專利名稱：制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的方法及其專用設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)方案涉及纖維增強(qiáng)混凝土，具體地說是制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混 凝土的方法及其專用設(shè)備。
背景技術(shù)：
混凝土是土木、交通、水利、核電以及許多工程中廣泛使用的結(jié)構(gòu)材料?；炷恋?特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度低和極限應(yīng)變小，是一種脆性材料。由于這些特性，導(dǎo)致混凝 土韌性差和易開裂，工程中普通結(jié)構(gòu)混凝土拉應(yīng)力區(qū)的混凝土一般都是帶裂縫工作。裂縫 處的鋼筋得不到混凝土的有效保護(hù)，可能會(huì)過早發(fā)生銹蝕，對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性影響很大。摻加鋼 纖維是提高混凝土抗裂性、韌性和改善抗拉性能的最有效方法之一。摻加鋼纖維以后，與拉 應(yīng)力方向一致的鋼纖維可以有效分擔(dān)拉應(yīng)力。對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生的裂縫，跨越裂縫兩側(cè)的鋼纖 維可以阻止裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，減小裂縫的寬度，從而提高混凝土的抗裂性。與拉應(yīng)力方向 不一致的鋼纖維提高混凝土抗裂性的效果隨著方向的偏離而下降，與拉應(yīng)力方向垂直的鋼 纖維對(duì)改善混凝土抗裂性幾乎沒有作用。現(xiàn)有的鋼纖維混凝土的成型工藝是，將砂、石、水泥等原材料和鋼纖維一起混合， 加入拌和水?dāng)嚢杈鶆?，入模振搗密實(shí)。按照這種工藝成型的鋼纖維混凝土，鋼纖維在混凝土 中隨機(jī)亂向分布。實(shí)際工程中的結(jié)構(gòu)混凝土根據(jù)部位不同受到特定荷載的作用，部分混凝 土長期受壓而另一部分混凝土長期受拉，并且應(yīng)力方向一般不會(huì)改變。因此，如果采用傳 統(tǒng)工藝制備鋼纖維混凝土，只有與拉應(yīng)力方向一致或接近的小部分鋼纖維發(fā)揮了抗裂的作 用。另一方面，有效鋼纖維的分布密度必須達(dá)到一定值才能真正抗裂，對(duì)于這個(gè)問題工程中 一般采用提高鋼纖維整體摻量的方法，使得即使隨機(jī)亂向分布，沿拉應(yīng)力方向的鋼纖維仍 有足夠數(shù)量，可以承擔(dān)相應(yīng)的荷載，混凝土的性能得以提高，這樣做的缺點(diǎn)是，混凝土中的 鋼纖維的有效利用效率很低，很大部分鋼纖維不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，同時(shí)也導(dǎo)致制備鋼纖 維增強(qiáng)混凝土的原材料成本大幅度增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的方法及其 專用設(shè)備，用這種方法和專用設(shè)備制備出的單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土，其抗折強(qiáng)度比用 現(xiàn)有方法制備的鋼纖維增強(qiáng)混凝土提高25% 100%，或節(jié)省鋼纖維25% 60%。本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的方法，具體步驟如下第一步，配制鋼纖維混凝土拌合物按公知的設(shè)計(jì)方法所確定的鋼纖維混凝土組成組分的配合比，稱取實(shí)際操作時(shí)所 需量的膠凝材料、砂、石、高效減水劑和鋼纖維，將稱取的膠凝材料、砂、石、高效減水劑和鋼 纖維投入攪拌機(jī)中均勻拌合配制成鋼纖維混凝土拌合物；第二步，澆入試模
將第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物澆入非金屬試模中；第三步，施加磁場(chǎng)將第二步得到的澆入了第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模置于 制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的線圈的骨架中空腔內(nèi)，再將該線圈和試模一 起置于上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)上，開啟上述專用設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場(chǎng)，以 對(duì)第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物施加磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與試件測(cè)試或工作狀態(tài)時(shí)的拉 應(yīng)力方向保持一致，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.0\10， 20.0\10_31\開啟上述專用設(shè) 備的振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)30 300秒，然后按順序依次關(guān)閉上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)，切斷上述線圈 的直流電源，并將澆入了第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模移出該線圈的 骨架中空腔，放置于地面或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上；第四步，拆模與養(yǎng)護(hù)將第三步施加磁場(chǎng)后得到的在非金屬試模內(nèi)的鋼纖維混凝土拌合物試件表面輕 輕抹平，靜置，拆模，養(yǎng)護(hù)后得到單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土。