专利名称：配筋及其制造方法
技术领域：
本发明涉及矿物建筑材料，特别是混凝土用的配筋及其制造方法。
建筑构件，例如盖板或梁，必须承受压力、拉力和剪力。因此这样的建筑构件一般由钢筋混凝土或预应力混凝土制造。由混凝土承受压力，由钢承受拉力。迄今为止，混凝土加强和配筋所需的配筋或筋丝绝大部分用钢制造。钢在混凝土中的优点是它在化学方面与混凝土兼容。但是，其缺点是会因生锈而腐蚀。生锈时，混凝土将与配筋脱开，以致可能损坏和破坏。这就要求经常检查和修理钢筋混凝土构件。
为避免产生这个问题，有人建议，在钢筋上涂合成树脂，例如环氧树脂。但是已经发现，当合成树脂层受到损坏时在生锈部位会出现点状腐蚀，而且迅速发展。这种加涂层的钢筋的另一个缺点是混凝土与钢筋之间的附着力小。由于缺乏附着结合力，钢筋表面肋条处的形状结合很不够。
从这些情况出发考虑，本发明的任务是提出一种矿物建筑材料，特别是混凝土用的配筋，这种配筋便于制造、能可靠地锚定在建筑材料中，在运输中不会受损坏，而且便于安装。
为解决这一任务，提出了在权利要求1至15中所说明的特征组合。本发明的优选设计方案和改进方案在从属权利要求中加以说明。
本发明的一个主要设想是配筋由纤维加强的塑料条构成，该塑料条有一条长的中心筋心和几条相互保持螺距布置、长度超过筋心、截面为星形或十字形的筋肋，这些筋肋呈螺旋状绕筋心轴线连续扭绞。有利的是，这些筋肋突出筋心表面的筋肋宽度至少相当于筋心直径大小。由于筋肋呈螺旋状扭绞，从而使在混凝土中的配筋产生了形状结合的锚固。为能承受预计的拉力，至少有一部分加强纤维构成为纵纤维，这些纤维沿配筋连续布置，并在筋心区范围内轴向平行取向，在筋肋区范围内顺着筋肋的螺旋方向取向。在筋肋区构成为纵纤维的各条加强纤维必须与筋心轴线保持恒定距离。
为了能在施工现场可靠地用手抓住配筋，至少在筋肋区范围内的塑料条应再另外用横纤维或圆周纤维加强。横纤维的作用是在把配筋一层层叠放进行运输和搬运时，防止其筋肋之间的沟槽折弯或下塌。由于筋肋呈螺旋状扭绞，当配筋层层叠放时，配筋附着点间的距离很小，在加负荷时不用担心会出现变形。在交叉和横放配筋时，在安装好的情况下这一点也很重要。配筋内的纵纤维具有抗拉筋的功能，而横纤维则具有抗折弯筋的功能。本发明的优选方案规定，筋肋相互之间保持相同的螺距布置，并把筋肋以恒定的螺距扭绞。但是原则上把筋肋以变化的螺距沿筋扭绞也是可能的。筋肋相对于筋心轴线的螺旋角可在比较大范围内调整和优选。合适的是，螺旋角在15°和75°之间，最好在30°至50°之间。
纵纤维和横纤维构成纤维织物或纤维束。加强纤维最好选用碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、高强度聚乙烯纤维、玄武岩纤维、天然纤维或这些纤维的混合物。由于要求它们与混凝土具有化学兼融性，所以配筋表面附近的加强纤维应该选用碳纤维，而配筋内部深层也可采用价格便宜的玻璃纤维和诸如此类的纤维。
配筋的塑料基体可由热塑性聚合材料构成，最好由环氧树脂、聚酯树脂、乙烯树脂构成。为在制造过程中能较易改变配筋的形状，塑料基体采用热塑性塑料是有利的，最好采用聚酰胺(PA)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚苯撑硫(PPS)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚醚酰亚胺(PEI)、苯乙烯聚合物(ABS)、聚醚醚酮(PEEK)。
制造根据本发明设计的配筋的方法主要在于，把截面为星形或十字形的纤维加强配筋呈螺旋状扭绞或定尺剪切。
原则上可在拉伸法(拉拔)之后在拉伸生产过程中把纤维织物或纤维束埋入塑料条内。
在制造根据本发明设计的塑料筋材时，可先把纤维加强塑料预制成板状、带状或软管状的初始材料加工成最好是折成，截面为十字形或星形的配筋，最后作螺旋状扭绞并作硬化处理。当把含有作为粘结剂材料基体的热塑性塑料的板料、带料或软管材料通过加压和加热埋入纤维加强的配筋内。在对板状、带状或软管状初始材料进行纤维加强时至少采用两层不同的纤维材料，其中有利的是外层由碳纤维构成。
下面根据以简图示出的实施例进一步说明本发明。附图所示为
