[发明专利]复合钢筋

说明书

公开了一种改进的成形复合钢筋。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年11月19日提交的美国临时专利申请No.62/769,231的优先权和所有权益，该申请在这里作为参考全文引入。

技术领域

本发明总体涉及钢筋和更具体地涉及玻璃纤维-强化的聚合物(GFRP)钢筋。

背景技术

钢筋通常用于强化混凝土结构如道路、桥梁、隧道、机场跑道、地坪、停车场等。在这些结构中，钢筋嵌入混凝土中，在其中与混凝土机械和化学结合。钢筋外表面经常加筋以强化所述结合。混凝土提供抗压强度(大致为抗压性)和钢筋提供拉伸强度(抗拉性)。

由纤维和树脂的复合材料制备的钢筋产品在本领域中是已知的，例如在US 5,650,220、US 6,048,598和US 6,221,295中进行了公开，这些专利在这里作为参考全文引入。这种复合钢筋产品优于由钢制备的产品。首先和最重要的是，在一些混凝土环境中复合钢筋材料不会如钢一样经历腐蚀和劣化。因为钢制钢筋会腐蚀，它会失去强度，从而在承受拉伸、压缩、弯曲或剪切载荷时会变得不够有效。另外，随着钢筋腐蚀，它会明显膨胀并“分裂”周围的混凝土物质，从而使混凝土在承载压缩载荷时不够有效。复合钢筋的其它优点包括其非金属性(或非磁性)和非导电性，相比钢制钢筋其拉伸强度为约2-3倍，但重量只有1/4，并且相比钢制钢筋其热膨胀系数与混凝土或岩石更相容。

这种复合钢筋经常通过拉挤过程生产，和具有线性或均匀的外形。常规拉挤过程包括从源头拉出一束强化材料(例如纤维或纤维细丝)，在敞开罐子中通过使强化材料经过树脂浴而润湿和浸渍纤维(优选用可热固化聚合物树脂进行)，使树脂润湿且浸渍后的材料束穿过成型模头以使纤维束对齐并控制其形成合适的横截面结构，和在保持细丝张力的情况下在模具中固化树脂。由于纤维整体行进通过拉挤过程而不被切割或切碎，因此所得产品通常在纵向(即纤维细丝被牵拉的方向)具有极高的拉伸强度。

发明内容

这里提供一种改进的复合钢筋结构，其中至少部分钢筋具有非线性形状。

与常规GFRP钢筋相比，该成形复合钢筋的改进之处可以包括但不限于如下一项或多项：增加的玻璃含量、增加的弹性模量和增加的拉伸强度。

在一个示例性实施方案中，一种复合钢筋，包括：多根彼此平行排布以形成细长元件的连续纤维，所述纤维用树脂基质浸渍；和以螺旋方式缠绕在所述细长元件外表面以形成多个相邻线圈的纤维束，其中固化树脂基质以使纤维相对彼此固定，其中多个第一相邻线圈中每对相邻线圈之间的距离为x，其中多个第二相邻线圈中每对相邻线圈之间的距离为y，和其中xy。

在一些示例性实施方案中，x为1.0-1.5英寸。在一些示例性实施方案中，y为0.1-0.9英寸。

在一些示例性实施方案中，所述连续纤维为玻璃纤维。在一些示例性实施方案中，连续玻璃纤维的平均直径为13-35μm。在一些示例性实施方案中，连续玻璃纤维的平均直径为17-32μm。

在一些示例性实施方案中，树脂基质为热固性树脂。在一些示例性实施方案中，树脂基质选自聚酯树脂、乙烯基酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂和它们的组合物。

在一些示例性实施方案中，纤维束由玻璃形成。

在一些示例性实施方案中，复合钢筋还包括施用到细长元件外表面的膨化材料。一些示例性实施方案中，所述膨化材料为砂子。

在一些示例性实施方案中，复合钢筋还包括使复合钢筋形成第一直段部分和第二直段部分的弯头，其中第一直段部分的中心轴与第二直段部分的中心轴在所述弯头处彼此交叉形成z角，z5度。在一些示例性实施方案中，z45度。在一些示例性实施方案中，z≥90度。

在一些示例性实施方案中，所述弯头包括的多个第二相邻线圈多于多个第一相邻线圈。