上述制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的方法，所述鋼纖維為低碳鋼材料制成。上述制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的方法，所述將稱取的膠凝材料、砂、石、高 效減水劑和鋼纖維投入攪拌機(jī)中均勻拌合配制成鋼纖維混凝土拌合物，其優(yōu)選的操作過程 是，將稱量好的膠凝材料、砂、石投入攪拌機(jī)干料攪拌均勻，然后邊攪拌邊投入全部稱量好 的鋼纖維至攪拌均勻，再加入稱量好的拌合水和高效減水劑，繼續(xù)攪拌90 300秒，通過調(diào) 整減水劑摻量或用水量，控制混凝土拌合物坍落度在40mm 160mm范圍內(nèi)。上述制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的方法，所述鋼纖維混凝土配合比的公知設(shè) 計(jì)方法可以從《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(CECS 38-1992)、《鋼纖維混凝土》(JG/ T3064-1999)和《新型和特種混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工性能檢測(cè)實(shí)用手冊(cè)》(王培民，中國 建材出版社，2004年)中得知。從上述公知的文獻(xiàn)中可以得知鋼纖維混凝土的組成原料為 膠凝材料、砂、石、高效減水劑和鋼纖維，其中膠凝材料為水泥或水泥與粉煤灰和礦粉中的 一種或兩種的混合物，高效減水劑見國家標(biāo)準(zhǔn)GBJ8076。上述制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的方法，所述的直流電源、線圈和振動(dòng)臺(tái)都 是本技術(shù)領(lǐng)域常用的設(shè)備，是本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以自行制作或由商購得到的。制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備，由振動(dòng)臺(tái)、線圈和直流電源構(gòu)成。上述制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備，所述振動(dòng)臺(tái)為機(jī)械式混凝土振 動(dòng)臺(tái)，無磁力吸附，其振幅為0. 5 士 0. 2mm，振動(dòng)頻率為2850次/分，符合《混凝土試驗(yàn)用振 動(dòng)臺(tái)》(JGT 3020-94)規(guī)定或其它行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。上述制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備，所述線圈的匝數(shù)為300 1000 匝，長度為150 550mm，其骨架中的空腔形狀和大小根據(jù)被置入其中的澆入了鋼纖維混凝 土拌合物的非金屬試模的形狀和大小確定，允許將澆入了鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試 模置于其中，在接通電壓為1 30伏和電流為0. 1 20安的直流電時(shí)，在該線圈的中空腔 內(nèi)會(huì)產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度為1. OX 10_3T 20. OX 10_3Τ的磁場(chǎng)。上述制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備，所述直流電源可提供輸出的直 流電壓為0 30伏和直流電流為0 20安。上述制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備，所述的直流電源、線圈和振動(dòng)臺(tái)都是本技術(shù)領(lǐng)域常用的設(shè)備，是本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以自行制作或由商購得到的。本發(fā)明的有益效果是(1)原理對(duì)鋼纖維混凝土拌合物施加磁場(chǎng)，利用纖維狀鋼材在強(qiáng)磁場(chǎng)中會(huì)被磁化，當(dāng)纖維 方向與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)在纖維兩端分別形成磁S極和磁N極的特性，施加外部磁場(chǎng)將混 凝土拌合物中的鋼纖維磁化成兩端為兩極的小磁體，進(jìn)而在定向磁場(chǎng)作用下，被磁化鋼纖 維的兩端分別受到大小相等方向相反的作用力，混凝土拌合物在振動(dòng)過程中處于液化狀態(tài) 時(shí)，其中的鋼纖維在磁場(chǎng)作用力作用下會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，方向趨于與磁場(chǎng)方向一致，從而形成單 向或定向分布。