图1a和b以视图示出在作螺旋状扭绞前后截面为十字形的配筋；图2a至c以视图、部分为破开的视图示出了板状或带状初始材料(图2a)和软管状初始材料(图b)，这些材料用于制造截面为十字形并扭绞的配筋(图2c)。
在图中示出的配筋在混凝土构件中用作加强筋。
配筋10由塑料制成的纤维加强筋组成，它由一条中心长筋心12和几条超过筋心长度的、相互保持螺距布置的、截面为星形或十字形的筋肋14构成。初始产品，例如是图1a所示的筋体10′，为构成图1b所示的配筋，其筋肋14按相同的方向，相同的螺距呈螺旋状围绕筋心轴线16扭绞。一部分加强纤维设计为纵纤维18。最终产品如图1b所示，在核心范围，纵纤维18与筋心轴线16相平行，而在筋肋14范围，它们的肋相互平行，即顺筋肋14的螺旋方向布置定位。在筋肋范围内的各条纵纤维18通过其总长度对筋心轴线16保持恒定的距离。纵纤维18在配筋10内部的作用主要是承担拉力结构。通过筋肋14的扭绞，在混凝土内部产生稳定的形状结合，尽管配筋表面光滑，但是该结合足以防止配筋10可能从与周围的混凝土相结合的复合体中脱开。
在筋体内部，另一部分加强纤维20基本横向于纵纤维18布置。在筋肋14区内，这种纤维也这样布置。横纤维20构成抗折筋，它能承受作用在配筋10上的横向力，从而减少弯折危险。在图1b所示的实施例中，筋肋14相当于筋心轴线16的螺旋角约为30°至40°。因为这里总共设置了四根筋肋，所以在上下叠放配筋时，二个接触点之间产生足够短的支撑距离，这些接触点在受到负荷或发生弯曲时起相互抵制作用。
图2a至c以简图说明，可以用十字形截面，也可以用板状或带状的初始材料10″(图2a)或软管状的初始材料10(图2b)制造配筋。
制造板状或带状的初始材料10″有各种方法。在采用所谓的滚压卷边法时，把各条纤维、织物或纤维束先浸渍，再通过辊式压力机。这样加工后制成一条薄带，这种带对本发明的重要用途而言还太薄。因此必须把几条带上下叠码在一起，通过加热、熔化相互结合在一起。这里也可采用有不同的加强纤维层，如碳纤维或玻璃纤维构成的带。最后把采用上述方法预制的的带加热，折成十字形并呈螺旋形扭绞。这种制造方法的缺点是生产速度相对较慢。此外，只能采用高价的热塑性塑料，如粘结剂基体用的聚酰胺。
另一种制造板材的方法是把预制的织物和纤维束用粘结剂浸渍，通过双带压力机加工。织物或纤维束可组合采用不同的纤维，做得较厚一些，结果得到一条无端板料10″，这种材料在提高温度时能加工成例如所期望的十字形并可扭绞。这种方法与滚压卷边方法相比的区别在于预制的织物和纤维束都有足够的壁厚，以致不必用几条板材合并加工成一条多层系统。这里粘结剂可采用选自聚酰胺(PA)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚苯撑硫(PPS)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚醚酰亚胺(PEI)、苯乙烯聚合物(ABS)、聚醚醚酮(PEEK)中的热塑性塑料。在双带压力机上，首先对该材料加热，并在通过压力机长度的过程中慢慢冷却，最后从机器中出来的是已经过硬化处理的材料。这种方法的一个主要优点是生产速度高。另外，采用的纤维和粘结材料有变化性，使其成本得到优选。
同样，为制造如图2b所示的软管状初始材料也有不同的方法采用滚压卷边法制造(拉制筋)时，经过浸渍的无端纤维通过筋心轴线被拉成筋。这可分几步完成，每一步加工终了时也可进行一次横绕。在这种情况下得到的是具有纵横纤维的软管10，其纤维也可应用不同的材料，例如外层为碳纤维，内层为玻璃纤维。然后对软管进行事后加热，以把其压制成十字形并进行扭绞。
为造造图2b所示这种软管10，也可采用由所需纤维材料构成的浸渍过的编织软管。编织软管在编织机上首先被加工成纤维软管形状，然后用粘结剂浸渍。接着，把这种浸渍过的软管再压成十字形并扭绞。原则上也可把编织软管首先加工成十字状，然后浸渍。
总结起来可以归纳为以下内容本发明涉及矿物建筑材料，特别是混凝土用的配筋。根据本发明制造的配筋10由一条塑料纤维加强筋构成，它有一条长的纤维加强中心筋心12和几条超过心筋长度、相互保持螺距布置、横截面为星形或十字形的筋肋14，后者呈螺旋状绕筋心轴线16扭绞。
权利要求
1.矿物建筑材料，特别是混凝土用的配筋，其特征是，具有一条塑料纤维加强筋(10)，这条筋有一条长的中心筋心(12)和几条长度超过心筋、相互保持螺距布置、横截面为星形或十字形并围绕筋心轴线(16)呈螺旋状扭绞的筋肋(14)。
