RS65842B1 - Armaturna šipka i način njene izrade - Google Patents

Description

Opis

Tehnička oblast primene pronalaska

[0001] Ovaj pronalazak odnosi se na element armature koji je namenjen za upotrebu u kombinaciji sa konstrukcijama koje se izlivaju, kao što su betonske konstrukcije.

[0002] Tačnije, ovaj pronalazak odnosi se na armaturne šipke za betonske konstrukcije, kao i na metod za proizvodnju takvih šipki, koje se sastoje od velikog broja kontinuiranih, paralelnih vlakana, blago zategnutih u cilju zajedničke funkcije, pri čemu je poželјno da budu napravljene od bazalta, uglјenika, staklenih vlakana ili sličnih materijala i ugrađene u stvrdnutu odnegovanu matricu, pri čemu je poželјno da šipke budu prosečne dužine od 20 mm do 200 mm i prosečnog prečnika od 0,3 mm do 3 mm, pri čemu svaka šipka treba da bude napravlјena od najmanje jednog snopa vlakana koji se sastoji od nekoliko paralelnih. Takođe, poželјno je da vlakna budu ravna i da imaju poprečni presek cilindričnog ili ovalnog oblika, pri čemu šipke treba da imaju površinski oblik i/ili teksturu pogodnu u pogledu svojstva vezivanja.

Informacije o patentu

[0003] Obični beton je jak na pritisak, ali je veoma slab u pogledu zatezanja, što dovodi do pucanja i pri malom zatezanju. Stoga je ustalјena praksa da se betonu tokom mešanja sastojaka, dodaju vlakna male dužine. Tokom mešanja, dolazi do siperzije vlakana u betonu u svim pravcima i na nasumičan način, čime se postiže efekat pojačanja u svim pravcima unutar odnegovanog, očvrslog betona. Dodavanje vlakana menja način pucanja sa makro pucanja na mikro pucanje. Modifikovanjem mehanizma pucanja, makro-pukotine postaju mikro-pukotine. Time se smanjuje i širina pukotina, a povećava se krajnje zatezno naprezanje betona. Ovakvu distribuciju, odnosno preraspodelu naprezanja, omogućava mehanička veza između ugrađenih vlakana i matrice veziva. Isto tako, mogućnost modifikacije režima pucanja ima merlјive prednosti, a dolazi i do smanjenja mikro-pukotina što dovodi do smanjene propustlјivosti i povećane površinske otpornosti na abraziju, otpornosti na udar i čvrstoće na zamor. Ova vrsta betona poznata je kao beton armiran vlaknima (vlaknasto armirani beton).

[0004] Upotreba polimera ojačanog vlaknima otpornog na koroziju (FRP) takođe je bila predložena za saobraćajne konstrukcije, posebno one koje su izložene solima za odleđivanje, i/ili koje se nalaze u visoko korozivnom okruženju. U proizvodnji armaturnih šipki za takve primene betona, obično se koriste staklena, uglјenična i aramidna vlakna.

[0005] Najnovija dostignuća u tehnologiji proizvodnje vlakana, omogućavaju izradu polimernih šipki za ojačanje bazaltnim vlaknima (BFRP), koje se izrađuju od bazaltnih vlakana (pri čemu se ova vlakna prave od bazaltnih stena). Bazaltna vlakna imaju dobar raspon termičkih svojstava, visoku zateznu čvrstoću, otpornost na kiseline, dobra elektro-magnetna svojstva, inertnu prirodu, otpornost na koroziju, zračenje i UV svetlost, kao i otpornost na vibracije i udarno opterećenje. BFRP proizvodi su dostupni u različitim oblicima, kao što su ravne šipke, petlјe, dvodimenzionalne mreže i spirale.

[0006] Ostale oblasti upotrebe vlakana za armiranje konstrukcija su betonski slojevi ili obloge koje se koriste na zidovima tunela, bilo za sprečavanje pada kamena ili kao sredstvo za sprečavanje požara. Takav beton se torkretuje (odnosno, vrši se gunitovanje) na površinu i obično se označava kao gunit ili mlazni (torkret) beton, a koristi se i u formi prefabrikovanih betonskih ploča ili prefabrikovanih (montažnih) betonskih elemenata.

[0007] Vlakna su korišćena u cilju sprečavanja efekata puzanja betona tokom faza očvršćavanja, odnosno kako bi se sprečilo stvaranje sitnih ili većih pukotina tokom faze očvršćavanja. Jedna vrsta korišćenih vlakana su čelična vlakna čija je dužina oko 2-5 cm i prečnik od približno 1 mm. Da bi se obezbedilo dovolјno vezivanje sa betonom, krajevi takvih vlakana su ravni, čime se dobijaju produžene glave. Svrha pomenutog ojačanja čeličnim vlaknima jeste prevencija pucanja tokom faze očvršćavanja zelenog betona.

[0008] Takođe, prethodno je predloženo da se umesto čeličnih vlakana ili kao dodatak čeličnim vlaknima koriste ojačanja vlaknima napravlјena od velikog broja paralelnih staklenih, aramidnih ili uglјeničnih vlakana koja treba ugraditi u očvrslu matricu.

[0009] GB 2 175364 A odnosi se na armaturni element u obliku dugih, ravnih, izduženih kontinuiranih ili armaturnih šipki, koje imaju najmanje jednu izbočinu na površini formiranu putem omotavanja materijala poput užeta na obodnu površinu sintetičkog jezgra ojačanog vlaknima. Ovaj materijal sličan užetu formira se uvijanjem neprekidnih snopova vlakana u rasponu od tri zavoja na deset cm do petnaest zavoja na deset cm. Snopovi vlakana sastoje se od stakla ili ugljenika ili bora ili metala ili prirodnih ili sintetičkih vlakana.

[0010] KR 2006/0009486, JP 8091913 i VO 2008/128314 opisuju armaturne šipke za beton koje se sastoje od više neprekidnih, paralelnih vlakana ugrađenih u matricu, koja imaju uzdužne nizove raspoređene duž šipke oko spiralnog namotaja pre faze očvršćavanja.

[0011] US 5,182,064 opisuje metodu za proizvodnju dugačke, izdužene plastične šipke ojačane vlaknima i sa rebrima na površini. Ovaj postupak vrši se impregnacijom materijala za ojačavanje (koji ima neprekidne snopove dugih vlakana) sa neočvrslom tečnom smolom. Element za formiranje rebra posebno se priprema impregnacijom materijala za ojačanje snopa vlakana sa neočvrslom tečnom smolom. Plastična šipka ojačana vlaknima formira se spiralnim nanošenjem elementa za formiranje rebra i zajedno očvršćavanjem dva člana u integralno telo.

[0012] JP 4224154 opisuje armaturni element za beton sa visokim stepenom čvrstoće prianjanja i zatezne čvrstoće, što se postiže namotavanjem debelih i finih niti oko materijala jezgra, koje se sastoji od vlakana za ojačanje i termoreaktivne smole i koji se stvrdnjava dok formira robustan sloj premaza pomoću termoreaktivne smole.

[0013] JP 07-49552 i JP 2002-154853 opisuju način na koji može da se pobolјša armaturna čvrstoća cementa putem formiranja prstenastih izbočina ili splјoštenih krajeva na izduženim snopovima vlakana, ugrađenih u materijal visokog stepena lepljivosti, rezanjem na kratke snopove vlakana raspoređenih u jednom smeru i ugrađenih u matricu smole.

[0014] JP 1207552 opisuje rešenje prema kojem se termoplastična smola ojačava snopovima armaturnih vlakana orijentisanih u jednom smeru, pri čemu se primenjuje proces savijanja. U slučajevima kada se primenjuje proces savijanja, namotava se predivo koje se sastoji od istog vlakna kao i navedeno armaturno vlakno, pri čemu se na njega stavlјa prah koji se sastoji od silicijum karbida, aluminijum oksida, nerđajućeg čelika itd., sa bogatim svojstvom vezivanja za beton na periferiji šipke, kako bi se povećala snaga pričvršćivanja armaturnog elementa za beton.