由此可見，本發(fā)明制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的方法及專用設(shè)備完全 克服了現(xiàn)有技術(shù)工藝成型的鋼纖維增強(qiáng)混凝土，鋼纖維在其中隨機(jī)亂向分布，致使混凝土 中的鋼纖維的有效利用效率很低，很大部分鋼纖維不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，同時(shí)也導(dǎo)致鋼纖 維增強(qiáng)混凝土的原材料成本大幅度增加的缺點(diǎn)。因此，本發(fā)明具有突出的實(shí)質(zhì)性的特點(diǎn)。(2)實(shí)踐發(fā)明人經(jīng)過大量研究，研制出制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備。應(yīng)用 過程中根據(jù)新拌混凝土和易性和鋼纖維的尺寸與形狀，來調(diào)整直流電源的電壓電流，以控 制線圈內(nèi)部空間中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。實(shí)踐證明，鋼纖維混凝土拌合物和易性越好，所需的磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度越小，反之拌合物和易性越差，則需增大電流，提高磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度。(3)效果與采用現(xiàn)有技術(shù)方法制備的鋼纖維混凝土相比，用本發(fā)明方法和專用設(shè)備制備的 單向分布鋼纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度提高了 25% 100%。如果所用原料配合比完全相同， 用本發(fā)明方法和專用設(shè)備制備的單向分布鋼纖維混凝土的抗折強(qiáng)度提高了 25% 100% ； 如果產(chǎn)品抗折強(qiáng)度相同，用本發(fā)明方法和專用設(shè)備制備單向分布鋼纖維混凝土，其中鋼纖 維用量降低25% 60%，由此可見，與已有技術(shù)相比本發(fā)明有顯著的進(jìn)步。(下面的實(shí)施例 將提供具體詳細(xì)的數(shù)據(jù)對(duì)比，以進(jìn)一步證明本發(fā)明有顯著的進(jìn)步。)


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的直流電源外部示意 圖。圖3是本發(fā)明制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的線圈示意圖。圖4是本發(fā)明制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的線圈橫截面示意圖。圖5是本發(fā)明制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)示意圖。圖中，1.直流電源，2.線圈，3.振動(dòng)臺(tái)，4.電流控制旋鈕，5.開關(guān)。
具體實(shí)施例方式圖1所示實(shí)施例表明，本發(fā)明制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備由直流 電源1、線圈2和振動(dòng)臺(tái)3構(gòu)成，其中直流電源1有交流電(AC)輸入端和直流電輸出端，直 流電輸出端接至線圈2，直流電源1的開關(guān)5控制是否為線圈2提供直流電，用直流電源1的電流控制旋鈕4控制為線圈2提供直流電的電壓和電流的大小；線圈2放置在振動(dòng)臺(tái)3 上。圖2所示實(shí)施例表明，本發(fā)明制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的直流 電源1外部設(shè)置有交流電(AC)輸入端、直流電輸出端、開關(guān)5和電流控制旋鈕4。圖3所示實(shí)施例表明，本發(fā)明制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的線圈 2，其匝數(shù)為300 1000匝，長度1為150 550mm，保證長于置于線圈的骨架中空腔內(nèi)的非 金屬試模的長度。線圈2接在直流電源1的直流電輸出端(DC)上。圖4所示實(shí)施例表明，本發(fā)明制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的線圈 2的空腔的橫截面為方形，大小根據(jù)所置入的試模而定。圖5所示實(shí)施例顯示本發(fā)明制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的振動(dòng) 臺(tái)3，其大小以能夠放置線圈和試模為準(zhǔn)。實(shí)施例1第一步，配制鋼纖維混凝土拌合物按公知的設(shè)計(jì)方法所確定的強(qiáng)度等級(jí)為C40的混凝土組成組分 的質(zhì)量配合比為水水泥粉煤灰砂石高效減水劑鋼纖維= 180 375 75 780 990 2. 2 47稱量所需量的水、水泥、粉煤灰、砂、石、高效減水 劑和鋼纖維，所用鋼纖維為低碳鋼材料采用切削工藝制成，直徑0. 5mm，長徑比為40。將稱 量好的水泥、粉煤灰、砂、石投入攪拌機(jī)干料攪拌均勻，然后邊攪拌邊投入全部稱量好的鋼 纖維至攪拌均勻，再加入稱量好的拌合水和高效減水劑，繼續(xù)攪拌90秒，混凝土拌合物坍 落度為160mm ；第二步，澆入試模將第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物澆入IOOmmX IOOmmX400mm的非金屬試
