專利名稱：結(jié)構(gòu)增強件和利用該增強件增強一產(chǎn)品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種適于增強一產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，本發(fā)明還涉及利用該結(jié)構(gòu)構(gòu)件來形成增強產(chǎn)品的多種方法。
由混凝土和其他磚石、粘結(jié)材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)經(jīng)常需要增強其構(gòu)造。這些混凝土集料的拉伸強度較低而抗壓強度較好。當在諸如橋梁、建筑物或類似建筑結(jié)構(gòu)中使用混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件時，經(jīng)常利用增強物來賦予所需的拉伸強度。在現(xiàn)有的和新的混凝土結(jié)構(gòu)中，諸如在預制公路、混凝土樓板、人行道、輸送管道等中已采用各種形狀的鋼材來擔當增強件，如多孔的鋼絲網(wǎng)、鋼筋和鋼格柵。鋼格柵已被用在諸如吊橋橋面板的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中。這些鋼格柵是一種閉孔結(jié)構(gòu)，而且每一鋼格柵部分都容納并限定有一個長方形或正方形的混凝土柱。而當這種類型的格柵被用作增強材料時其效率實質(zhì)上是很低的。
被用作加強材料的鋼或其他金屬材料易受到腐蝕的作用。腐蝕所造成的結(jié)果導致鋼柱膨脹，從而產(chǎn)生“剝落”效應(yīng)，而剝落又會造成混凝土結(jié)構(gòu)斷裂和老化。在潮濕度高的地區(qū)和經(jīng)常通過在馬路、高速公路、人行道上撒鹽來融化冰雪的地區(qū)，上述混凝土結(jié)構(gòu)的斷裂和破碎現(xiàn)象尤為嚴重。例如，在佛羅里達沿?；虻蛵u地區(qū)的水道上的一些橋梁由于長期暴露在海洋空氣中，導致老化破裂、壽命縮短，因而需要不斷地重建這些橋梁。在中東地區(qū)，由于混凝土結(jié)構(gòu)中采用了用當?shù)氐乃嵝陨笆瞥傻幕炷?，同樣導致了混凝土中鋼筋的腐蝕。
另外，由于金屬加強件受到腐蝕有脫落的潛在可能，該構(gòu)造通常要求具有至少一英寸或更厚的“保護層”，也就是使鋼筋增強件與混凝土表面之間的距離至少約為一英寸。這就需要混凝土構(gòu)件如板構(gòu)件的設(shè)計厚度必須具有一定的最小厚度，通常約為三英寸，從而使得鋼筋增強件或鋼筋加強件兩側(cè)的水泥厚度約為一英寸左右。這種為了防止脫落而確定的最小厚度形成了一定的設(shè)計規(guī)范，并且要求板構(gòu)件表面每平方英尺內(nèi)具有一相對較高的重量。
為了替代傳統(tǒng)的鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋，曾考慮用許多類型的塑料來替代。一種試圖替代增強件中的鋼筋的作法是采用表面涂有環(huán)氧樹脂的鋼筋。然而，想要將鋼筋的有效表面均涂滿環(huán)氧樹脂并非易事。而且，由于現(xiàn)場粗糙的處理條件，涂有環(huán)氧樹脂的鋼筋的表面經(jīng)常被留下劃痕。這些劃痕導致加快了對鋼材的局部的侵蝕性腐蝕并導致出現(xiàn)上述同樣的問題。
玻璃纖維復合加勁桿已被用在增強混凝土結(jié)構(gòu)中，例如用在禁止使用含金屬成分的增強件的醫(yī)院X射線室的墻壁與地板中。玻璃纖維復合加勁桿的使用方法與鋼筋類似。玻璃纖維復合加勁桿具有沿縱向間斷的形式，這些用手縱向間斷的形式構(gòu)成基體。然后將混凝土澆注在該基體結(jié)構(gòu)之上。
玻璃纖維復合加勁桿與鋼筋相類似，也存在表面變形。玻璃纖維柵板與鋼制人行道柵板相類似也已被用作混凝土中的加強筋，但在這些形成實心墻的結(jié)構(gòu)里不允許基體材料自由移動。這歸因于“Z”軸或縱向軸的加強筋形成了實心墻。