[0015] CN 2740607 prikazuje strukturu ojačanih vlakana za beton. Vlakno je visoko polimerno vlakno hrapave površine. Oblik poprečnog preseka armirane vlaknaste strukture može da bude šestolisni ili petolisni. Oblik profila može da bude talasast ili da ima formu zuba testere. Prečnik vlakna je između 0,5 mm i 1,0 mm. Dužina vlakna je između 40 mm i 75 mm. Struktura vlakana ima visok stepen zatezne čvrstoće, nizak modul elastičnosti, jaku otpornost na kiselost i alkalnost i malu specifična težina. Vlakno se koristi za kontrolu pukotina u betonu tokom faze očvršćavanja.

[0016] CN 201236420 daje prikaz rebrastog materijala koji može da se koristi u građevinarstvu umesto čeličnih armaturnih šipki. Rebrasti materijal od kompozitnih vlakana je savitlјiva cilindrična šipka formirana leplјenjem i spajanjem više snopova jezgra sa bazaltnim vlaknima sa smolom, koja oblaže ovaj snop. Šipke su dugačke jedinice slične veličine kao konvencionalne čelične armaturne šipke i imaju spiralne žlebove.

[0017] EP 2087987 daje prikaz metode i uređaja za uvođenje dužih čeličnih vlakana u beton pomoću uređaja postavlјenog na ili blizu mlaznice za beton, gde se vlakna seku i ubacuju u beton koji teče kroz cev, direktno u mešalicu za beton.

[0018] JP2007070204 i JP 2008037680 opisuju snop karbonskih vlakana u obliku naslaganog prediva od dva ili više snopova uglјeničnih vlakana. Snop karbonskih vlakana ima učestalost uvrtanja od 50-120 po metru i dužinu od 5-50 mm. Površina snopa od uglјeničnih vlakana ima talasasti interval od 3-25 mm. Ravni snop karbonskih vlakana uvija se i obrađuje uz odnos širine/deblјine od 20 ili više. Poprečni presek žice je 0,15-3 mm.

[0019] WO 98/10159 opisuje kontinualna ili diskontinualna vlakna i šipke sa geometrijom koja je optimizovana za korišćenje u postupku armiranja cementa, a čiji je poprečni presek poligonalan. Geometrijske forme su projektovane tako da povećaju odnos površine raspoložive za vezu između vlakna i matrice i površine poprečnog preseka vlakna.

[0020] US 2001/0051266 i US 2004/0018358 opisuju vlakna koja su mikromehanički deformisana tako da su vlakna splјoštena i imaju površinske deformacije u cilju bolјeg kontakta sa materijalom matrice, pri čemu materijal matrice, između ostalog, može da bude beton. Poželjno je da vlakna imaju dužinu od 5-100 mm i prosečnu širinu od 0,5-8 mm, pri čemu su napravlјena od jednog ili više sintetičkih polimera ili metala, kao što je čelik.

[0021] WO 02/06607 opisuje vlakna koja se koriste u betonskim mešavinama, pri čemu su vlakna ravna ili splјoštena i imaju prvi i drugi suprotni ravan ili splјošten kraj koji su uvrnuti van faze i koji tu definišu između srednjeg izduženog, spiralnog vlakna telo. Vlakna imaju prosečnu dužinu od oko 5-100 mm i prosečnu širinu od 0,25-8,0 mm i prosečnu deblјinu od 0.00-3,0 mm. Vlakna su napravlјena od polipropilena ili polietilena.

[0022] US 5 725 954 opisuje izduženu armaturnu šipku od termoplastičnog kompozita ojačanog vlaknima, koji na površini ima naizmenične izbočine i udubine koje definišu poprečni presek žlebova. Izbočine i udublјenja se protežu spiralno duž uzdužne ose kompozita i spiralni korak zavojnice može pogodno da se kreće od oko 1,5 do 8 inča (38,1 do 20,32 cm), a izduženi kompozit može imati prečnik od 0,125 do 8 inča (0,31 do 30,32 cm).

[0023] Takođe, daje se i referenca na WO 2003/025305, koji pripada podnosiocu, pri čemu je publikacija uklјučena u referencu kako u pogledu metode proizvodnje, tako i u pogledu konfiguracije i izgradnje izduženih kompozitnih armaturnih šipki.

[0024] Ustanovljena je potreba za pobolјšanom vrstom armature koja je na jednostavan način pogodna za popravku konvencionalnih pukotina u betonskim konstrukcijama ojačanim konvencionalnom čeličnom armaturom, tako da se izložena čelična armatura može zapečatiti i pored toga obnoviti uz eventualno obezbeđenje dodatnog integriteta napukle betonske konstrukcije u sturukturalnom pogledu.

[0025] Postoji i dodatna potreba za obezbeđenjem armature za betonske konstrukcije (bez složene ili konvencionalne armature koja se postavlјa na licu mesta), koja se postavlja na osnovu armature na manje ili više nasumično postavlјenu armaturu unutar zelenog betona, čime se smanjuje zahtev za konvencionalnom armaturom ili barem za nekim njenim delom.

[0026] isto tako, postoji potreba za efikasnom i unapređenom metodom za proizvodnju šipki od kratkih vlakana, kao i za pobolјšanjem efekta vezivanja između okolnog betona i kratkih šipki.

[0027] Povrh toga, postoji potreba za kratkom armaturom koja doprinosi čvrstoći betona i u fazama nakon potpunog očvršćavanja betona.

[0028] Isto tako, treba uzeti u obzir i potrebu za pouzdanom armaturom kojoj nije potrebno održavanje na mestima na kojima je pristup za ugradnju armature šipke ograničen ili u slučaju upotrebe u postupcima kod kojih automatizovana mašina ograničava mogućnost korišćenja ravne armature ili montažnih armaturnih kaveza koji se postavljaju na samoj lokaciji, uklјučujući i strukture kao što su ploče, cevi, kanali za odvodnjavanje, trotoar, morska sidra, itd.

[0029] U većini gore navedenih dokumenata, korišćena plastična vlakna biraju se iz grupe sa specifičnom težinom koja doprinosi ukupnoj specifičnoj težini vlakana, tj. vlakna i matrice zajedno i koja je manja od 1, čime kratke šipke dobijaju svojstvo plutanja prema gornjoj površini tokom postupka sipanja. Povrh toga, plastična vlakna izrađena prema prethodnim standardima imaju tendenciju da apsorbuju vodu, čime izazivaju dehidrataciju u fazi izlivanja u kojoj postoji potreba za viškom vode kako bi se postiglo pravilno očvršćavanje betona.

[0030] Prilikom izlivanja betona, plastična vlakna izrađena u skladu sa prethodnim standardima imaju tendenciju da plutaju prema površini kada napuštaju žleb. Isto tako, konvencionalna čelična vlakna imaju tendenciju da se nagomilaju tokom mešanja i izlivanja, što dovodi do začeplјenja, a takođe se teško mešaju zbog svojstva upijanja vode, što negativno utiče na proces dehidracije i očvršćavanja betona koji se izliva. Ovi negativni efekti smanjuju opseg zapreminskih frakcija čelika i plastičnih vlakana. Prednost bazalt MiniBars™ prema ovom pronalasku jeste gustina i činjenica da ne apsorbuju vodu, što omogućava mešanje u rasponu do 10% zapreminskog udela VF, što bi inače bilo nemoguće korišćenjem konvencionalnih vlakana.

Sažeti prikaz osnovnih ciljeva pronalaska

[0031] Glavni cilј ovog pronalaska jeste povećanje zatezne čvrstoće betona ojačanog vlaknima i to do 15 MPa u čvrstoći na savijanje, uz korišćenje metode ispitivanja ASTM, kao i rezidualne zatezne čvrstoće. Isto tako, cilj je i da transformiše režim loma pri pritisku u plastični umesto krtog loma, uz poželјno smanjenje zapreminskog loma na ispod 10, čime se uspostavlјa veoma efikasno ojačanje.