模中；第三步，施加磁場(chǎng)將第二步得到的澆入了第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模置于 制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的線圈的骨架中空腔內(nèi)，再將該線圈和試模一 起置于上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)上，開啟上述專用設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場(chǎng)，以 對(duì)第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物施加磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與試件測(cè)試或工作狀態(tài)時(shí)的拉 應(yīng)力方向保持一致或根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度為3. 0X10_3T，開啟上述專 用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)90秒，然后按順序依次關(guān)閉上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)，切斷上述線圈的 直流電源，并將澆入了第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模移出該線圈的骨 架中空腔，放置于地面或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上；第四步，制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土將第三步施加磁場(chǎng)后得到的在非金屬試模內(nèi)的鋼纖維混凝土拌合物試件表面輕 輕抹平后置于室內(nèi)環(huán)境，表面覆蓋塑料薄膜，24小時(shí)后拆模，移入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，保持溫度為 20士2°C，相對(duì)濕度> 90%，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的28d齡期時(shí)將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，得到單向分布 鋼纖維增強(qiáng)混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》測(cè)得其抗折強(qiáng)度為 8.70MPa。對(duì)比實(shí)施例1
除缺少實(shí)施例1中的第三步之外，其他工藝與實(shí)施例1相同。同樣養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的28d齡期時(shí)將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，得到非單向分布的鋼纖維增 強(qiáng)混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》測(cè)得其抗折強(qiáng)度為6. 95MPa。實(shí)施例1與對(duì)比實(shí)施例1的原料配比和鋼纖維用量相同，而實(shí)施例1得到的單向 分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的28d抗折強(qiáng)度比對(duì)比實(shí)施例1得到的非單向分布的鋼纖維增強(qiáng)混 凝土的28d抗折強(qiáng)度提高25 %。實(shí)施例2第一步，配制鋼纖維混凝土拌合物按公知的設(shè)計(jì)方法所確定的強(qiáng)度等級(jí)為C55的混凝土組成組分 的質(zhì)量配合比為水水泥粉煤灰砂石高效減水劑鋼纖維= 170 385 95 775 980 3. 0 117稱量所需量的水、水泥、粉煤灰、砂、石、高效減 水劑和鋼纖維，所用鋼纖維為低碳鋼材料采用切削工藝制成，直徑0. 5mm，長徑比為40。將 稱量好的水泥、粉煤灰、砂、石投入攪拌機(jī)干料攪拌均勻，然后邊攪拌邊投入全部稱量好的 鋼纖維至攪拌均勻，再加入稱量好的拌合水和高效減水劑，繼續(xù)攪拌300秒，混凝土拌合物 坍落度為40mm ；第二步，澆入試模將第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物澆入IOOmmX IOOmmX400mm的非金屬試
模中；第三步，施加磁場(chǎng)將第二步得到的澆入了第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模置于 制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的線圈的骨架中空腔內(nèi)，再將該線圈和試模一 起置于上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)上，開啟上述專用設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場(chǎng)，以 對(duì)第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物施加磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與試件測(cè)試或工作狀態(tài)時(shí)的拉 應(yīng)力方向保持一致或根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度為12. 