專利名稱：混凝土結構用補強條的制作方法
涉及在本文公開的研發主題不是聯邦資助的。
本發明涉及混凝土用補強材料和如此補強的混凝土結構。
混凝土是最普通的建筑材料之一。它廣泛地用于各種結構，比如橋梁、墻壁、地面、建筑支撐體、道路和飛機跑道等。
混凝土具有優異的壓縮強度，但拉伸強度很差。因此，如果結構受到拉伸應力，比如由彎曲負荷產生的應力時，總是須要對混凝土結構進行補強。提供這種補強的很普通的方法是在混凝土中加入金屬(通常是鋼)補強條。鋼補強條可以對混凝土結構的拉伸強度提供很大的改善。
不幸的是，當鋼補強條曝露在水中的時候，隨著時間的進程，會受到腐蝕。如果鋼材曝露在鹽當中時，比如在寒冷的氣候中曝露在道路表面的融雪和冰下時，經常會加速此腐蝕。人們傾向于對混凝土進行保護，使之不受水和鹽的侵蝕，但是隨著時間的進展，混凝土上會產生裂紋并且發展，這些物質會通過裂紋滲透到嵌入的鋼材上。隨著鋼材開始腐蝕，由于形成銹蝕層使之膨脹。這樣的膨脹進一步引起混凝土開裂，由此加速了混凝土結構的瓦解。
為了避免此腐蝕問題，試圖使用某些拉擠成型的復合材料，這些復合材料包括以熱固性樹脂作為基材，在其中包埋了長纖維，通常是玻璃纖維，但有時是其他材料形成的材料。
這些熱固性復合材料解決了腐蝕的問題，但還有其它明顯的缺點。一個最明顯的缺點就是，沒有能夠把這些熱固性復合材料成型為各種式樣的實際方法。鋼補強條通常經彎曲、絞合或者形成環，以適合于特殊建筑項目的要求。這經常是在現場加工的，但也可以作為螺紋鋼制造方法的一部分來制作。一旦熱固性基材發生固化，拉擠成型的熱固性復合材料是不可以再成型的。因此，對于熱固性復合材料來說，現場成型不是一種選擇。甚至于在工廠中成型都是困難的。拉擠成型的方法主要適合于制造等截面的直線狀復合材料。所做的任何成型必須在把樹脂加入到補強纖維中和固化到粘度達到不能再流動，以及樹脂完全固化這兩個時間點之間的很短的時間范圍內進行。這樣短的時間范圍使得制造熱固性復合材料的成型很困難而且昂貴。
熱固性復合材料的第二個缺點是，它很難嵌入混凝土中。螺紋鋼經常具有在鋼材表面上模制或者壓制的突起花紋和鋸齒狀的截面。這樣的截面使得鋼條以機械的方式鑲嵌在混凝土中。另一方面，由于拉擠成型方法的本性，熱固性復合材料一般具有恒定的截面。提供表面特征的后加工方法，比如壓花，是不合適的，因為熱固性復合材料太脆，沖擊強度很差。壓花方法傾向于使包埋的纖維斷裂，使復合材料弱化。有時用重疊注塑提供表面花紋使之嵌入到混凝土中。然而，重疊注塑和復合材料之間的連接經常比和混凝土基體的連接更差，提供不了多少好處。
另外，熱固性復合材料伸長率很低(斷裂時大約為1％)，沖擊強度差而且脆。它們還很昂貴，主要是由于生產速度太慢。
因此希望提供混凝土結構鋼補強條和熱固性復合材料補強條的替代品。
在本發明的一個方面提供一種補強條(螺紋鋼)，包括在熱塑性樹脂基體中包埋許多沿縱向取向的增強纖維的復合材料。
本發明的補強條解決了許多與螺紋鋼和熱固性復合材料補強條有關的問題。本發明的補強條不會由于曝露在水和/或普通的鹽里而腐蝕。本發明的補強條容易成型為許多形狀和結構。因此，它容易成型為能夠嵌入混凝土中，形成與混凝土機械鑲嵌，從而改善補強效果的形狀。如果需要，可以很容易在現場進行這樣的成型。本發明的補強條經常能夠以高于熱固性復合材料拉擠成型的速度制造。因此，本發明的補強條可以更加便宜而且性能好于熱固性復合材料補強條。
在本發明的第二方面提供一種混凝土結構，該結構包括包埋在混凝土基體中的補強條，所述補強條包括由包埋在熱塑性樹脂中許多縱向取向的增強纖維組成的復合材料。


圖1A～1J、2、3A～3B和4A～4C是本發明各種實施方案的等比例圖。