[0032] Takođe, cilј ovog pronalaska je da obezbedi da armirani beton MiniBar™ stekne visok stepen otpornosti na savijanje i sposobnost apsorpcije energije nakon pucanja. MiniBar™ se sastoji od kratkih armaturnih šipki od bazalta, uglјeničnih ili staklenih vlakana, formiranih od većeg broja ili uglavnom paralelnih vlakana ugrađenih u odgovarajuću matricu koja sadrži spiralu namotanu oko ugrađenih vlakana. Time se formiraju spiralno raspoređena udublјenja koja se protežu po obodu duž šipke koja ima dužinu u rasponu od 20 do 200 mm i prečnik u rasponu od 0,3 mm do 3 mm i eventualno hrapavu površinu kao što je dalјe navedeno u tekstu MiniBar™.

[0033] Drugi cilј ovog pronalaska jeste da obezbedi armaturu koja je aktivna i tokom faze očvršćavanja, kao inherentna kontrola pukotina tokom životnog veka betonske konstrukcije i koja ima svojstva nosivosti i distribucije i nakon završenog očvršćavanja, čime se unapređuje strukturni integritet betonskih konstrukcija.

[0034] Još jedan cilј ovog pronalaska jeste da obezbedi armaturni element koji smanjuje obim pripremnih radova na oštećenim betonskim konstrukcijama, kako bi se popravila oštećenja na konstrukcijama.

[0035] Isto tako, jedan od cilјeva ovog pronalaska jeste da obezbedi metod za proizvodnju armature sa šipkama sa pobolјšanim kvalitetima vezivanja i opštim svojstvima kada se koristi u betonu.

[0036] Još jedan cilј pronalaska je da obezbedi sistem ojačanja koji može da se koristi i u betonskim konstrukcijama kao što su morski zidovi, kod kojih bi unapređena čvrstoća betona pri zatezanju eliminisala potrebu za lakim ili srednje lakim čelikom ili drugim tipom armature.

[0037] Takođe, ovaj pronalazak ima za cilj i da obezbedi FRP armaturu koja se sastoji od kratkih šipki bez negativnog efekta na postupak očvršćavanja betona, dok istovremeno povećava efekat i mehanizam vezivanja sa okolnim betonom.

[0038] Treba uzeti u obzir i da će čelična vlakna zbog nedostatka otpornosti na koroziju postepeno gubiti snagu ojačanja. Stoga je još jedan cilј ovog pronalaska da obezbedi vlakna koja su otporna na alkalije.

[0039] Isto tako, cilj je i da se obezbedi takvo ojačanje MiniBar™, koje omogućava nasumično postavlјanje u mešavinu i na koje ne utiče upotreba vibratora za vibriranje zelenog betona.

[0040] Dodatni cilј ovog pronalaska je da obezbedi armaturu koja je pogodna za ojačavanje konstrukcija kojima je inače teško pristupiti, kao što su duboki temelјi u iskopu, temelјni šipovi ili zidovi dijafragme.

[0041] Cilj pronalaska je i da obezbedi takvu MiniBar™ armaturu, na čiji položaj nema uticaja kada zeleni beton vibrira zbog gustine.

[0042] Takođe, cilј pronalaska je i da obezbedi sistem za ojačanje kod kojeg efekat ojačanja vlakana i konvencionalne armature u obliku šipki ili petlјi deluju zajedno preko cele površine poprečnog preseka betonske konstrukcije, a takođe sprečavaju formiranje pukotina na betonu i/ili lomove površine nakon potpunog očvršćavanja betona. U tom slučaju, armatura vlaknima i armatura u obliku šipki, petlјi ili prednapregnuta armatura funkcionišu kao integrisana armatura.

[0043] Isto tako, cilј ovog pronalaska je i da obezbedi takav sistem armature koji smanjuje potrebnu cenu rada i održava izvodlјiv nivo obradivosti zelenog betona.

[0044] Još jedan cilј ovog pronalaska je da obezbedi elemente za ojačanje koji su konfigurisani tako, da u slučajevima kada je betonska konstrukcija (ojačana armaturnim elementima u skladu sa ovim pronalaskom) izložena opterećenjima i silama, lom može da nastane usled gubitka spone između armaturinih elementa, a ne lomlјenjem MiniBar™, što dozvolјava betonu da se uruši ili pukne, ali ne i samom MiniBar™, čime se betonskoj konstrukciji daje čvrstoća nakon pucanja koja je povezana sa dobrom čvrstoćom vezivanja.

[0045] Još jedan cilј ovog pronalaska je da obezbedi bolji kvalitet kratkih šipki koje se ne začeplјuju tokom mešanja sa zelenim betonom i koje ne tonu i ne plutaju u mešavini zelenog betona tokom mešanja ili izlivanja.

[0046] Cilјevi se postižu upotrebom kratkog ojačanja Mini-Bar™, kao što je definisano u zasebnim navodima. Moguća realizacija opisana je zasebno u navodima na navedenu temu.

[0047] Još jedan cilј ovog pronalaska je da obezbedi takvo ojačanje MiniBbar™ kod kojeg su prečnik i čvrstoća veze, kao ključnih svojstava za dobijanje čvrstoće, kombinovani na takav način da zahtevana čvrstoća na savijanje i zaostala zatezna čvrstoća prelazi 15 MPa.

[0048] Mini-Bars™ takođe imaju za cilј da eliminišu potrebu za polimerima za ojačanje čeličnim ili bazaltnim vlaknima u nekim primenama, kao što je armatura za kontrolu smicanja.

[0049] Gore navedeni cilјevi postižu se pomoću armaturne šipke i metode za korišćenje i proizvodnju takvih šipki na način koji je definisan u zasebnim navodima. Opcione realizacije pronalaska definisane su u tematskim navodima.

[0050] Prema ovom pronalasku, šipka za armaturu betonskih konstrukcija sadrži veliki broj neprekidnih, paralelnih vlakana, za koje je poželјno da budu izrađena od bazalta ili sličnih materijala, a koja se ugrađuju u očvrsnu matricu. Poželјno je da šipke imaju prosečnu dužinu u rasponu od 20 mm do 200 mm i prosečni prečnik u rasponu od 0,3 mm do 3 mm, a svaka šipka može da bude napravlјena od najmanje jednog snopa vlakana koji se sastoji od nekoliko paralelnih, poželјno ravnih vlakana cilindričnog poprečnog preseka. Takođe, poželjno je da poprečni presek bude manje ili više kružnog ili ovalnog oblika. Minimum deo površine svake šipke može da bude deformisan pre ili tokom faze očvršćavanja matrice pomoću:

a) jedne ili više niti od elastičnog ili neelastičnog, ali svakako zategnutog materijala, koje su spiralno namotane oko najmanje jednog snopa paralelnih, ravnih vlakana pre očvršćavanja matrice u koju su vlakna ugrađena, pri čemu vlakna treba održavati u paralelnom položaju tokom očvršćavanje. Takođe, potrebno je obezbediti da neravne spolјne površine sa uzdužno raspoređenim spiralnim udublјenjima ostanu u uzdužnom pravcu na površini snopa(snopova) vlakana u armaturnoj šipki, i/ili

b) potrebno je da šipke imaju površinski oblik i/ili teksturu koja doprinosi dobrom vezivanju sa betonom, čime se dobija hrapava površina.

[0051] Prema jednom aspektu pronalaska, dve ili više žica mogu da budu spiralno namotane u suprotnom smeru oko snopa(ova) vlakana koja su ugrađena u matricu.

[0052] Takođe, poželjno je da mini šipke budu napravlјene od bazaltnih vlakana, uglјenika, stakla ili sličnog materijala.