2.按权利要求1所述的配筋，其特征是，至少一部分加强纤维设计为纵纤维(18)，这些纤维不间断地沿筋(10)铺放，在筋心区轴向平行取向，在筋肋区，顺筋肋(14)的螺旋方向取向。
3.按权利要求2所述的配筋，其特征是，在肋区内铺放的各条纵纤维(18)与筋心轴线(16)保持恒定距离。
4.按权利要求1至3之一所述的配筋，其特征是，配筋(10)至少在筋肋(14)区内另外用横纤维(20)加强。
5.按权利要求1至4之一所述的配筋，其特征是，配筋(14)相互间保持相同的螺距布置。
6.按权利要求1至5之一所述的配筋，其特征是，筋肋(14)以相同的螺距扭绞。
7.按权利要求1至5之一所述的配筋，其特征是，筋肋(14)沿筋(10)以变化的螺距扭绞。
8.按权利要求1至7之一所述的配筋，其特征是，筋肋(14)相对于筋心轴线的螺旋角为15 °至75°，最好为30°至50°。
9.按权利要求1至8之一所述的配筋，其特征是，筋肋(14)突出于筋心表面的筋肋宽度至少等于心筋直径，最好等于两倍筋心直径。
10.按权利要求1至9之一所述的配筋，其特征是，应选用碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、高强度聚乙烯纤维、玄武岩纤维、天然纤维或这些纤维混合物中的加强纤维(18、20)。
11.按权利要求10所述的配筋，其特征是，加强纤维至少在筋的表面附近由碳纤维构成。
12.按权利要求4至11之一所述的配筋，其特征是，纵、横纤维(18、20)构成为纤维织物或纤维束。
13.按权利要求1至12之一所述的配筋，其特征是，筋(10)的塑料基体由热固性塑料聚合材料组成，最好由环氧树脂、聚醚树脂、乙烯基酯树脂组成。
14.按权利要求1至12之一所的配筋，其特征是，筋(10)的塑料基体由热塑性塑料构成，最好由聚酰胺、聚甲基丙烯甲脂、聚苯撑硫、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚酰亚胺、苯乙烯-聚合物、聚醚醚酮构成。
15.矿物建筑材料，特别是混凝土用的配筋制造方法，其特征是，把截面为星形或十字形的纤维加强塑料筋(10)呈螺旋状扭绞和定尺剪切。
16.按权利要求15所述的方法，其特征是，在制造塑料筋(10)的过程中，把纤维或织物填充物埋入该塑料筋内。
17.按权利要求15所述的方法，其特征是，为把预制的板状、带状或软管状塑料制初始材料(10″、10)加工成截面为十字形或星形的筋(10′)，最好通过折和压改变其形状，接着把它呈螺旋状扭绞并进行硬化处理。
18.按权利要求15至17之一所述的方法，其特征是，含有作为粘结剂基体的热塑性塑料的板状、带状或软管材料(10″、10)，通过加压和加热使其改变形状，成为纤维加强的塑料筋(10)。
19.按权利要求15至18之一所述的方法，其特征是，作为粘结剂基体的初始材料采用聚酰胺、聚甲基丙烯甲脂、聚苯撑硫、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚酰亚胺、苯乙烯-聚合物、聚醚醚酮构成中的热塑性塑料。
20.按权利要求15至19之一所述的方法，其特征是，作为进行纤维加强用的初始材料采用有碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、高强度聚乙烯纤维、玄武岩纤维、天然纤维中的纤维材料。
21.按权利要求17至20之一所述的方法，其特征是，在进行纤维加强的制造过程中，在板状、带状或软管状初始材料内(10″、10)至少加二层不同的纤维材料。
22.按权利要求21所述的方法，其特征是，至少一外层采用碳纤维。
全文摘要
本发明涉及矿物建筑材料，特别是混凝土用的配筋。根据本发明的配筋是一种由一条长的中心筋心(12)和几条长度超过筋心、相互保持螺距布置、横截面为星形或十字形的筋肋(14)构成的纤维加强塑料筋，筋肋绕筋心轴线(16)呈螺旋状扭绞。
文档编号E04C5/07GK1526047SQ02805339
公开日2004年9月1日 申请日期2002年1月9日 优先权日2001年2月21日
发明者A·布莱布勒, A 布莱布勒 申请人:西卡瑞士股份公司