本發明的補強條包括由包埋在熱塑性樹脂基體中沿縱向取向的增強纖維組成的復合材料。如在Edwards等人的USP-5,891,560中所述，通常可以用許多方法制造這種補強條。
增強纖維可以是任何結實的、有剛性的、能夠通過多種方法加工進入復合材料的纖維。適用的纖維是公知的，而且可商購獲得。玻璃纖維、其他的陶瓷纖維、碳纖維、金屬纖維或者高熔點聚合物(比如聚芳酰胺)纖維都是合適的。不同類型纖維的混合物也是可以使用的。再有，不同種類的纖維可以與復合材料層疊或者交織，以使某些所需性能優化。比如，可以在復合材料的內部區域使用玻璃纖維，而在外部區域使用剛性更好、更昂貴的纖維，比如碳纖維。這樣就能夠獲得碳纖維高剛性的好處，同時降低了纖維的總成本。另外，外部的碳纖維給玻璃纖維提供了對水泥中堿性環境的附加保護。
適用的纖維是公知的而且可商購獲得。特別適用的纖維，其直徑為大約10～50μm，優選為大約15～25μm。
所謂“縱向取向”，是指該增強纖維基本沿著復合材料的整個長度上伸展，而且在拉擠成型的方向上排列。
對于大多數應用，優選使用玻璃纖維，因為它們廉價，強度高，并且剛性良好。
由于正是該纖維主要提供了所需的補強性能，復合材料中的纖維含量優選盡可能高。纖維含量的上限僅僅受到熱塑性樹脂浸潤纖維能力和將它們粘結在一起形成整個復合材料而不產生明顯空隙空間能力的限制。纖維優選構成復合材料體積的至少30vol％，優選至少50vol％，更優選至少65vol％。
熱塑性樹脂可以是任何適合于在拉擠成型方法中使用，形成復合材料的樹脂，而且不希望它與增強纖維發生反應。然而，該熱塑性樹脂優選具有一些其它的特性。此熱塑性樹脂優選是剛性聚合物，其Tg不低于50℃。另外，在拉擠成型的工藝中，此熱塑性樹脂優選形成低粘度的熔體，使之容易浸潤增強纖維。此熱塑性樹脂優選不以不希望的方式與混凝土反應，而且對水和普通的鹽基本上是惰性的(即當曝露于其中時不與其反應、不吸收、不溶解或者不明顯溶漲)。在可以使用的熱塑性樹脂中優選是所謂“熱塑性工程樹脂”，包括聚苯乙烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-乙烯基醇、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二酯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、聚碳酸酯、聚丙烯和聚芳酰胺樹脂以及它們的摻混物。
特別適合的熱塑性樹脂是可解聚和可再聚合的熱塑性樹脂(DRTP)。它們的例子是熱塑性硬聚氨酯或者聚脲(在后面都稱作“TPU”)。當加熱時，部分是由于殘留聚合催化劑的存在，TPU具有部分可解聚的性能。這種催化劑是典型對水解穩定和對熱穩定的，在一旦TPU已經聚合此催化劑并未失活這個意義上說，它是“活”的。此解聚使得TPU顯示出特別低的熔體粘度，這就增強了對纖維的浸潤。在冷卻時，聚氨酯重新聚合，再次形成高分子量的聚合物。
另外，與通過極性較小的樹脂如聚丙烯形成的那些相比，TPU傾向于與混凝土形成特別強的粘結鍵。
在比如Goldwasser等人的USP-4,376,834中敘述了適當的熱塑性聚氨酯。在Edwards等人的USP-5,891,560中敘述了在本發明中使用補強用纖維增強熱塑性復合材料，而且其是由該硬TPU制造的。
在USP-5,891,560中敘述的復合材料包括優選是聚氨酯或聚脲(或者是相應的硫代聚氨酯和硫脲)的連續相，浸漬有至少30vol％沿復合材料長度方向展開的增強纖維。在USP-5,891,560中敘述的一般拉擠成型方法包括把纖維束牽拉通過一個預熱工位、纖維預應力裝置、浸漬裝置、固定裝置等步驟，該固定裝置包括一個把復合材料成型為其最終形狀模具和一個冷卻模具。此牽拉最好是用拖拉裝置實現，比如履帶式引出機，如果需要可以添加另外的成型或后成型過程。