[0053] Treba imati na umu da je dužina nagiba spirale u rasponu od 10 mm do 22 mm, a poželјno je da bude oko 17 mm kako bi se uskladila sa kvalitetom betona i veličinom agregata, dok je poželјno da ugao spirale u odnosu na središnju liniju vlakana bude u rasponu od 4 do 8 stepeni, dok ugao paralelnih vlakana u odnosu na pomenutu središnju liniju vlakna treba da bude između 2 i 5 stepeni.

[0054] Pronalazak obuhvata i postupak za proizvodnju armaturnih šipki. Svaka šipka može da sadrži veliki broj kontinualnih, paralelnih vlakana, poželјno napravlјenih od bazaltnih vlakana, ili sličnih materijala koji se ugrađuju u očvrsnu matricu, pri čemu je poželјno da šipke imaju dužinu u rasponu od 20 mm do 200 mm i prečnik u rasponu od 0,3 mm do 3 mm. Ove šipke mogu da budu napravlјene od najmanje jednog snopa vlakana, koji su pre ili tokom procesa očvršćavanja dobili takvu površinsku teksturu koja doprinosi dobrom vezivanju sa betonom. Takva površinska tekstura dobija se spiralnim namotavanjem jedne ili više niti od elastičnog materijala oko najmanje jednog snopa paralelnih ravnih vlakana.

[0055] U skladu sa jednom opcijom realizacije, najmanje jedna spiralna nit se namotana pre očvršćavanja matrice, čime se vlakna drže u paralelnom položaju tokom očvršćavanja i obezbeđuju neravnu spolјašnju površinu u uzdužnom pravcu armaturnih šipki. Mogu se koristiti dve ili više takvih niti koje mogu, na primer, da budu namotane spiralno u suprotnom smeru.

[0056] Zavojni korak namotaja može da bude pod uglom u rasponu od 4 do 8 stepeni, u odnosu na središnju liniju izdužene mini šipke.

[0057] Takva vlakna mogu nasumično da se mešaju sa zelenim betonom i da se koriste za popravke napuklog betona, kao i za obezbeđivanje rezidualne čvrstoće i čvrstoće na savijanje u očvrslim betonskim konstrukcijama, čime se obnavlјa ili pobolјšava strukturni integritet betonske konstrukcije.

[0058] Prema jednom aspektu pronalaska, šipka za ojačanje se sastoji od velikog broja kontinuiranih, paralelnih vlakana, poželјno napravlјenih od bazalta, ugrađenih u očvrsnu matricu, pri čemu je takođe poželјno da šipke imaju prosečnu dužinu u rasponu od 20 mm do 200 mm, a da budu prosečnog prečnika u rasponu od 0,3 mm do 3 mm. Svaka šipka može da bude napravlјena od najmanje jednog snopa vlakana koji se sastoji od niza paralelnih, poželјno ravnih vlakana manje ili više cilindričnog ili ovalnog poprečnog preseka uz površinski oblik i/ili teksturu koja doprinosi dobrom vezivanju sa betonom.

[0059] Najmanje jedan deo površine svake šipke treba da se deformiše pre ili tokom faze očvršćavanja matrice pomoću:

a) jedne ili više niti izrađenih od materijala za žice, koje treba da budu spiralno namotane oko navedenog najmanje jednog snopa paralelnih, ravnih vlakana pre očvršćavanja matrice u koju su vlakna ugrađena, pri čemu vlakna treba držati u paralelnom položaju tokom očvršćavanja i obezbediti neravnomernu spolјnu površinu u uzdužnom pravcu šipki, i/ili

b) najmanje jednog deformisanog preseka i/ili eventualno najmanje jednog kraja svake armaturne šipke, čime se stvara hrapava površina. Alternativno, takve deformacije mogu da budu bilo koje deformacije ili udublјenja ili oblici koji sprečavaju ili barem bitno ograničavaju izvlačenje šipki.

[0060] Takođe, treba imati na umu da će tanje bazaltno vlakno koje se koristi kao spirala oko glavne šipke od bazaltnih vlakana povećati snagu MiniBar™.

[0061] U skladu sa dalјom realizacijom, jedna, dve ili više niti mogu da budu spiralno namotane u suprotnom smeru, pri čemu jedna ili više niti stvaraju udublјenja koja su prema ovom pronalasku neophodna.

[0062] Pronalazak podrazumeva da se pomenuta spiralno raspoređena udublјenja dobijaju spiralnim uvrtanjem niti ili jedinice vlakana oko snopa impregniranih, manje ili više neočvrsnutih vlakana, primenom veće napetosti u pomenutom navoju nego u snopu, čime se obezbeđuje uvrtanje u snopu i/ili spiralno raspoređeno udublјenje koje se proteže duž cele dužine snopa i/ili kratkih preseka u zavisnosti od slučaja.

[0063] Alternativno ili dodatno, spolјašnja površina šipke može da bude opremlјena najmanje jednim uvećanim ili splјoštenim delom ili delom sa promenlјivim prečnikom, pri čemu se takva površina obezbeđuje pre faze očvršćavanja, čime se dobija bolјe vezivanje sa betonom.

[0064] Svaka šipka može da ima i deformisan srednji deo ili krajeve, što povećava površinu kontaktne površine šipke.

[0065] U poželјnom postupku za proizvodnju armaturnih šipki, kako je na dalje definisano, gore navedena površinska tekstura dobija se spiralnim namotavanjem jedne ili više niti od elastičnog ili neelastičnog materijala oko najmanje jednog snopa paralelnih vlakana, pri čemu su vlakna takođe ravna. Poželjno je da najmanje jedna spiralna nit može da se namota oko vlakana i matrice pre njenog očvršćavanja, uz održavanje vlakna u paralelnom položaju tokom očvršćavanja i uz obezbeđivanje neravne spolјašnje površine u obliku spiralno proširenih udublјenja u uzdužnom pravcu armaturne šipke. Alternativno, dve ili više niti mogu da budu spiralno namotane oko vlakana i matrice u suprotnim smerovima, pri čemu je napetost u takvoj ili više žica veća od napetosti koja se koristi za povlačenje snopa duž proizvodne linije ka fazi negovanja i očvršćavanja betona.

[0066] Spolјna površina šipke može da bude opremlјena i najmanje jednim uvećanim ili splјoštenim delom ili može da ima promenlјiv prečnik, pri čemu se takav uvećani ili splјošteni deo formira pre faze očvršćavanja, čime se obezbeđuje bolјe vezivanje sa betonom.

[0067] Šipke u ovom pronalasku mogu da se mešaju sa zelenim betonom i da se koriste za popravke napuklog betona, uz obezbeđivanje rezidualne čvrstoće i povećane čvrstoće na savijanje u očvrslim betonskim konstrukcijama, čime se obnavlјa ili pobolјšava strukturalni integritet betonske konstrukcije.

[0068] Moguća druga područja upotrebe su betonski podovi u zgradama, bilo montažni ili betonirani na lokaciji; betonske ploče mogu da se učine tanjim i lakšim zbog efekata jačanja

1

bazaltnih Mini-Bars™, itd. Druga oblast upotrebe je beton za proizvodnju obujmica ili utega koji drže cevovode na morskom dnu.

[0069] Drugi tip upotrebe MiniBars™ prema ovom pronalasku može da bude, na primer, ali ne isklјučivo, veoma pogodan za strukture koje su izložene tečnostima, a posebno vodi koja ima pH ispod sedam ili vodi koja sadrži so. Takve strukture mogu, na primer, da budu konstrukcije za odbranu od mora ili delovi pristaništa/zidova pristaništa koji se nalaze u vodi ili su izloženi vodenoj liniji; takođe, takve strukture mogu da budu i stubovi za mostove, betonske barže ili slično. Armatura se takođe može koristiti na građevinama na zemlјištu na kojem je otežan pristup ugradnji konvencionalne armature. Takođe, može da se primenjuje i na dubokim temelјima u iskopima ili za zid dijafragme, šipove i slično.