在處理鋼筋混凝土的支撐柱或支撐結(jié)構(gòu)的過程中，已采用起類似抱柱帶作用的包裹物圍繞在支撐柱的周圍，以防止混凝土的膨脹和破碎。混凝土不是一種可延展的材料，因而這種類型的加強僅僅適用于支撐柱的外部。一種類型的包裹物是通過將一種浸漬了一種液態(tài)熱固性樹脂的織物包裹在支撐柱的周圍而構(gòu)成的。這些包裹物的典型結(jié)構(gòu)具有沿支撐柱環(huán)向的玻璃纖維以及在支撐柱的長度方向上有縱向玻璃纖維與凱弗拉纖維。另一種方法是采用沿單一方向(環(huán)向)摻雜碳纖維的細長帶或線繩，它們被設(shè)計成在拉力的作用下纏繞在品質(zhì)變劣的支撐柱周圍。使用一個外部加熱源使最終形成的復合材料在適當?shù)奈恢蒙瞎袒Ｔ谶@些解決方法中，加強的包裹物中所用的材料基本上在非固化的狀態(tài)下被施加到混凝土柱體上，雖然也可以使用處于“半固化”狀態(tài)，即固化到B階的預浸料坯。當使用一個編織織物時，在使用碳纖維或玻璃纖維的情況下會產(chǎn)生“扭結(jié)”現(xiàn)象，因為編織過程在編織的濕層壓材料或編織的預浸料坯中引發(fā)固有的“扭結(jié)”，結(jié)果導致圍繞在柱體周圍的完全筆直的纖維很少。
加強混凝土結(jié)構(gòu)和柱體的另一方法是在混凝土柱體的周圍焊接鋼板，用來支撐混凝土的墻體。這些鋼板同樣會遭受到由被支撐柱體的毀壞而引起的腐蝕作用和松動作用。另外，該方法僅是一種外部的增強，而且由于缺乏令人賞心悅目的外觀，使得它并不受歡迎。
另一種加強混凝土混合物的方法是采用短的(1／4-1英寸)鋼、尼龍或聚丙烯纖維。由于玻璃纖維對硅酸鹽水泥中的堿性侵蝕的敏感性，裸露的“E型”玻璃纖維一般不被采用。
美國專利第5836715號提供了一種用于瀝青和混凝土路面以及其他結(jié)構(gòu)的示例性結(jié)構(gòu)增強件，該文獻在此處引用為參考文獻。文中揭示的增強件包括一網(wǎng)格組織，該網(wǎng)格組織具有相互之間大體上垂直地布置的一組經(jīng)向絲束和一組緯向絲束。網(wǎng)格組織基本上完全浸漬以樹脂，以便使絲束在其交叉點處相互粘固在一起。經(jīng)向絲束組被分成數(shù)小組，每一小組中又包含有多個彼此相鄰的絲束，其中每一子組中的至少一個絲束位于緯向絲束組的一側(cè)，并且每一小組中的至少另一絲束位于緯向絲束組的另一側(cè)，它們與本小組中位于緯向絲束另一側(cè)上的其余絲束成相鄰地疊置的關(guān)系。這些絲束可由玻璃纖維(E類玻璃纖維較為合適)、碳纖維、阿拉邁德或尼龍組成。但是，如前所述，由于玻璃纖維對硅酸鹽水泥中的堿性侵蝕的敏感性，在粘結(jié)材料中使用玻璃纖維是很困難的。另外，該專利中披露的其它纖維也各有不足之處，例如碳纖維盡管有優(yōu)異的強度和抵抗混凝土中的堿性侵蝕的能力，但其成本相對較高。
因此，有必要改善適于增強各類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。例如，不斷需要為混凝土結(jié)構(gòu)提供一種結(jié)構(gòu)增強件來完成增強功能或提高混凝土結(jié)構(gòu)的材料性能，但免受腐蝕和侵襲。這種結(jié)構(gòu)增強件最好不僅能夠耐腐蝕或侵襲，而且價格也相對便宜。還需要提供一種利用這些構(gòu)件來增強產(chǎn)品的方法。
本發(fā)明的一個目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。更具體的一個目的在于提供一種適于有效地增強包括壁較薄的混凝土墻板的各類不同產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。本發(fā)明的另一目的在于提供適于增強產(chǎn)品的構(gòu)件的使用方法和有效生產(chǎn)這些構(gòu)件的方法。
本發(fā)明通過有利地包含第一種纖維和第二種纖維的加強格柵而實現(xiàn)本發(fā)明的上述及其它目的和優(yōu)點。第一種纖維的強度足以使諸如混凝土之類的可硬化的結(jié)構(gòu)材料在硬化之后得到加強。第一種纖維還具有比第二種纖維更強的防止可硬化材料剝蝕的能力。因此，在硬化材料中的第二種纖維被腐蝕后，第一種纖維仍能繼續(xù)起到加強硬化材料的作用。所以，可將較便宜的纖維作為第二種纖維使用，并能在可硬化材料中腐蝕而不影響硬化的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的強度。
更具體地說，本發(fā)明包括一種結(jié)構(gòu)構(gòu)件，它能夠使由可硬化的結(jié)構(gòu)材料形成的產(chǎn)品在硬化之后得到增強?？捎不牟牧峡梢允浅Ｒ?guī)的混凝土，也可以是瀝青或聚合物水泥。該結(jié)構(gòu)構(gòu)件是一種加強格柵，它包括一組其中至少一些絲束相互分隔開的經(jīng)向絲束。這些經(jīng)向絲束至少由第一種纖維和第二種纖維中的一種構(gòu)成。如上所述，第一種纖維的強度足以使硬化后的可硬化材料得以增強，并具有比第二種纖維更能防止可硬化材料剝蝕的能力。在本發(fā)明的一個具體實施例中，第一種纖維包括碳纖維，而第二種纖維包括玻璃纖維。碳纖維的強度足以加強硬化后的可硬化材料。與之相反，玻璃纖維在可硬化材料中受到腐蝕，但其價格卻比碳纖維低得多。
