[发明专利]混凝土结构用补强条

说明书

涉及在本文公开的研发主题不是联邦资助的。

本发明涉及混凝土用补强材料和如此补强的混凝土结构。

混凝土是最普通的建筑材料之一。它广泛地用于各种结构，比如桥梁、墙壁、地面、建筑支撑体、道路和飞机跑道等。

混凝土具有优异的压缩强度，但拉伸强度很差。因此，如果结构受到拉伸应力，比如由弯曲负荷产生的应力时，总是须要对混凝土结构进行补强。提供这种补强的很普通的方法是在混凝土中加入金属(通常是钢)补强条。钢补强条可以对混凝土结构的拉伸强度提供很大的改善。

不幸的是，当钢补强条曝露在水中的时候，随着时间的进程，会受到腐蚀。如果钢材曝露在盐当中时，比如在寒冷的气候中曝露在道路表面的融雪和冰下时，经常会加速此腐蚀。人们倾向于对混凝土进行保护，使之不受水和盐的侵蚀，但是随着时间的进展，混凝土上会产生裂纹并且发展，这些物质会通过裂纹渗透到嵌入的钢材上。随着钢材开始腐蚀，由于形成锈蚀层使之膨胀。这样的膨胀进一步引起混凝土开裂，由此加速了混凝土结构的瓦解。

为了避免此腐蚀问题，试图使用某些拉挤成型的复合材料，这些复合材料包括以热固性树脂作为基材，在其中包埋了长纤维，通常是玻璃纤维，但有时是其他材料形成的材料。

这些热固性复合材料解决了腐蚀的问题，但还有其它明显的缺点。一个最明显的缺点就是，没有能够把这些热固性复合材料成型为各种式样的实际方法。钢补强条通常经弯曲、绞合或者形成环，以适合于特殊建筑项目的要求。这经常是在现场加工的，但也可以作为螺纹钢制造方法的一部分来制作。一旦热固性基材发生固化，拉挤成型的热固性复合材料是不可以再成型的。因此，对于热固性复合材料来说，现场成型不是一种选择。甚至于在工厂中成型都是困难的。拉挤成型的方法主要适合于制造等截面的直线状复合材料。所做的任何成型必须在把树脂加入到补强纤维中和固化到粘度达到不能再流动，以及树脂完全固化这两个时间点之间的很短的时间范围内进行。这样短的时间范围使得制造热固性复合材料的成型很困难而且昂贵。

热固性复合材料的第二个缺点是，它很难嵌入混凝土中。螺纹钢经常具有在钢材表面上模制或者压制的突起花纹和锯齿状的截面。这样的截面使得钢条以机械的方式镶嵌在混凝土中。另一方面，由于拉挤成型方法的本性，热固性复合材料一般具有恒定的截面。提供表面特征的后加工方法，比如压花，是不合适的，因为热固性复合材料太脆，冲击强度很差。压花方法倾向于使包埋的纤维断裂，使复合材料弱化。有时用重叠注塑提供表面花纹使之嵌入到混凝土中。然而，重叠注塑和复合材料之间的连接经常比和混凝土基体的连接更差，提供不了多少好处。

另外，热固性复合材料伸长率很低(断裂时大约为1％)，冲击强度差而且脆。它们还很昂贵，主要是由于生产速度太慢。

因此希望提供混凝土结构钢补强条和热固性复合材料补强条的替代品。

在本发明的一个方面提供一种补强条(螺纹钢)，包括在热塑性树脂基体中包埋许多沿纵向取向的增强纤维的复合材料。

本发明的补强条解决了许多与螺纹钢和热固性复合材料补强条有关的问题。本发明的补强条不会由于曝露在水和/或普通的盐里而腐蚀。本发明的补强条容易成型为许多形状和结构。因此，它容易成型为能够嵌入混凝土中，形成与混凝土机械镶嵌，从而改善补强效果的形状。如果需要，可以很容易在现场进行这样的成型。本发明的补强条经常能够以高于热固性复合材料拉挤成型的速度制造。因此，本发明的补强条可以更加便宜而且性能好于热固性复合材料补强条。

在本发明的第二方面提供一种混凝土结构，该结构包括包埋在混凝土基体中的补强条，所述补强条包括由包埋在热塑性树脂中许多纵向取向的增强纤维组成的复合材料。

图1A～1J、2、3A～3B和4A～4C是本发明各种实施方案的等比例图。

本发明的补强条包括由包埋在热塑性树脂基体中沿纵向取向的增强纤维组成的复合材料。如在Edwards等人的USP-5,891,560中所述，通常可以用许多方法制造这种补强条。