[0070] Treba napomenuti da se bazaltna armatura MiniBar™ može dodavati zelenom betonu tokom mešanja, u slučajevima kada se beton transportuje kamionom do lokacije. Alternativno, MiniBar™ armatura se može isporučiti u suvom betonu za trotoar i drenažne propuste, itd.

[0071] Materijal koji se koristi za dobijanje spiralnog uzorka šipki može da bude, na primer, elastična ili neelastična nit. Kao alternativa, mogu da se koriste i niti od bazaltnih vlakana, budući da takva spirala takođe može da doprinese i jačini i krutosti MiniBars™.

[0072] Isto tako, treba imati na umu da MiniBars™ mogu da budu obložene i slojem nasumično raspoređenih čestica materijala kao što su pesak, staklo ili slični tipovi tvrdih materijala.

[0073] Prema ovom pronalasku, Mini-Bars™ se ravnomerno i uz nasumičnu orijentaciju mešaju u zeleni beton. MiniBars™ imaju sličnu gustinu kao i beton, iako ne sasvim istu. Shodno tome, MiniBars™ ne lebde niti tonu u zeleni beton i na njih ne utiče vibracija betona, tj. ne migriraju na vrh ili na dno zelenog betona prilikom vibriranja betona.

[0074] Smatra se da ponašanje MiniBars™ u betonu zavisi i od svojstava betona i od distribucije MiniBars™ u betonu. Svojstva betona mogu da budu važna, jer su šipke kratke u poređenju sa njihovim prečnikom, čime ne razvijaju potpuno sidrenje u betonu. Prema tome, sile koje se mogu mobilisati u šipkama u velikoj meri zavise od čvrstoće betona i rezultirajućeg napona vezivanja između betona i šipki. Distribucija MiniBar™ u betonu je važna, jer se u mešavini koristi relativno mali broj šipki u poređenju sa konvencionalnim vlaknima. Ovaj relativno mali broj šipki znači da bi manje varijacije u distribuciji kroz mešavinu mogle da imaju značajan uticaj na snagu.

[0075] Osim toga, veličina agregata koji se koristi u betonskoj mešavini može da utiče na čvrstoću betonske strukture. Manja veličina agregata pomešana sa MiniBars™ prema ovom pronalasku, uticala je na kvalitet distribucije šipki čime je pobolјšala čvrstoću betona.

[0076] Prema ovom pronalasku, spirala oko pravog snopa vlakana takoše može da bude od koristi. Više ili manje nasumično postavlјeni MiniBars™ delovaće kao smičuće veze u betonskoj strukturi, čime premošćavaju i pobolјšavaju čvrstoću betona na smicanje. MiniBars™ prema ovom pronalasku takođe može da bude dodatak konvencionalnom ojačanju, bilo konvencionalnim uzdužnim savijanjem čelika ili šipkama ili kavezima od bazaltnih ili karbonskih vlakana, pri čemu MiniBars™ funkcionišu u najmanju ruku kao armatura koja kontroliše smicanje tako što se, na primer, smanjuje potrebno vreme fiksiranja armature.

[0077] Jedinstvena prednost koja se stiče korišćenjem MiniBars™ prema ovom pronalasku, jeste da su ispitivanja pokazala da su relevantni zahtevi za rezidualnu čvrstoću, na osnovu testova ASTM C1609 (kao što je navedeno u ACI 318-08 za beton ojačan čeličnim vlaknima) za korišćenje MiniBars™ prema predmetnom pronalasku kao armature za kontrolu smicanja u armiranobetonskim pločama i gredama. Takva vrsta vlakana daju strukturalna vlakna bez korozije, koja su takođe otporna na alkalije.

[0078] Armaturne šipke sa bazaltnim vlaknima prema ovom pronalasku imaju sledeće mehanizme vezivanja:

- Na makro skali, kontrolisani korak bazaltnog vlakna i spiralne niti nalaze se u rasponu od 10 do 22 mm. Vezivanje se odvija između agregata betona, pri čemu agregat ima nepravilan oblik koji će kačenjem ili stvaranjem trenja ostvariti mehaničku vezu sa udublјenjima na površini mini šipke i sa drugim okolnim agregatima u betonu, obezbeđujući pravilno vezivanje. Pored toga, sitne čestice peska i čestice cementa koje se nalaze između većih agregata, takođe će doprineti ovom efektu vezivanja. Ako je dužina nagiba mini šipki prema ovom pronalasku, tj. rastojanje ili dužina jednog zavoja tanke spiralne žice, prevelika i/ili prava, odnosno veoma velika, MiniBars™ će biti izvučeni, a ukoliko su navedeno rastojanje ili dužina premali, mini-šipke će razbiti i/ili zgnječiti fine čestice oko susednog cementa, pri čemu su takve čestice uglavnom fine usled smanjenja zapremine udublјenja po dužini šipke.

- Na mikro skali, površine diskretnih bazaltnih vlakana će biti hrapave zbog sitnih uzdužnih udublјenja formiranih između paralelnih vlakana u snopu, čime se stvara efekat vezivanja između finih čestica u betonu, što omogućava i obezbeđuje snažan efekat mikrovezivanja između sitnog agregata i finoće u betonu i MiniBar™.

[0079] Jedna od karakteristika RFT procesa jeste mogućnost da uskladi dužinu nagiba spirale (videti sliku 3) kako bi se uklopila najveća veličina agregata tako da se MiniBar™ i agregat mogu međusobno povezati na najefikasniji način, tj. tako da odgovara manjim mešavinama agregata.

[0080] Hemijska veza betona sa tankim slojem matrice i krajnjim nitima bazaltnog vlakna, takođe će doprineti efektu vezivanja između vlakana i okolnog betona.

[0081] Gore navedene veze su direktno povezane sa ravnim bazaltnim vlaknima sa malim uvijanjem, obloženim i spojenim matricom. Veza se ne oslanja na dodavanje čestica peska za koje se pokazalo da skidaju slojeve šipke obložene vinil esterom. Isto tako, veza se ne oslanja na povezivanje sa spolјašnjim dodanim i "zaleplјenim" prstenom od sekundarnog materijala, kao što je to bio slučaj u prethodnim standardima. MiniBar™ veza ide u pravcu vlakana, a i vlakna i udublјenja napravlјena spiralno uvijenom tankom niti omogućavaju dobru mehaničku vezu između armaturne šipke i okolnog betona po celoj dužini MiniBar™.

[0082] Kako bi se obezbedila hrapava površina MiniBars™ prema ovom pronalasku, treba uzeti u obzir težinski faktor vlakana u odnosu na faktor težine matrice, za koji je poželјno da bude u rasponu od 65 do 85 i u redosledu od 70 do 77, a najpoželјnije oko 75. Ako je faktor težine korišćene matrice previsok, tada će fina udublјenja između vlakana na površini Minibar™ biti ispunjena matricom, čime se smanjuje doprinos agregata/finih čestica vezivanju mikro skale i izaziva lako skidanje matrice poput svlačenja "creva". Ako je zapremina matrice premala, tada će doprinos smicanja koji obezbeđuje vezivanje između vlakana na površini i agregata i/ili finoće u betonu biti smanjen.

[0083] Takođe, najpoželјniji ugao α spirale u odnosu na središnju liniju MiniBar™ prema sadašnjem pronalasku, trebalo bi da bude u rasponu od 4 do 8 stepeni, dok bi ugao x paralelnih vlakana u odnosu na središnju linijua MiniBar™ trebalo da bude reda veličine od 2 do 5 stepeni. Minibar™ se može proizvesti u skladu sa sadržajem US 7,396,496, koji je ovde naveden.

[0084] Testovi su dokazali da se vlakna prema predmetnom pronalasku dobro mešaju i da ostaju nasumično raspoređena u mešavini bez obzira na brzinu okretanja rotacionog bubnja kamiona za transport betona. Isto tako, vlakna ostaju nasumično i ravnomerno raspoređena po mešanoj zapremini i tokom sipanja.