上述加強格柵還包括一組其中至少一些絲束相互分隔開并與經(jīng)向絲束大體垂直地設(shè)置的緯向絲束，從而形成一種粗孔式結(jié)構(gòu)，可硬化材料在硬化之前可以從該結(jié)構(gòu)中通過。所述緯向絲束也至少由第一種纖維和第二種纖維中的一種構(gòu)成，從而使所述加強格柵部分由第一種纖維構(gòu)成，在第二種纖維在已硬化材料中被腐蝕的情況下，第一種纖維仍能繼續(xù)增強已硬化的材料。
經(jīng)向絲束組可被分成若干小組，每一小組中又包含有多個彼此相鄰的絲束，其中每一小組中至少有一束絲束位于緯向絲束組的一側(cè)，同時每一小組中至少有另一絲束位于緯向絲束組的另一側(cè)。特別是，位于緯向絲束一側(cè)的經(jīng)向絲束可以包括第一種纖維，而位于緯向絲束另一側(cè)的經(jīng)向絲束可以包括第二種纖維。
根據(jù)一個實施例的加強格柵基本上完全地浸漬以一種可熱固化的B階樹脂，以便使絲束在絲束交叉點上互鎖，并使格柵保持一種半柔性狀態(tài)，這樣的格柵結(jié)構(gòu)就能和被增強產(chǎn)品的形狀保持一致。熱固性樹脂還可在使用之前充分固化，這樣可以使絲束在絲束交叉點處互鎖，同時維持格柵處于比較堅硬的狀態(tài)。
加強格柵的一個特別有用的用途是用于由混凝土構(gòu)成的薄壁制品中。該格柵的優(yōu)點在于可使薄壁墻板的厚度不超過大約3英寸。與之相關(guān)的方法也同樣構(gòu)成本發(fā)明的一部分。
因此，本發(fā)明為混凝土和瀝青提供了一個既結(jié)實又相對便宜的增強件。第一種類型的碳纖維提供了必要的強度以增強硬化后的可硬化材料，而第二種類型的玻璃纖維則為結(jié)構(gòu)提供嵌入可硬化材料之前的加強格柵。由于第一種纖維的耐久性和強度，使得第二種纖維可以比較便宜，而且也不必考慮這些纖維的腐蝕。


圖1是本發(fā)明一個實施例中的結(jié)構(gòu)增強件的透視圖；圖2是本發(fā)明另一實施例中適于增強產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的透視圖；圖3是本發(fā)明又一實施例中適于增強產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的透視圖；圖4是本發(fā)明結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一個實施例的透視圖，該構(gòu)件適于采用金屬或玻璃纖維加強筋。
圖5是按照本發(fā)明的用加強格柵增強的薄壁混凝土板結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖5A是根據(jù)圖5所示的薄壁墻板的放大的剖視圖，用以更加詳細地說明加強格柵；圖6是按照本發(fā)明結(jié)構(gòu)增強件的另一個實施例的透視圖。
下面將參照附圖詳細描述本發(fā)明。本發(fā)明并不局限于所述的具體實施例，之所以進行詳細說明是為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制造并使用本發(fā)明。
圖1示出的增強一產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)增強件是本發(fā)明的具體體現(xiàn)。通過在材料硬化之前把該結(jié)構(gòu)增強件放入可硬化材料中，可用來增強由混凝土、瀝青之類的可硬化的結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成的產(chǎn)品。該結(jié)構(gòu)增強件包括一個加強格柵10，而加強格柵10具有相互之間大體上垂直地布置的一組經(jīng)向絲束12和一組緯向絲束14。每一絲束均包括許多連續(xù)的長絲，它們例如可由玻璃纖維(E類玻璃纖維較為合適)、碳纖維、阿拉邁德纖維或尼龍纖維組成。
如示出了較佳實施例的圖1和圖6所示，最好網(wǎng)格的一些絲束12、14由第一種纖維11構(gòu)成，同時網(wǎng)格的其它一些絲束由第二種纖維16構(gòu)成。第一種纖維11有足夠高的拉伸模量和勁度來增強硬化后的混凝土結(jié)構(gòu)。第一種纖維11還能夠抵抗堿性侵蝕和混凝土的長期腐蝕。目前發(fā)現(xiàn)使用碳纖維作為第一種纖維尤為合適。