0Χ1(Γ3Τ，開啟上述 專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)180秒，然后按順序依次關(guān)閉上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)，切斷上述線 圈的直流電源，并將澆入了第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模移出該線圈 的骨架中空腔，放置于地面或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上；第四步，制備成型的單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土將第三步施加磁場(chǎng)后得到的在非金屬試模內(nèi)的鋼纖維混凝土拌合物試件表面輕 輕抹平后置于室內(nèi)環(huán)境，表面覆蓋塑料薄膜，24小時(shí)后拆模，移入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，保持溫度為 20士2°C，相對(duì)濕度> 90%，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的28d齡期時(shí)將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，得到單向分布 鋼纖維增強(qiáng)混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》測(cè)得其抗折強(qiáng)度為 20.4MPa。對(duì)比實(shí)施例2除缺少實(shí)施例2中的第三步之外，其他工藝與實(shí)施例2相同。同樣養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的28d齡期時(shí)將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，得到非單向分布的鋼纖維增 強(qiáng)混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》測(cè)得其抗折強(qiáng)度為11. 2MPa。實(shí)施例2與對(duì)比實(shí)施例2的原料配比和鋼纖維用量相同，而實(shí)施例2得到的單向 分布的鋼纖維增強(qiáng)混凝土的28d抗折強(qiáng)度比對(duì)比實(shí)施例2得到的非單向分布的鋼纖維增強(qiáng)混凝土的28d抗折強(qiáng)度提高100%。實(shí)施例3第一步，配制鋼纖維混凝土拌合物按公知的設(shè)計(jì)方法所確定的強(qiáng)度等級(jí)為C45的混凝土組成組分 的質(zhì)量配合比為水水泥粉煤灰砂石高效減水劑鋼纖維= 165 430 0 815 970 3. 2 59稱量所需量的水、水泥、粉煤灰、砂、石、高效減水 劑和鋼纖維，所用鋼纖維為低碳鋼材料采用切削工藝制成，直徑0. 5mm，長徑比為40。將稱 量好的水泥、粉煤灰、砂、石投入攪拌機(jī)干料攪拌均勻，然后邊攪拌邊投入全部稱量好的鋼 纖維至攪拌均勻，再加入稱量好的拌合水和高效減水劑，繼續(xù)攪拌180秒，混凝土拌合物坍 落度為135mm ；第二步，澆入試模將第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物澆入IOOmmX IOOmmX400mm的非金屬試
模中；第三步，施加磁場(chǎng)將第二步得到的澆入了第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模置于 制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的線圈的骨架中空腔內(nèi)，再將該線圈和試模一 起置于上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)上，開啟上述專用設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場(chǎng)，以 對(duì)第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物施加磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與試件測(cè)試或工作狀態(tài)時(shí)的拉 應(yīng)力方向保持一致或根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度為10.0X10_3T，開啟上述 專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)240秒，然后按順序依次關(guān)閉上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)，切斷上述線 圈的直流電源，并將澆入了第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模移出該線圈 的骨架中空腔，放置于地面或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上；第四步，制備成型的單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土將第三步施加磁場(chǎng)后得到的在非金屬試模內(nèi)的鋼纖維混凝土拌合物試件表面輕 輕抹平后置于室內(nèi)環(huán)境，表面覆蓋塑料薄膜，24小時(shí)后拆模，移入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，保持溫度為 20士 1°C，相對(duì)濕度>95%，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的28d齡期時(shí)將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，得到單向分布 鋼纖維增強(qiáng)混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》測(cè)得其抗折強(qiáng)度為 9.7MPa。