[0085] Povrh toga, treba uzeti u obzir da su i prečnik i snaga veze od ključnog značaja za obezbeđivanje potrebne čvrstoće armature od mini vlakana.

[0086] Dok se rešenja iz prethodnog standarda oslanjaju na čvrstoću na smicanje epoksida koji se koristi kao matrica, šipke od vlakana prema ovom pronalasku oslanjaju se na čvrstoću na smicanje između peska i agregata u betonu sa jedne strane i dobijenog vezivanja sa površinom mini bara.

[0087] Opseg prečnika je važan, budući da skuplјanje u betonu takođe deluje kao stezni mehanizam koji je jači na većim prečnicima. Testiranje je pokazalo da pri skupljanju betona, efikasnost stezanja izmerena kao veza u ispitivanju savijanja raste, dok se veza merena prosečnom preostalom čvrstoćom smanjuje. Implikacije su da se za različite nivoe čvrstoće, u skladu sa zahtevima tokom projektovanja betonskih konstrukcija, mogu odrediti različiti prečnici kako bi se obezbedio želјeni ili zahtevani nivo čvrstoće.

[0088] U poređenju sa dimenzijama MiniBars™, agregat može da ima bilo koju normalnu veličinu koja se obično koristi u betonu.

1

Kratak opis crteža

[0089] Realizacija pronalaska će u daljem tekstu biti opisana sa dodatnim detalјima, pozivajući se na prateće crteže, gde:

Slika 1 daje šematski prikaz prve realizacije MiniBar™ prema pronalasku, koji ukazuje na nepropustljivost vazduha;

Slika 2 daje šematski prikaz na drugu varijantu MiniBar™ prema pronalasku i prikazuje namotaje sa većom dužinom navojnih koraka;

Slika 3 prikazuje šematski prikaz i u uvećanoj razmeri deo jedne opcije za realizaciju MiniBar™ prema pronalasku, ukazujući na različite uglove od značaja;

Slika 4 daje šematski prikaz u uvećanoj razmeri vertikalnog preseka u aksijalnom smeru jedne od opcija za realizaciju MiniBar™ prema pronalasku, označavajući pravac brojnih paralelnih vlakana i ukazuje na interakciju između agregata i finoće betona sa jedne i površine i udublјenja površine MiniBar™ vlakana sa druge strane;

Slika 5 prikazuje šematski prikaz u uvećanoj razmeri poprečnog preseka MiniBar™ prema dato primeni, sa naznakom za udublјenja i hrapave površine;

Slika 6 je grafikon koji prikazuje zateznu čvrstoću pri savijanju izmerenu u MPa betona suve mešavine za različite doze vlakana po zapremini;

Slika 7 prikazuje prosečnu preostalu čvrstoću izmerenu u MPa za suvu mešavinu različitih doza vlakana po zapremini;

Na slici 8 prikazana je zatezna čvrstoća na savijanje, izmerena u MPa, normalnog betona sa maksimalnom veličinom agregata od 20 mm, za različite doze vlakana po zapremini;

Slika 9 prikazuje zateznu čvrstoću na savijanje betona visoke čvrstoće sa agregatom maksimalne veličine od 20 mm, za različite doze vlakana po zapremini;

Slika 10 prikazuje prosečnu rezidualnu čvrstoću betona sa agregatom maksimalne veličine 20 mm i podatke sa rezultatima ispitivanja koji su prikazani u tabeli 1, tabeli 2 i tabeli 3, pri čemu su u tabeli 1 prikazani rezultati ispitivanja za generaciju 1 i 2 suve mešavine betona;

Tabela 2 prikazuje rezultate ispitivanja za običan beton sa agregatom od maksimum 20 mm, pri čemu je % doziranja promenlјiv; i Tabela 3 prikazuje rezultate ispitivanja betona visoke čvrstoće sa maksimalno 20 mm agregata za tri različite doze vlakana.

Detalјan opis crteža

[0090] Slika 1 daje šematski prikaz prve opcije za realizaciju MiniBar™ 10 prema pronalasku. MiniBar™ 10 se sastoji od velikog broja paralelnih vlakana 11 od bazalta, staklenih vlakana ili uglјenika, ugrađenih u očvrsnu matricu konvencionalnog tipa koja je otporna na alkalne uticaje. Takva matrica može na primer da bude termoplast, vinil ester (VE) ili epoksid. Elastična ili neelastična nit 12 se neprekidno namotava oko izduženih umetnutih vlakana, pri čemu se održava napetost u niti 12, tako da se delimično deformiše obodna površina šipke 10, stvarajući izdužena spiralno raspoređena udublјenja 14. Poželjno je da se ova operacija namotavanja izvodi istovremeno sa ili malo nakon procesa ugradnje izduženih vlakana 11 u matricu, ali pre završne faze očvršćavanja, čime se obezbeđuje potrebna deformacija obodne površine šipki 10. Takođe, MiniBar™ 10 može da se izradi i u obliku izdužene žice ili šipke u kontinualnom postupku, pri čemu se neprekidna šipka seče na dužine koje treba da budu u rasponu od 20 mm do 200 mm, dok prečnik ili deblјina šipki može da bude u rasponu od 0,3 mm do 3 mm. Zavojnica može da bude napravlјena od elastične ili neelastične žice, na primer od bazalta, koja, kada je zategnuta na kontrolisan način, može da kreira želјenu deformaciju površine u obliku udublјenja. Isto tako, spolјašnja površina MiniBar™ može da ima teksturu poput dlake, koja se sastoji od niza finih dlačica ili krajeva vlakana koji se pružaju od MiniBar™ u nasumičnom pravcu. Ovo se može postići uvrtanjem velikog broja paralelnih bazaltnih vlakana ugrađenih u neočvrsnutu matricu, poželјno u vidu jednog snopa, oko finog spiralnog oblika, čime se pravi fini konac transformiše u spiralni oko snopa vlakana. Tokom procesa uspostavlјanja spirale, zatezanje se kontroliše u odnosu na napetost u snopu bazaltnih vlakana. Realizacija prikazana na slici 1 predstavlja primarno sredstvo za pobolјšanje vezivanja sa okolnim betonom u vidu neujednačenog oblika Mini-Bar™, koji se formira od zategnute spirale 12. Razlika u napetosti se održava u šipki dok matrica dovolјno ne očvrsne. Sekundarni način je vezivanje za beton na mikroskopskom nivou sa hrapavom površinom koju stvaraju vlakna koja delimično vire iz matrice.

[0091] Slika 2 daje šematski pogled na drugu varijantu MiniBar™ 10 prema pronalasku. U skladu sa ovom opcijom realizacije, MiniBar™ 10 ima spiralu 12 kao što je prikazano na slici 1. Osim toga, dva kraja 13 su deformisana/splјoštena kako bi se povećala površina krajnjeg kontakta, čime se pobolјšavaju svojstva vezivanja i kapacitet otpornosti na smicanje. MiniBar™ 10 u odnosu na okolni beton. Iako je prikazan zavojni korak 12, trebalo imati u vidu da MiniBar™ 10 može da bude bez takvog zavojnog koraka 12, sa deformisanim ili splјoštenim krajevima koji obezbeđuju potreban kapacitet vezivanja i otpornosti na smicanje, Slika 3, koja daje šematski prikaz treće opcije za realizaciju MiniBar™ 10 prema pronalasku, gde je šipka deformisana na svakom kraju i bez zavojnog koraka 12.