根據(jù)一個較佳實施例，第二種纖維16由玻璃構(gòu)成。玻璃纖維沒有碳纖維的強度高，同時易受堿性侵蝕和混凝土材料的腐蝕。事實上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)中的玻璃纖維經(jīng)過幾年的時間就會斷裂，并喪失其全部的原始纖維強度。然而，玻璃纖維比碳纖維要便宜得多。本發(fā)明保留了兩種纖維的優(yōu)點而將不利因素降至最低。具體是，玻璃纖維16只在所述加強格柵10被混凝土包圍之前的處理階段或隨后的混凝土硬化階段起增強作用。也可能會出現(xiàn)這種情況，即如果玻璃纖維未被混凝土侵蝕，那么它足以增強混凝土。但是，即使玻璃纖維16后來被腐蝕并喪失了它的全部強度，碳纖維11仍將繼續(xù)增強混凝土。從另一方面來說，使用僅由部分碳纖維構(gòu)成的加強格柵10比使用全部由碳纖維構(gòu)成的加強格柵要便宜得多。
然而，第一和第二種纖維并非一定要使用碳纖維和玻璃纖維，如上所述，由其他成分構(gòu)成的纖維也都可以使用。為了盡可能完善上述玻璃纖維，可以使其浸潤一層涂料(例如硅烷)來幫助抵抗堿性侵蝕效應(yīng)，同時該涂料與下面所述的熱固性樹脂有良好的兼容性。所述格柵的纖維可以替換地或附加地涂敷橡膠(例如丁苯橡膠膠乳)或類似物來極大地降低玻璃纖維的腐蝕。此外，本發(fā)明的加強格柵的用途并不局限于混凝土結(jié)構(gòu)中，還可以用于其它場合，例如瀝青路面，此時所述纖維能夠承受例如由于長期接觸雨水而具有高濃度路鹽的其他類型的侵蝕作用。
在所述的實施例中，將經(jīng)向絲束12分為若干小組13，每一小組中含有兩個鄰接的絲束。將緯向絲束14分為若干小組15，每一小組中均包含圖2、3和6所示實施例中的數(shù)個鄰接的絲束，但是本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以認識到，和經(jīng)向絲束的情況一樣，每小組緯向絲束可以只包括一個絲束。例如，圖1示出了各緯向絲束都彼此分開的一個實施例。每一組絲束的小組均彼此分開，以便形成粗孔式結(jié)構(gòu)。同時可以注意到，在本實施例中每一小組經(jīng)向絲束13中的一個絲束位于緯向絲束組的一側(cè)，而每一小組經(jīng)向絲束13中的另一絲束以鄰接疊置的方式位于緯向絲束組的另一側(cè)。因而使絲束組不會相互交錯。經(jīng)向絲束的鄰接疊置使得緯向絲束產(chǎn)生了“夾緊或封裝”效應(yīng)，該效應(yīng)在交叉點處產(chǎn)生了機械的和化學的結(jié)合。
第一種纖維11和第二種纖維16在格柵中可以有多種布置方式。例如，經(jīng)向絲束12或經(jīng)向絲束小組13可以由第一種纖維11和第二種纖維16交替組成，如圖1所示。類似地，緯向絲束14或緯向絲束小組15也可由第一種纖維11和第二種纖維16交替組成。所有的緯向絲束可以由上述兩種纖維之一構(gòu)成?；蛘?，所有的經(jīng)向絲束可以由上述兩種纖維之一構(gòu)成。甚至可能在兩個方向上或其中一個方向上加進除第一、第二種纖維之外的其它纖維來取得其它方面的優(yōu)點。
圖6所示的具體實施例中在經(jīng)向和緯向兩個方向上，每隔三小組玻璃纖維16的絲束就有一束碳纖維11，從而每四束纖維中至少要含有部分碳纖維。雖然本領(lǐng)域普通技術(shù)人員認為相鄰碳纖維絲束之間的最大距離與很多因素有關(guān)，但目前認為該最大間距約為2-2．5英寸。玻璃纖維16可以采用PPG(聚丙烯乙二醇)的1715型，每英鎊可承受433碼屈服，并且在每一小組中按兩束成一捆的方式排列。如上所述，每一小組經(jīng)向纖維13中所含有的兩個經(jīng)向絲束12分別位于緯向絲束14的兩側(cè)。碳纖維11的絲束可以由48K絲束構(gòu)成(即每個絲束含有約48000條單絲)，每英鎊可承受425英尺屈服。雖然本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解碳纖維11也可以由3K，6K，12K和24K絲束構(gòu)成，但是采用較大的纖維絲束有時比采用較小的纖維絲束更為經(jīng)濟。