如在USP-5,891,560中所述，優選的連續相聚合物是通過接近化學當量的如下原料反應形成的熱塑性聚氨酯或聚脲，即(a)每個分子中優選具有兩個異氰酸酯基的多異氰酸酯；(b)鏈增長劑；和任選的(c)含有兩個或多個與異氰酸酯基反應基團的高當量(即在700～大約4000當量以上)物質。“鏈增長劑”是指每個分子中具有兩個與異氰酸酯反應基團的化合物，其分子量可達到大約500，優選不大于200。適當的與異氰酸酯基反應的基團包括羥基、硫醇基、伯胺和仲胺基，優選羥基、伯胺和仲胺基，特別優選羥基。
優選的TPU是玻璃化轉變溫度(Tg)至少50℃的具有硬段含量(定義為由鏈增長劑和多異氰酸酯殘基制造的TPU的重量百分數)至少75％的硬樹脂。熱塑性硬聚氨酯是以商品名ISOPLAST銷售的商品。ISOPLAST是Dow Chemical Company的注冊商標。
可以使用Tg為25℃或者更低的軟聚氨酯，但它更傾向于形成更軟的復合材料。因此優選以與熱塑性硬聚氨酯摻混物的形式使用“軟”聚氨酯。一般使用足夠含量的軟聚氨酯以增加復合材料的伸長率(在纖維取向的方向)。一般當“軟”聚氨酯占摻混物重量的50％或者更少時，優選占25％或者更少時，可以實現此目的。
優選的DRTP可以和少量(即50wt％或更少)其他熱塑性樹脂摻混，比如與聚苯乙烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-乙烯醇、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二酯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、聚碳酸酯、聚丙烯和聚芳酰胺。如果需要，可以在摻混物中包括相容劑以防止聚合物發生相分離。
纖維增強的復合材料被成型為補強條。此補強條一般具有高的長寬比(長度與最大截面尺寸之比)。長寬比一般為大約20～250。當然補強條的最大橫截面尺寸將根據被補強的特定結構而有很大的變化。最大橫截面尺寸一般為1/4”～3”或者更大(0.6～7.5cm)。更一般為大約1/2”～大約2”(1.2～大約5cm)。
補強條還被成型為帶有某些曲線、彎曲和/或其截面沿長度而變化的形狀，使得能夠與混凝土機械地鑲嵌在一起。可以作為補強條成型方法的一部分在線制造此形狀，或者由某些后續操作，包括在線操作制造此形狀。因為復合材料是容易成型的，本發明的補強條可以設想有各式各樣的結構和形狀。在圖1A～1J中為這些形狀舉出了例子。
提供機械嵌入混凝土的一個方法是，形成具有任何非圓截面的螺旋形補強條。圖1A和1B說明了此概念。在圖1A和1B中，補強條1和1A分別具有星形和四方形的截面，其中橫截面形狀螺旋的方向是沿著補強條長度方向的。由于螺紋截面不是圓形的，補強條1和1A的表面就沿著補強條的長度起伏，此如在圖1A中的數字2和2A以及在圖1B中的數字3和3A所示。此起伏的表面提供了與混凝土的機械嵌合。通過拉擠成型除了圓形以外的任何形狀的截面就能夠獲得這樣的效果，可以在拉擠成型的制品從模具中離開時將它們絞合在一起，也可以拉擠成型的過程中旋轉模具而做到這一點。因此，橫截面可以是比如橢圓形、卵形或者任何規則或不規則的多邊形。可以制造既包含左旋螺紋也包含右旋螺旋的螺旋形補強條，有時這是優選的。