對(duì)比實(shí)施例3除第一步中所用原料的規(guī)定質(zhì)量比為水水泥粉煤灰砂石高效減水 劑鋼纖維=165 430 0 805 940 3. 2 117和缺少實(shí)施例3中的第三步之外， 其他工藝與實(shí)施例3相同。同樣養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的28d齡期時(shí)將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，得到非單向分布的鋼纖維增 強(qiáng)混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》測(cè)得其抗折強(qiáng)度為9. 6MPa。實(shí)施例3與對(duì)比實(shí)施例3的28d抗折強(qiáng)度基本一樣，而實(shí)施例3得到的單向分布 的鋼纖維增強(qiáng)混凝土的鋼纖維用量只有對(duì)比實(shí)施例3得到的非單向分布的鋼纖維增強(qiáng)混 凝土的鋼纖維用量的一半，降低了 60%。實(shí)施例4第一步，配制鋼纖維混凝土拌合物
按公知的設(shè)計(jì)方法所確定的強(qiáng)度等級(jí)為C35的混凝土組成組分的質(zhì)量配合比為 水水泥砂石高效減水劑鋼纖維=171 390 810 1000 2. 5 29稱量 所需量的水、水泥、砂、石、高效減水劑和鋼纖維，所用鋼纖維為低碳鋼材料采用切削工藝制 成，直徑0. 5mm，長徑比為40。將稱量好的水泥、粉煤灰、砂、石投入攪拌機(jī)干料攪拌均勻，然 后邊攪拌邊投入全部稱量好的鋼纖維至攪拌均勻，再加入稱量好的拌合水和高效減水劑， 繼續(xù)攪拌180秒，混凝土拌合物坍落度為130mm ；第二步，澆入試模將第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物澆入IOOmmX IOOmmX400mm的非金屬試
模中；第三步，施加磁場(chǎng)將第二步得到的澆入了第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模置于 制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的線圈的骨架中空腔內(nèi)，再將該線圈和試模一 起置于上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)上，開啟上述專用設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場(chǎng)，以 對(duì)第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物施加磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與試件測(cè)試或工作狀態(tài)時(shí)的拉 應(yīng)力方向保持一致或根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度為10.0X10_3T，開啟上述 專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)240秒，然后按順序依次關(guān)閉上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)，切斷上述線 圈的直流電源，并將澆入了第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模移出該線圈 的骨架中空腔，放置于地面或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上；第四步，制備成型的單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土將第三步施加磁場(chǎng)后得到的在非金屬試模內(nèi)的鋼纖維混凝土拌合物試件表面輕 輕抹平后置于室內(nèi)環(huán)境，表面覆蓋塑料薄膜，24小時(shí)后拆模，移入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，保持溫度 為201C，相對(duì)濕度95 %，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的28d齡期時(shí)將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，得到單向分布鋼 纖維增強(qiáng)混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》測(cè)得其抗折強(qiáng)度為 7. 88MPa。對(duì)比實(shí)施例4除第一步中所用原料的規(guī)定質(zhì)量比為水水泥砂石高效減水劑鋼纖維 =171 390 810 1000 2. 5 39和缺少實(shí)施例4中的第三步之外，其他工藝與實(shí) 施例4相同。同樣養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的28d齡期時(shí)將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，得到非單向分布的鋼纖維增 強(qiáng)混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》測(cè)得其抗折強(qiáng)度為7. 87MPa。實(shí)施例4與對(duì)比實(shí)施例4的28d抗折強(qiáng)度基本一樣，而實(shí)施例4得到的單向分布 的鋼纖維增強(qiáng)混凝土的鋼纖維用量只有對(duì)比實(shí)施例4得到的非單向分布的鋼纖維增強(qiáng)混 凝土的鋼纖維用量的一半，降低了 25%。