圖1所示的實施例包括全部由玻璃纖維16構(gòu)成的緯向絲束14，和包括碳纖維11和玻璃纖維16的經(jīng)向絲束12。如上所述，每一小組經(jīng)向絲束13中均包括一對分別位于緯向絲束14兩側(cè)的絲束。然而，經(jīng)向絲束小組13是由如下所述的兩個小組交替構(gòu)成的一個小組是兩個經(jīng)向絲束由玻璃纖維構(gòu)成，另一小組中絲束之一包括碳纖維而另一絲束包括玻璃纖維。碳纖維絲束11均放在緯向絲束14的同一側(cè)，這樣就使每一組交替放置的經(jīng)向絲束小組13的一側(cè)為碳纖維，而另一側(cè)為玻璃纖維。因此，由于碳纖維絲束比玻璃纖維絲束更為結(jié)實，經(jīng)向玻璃纖維絲束的主要作用是將緯向玻璃絲束縛結(jié)在經(jīng)向碳纖維絲束上。每一小組交替放置的經(jīng)向絲束13也可以有位于緯向絲束14兩側(cè)的碳纖維絲束11，這可以使在經(jīng)向絲束和緯向絲束的交叉點處有更長期的“交叉粘合強度”。
加強格柵10可以幾乎徹底地浸漬一種熱固性B階樹脂以便鎖緊在其交叉點處的絲束，同時使加強格柵保持一種半柔性狀態(tài)，該狀態(tài)允許網(wǎng)格組織與被增強產(chǎn)品的形狀一致。加強格柵被設(shè)計成裝在最終產(chǎn)品中，從而使材料與最終使用的產(chǎn)品的形狀和功能一致，然后固化成一個結(jié)構(gòu)復合體。加強格柵能夠和最終產(chǎn)品的形狀一致的特性使得該構(gòu)件可以借助在成品的最終結(jié)構(gòu)中施加或產(chǎn)生的內(nèi)在熱量固化。例如，在鋪路時使用熱瀝青或?qū)釣r青用于屋面系統(tǒng)時，浸入加強格柵的熱固性B階樹脂可以借助上述過程中所使用的熱瀝青的熱量而固化?？梢赃x擇浸入格柵的樹脂，從而通過使其處于具有預定溫度的熱瀝青下而固化。在將格柵置入混凝土結(jié)構(gòu)之前可以通過加熱使其固化或部分固化。
如圖1所示，絲束的交叉可以在格柵中形成各種形狀的開孔，其中包括方形的或矩形的，其范圍從1／2英寸到6英寸不等。圖1所示的方形孔的尺寸為沿經(jīng)向1英寸，沿緯向也是1英寸。每一絲束中玻璃纖維捆的規(guī)格可以不同。玻璃絲束的屈服范圍從每英鎊1800碼到每英鎊56碼，具體來說，絲束的屈服為每英鎊247碼和每英鎊433碼。
格柵10可以由傳統(tǒng)的機器來制造，例如在授予Curinier等人的美國專利第4242779號中公開的基料生產(chǎn)機，此處特意將該專利的公開內(nèi)容引用為參考文獻。
B階樹脂是一種熱固型樹脂，它是A階的進一步熱反應(yīng)，從而產(chǎn)品在普通溶劑中只能部分溶解，甚至在華氏150°-180°下也不能完全塑化。合適的樹脂包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、乙烯基脂、可交聯(lián)的聚氯乙烯(PVC)以及間苯二甲酸聚酯。所有這些樹脂的一個共同特點是它們都屬于熱固性材料，而且它們將交聯(lián)成一個堅固的復合體，一旦完全固化以后就不能被再軟化或重塑。它們還有成為“B階”的能力，在“B階”中它們并未完全固化，并且能夠被軟化和重塑成與最終產(chǎn)品相一致的形狀或者被瓦楞成形為如下所述的三維形狀。一個優(yōu)選實施例采用借助水乳液施加在扁平的粗網(wǎng)目稀松非織織物上的聚氨脂環(huán)氧樹脂。
一種生產(chǎn)加強格柵10的較佳方法包括在“蘸涂”操作中施加樹脂，如美國專利第5836715號所述，該專利寫入此處是為了作為參考。在“蘸涂”操作中，池中的樹脂被水乳化，而其中的水在隨后的夾緊和加熱操作中被蒸發(fā)掉了。能夠如上所述地成為“B階”的樹脂是合適的，而且打算用于該結(jié)構(gòu)構(gòu)件的樹脂是非溶劑基樹脂，至于是否可以被水乳化均可。諸如聚乙烯或PPS的樹脂也可使用。這些樹脂將用于一種乳液型涂操作中，并固化到B階。在某種程度上，單獨的長絲本身也可以被浸漬以樹脂。
在格柵10上浸漬熱固性B階樹脂使加強格柵成為半柔性的，并可與欲被增強的產(chǎn)品的形狀保持一致，尤其是在加熱的情況下。一旦加強格柵與欲被增強的產(chǎn)品的形狀一致，B階樹脂就固化到熱固性狀態(tài)，再加以冷卻以增加其剛性并提高最終產(chǎn)品的性能。
浸漬樹脂的加強格柵10的優(yōu)點之一就是它能和希望被增強的產(chǎn)品的形狀保持一致，并可利用在常規(guī)生產(chǎn)過程中獲得的熱量進行現(xiàn)場固化，例如利用在瀝青路面施工中的熱瀝青混凝土現(xiàn)場固化?；蛘?，可以利用外部的熱源進行固化，在這種情況下，既可以在其置入最終產(chǎn)品之前就將其固化到堅固的狀態(tài)，也可以在將其置入最終產(chǎn)品之后，再向其提供補充熱量。