如在圖1G所示，把兩根或者多根單個的拉擠成型截面絞合在一起，形成更粗的補強條可以實現類似的目的。在圖1G中，補強條81由4根較小的纖維增強復合材料條82組成，它們被絞合在一起。絞合步驟可以在拉擠成型的過程中在線進行，同時熱塑性樹脂仍然處于此拉擠成型條82能夠熱成型的溫度。或者，條82可以再加熱和絞合與拉擠成型相分離地形成補強條81。當然，較小條的數目根據所需補強條81和單根的條82的厚度可以有很大的變化，比如從2到12或者更多。制造類似補強條的另一個方法是編織或者織造單根的條82，而不是簡單地絞合。
圖1B顯示出另一個任選的特征，孔4穿過補強條1A的整個長度，形成一個中空件。比如可以提供孔4以制造出重量較輕的補強條，此種補強條具有較大的表面積與截面之比，在加大該表面對混凝土的化學鍵合是很重要的情況下，這將是有利的。這類中空補強條可以被加熱很容易卷曲以將其彎曲或者提供不規則的表面以機械地嵌合到混凝土中。或者，可以用各種材料填充孔4以實現特別需要的產品特性。比如，可以用熱塑性或熱固性樹脂填充孔4，比如用等外品或回收的樹脂、各種填料比如玻璃顆粒、磁性顆粒或其他金屬顆粒、木材或者陶瓷或金屬(比如鋼)棒填充。
在拉擠成型方法的固化裝置中使用圓形模具能夠很容易地制備如在圖1B、1C和1J中顯示的中空補強條。當需要時可以將填料注塑模塑到得到的孔中。另外，可以將復合材料直接拉擠成型到填料的芯層外面。
具有短的(長度優選短于2”(短于5cm)，更優選短于1/2”(短于1.3cm))、隨機取向的增強顆粒的樹脂基質是特別適合的一種填料，因為它能夠給補強條提供全方向的補強。另一種優選的填料是金屬，或者含有金屬纖維或顆粒的樹脂或其他類型的基質。經常須要給混凝土結構中的補強條定位，比如當要進行修理時。金屬填料能夠使用尋常的金屬探測器來探測補強條，使用的方法和當前給螺紋鋼定位的方法相同。
另外的第三種填料是含有磁性顆粒的樹脂或其他基質。當曝露在強磁場當中時，磁性顆粒將被加熱。這樣就給軟化補強條用于現場成型提供了方便的方法。被加熱的磁性顆粒把熱傳遞給熱塑性樹脂，借此引起其軟化，足可以使補強條被成型為所需的形狀。磁性顆粒包括鋇鐵氧體和鍶鐵氧體、氧化鐵比如Fe3O4和Fe2O3、鐵、鋁、鎳、鈷、銅、碳、鈦、錳、鉻、鎢、鉑、銀、鉬、釩或鈮或者它們的組合的合金，比如粉末狀鋁鎳鈷合金、銅鎳鈷合金、鉻鋼、鈷鋼、碳鋼和鎢鋼。可磁化顆粒的尺寸一般從亞微米級到毫米級。含鐵磁填料的熱塑性樹脂的商品例子是EMAWELDTM(Ashland Chemical Co.的商標)。
如在圖1C中所示，孔24只在其長度上預先選擇的部分進行填充，以提供局部補強而不會過分增加其重量。在圖1C中，孔24在縱向通過補強條21的整個長度。填料25填充在孔24的中段，而孔24的其他部分沒有被填充。因此，填料25在補強條21長度的中間提供增大的剪切強度，一般在此處的剪切強度是最大的。如在下面所述，本發明的這個實施方案特別適合用做銷條。
在圖1J中顯示的補強條說明與混凝土機械嵌合的另一種方法。在圖1J中，補強條91具有孔92和通常由彎曲或者碾壓而制造的扁平區域93。扁平區域93除了提供與混凝土的機械嵌合以外，還提供補強條更容易被彎曲或成型的點。如在圖1J中所示，補強條91可以是中空的，但這不是必須的。
反之，如在圖1E中所示，提供截面積增大的區域可以建立與混凝土的機械嵌合。在圖1E中補強條31的區域38具有比其余部分更大的橫截面直徑。這可以通過在補強條上進行熱塑性樹脂或熱固性樹脂，特別是含有隨機取向增強纖維的樹脂的重疊注塑來實現。然而，重疊注塑并非優選的方法，因為重疊注塑物與底層復合材料的粘結有時不是太好。實現這種結構的另一種方法是在拉擠成型方法中使用變徑模具。通過周期性擴大模具的直徑就可以在補強條上形成直徑增大的區域。