[0092] Slika 3 daje šematski u uvećanoj proporciji jedne od opcija za realizaciju MiniBar™ prema pronalasku, ukazujući na različite uglove od značaja. Kao što je prikazano, šipka 10 se sastoji od velikog broja u suštini paralelnih vlakana 17, ugrađenih u odgovarajuću matricu, pri čemu je šipka 10 opremlјena spiralno namotanom niti 12, zategnutom tako da spiralna nit 12 formira izdužena spiralna udublјenja 14 duž šipke 10. Kao što je prikazano na slici, ugao α se koristi za definisanje ugla između središnje linije CL šipke 10 i projektovanog ugla spirale 12 u ravni lista. Poželјno je da takav ugao α bude u rasponu između 4 i 8 stepeni. Takođe, slika prikazuje ugao β između središnje linije CL šipke i uzdužnog pravca vlakana 17. Kao što je gore navedeno, ugao β treba da bude u rasponu između 2 i 5 stepeni. Optimum je ravnoteža napetosti između oba vlakna i zajednički ugao od 4 do 5 stepeni u odnosu na središnju liniju za oba vlakna. Treba uzeti u obzir da je slika 3 preuveličana i izobličena kako bi ukazala na

1

različite oblike koji izlaze iz zategnute spirale. Takođe, treba imait na umu da površina između spirale ima blago konveksnu spolјašnju zakrivljenost. Dužina L između dve uzastopne tačke uvlačenja u aksijalnom pravcu šipke definiše dužinu navojnog koraka spirale.

[0093] Slika 4 daje šematski prikaz u uvećanoj razmeri vertikalnog preseka u aksijalnom smeru jedne od opcija za realizaciju MiniBar™ 10 u skladu sa pronalaskom, ukazujući na pravac i putanju brojnih, u suštini paralelnih vlakana 17 i na interakciju između agregata 15 i finoće betona 15 sa jedne i površina i udublјenja 14 površine vlakana MiniBar™ sa druge strane. U cilju jasnijeg prikaza, dat je samo deo okolnog betona 15, pri čemu su vlakna 10 nasumično raspoređena u betonu.

[0094] Slika 5 daje šematski prikaz u uvećanoj proporciji poprečnog preseka MiniBar™ 10 u skladu sa datom primenom, pri čemu naznačuje udublјenja 14, spiralu 12 i hrapavu površinu šipke 10. Treba imati na umu da je hrapava površina uspostavlјena paralelnim vlaknima 17 i izduženim malim udublјenjima između susednih vlakana 17.

[0095] Generalno, opseg za dodavanje proizvoda koji služe za kontrolu pukotina je manji od 2%, dok je prema ovom pronalasku opseg dodate doze MiniBars™ u rasponu od 0,5% do 10%. Testovi su pokazali da korišćenje armiranog betona MiniBar™ u okviru gore navedenog opsega dodatih MiniBars™, nije pokazalo teškoće u mešanju betona. Nije bilo razlivanja, stvaranja grudvica ili segregacije u betonu, što pokazuje izvodljivost mešanja MiniBars™ u beton bez ikakvih poteškoća. Testovi su pokazali da je rukovanje takvim betonom bilo normalno, te da je beton ugrađen, konsolidovano i završen bez dodatnih mera predostrožnosti, čime se pokazuje da se dobra obradivost može postići zahvalјujući gustini MiniBars™.

[0096] Izvršena su ispitivanja u cilju potvrde i verifikacije pobolјšanih svojstava betona. Ispitivanja su pokazala da je prema ASTM C39ASTM C39 čvrstoća na pritisak cilindara ojačanih armiranim betonom MiniBar™ pokazala da duktilnost cilindara ostaje netaknuta i nakon loma, dok bi kod uobičajenih cilindara bez armature došlo do loma usled krtosti.

[0097] Slika 6 je grafikon koji prikazuje zateznu čvrstoću pri savijanju izmerenu u MPa betona suve mešavine za različite zapreminske doze vlakana. Grafikon prikazuje ispitivanje vlakana dve generacije u suvoj mešavini. Glavna razlika između dve generacije vlakana jeste prečnik vlakna i dužina nagiba spirale. U prvoj generaciji zapreminska doza vlakana bila je konstantna, odnosno 1,89 zapreminskih %, dok su u generaciji 2 doze vlakana bile 0,75 odnosno 1,5. Kao što je prikazano, rezidualna čvrstoća za generaciju 2 bila je veća od odgovarajućih rezultata za generaciju 1, uprkos smanjenju doze vlakana zbog efikasne upotrebe materijala i visoke zatezne čvrstoće bazalta.

[0098] Slika 7 prikazuje prosečnu rezidualnu čvrstoću izmerenu u MPa za suvu mešavinu betona uz primenu različitih zapreminskih doza vlakana. Niska prosečna rezidualna čvrstoća je rezultat manjeg broja MiniBars™ na datoj površini pukotine.

1

[0099] Slika 8 prikazuje zateznu čvrstoću na savijanje normalnog betona izmerenu u MPa sa maksimalnom veličinom agregata od 20 mm za različite doze vlakana po zapremini, koje variraju od 2 do 10 zapreminskih % i više ili manje linearno povećanje zatezne čvrstoće na savijanje za povećanje procenta zapremine.

[0100] Slika 9 prikazuje čvrstoću na savijanje betona visoke čvrstoće sa agregatom maksimalne veličine 20 mm za različite doze vlakana po zapremini, koja varira od 0,5 do 10,0, pri čemu se čvrstoća na savijanje od 17,04 MPa postiže kada se koristi doza od 10 zapreminskih %. Shodno tome, Slika 10 prikazuje prosečnu rezidualnu čvrstoću betona sa agregatom maksimalne veličine 20 mm, pri čemu se prosečna rezidualna čvrstoća od 15,24 kada se koristi doza vlakana od 10,0 zapremine.

[0101] Slike uklјučuju i rezultate ispitivanja, prikazane u tabeli 1, tabeli 2 i tabeli 3. Tabela 1 prikazuje rezultate ispitivanja za generaciju 1 i 2 suve mešavine betona; Tabela 2 prikazuje rezultate ispitivanja za normalan beton sa agregatom od maksimalno 20 mm, pri čemu je % doziranja promenlјiv; Tabela 3 prikazuje rezultate ispitivanja betona visoke čvrstoće sa agregatom od maksimalno 20 mm za tri različite doze vlakana.

[0102] Zatezna čvrstoća na savijanje (modul pucanja) testirana je prema ASTM C78 - 07 za MiniBars™ prema ovom pronalasku u zapreminskim procentima od 0,75% do 10% sa rezultatima u povećanju zatezne čvrstoće pri savijanju od 6 MPa do 17,05 MPa i u zavisnosti od zapreminskog udela koji se koristi preko nultog rezultata MiniBar™ od 5,2 MPa.

[0103] Prosečna rezidualna čvrstoća se povećala od nule za normalan nearmirani beton do 5,8 do 15,24 MPa, (474 psi do 1,355 psi), u zavisnosti od zapreminskog udela MiniBars™ koji se primenjuje. Ove vrednosti su znatno veće od onih koje se očekuju za običan beton slične čvrstoće. Sledeća korelacija između zatezne čvrstoće pri savijanju (fr), doze MiniBar™ zapremine (Vf) i (f'c) jeste čvrstoća betona na pritisak, određena korišćenjem standardnih testova za cilindre (sve jedinice su izražene u MPa):

[0104] Prosečne vrednosti rezidualne čvrstoće (ARS) dobijene za armirani beton MiniBar™ prema ovom pronalasku bile su mnogo veće od očekivanog, što sugeriše da je MiniBar™ značajno pomogao u poboljšanju performansi betona nakon pucanja u aktuelnom programu ispitivanja.

[0105] Prosečna rezidualna čvrstoća ARS = 1,95 Vf, gde je Vf doza MiniBar™ u zapreminskim procentima, a f'f čvrstoća betona na pritisak.