一旦固化，加強格柵就相當堅硬了。這樣就制成了一個適于增強諸如預制混凝土部件、瀝青覆面的基礎(chǔ)等產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。這種堅固的格柵與浸漬B階樹脂的扁平加強格柵相比，除了B階樹脂已經(jīng)提前成為完全固化的C階樹脂以外，二者在結(jié)構(gòu)上具有相同的絲束構(gòu)造和成分。加強格柵的最終的堅固狀態(tài)為產(chǎn)品提供了進一步地增強。
另一個實施例中的結(jié)構(gòu)增強件包括一個如圖2中的附圖標記32所示的三維結(jié)構(gòu)構(gòu)件。該三維結(jié)構(gòu)構(gòu)件32可以通過以如上所述地浸漬B階樹脂的扁平加強格柵10開始并按照美國專利5836715號中所述的技術(shù)將其加工成三維結(jié)構(gòu)而形成。更具體地說，就是將經(jīng)向絲束12瓦楞成形成交替的突脊和凹槽，而緯向絲束14仍保持基本上為線性的。
三維結(jié)構(gòu)構(gòu)件32可適應(yīng)多種參數(shù)和格柵配置，這些參數(shù)和配置隨著不同應(yīng)用場合例如在混凝土和瀝青路面結(jié)構(gòu)中的各種要求而不同。格柵高度也可以改變以適應(yīng)最終產(chǎn)品的限定。例如，混凝土所用格柵的高度一般比瀝青鋪路所用的格柵的高度更大，主要原因是需要增強的新混凝土路的厚度一般較大，相比之下，瀝青覆面的厚度通常只有2-2．5英寸。在一個新建的瀝青路面結(jié)構(gòu)中，覆層的厚度可能是5-11英寸，格柵的高度將更大。一般情況下，在鋪設(shè)瀝青鋪面時要施加多層瀝青，每層瀝青的厚度為2-2．5英寸，因此，用于瀝青加強的優(yōu)選格柵的高度應(yīng)在0．5-4英寸之間。也可使用各種寬度的格柵，例如，目前正在考慮試用寬達7英尺的格柵，但本例對格柵的寬度并不作限定。
如上所述地帶有熱固性B階樹脂的三維結(jié)構(gòu)構(gòu)件32允許加強格柵處于半柔性狀態(tài)并與欲被增強的產(chǎn)品的形狀一致。一旦加強格柵與被增強產(chǎn)品的形狀一致，將固化B階樹脂以提供額外的剛性，并提高最終產(chǎn)品的性能。圖2所示加強格柵的優(yōu)點之一是它可以與希望被增強的產(chǎn)品的形狀一致，并可利用常規(guī)生產(chǎn)過程中獲得的熱量進行現(xiàn)場固化，例如用來自瀝青路面施工中的熱瀝青混凝土的熱量固化，或者也可以利用來自外部熱源的熱量固化。如果愿意，也可在置入最終產(chǎn)品之前將結(jié)構(gòu)構(gòu)件32固化到一個堅固的狀態(tài)。根據(jù)特定的樹脂，加強格柵可在一個預定的溫度下受熱固化。
三維結(jié)構(gòu)構(gòu)件32有許多可能的應(yīng)用。一個較佳實施例是用于建造鋼筋混凝土或瀝青路面的方法。所述三維加強格柵還可用于增強混凝土預制板中的混凝土結(jié)構(gòu)，加強雙“T”型混凝土梁，混凝土管道，混凝土墻板，并可用于穩(wěn)定骨料底層，例如道路建設(shè)中用作底基層的巖石集料。
圖3示出了本發(fā)明的適于增強產(chǎn)品的三維結(jié)構(gòu)復合構(gòu)件40的另一實施例，它包括一個三維波狀構(gòu)件32a，該構(gòu)件32a類似于上述構(gòu)件32，但是其中經(jīng)向絲束12a的波紋以大約為45°的角傾斜，而不像構(gòu)件32中那樣基本垂直。還有，緯向絲束14a的數(shù)目和放置方式也有所變化。如圖所示，構(gòu)件32a和上述的通常扁平的格柵10結(jié)合使用。特別是，通常扁平的加強格柵10可被放置成與三維加強格柵的一個平面共同伸展。
三維結(jié)構(gòu)復合構(gòu)件40上可以如上所述地浸漬B階樹脂，或者可以如下面將進一步討論的那樣在置入欲被增強的產(chǎn)品例如硅酸鹽水泥混凝土制品之前充分固化。