在圖1D上，補強條41的偏離部分47建立了與混凝土的機械嵌合。可以通過在具有多邊形截面的補強條的角進行彎曲或者熱成型而做到這一點。在圖1F中，通過在補強條51上引入彎曲59來建立機械嵌合。彎曲59一般如在圖1F中所示的是正弦曲線，但局部彎曲的曲線、更窄的彎曲和其他花色的曲線都是可以使用的。這些曲線狀的彎曲除了提供補強條和混凝土的機械嵌合以外，還能夠賦予補強條一定程度的伸長率。當在曲線補強條上施加負荷時，在至少一部分施加的力被拉直的補強條耗散以前，此補強條是不會斷裂的。
圖1H說明提供用于與混凝土嵌合的突起花紋表面特征的另一種方法。在圖1H中，補強條71具有一根螺旋狀纏繞的條75，此條可以通過重疊注塑或拉擠成型加到補強條71的主體72上。在一個優選的實施方案中，主體72和纏繞條75都是如上所述的熱塑性樹脂和縱向增強纖維的拉擠成型復合材料。補強條71通常是由分別擠塑的主體72和纏繞條75組成的，在高溫下將纏繞條75纏繞在主體72的周圍，使得纏繞條被熱成型并粘接在主體72上。制造補強條71的另一種方法是使用旋轉成型模，一步制造帶纏繞條75的主體72。第三種方法是使用成型但固定的模具，一步制造主體72和纏繞條75，然后在線或者在另外的加工步驟中將此拉擠成型件絞合在一起。
提供機械嵌合的另一種方法是提供如在圖1I中所示的斑點狀突起表面。如圖所示，補強條86具有許多由主表面上突出的斑點89。可以用各種方法做到這一點。一種簡單的方法就是在熱塑性樹脂處于軟化狀態下，將適當的顆粒部分嵌入補強條86的表面中。適當的顆粒包括熱塑性樹脂或熱固性樹脂顆粒、玻璃或其他陶瓷材料顆粒、金屬顆粒、砂粒或其他材料的顆粒。
在圖2中說明的另一個實施方案中，本發明的補強條201包括一個芯條203和殼層202。芯條203適當地是鋼或其他金屬。殼層202是如上所述的熱塑性樹脂和縱向增強纖維的復合材料。根據補強條的特定應用不同，相對于作為整體的補強條201的殼層202的厚度可以變化。比較粗的芯條203所提供的補強條201，其補強性能與通常的螺紋鋼十分相當，而殼層202的附加的好處是保護芯條203不曝露在水、鹽和其他腐蝕性材料當中。比較細的芯條203提供的強度較低，但使用普通的探測器就能夠給在混凝土結構中的補強條201定位。
如果需要，本發明的補強條很容易制造成復雜的補強結構。利用補強材料的可熱成型性，可以用許多方法做到這一點。
比如圖3A說明用單根的由DRTP和縱向增強纖維制造的小直徑復合材料條302制造的補強格柵301。通過在交叉點加熱條302，使熱塑性樹脂變軟引起單根的條互相粘結就很容易把單根的條302成型為整體的格柵。或者，可以將單根的條302進行編織，再加熱單根的條302，使得DRTP變軟，這些條就變得有些柔軟。或者，可以用適當的粘結劑比如熱熔粘結劑把單根的條粘接在一起。而不太優選地可以用機械手段把條302組合為格柵301。
圖3B說明由本發明補強條制造的抗剪構架或類似的組合件。抗剪構件310由直線補強條311和312以及彎曲補強條313組成。補強條311、312和313在交接點上容易通過粘結劑、焊接或通過使用任何類型的機械連接件而連接在一起。如果需要可以成型模塑的連接件來把單根組件把持在一起。這些連接件或者叫橋可以用與補強條311、312和313相同的纖維增強復合材料形成。或者，此連接件或者說橋可以用非增強熱塑性樹脂或熱固性樹脂制造。
不言而喻的是，除了抗剪構件310外，作為特殊的需要，可以用類似的方法制造許多種復雜的補強結構。
本發明的纖維增強補強條很容易加工以形成整體連接的特征。比如圖4A說明具有端部鉤407的補強條401，可以用此鉤子來將補強條401和其他補強條或其他結構組件連接起來。或者，如在圖4B中所示，本發明的補強條408可具有變形的端部409，以通過楔的作用使之容易與組件固定。