實(shí)施例5第一步，配制鋼纖維混凝土拌合物按公知的設(shè)計(jì)方法所確定的強(qiáng)度等級(jí)為C25的混凝土組成組分的質(zhì)量配合比為 水水泥砂石高效減水劑鋼纖維=182 350 882 956 1.2 35稱量所 需量的水、水泥砂、石、高效減水劑和鋼纖維，所用鋼纖維為低碳鋼材料采用切削工藝制成， 直徑0. 5mm，長徑比為40。將稱量好的水泥、粉煤灰、砂、石投入攪拌機(jī)干料攪拌均勻，然后邊攪拌邊投入全部稱量好的鋼纖維至攪拌均勻，再加入稱量好的拌合水和高效減水劑，繼 續(xù)攪拌180秒，控制混凝土拌合物坍落度在115mm ；第二步，澆入試模將第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物澆入IOOmmX IOOmmX400mm的非金屬試
模中；第三步，施加磁場(chǎng)將第二步得到的澆入了第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模置于 制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的線圈的骨架中空腔內(nèi)，再將該線圈和試模一 起置于上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)上，開啟上述專用設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場(chǎng)，以 對(duì)第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物施加磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與試件測(cè)試或工作狀態(tài)時(shí)的拉 應(yīng)力方向保持一致或根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度為10.0X10_3T，開啟上述 專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)240秒，然后按順序依次關(guān)閉上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)，切斷上述線 圈的直流電源，并將澆入了第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模移出該線圈 的骨架中空腔，放置于地面或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上；第四步，制備成型的單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土將第三步施加磁場(chǎng)后得到的在非金屬試模內(nèi)的鋼纖維混凝土拌合物試件表面輕 輕抹平后置于室內(nèi)環(huán)境，表面覆蓋塑料薄膜，24小時(shí)后拆模，移入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，保持溫度 為201C，相對(duì)濕度95 %，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的28d齡期時(shí)將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，得到單向分布鋼 纖維增強(qiáng)混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》測(cè)得其抗折強(qiáng)度為 6.57MPa。對(duì)比實(shí)施例5除第一步中所用原料的規(guī)定質(zhì)量比為水水泥砂石高效減水劑鋼纖維 =182 350 882 956 1. 2 59和缺少實(shí)施例5中的第三步之外，其他工藝與實(shí)施 例5相同。同樣養(yǎng)護(hù)至規(guī)定的28d齡期時(shí)將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，得到非單向分布的鋼纖維增 強(qiáng)混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》測(cè)得其抗折強(qiáng)度為6. 55MPa。實(shí)施例5與對(duì)比實(shí)施例5的28d抗折強(qiáng)度基本一樣，而實(shí)施例5得到的單向分布 的鋼纖維增強(qiáng)混凝土的鋼纖維用量只有對(duì)比實(shí)施例5得到的非單向分布的鋼纖維增強(qiáng)混 凝土的鋼纖維用量的一半，降低了 40%。上述實(shí)施例中所用制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的線圈的匝數(shù)在 300 1000匝和長度1為150 550mm的范圍內(nèi)選定，以保證長于置于線圈的骨架中空腔 內(nèi)的非金屬試模的長度，其骨架中的空腔形狀和大小根據(jù)被置入其中的澆入了鋼纖維混凝 土拌合物的非金屬試模的形狀和大小確定，允許將澆入了鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試 模置于其中；所述制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)為機(jī)械式混凝土振 動(dòng)臺(tái)，無磁力吸附，其振幅為0. 5士0. 