本發(fā)明的另一實施例如圖4所示，其中包括一個三維結(jié)構(gòu)增強件32b，該增強件32b包括一個結(jié)構(gòu)與圖2極為類似的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，它包括許多組相互垂直地放置的經(jīng)向絲束13b和緯向絲束15b。增強件32b還包括模塑在加強格柵的經(jīng)向絲束內(nèi)的特定部位42，從而允許鋼筋或玻璃纖維加勁桿44可以放置在至少一些波紋的凹槽內(nèi)，以便沿著波紋起伏的方向伸展。在較佳實施例中，這些部位允許鋼筋或玻璃纖維加勁桿44被放置在由波紋形成的上、下表面之間，因此，這些部位距離放置波狀格柵結(jié)構(gòu)的底部或表面大約有1英寸。在將鋼筋或玻璃纖維加勁桿放置在這些位置42上以后，可以與上述鋼筋垂直地放置附加的鋼筋(未示出)，并且通過將其系縛在復合的波狀加強格柵的“Z軸”纖維上而在頂部將其固定在適當?shù)奈恢?。將部?2“塑造”在波狀的復合格柵內(nèi)的主要優(yōu)點是使得被放置的鋼筋或玻璃纖維加勁桿與放置波狀加強格柵的地基或基礎(chǔ)之間存在一定的距離。在將鋼筋放入諸如橋面板的制品中時通常使用一種小的塑料定位墊塊以便定位鋼筋，從而使鋼筋并不放在基礎(chǔ)上，而是距離基礎(chǔ)大約1-2英寸。圖4所示的實施例中并不要求有這些獨立的鋼筋定位墊塊。
上述結(jié)構(gòu)增強件的幾種實施例可以應(yīng)用于各種用于增強不同產(chǎn)品的方法中。一種方法包括提供上述的浸漬B階樹脂的加強格柵，以一致的關(guān)系將該加強格柵施加到產(chǎn)品上，然后加熱所述產(chǎn)品以便固化樹脂并將樹脂轉(zhuǎn)變成完全固化的樹脂，從而強化加強格柵并增強所述產(chǎn)品。任何帶有可在現(xiàn)場固化的半剛性粗孔增強件的優(yōu)點的產(chǎn)品都有可能應(yīng)用本方法。因此，此處通過舉例所包含的實施例并不局限這些方法和應(yīng)用。
如圖3所示，結(jié)合使用平面型格柵和三維格柵將適于在波紋方向上應(yīng)用三維復合格柵，并在通過格柵結(jié)構(gòu)泵入混凝土以形成最終的混凝土路面時允許本領(lǐng)域中的工人能夠更好地在材料上行走。平面型格柵可被放置在三維格柵的頂部上，并例如用金屬或塑料的扭轉(zhuǎn)式連結(jié)件的緊固裝置緊固，以便將平面型格柵更好地保持在波狀格柵結(jié)構(gòu)的頂部上。另外，在混凝土路面的施工中，可以將平面型復合格柵也放置在三維波狀格柵結(jié)構(gòu)的下面，以增加三維結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)整體性。
三維格柵可以通過將波狀三維結(jié)構(gòu)一個堆放在另一個上而有很多變化，從而使得制造商能夠應(yīng)付混凝土路面中所需增強件的數(shù)量。這樣做仍可使混凝土流過格柵結(jié)構(gòu)中的開孔，但卻提供了一種可使混凝土中的增強件數(shù)量增加的手段。
在此所述的新型加強格柵的實施例具有多樣化的用途，另外可用于增強公路的路面。例如，通過利用熱瀝青基體的放熱機制來完成固化過程或其它可能的外部熱源來完成完全固化過程，使毀壞的電話線管道得以修復。本發(fā)明的另一實施例包括一種用于制造在易發(fā)生地震的地區(qū)的增強混凝土柱并使其具有較好的防震性能的方法。該方法通過由外部加熱器或熱瀝青基體覆層提供的熱量來完成固化過程。
當本發(fā)明的加強格柵如上所述地完全固化時，對于增強由諸如硅酸鹽水泥之類的混凝土材料所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)特別有用。例如，在新路面的建設(shè)中，先將基礎(chǔ)準備好，再將完全固化的加強格柵放置在基礎(chǔ)之上。然后，將液態(tài)混凝土灌注在基礎(chǔ)上，以便浸沒加強格柵，等到混凝土固化以后，就形成一個內(nèi)部埋有加強格柵的增強的混凝土路面。
按照本發(fā)明的另一個應(yīng)用加強格柵10的混凝土產(chǎn)品如圖5所示。在某些應(yīng)用場合，需要在混凝土結(jié)構(gòu)中帶有薄壁板部分58。例如，并不要求有極高的強度的板件58和／或用一個或多個肋60增強的多個板件由于傳統(tǒng)鋼筋混凝土的限制有時比需要的厚度更厚一些。如上所述，通常鋼筋的兩側(cè)用于覆蓋鋼筋的所需混凝土的厚度分別至少為一英寸，以保證鋼筋的腐蝕不會導致混凝土的剝落。但是，使用本發(fā)明的增強件，用于加強格柵的材料不會以當護層混凝土的厚度小于一英寸時使護層混凝土剝落的方式被腐蝕。另外，加強格柵10的總厚度也明顯小于傳統(tǒng)鋼筋的厚度。因此，優(yōu)選地用本發(fā)明所述的加強格柵制成的混凝土墻板58或墻板部分的厚度小于三英寸，甚至可以達到3／4-1英寸。