在圖4A中說明的曲線類型和在圖4B中說明的變形都很容易在后成型過程中通過將纖維增強復合材料預熱到熱塑性樹脂軟化的溫度，將軟化的復合材料成型為所需形狀，然后將復合材料冷卻使之重新變硬來很方便地引入。用類似的方法，可以制造環狀的，比如圓形或橢圓形的補強條。
應該注意到，對本發明的補強條進行簡單的彎曲或制成曲線形將易于引起一定量的纖維破碎或者扭曲。這是由于在彎曲或者曲線內側的曲率半徑小于其外側的曲率半徑。因此在彎曲或者制成曲線的方法中在彎曲或曲線內側上的纖維受到壓應力，而在彎曲或曲線外側的纖維受到拉應力。當復合材料彎曲或成為曲線時通過將復合材料絞合就可以極大地或者完全解決這個問題。這使所有的纖維幾乎經歷相同的拉應力和壓應力，由此就減少或者消除了斷裂或扭曲。在如此絞合和彎曲的補強條中纖維的取向如在圖4C中所示。補強條410包括沿著補強條410展開的縱向絞合的纖維411。這就使所有纖維411經歷相似的壓應力和拉應力。縱向絞合還在復合材料中提供更大的表觀柔順性。
在某些混凝土結構中使用的專門形式的補強條已知是銷形補強條。比如在混凝土公路中經常使用的銷形補強條把相鄰的混凝土路面板連接起來。此銷形補強條用其一端嵌入一塊路面板中，另一端嵌入第二塊路面板中而給相鄰的路面板架起“橋”。與許多其他類型的補強條不同，經常希望銷形補強條能夠隨著路面板而運動。在公路上，伴隨著熱膨脹和收縮，這就使得路面板彼此可以稍微運動。
本發明的補強條很容易適合作為銷形補強條。對于作為銷形補強條的應用，此補強條優選不是與混凝土產生機械的嵌合，所以按照本發明制造的銷形補強條優選是沿著其長度具有均勻截面的筆直的條。由于優選的TPU傾向于與混凝土有很強的粘結，優選涂布與混凝土沒有良好粘結的涂層。任何非極性樹脂的涂層，比如聚四氟乙烯或聚乙烯都適合于此目的。由于銷形補強條在相鄰混凝土路面板相遇處受到最大的剪切力，本發明的補強條在補強條的相應部分可以進一步補強，通過比如成型在靠近補強條長度的中段填充中心芯條的中空補強條就能夠做到這一點，這如圖1C所示。
應該理解，按照在其中使用補強條的特殊混凝土結構的需要可以制造本發明補強條的各種其他實施方案。比如，可以通過在混凝土表面上引入溝槽，并把補強條粘接在溝槽上，而把補強條裝在靠近混凝土表面處。在提高現有結構的等級或者進行修復時，這樣在表面上安裝的棒是特別有用的。
可以用比傳統螺紋鋼使用方法多得多的同樣方法來使用本發明的補強條。把補強條組合在一起，形成骨架或者框架，在這些骨架或框架上再形成混凝土結構。可以以各種方式把許多單根的補強條連接在一起，以把它們保持到位直至注入混凝土并硬化，這些方式包括捆扎、鉗夾、焊接、支撐、鎖扣或其他連接件以及膠等。在優選的實施方案中，把混凝土倒入骨架或框架上并讓其硬化。
在本文中使用的“混凝土”指的是顆粒狀填料如沙礫、卵石、沙子、石子、礦渣或煤渣等在灰漿或水泥中的混合物。適當的水泥包括水凝性水泥，比如硅酸鹽水泥或礬土水泥。水泥或混凝土可以含有其他成分，比如塑性膠乳、水凝助劑、硬化劑等。
本發明的補強條還可以用做各種類型結構的外補強件。由于此補強條容易熱成型，可以在靠近補強條的末端進行彎曲，形成比如直角形的補強條。這樣的補強條可以通過把末端埋入到結構中而嵌合到結構的表面中。用這樣的方法，可以通過結構現有的裂紋進行補強，以減緩或者避免裂紋進一步發展。
除了補強條或者在補強條之外，可以在混凝土混合物中分散復合的“巨纖維”給混凝土提供補強。如果這些巨纖維足夠長，它們可以提供出由補強條所提供的補強，同時還有控制裂紋的能力，這是短小的纖維所不能提供的。
權利要求
1.一種補強條，包括包埋在熱塑性樹脂基質中的許多縱向取向增強纖維組成的復合材料。
2.如權利要求1的補強條，其中所述熱塑性樹脂是可以解聚并且可以重聚合的熱塑性樹脂。