[0106] U cilju poboljšanja vezivanja MiniBars™ i betona u koji su ugrađeni MiniBars™, površina MiniBars™ može da bude formirana uz pomoć nasumično raspoređenih čestica materijala, kao što je na primer pesak. Takođe treba imati na umu da MiniBar™ može da bude opremlјen uzdužnim otvorom koji se proteže aksijalno kroz MiniBar™ čime se osigurava

1

povećanje površine vezivanja. Isto tako, treba uzeti u obzir da je MiniBar™ deblјi od uobičajenih čeličnih ili plastičnih vlakana koji se koriste i da je pogodan za veće sile kompresije, usled skuplјanja betona na većem prečniku.

[0107] Specifična težina čelika ρ je reda veličine 8 g/cm3, dok je specifična težina ρ za beton oko 2,3. Specifična težina armature MiniBar™ je u okvirima 1,9. Sledstveno, MiniBar™ ne tone niti lebdi prema površini betonske mešavine tokom izlivanja ili betoniranja, budući specifična težina bazaltnih vlakana u manjoj ili većoj meri odgovara agregatima koji se koriste u betonu.

[0108] Proces za proizvodnju MiniBars™ prema pronalasku obuhvata sledeće korake:

- Određeni broj neprekidnih bazaltnih vlakana se sklapa paralelno i ugrađuje u matricu vinil estera. Tokom ove faze, snop vlakana se povlači ka napred, pri čemu se tokom napona povlačenja formira pravo telo, dok je matrica još neočvrsnuta i mekana. Vlakna se iz kotura dostavljaju u komoru za vlaženje.

- Jedna ili više odvojenih žica su spiralno namotane oko pravog snopa ugrađenog u matricu, dok su snop i matrica još uvek relativno mekani, pri čemu su žice podvrgnute većoj napetosti od one koja je izazvana povlačenjem snopa vlakana ka napred. Zbog te veće napetosti, žice će formirati spiralno proširena udublјenja na površini snopova vlakana koja se ugrađuju u matricu.

- Nakon toga, snop ugrađen u matricu i jedna ili više spiralno namotanih, više ili manje ugrađenih žica ulaze u fazu očvršćavanja, u kojoj snop vlakana sa svojim spiralnim nizom/nizovima očvršćava.

[0109] Navedena veća napetosti u jednoj ili više žica, u poređenju sa zatezanjem koje vuče snop vlakana ka napred, takođe će uticati na pravi oblik snopa vlakana, dobijajući više ili manje spiralni oblik pre i tokom faze očvršćavanja.

- Izduženi snop vlakana se potom iseče na jedinice koje imaju potrebnu dužinu koja je navedena u gornjem tekstu, da bi se zatim pakovala u vreće pogodne za upotrebu.

[0110] Treba imati na umu da navojni korak koji se izrađuje na snopu vlakana, a samim tim i MiniBars™, zavisi od razlike u napetosti između zatezanja u jednoj ili više tankih žica tokom namotavanja i napetosti koja je primenjena za povlačenje snopa vlakana ka napred tokom procesa namotavanja. Što je veća napetost u jednoj ili više tankih žica u poređenju sa snopom vlakana, to je kraći navojni korak i dublјa spiralna udublјenja.

1

Claims (10)

Patentni zahtevi

1. Armaturna šipka (10) za betonske konstrukcije, koja sadrži:

- mnoštvo kontinuiranih, paralelnih vlakana (17), napravlјenih od bazaltna, zategnutih i ugrađenih u očvrsnu matricu, pri čemu svaka šipka (10) ima

- prosečnu dužinu u rasponu od 20 mm do 200 mm, i koja je

- prosečnog prečnika u rasponu od 0,3 mm do 3 mm, gde je najmanje jedan deo površine svake šipke deformisan pomoću:

- jedne ili više žica (12) od zategnutog materijala spiralno namotanih oko navedenog broja paralelnih vlakana (17), pri čemu se vlakna održavaju (17) u paralelnom položaju,

naznačena time što pomenuta žica (12) formira spiralno produžena udublјenja (14) na kontinualni način duž šipke (10), a površina šipke je spiralno postavlјena konveksna spolјna površina, pri čemu

- ugao α je ugao između spiralno namotane žice (12) i središnje linije

šipke (10) u rasponu od 4 do 8 stepeni,

- ugao β je ugao između središnje linije šipke i uzdužnog pravca

vlakana (17) i nalazi se u području između 2 i 5 stepeni,

- dužina navojnog koraka spiralno namotane žice (12) je u rasponu od 10 mm do 22 mm, i/ili

- šipka (10) ima hrapavu površinu i/ili teksturu koja doprinosi dobrom vezivanju sa betonom, pri čemu je faktor težine vlakana u odnosu na faktor težine matrice u rasponu od 65 do 85.

2. Armaturna šipka prema zahtevu 2, naznačena time što je dužina koraka spirale 17 mm.

3. Armaturna šipka prema jednom od zahteva 1-2, naznačena time što je poprečni presek vlakna (17) suštinski kružnog ili ovalnog oblika.

4. Armaturna šipka (10) prema jednom od zahteva 1-3, naznačena time što je faktor težine vlakana u odnosu na faktor težine matrice u rasponu od 70 do 77.

5. Postupak za proizvodnju armaturnih šipki (10) prema jednom od zahteva 1-4, pri čemu svaka šipka (10) sadrži snop od više neprekidnih, paralelnih vlakana (17) napravljenih od bazaltnih vlakana i gde svaka šipka ( 10) ima prosečnu dužinu u rasponu od 20 mm do 200 mm i prosečni prečnik u rasponu od 0,3 mm do 3 mm, pri čemu se metoda karakteriše sledećim koracima:

- sklapanje snopa od više neprekidnih, paralelnih vlakana (17), napravljenih od bazalta, ugljenika ili staklenih vlakana,

- zatezanje i ugrađivanje snopa u matricu vinil estera,

- povlačenjem snopa većeg broja kontinualnih, paralelnih vlakana (17) ka napred što podleže napetosti koju povlačenje izaziva, pri čemu se formira pravo telo,

- namotavanje jedne ili više žica (12) spiralno oko snopa više kontinualnih, paralelnih vlakana (17) sa zatezanjem koje je veće od zatezanja izazvanog povlačenjem napred - snopa većeg broja neprekidnih, paralelnih vlakana (17) pri čemu se formiraju spiralna udublјenja (14) na površini snopa više neprekidnih, paralelnih vlakana (17),

- očvršćavanje snopa većeg broja kontinualnih, paralelnih vlakana (17) sa jednom ili više žica (12).

6. Postupak u skladu sa zahtevom 5, naznačen time što postupak obuhvata i korak sečenja snopa paralelnih vlakana (17) namotanih sa jednom ili više žica (12) na dužine u rasponu od 20 mm do 200 mm.

7. Postupak prema jednom od zahteva 5 ili 6, naznačen time što se jedna ili više spiralnih žica (12) namotaju pre očvršćavanja matrice, uz držanje vlakana (17) u paralelnom položaju tokom očvršćavanja i neravnomerne spolјne površine u uzdužnom pravcu armaturnih šipki (10).

8. Postupak prema jednom od zahteva 5 ili 6, naznačen time što se najmanje jedna ili više niti (12) od zategnutog materijala spiralno namotaju oko najmanje jednog snopa vlakana tokom očvršćavanja matrice u kojoj su vlakna (17 ) ugrađena.

9. Postupak prema jednom od zahteva 6-8, naznačen time što se spiralni namotaj jedne ili više žica (12) namotava pod uglom α koji je u rasponu između 4 i 8 stepeni u odnosu na središnju liniju šipke (10).

10. Upotreba šipki od kratkih vlakana (10) kao što je definisano u jednom od zahteva 1-4 iznad, naznačena time što se šipke od vlakana (10) nasumično mešaju sa zelenim betonom i koriste za popravke napuklog betona, kao i za obezbeđivanje prosečne rezidualne čvrstoće i čvrstoće na savijanje u očvrslim betonskim konstrukcijama, čime se obnavlјa ili pobolјšava strukturni integritet betonske konstrukcije.