciagnionym, to jest uwzgledniajacym trwalosc konstrukcji oraz ograniczenie prac konserwatorskich i naprawczych. Duza zaleta jest mozliwosc stosowania wszystkich konwencjo- nalnych metod dostarczania mieszanek betonowych na miejsca budowy. Wlókna stalowe mozna mie- szac z masa betonowa zarówno w zakladach betoniarskich jak i w betonowozach na miejscu budowy, co pozwala na bardziej elastyczne planowanie robót wplywajac pozytywnie na koszty inwestycji. Beton zbrojony elementami zbrojeniowymi wedlug wzoru uzytkowego moze byc wylewany w cienszych war- stwach niz beton zbrojony tradycyjnie, co sprawia, ze jest to znakomity material do naprawy uszkodzo- nych posadzek i innych nawierzchni. Do podstawowych zalet betonu zbrojonego elementami stanowiacymi przedmiot niniejszego wzoru uzytkowego naleza: ? zwiekszenie parametrów wytrzymalosciowych betonu, w tym zwiekszona odpornosc na udary i obciazenia dynamiczne, duza odpornosc na obciazenia statyczne, wyzsza odpornosc na scieranie, luszczenie i pekanie, wysoka odpornosc na nagle zmiany temperatury ? eliminacja rys i pekniec na powierzchni posadzki wykonanej z betonu z elementem zbrojenia ? obnizenie kosztów produkcji przez zwiekszenie wydajnosci robót oraz oszczednosci na mate- riale ? skrócenie czasu inwestycji ? zwiekszona zywotnosc konstrukcji betonowych. PL 70 347 Y1 4 Równiez w porównaniu do przywolanego wczesniej rozwiazania (zaznaczonego na rysunku do- tyczacym znanego stanu techniki) rozwiazanie wedlug niniejszego wzoru uzytkowego posiada lepsze wlasciwosci. W wyniku analizy wyników otrzymanych po przeprowadzeniu badan wytrzymalosci na roz- ciaganie przy zginaniu i wytrzymalosci równowaznej na rozciaganie przy zginaniu belek fibrobetono- wych z wprowadzonym zróznicowanym (25, 35, 45 kg/m 3 ) dodatkiem wlókien stalowych znanych oraz falisto-haczykowatych wlókien wedlug niniejszego wzoru (wlókna o zblizonych parametrach geome- trycznych ale innym ksztalcie), mozna stwierdzic: ? badania wykazaly poprawe parametrów mechanicznych betonu (wytrzymalosc na sciskanie) wieksza o okolo 5% przy zastosowaniu w betonie wlókien wedlug wzoru, ? badania wykazaly poprawe parametrów mechanicznych betonu (wytrzymalosci na rozciaga- nie przy zginaniu) wieksza o okolo 15,5% przy zastosowaniu w betonie wlókien wedlug wzoru, ? badania wykazaly poprawe parametrów mechanicznych betonu (równowazna wytrzymalosc na zginanie) wieksza o okolo 48% przy zastosowaniu w betonie wlókien wedlug wzoru, ? dodatkowe badania wykazaly poprawe parametrów mechanicznych betonu (wytrzymalosci resztkowej na zginanie) wieksza o okolo 26% (dla fR,1), 22% (dla fR,2), 27% (dla fR,3), 51% (dla fR,4), przy zastosowaniu w betonie wlókien wedlug wzoru. Na podstawie badan rozmieszczenia wlókien w matrycy betonowej metoda TK, stwierdzono: ? nastepuje dobre przestrzenne rozmieszczenie wlókien wedlug wzoru w betonie niezaleznie od stopnia ich rozpatrywanego dozowania, ? nie stwierdzono wystepowania tzw, „jezy" (wspólnego blokowania sie wlókien wedlug wzoru ze soba). Rozwiazanie wedlug wzoru uzytkowego moze znalezc zastosowanie w takich dziedzinach prze- myslu jak: ? budownictwo przemyslowe o posadzki przemyslowe i nawierzchnie silnie obciazone o fundamenty pod maszyny o elementy pali fundamentowych ? budownictwo komunikacyjne o nawierzchnie lotniskowe i drogowe o mosty o obudowy tuneli o nawierzchnie parkingów ? budownictwo hydrotechniczne o elementy konstrukcji narazone na obciazenia dynamiczne o elementy nabrzezy portowych ? budownictwo specjalne (skarbce, sejfy, sciany oslonowe, zastosowania militarne, pojemniki na szkodliwe odpady) ? budownictwo ogólne, prefabrykaty betonowe, segmenty obudowy tuneli, kregi studni ? naprawy i remonty budynków i konstrukcji (drogowych, mostowych, wodnych). PL PL