3.如權利要求2的補強條，該補強條適合于嵌合到所述混凝土中。
4.如權利要求2的補強條，其中所述可解聚和可重新聚合的熱塑性樹脂包括Tg不低于50℃的熱塑性聚氨酯或熱塑性聚脲。
5.如權利要求1～4中任何一項的補強條，其中所述縱向取向的增強纖維在整個補強條的長度上是連續的。
6.如權利要求1～5中任何一項的補強條，其中所述縱向取向的增強纖維是玻璃纖維或碳纖維。
7.如權利要求1～6中任何一項的補強條，該補強條具有非圓形的截面，而且沿著補強條的長度含有至少一個螺旋形的部分。
8.如權利要求1～6中任何一項的補強條，該補強條由多根絞合的、機織的或者編織的復合材料條組成，該復合材料是由可解聚并可重新聚合的熱塑性樹脂和縱向取向增強纖維組成的。
9.如權利要求1～6中任何一項的補強條，該補強條是制成曲線狀的或者彎曲的。
10.如權利要求1～6中任何一項的補強條，該補強條具有帶角的多邊形截面，而且在沿著所述補強條的長度上有至少一個所述的角被變形。
11.如權利要求1～6中任何一項的補強條，該補強條包括相對于補強條其余部分截面的增大了截面積的區域。
12.如權利要求1～11中任何一項的補強條，該補強條是中空的。
13.如權利要求1～11中任何一項的補強條，該補強條在穿過其整個長度上具有縱向的孔，而且至少部分所述縱向孔被填充上熱塑性樹脂、熱固性樹脂、磁性顆粒、陶瓷、木材或金屬。
14.如權利要求13的補強條，其中只有部分所述縱向孔被含有隨機取向短補強顆粒的樹脂基質填充。
15.如權利要求12的補強條，該補強條包括多個扁平區域。
16.如權利要求1～15中任何一項的補強條，該補強條具有多個斑點狀突起花紋的表面。
17.如權利要求16的補強條，其中所述斑點狀突起花紋是部分包埋的熱塑性樹脂或熱固性樹脂、陶瓷、金屬或無機物的顆粒。
18.如權利要求1～17中任何一項的補強條，其中熱塑性樹脂是可解聚而且可重新聚合的熱塑性聚氨酯或聚脲與少量聚苯乙烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-乙烯醇、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、聚碳酸酯、聚丙烯或聚芳酰胺的摻混物。
19.一種補強格柵，包括多根按照權利要求1、2或4中任何一項的補強條，這些補強條互相連接組成整個的格柵結構。
20.一種抗剪構架，包括多根按照權利要求1、2或4中任何一項的補強條，這些補強條互相連接組成整個的抗剪切構架結構。
21.如權利要求1～10和11～18中任何一項的補強條，該補強條基本是筆直的，而且包括不與混凝土粘結的外涂層。
22.如權利要求2或4的補強條，該補強條沿著補強條的長度并在其周圍包括至少一個突起的外纏繞條，其中至少一根纏繞條是包埋在可解聚并且可重新聚合的熱塑性樹脂基質中的許多縱向取向增強纖維組成的復合材料。
23.一種混凝土結構，包括包埋在混凝土基質中的補強條，所述補強條包括由包埋在熱塑性樹脂基質中的許多縱向取向增強纖維組成的復合材料。
24.如權利要求23的混凝土結構，其中混凝土基質包括水泥或灰漿以及顆粒狀填料。
全文摘要
本發明公開了混凝土結構補強條，其由含有添加了縱向取向增強纖維的可解聚并且可重新聚合的熱塑性樹脂的復合材料組成。這些補強條提供優異的拉伸補強作用，并且沒有普通螺紋鋼具有的腐蝕問題。此補強條容易成型為許多形狀，能夠適合于許多特定的補強需要。
文檔編號E04C5/03GK1394252SQ01803444
公開日2003年1月29日 申請日期2001年1月8日 優先權日2000年1月13日
發明者C·M·愛德華茲, E·L·德胡赫 申請人:陶氏環球技術公司