本發(fā)明的另一用途包括一種增強瀝青屋頂?shù)姆椒?，該屋頂既可以是一預制的單層板材，也可以是傳統(tǒng)的組合屋頂。在搭建屋頂?shù)倪^程中，熱瀝青的熱量將會使B階樹脂固化成C階。上述結(jié)果使屋頂更加堅固，可以抵抗在屋頂上走動或滾動所引起的下陷、變形或破裂。
在附圖和舉例中已經(jīng)闡述了本發(fā)明的最佳實施例，其中雖然使用了特殊術(shù)語，但術(shù)語只能作為一般性的和描述性的理解，并不是為了起限定作用，本發(fā)明的范圍將在權(quán)利要求書中描述。
權(quán)利要求
1．一種用于增強產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該產(chǎn)品由可硬化的結(jié)構(gòu)材料在硬化之后形成，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件呈一種加強格柵的形式，包括一組經(jīng)向絲束，其中至少一些絲束是分隔開的，所述經(jīng)向絲束至少由第一種纖維和第二種纖維中的一種構(gòu)成，所述第一種纖維具有足夠的強度來增強硬化之后的可硬化材料，同時比第二種纖維有更高的抵抗可硬化材料的侵蝕的能力；一組緯向絲束，其中至少一些絲束是分隔開的，并與經(jīng)向絲束組以基本上垂直的角度放置以形成一個粗孔式結(jié)構(gòu)，可硬化的材料在硬化前可以通過上述粗孔結(jié)構(gòu)，所述緯向絲束由第一種纖維和第二種纖維中的至少一種構(gòu)成，從而構(gòu)成所述加強格柵的一部分纖維是第一種纖維，在第二種纖維在已硬化材料中被腐蝕的情況下，第一種纖維仍能繼續(xù)增強已硬化的材料。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其特征為，所述第一種纖維包括碳纖維，所述第二種纖維包括玻璃纖維。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其特征為，所述的一組經(jīng)向絲束被分成數(shù)小組，每一小組中又包含多個相鄰的絲束，每小組中至少有一束纖維位于緯向絲束組的一側(cè)，同時每一小組中至少一個另外的絲束位于緯向絲束組的另一側(cè)且成一種疊置關(guān)系。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其特征為，位于緯向絲束一側(cè)的經(jīng)向絲束包括第一種纖維，位于緯向絲束另一側(cè)的經(jīng)向絲束包括第二種纖維。
5．根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其特征為，位于經(jīng)向絲束一側(cè)的緯向絲束包括第一種纖維，位于緯向絲束另一側(cè)的經(jīng)向絲束也包括第一種纖維。
6．根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其特征為，所述的各組絲束之間互相不交織。
7．根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其特征為，所述格柵基本上全部地浸漬以一種熱固性B階樹脂，以使所述各絲束在其交叉點上互鎖，同時使所述格柵保持在一種半柔性狀態(tài)，這種狀態(tài)使得格柵能與被增強產(chǎn)品的形狀保持一致。
8．根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其特征為，所述格柵基本上全部浸漬以一種完全固化的熱固性樹脂，以便使所述各絲束在其交叉點上互鎖，同時使所述格柵保持在一種相對堅固的狀態(tài)。
全文摘要
一種最好包括第一種纖維和第二種纖維的加強格柵。第一種纖維具有足以增強硬化后的可硬化建筑材料,如混凝土的強度。所述第一種纖維還比第二種纖維有更高的抵抗可硬化材料的侵蝕的性能。因此,當?shù)诙N纖維在已硬化的材料中被腐蝕時,第一種纖維仍能繼續(xù)增強已硬化的材料。因此,一種較便宜的纖維可以用作第二種纖維,它能在可硬化的材料中被腐蝕掉,但并不影響硬化后的建筑產(chǎn)品的強度。按照一種實施例,第一種纖維包括碳纖維,第二種纖維包括玻璃纖維。
文檔編號E04C2/38GK1294236SQ00128189
公開日2001年5月9日 申請日期2000年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月21日
發(fā)明者小戈登·L·布朗 申請人:克拉克－施韋貝爾泰克－費博公司