2mm，振動(dòng)頻率為2850次/分，符合《混凝土試驗(yàn)用振 動(dòng)臺(tái)》(JGT 3020-94)規(guī)定或其它行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的方法，具體步驟如下第一步，配制鋼纖維混凝土拌合物按公知的設(shè)計(jì)方法所確定的鋼纖維混凝土組成組分的配合比，稱取實(shí)際操作時(shí)所需量的膠凝材料、砂、石、高效減水劑和鋼纖維，將稱取的膠凝材料、砂、石、高效減水劑和鋼纖維投入攪拌機(jī)中均勻拌合配制成鋼纖維混凝土拌合物；第二步，澆入試模將第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物澆入非金屬試模中；第三步，施加磁場(chǎng)將第二步得到的澆入了第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模置于制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的線圈的骨架中空腔內(nèi)，再將該線圈和試模一起置于上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)上，開啟上述專用設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場(chǎng)，以對(duì)第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物施加磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與試件測(cè)試或工作狀態(tài)時(shí)的拉應(yīng)力方向保持一致或根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.0×10 3T～20.0×10 3T，開啟上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)30～300秒，然后按順序依次關(guān)閉上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)，切斷上述線圈的直流電源，并將澆入了第一步配制成的鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模移出該線圈的骨架中空腔，放置于地面或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上；第四步，拆模與養(yǎng)護(hù)將第三步施加磁場(chǎng)后得到的在非金屬試模內(nèi)的鋼纖維混凝土拌合物試件表面輕輕抹平，靜置，拆模，養(yǎng)護(hù)后得到單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的方法，其特征在于所述鋼 纖維為低碳鋼材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的方法，其特征在于所述將 稱取的膠凝材料、砂、石、高效減水劑和鋼纖維投入攪拌機(jī)中均勻拌合配制成鋼纖維混凝土 拌合物，其操作過程是，將稱量好的膠凝材料、砂、石投入攪拌機(jī)干料攪拌均勻，然后邊攪拌 邊投入全部稱量好的鋼纖維至攪拌均勻，再加入稱量好的拌合水和高效減水劑，繼續(xù)攪拌 90 300秒，通過調(diào)整減水劑摻量或用水量，控制混凝土拌合物坍落度在40mm 160mm范 圍內(nèi)。
4.制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備，由振動(dòng)臺(tái)、線圈和直流電源構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備，其特征在于所 述振動(dòng)臺(tái)為機(jī)械式混凝土振動(dòng)臺(tái)，無磁力吸附，其振幅為0. 5 士0. 2mm,振動(dòng)頻率為2850次/ 分。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備，其特征在于所 述線圈的匝數(shù)為300 1000匝，長度為150 550mm，其骨架中的空腔形狀和大小根據(jù)被置 入其中的澆入了鋼纖維混凝土拌合物的非金屬試模的形狀和大小確定，允許將澆入了鋼纖 維混凝土拌合物的非金屬試模置于其中，在接通電壓為1 30伏和電流為0. 1 20安的 直流電時(shí)，該在線圈的中空腔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度為1. OX 10_3T 20. OX 10_3Τ的磁場(chǎng)。
全文摘要
本發(fā)明制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的方法及其專用設(shè)備，涉及纖維增強(qiáng)混凝土，其關(guān)鍵步驟是，將配制成的鋼纖維混凝土拌合物澆入非金屬試模并置于制備單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土的專用設(shè)備的線圈的骨架中的空腔內(nèi)，再將該線圈和試模一起置于上述專用設(shè)備的振動(dòng)臺(tái)上，開啟上述專用設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場(chǎng)，以對(duì)配制成的鋼纖維混凝土拌合物施加磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼纖維定向，磁場(chǎng)方向與試件測(cè)試或工作狀態(tài)時(shí)的拉應(yīng)力方向保持一致；該專用設(shè)備由振動(dòng)臺(tái)、線圈和直流電源構(gòu)成。用本發(fā)明方法和專用設(shè)備制備出的單向分布鋼纖維增強(qiáng)混凝土，其抗折強(qiáng)度比用現(xiàn)有方法制備的鋼纖維增強(qiáng)混凝土提高25％～100％，或節(jié)省鋼纖維25％～60％。
文檔編號(hào)C04B28/00GK101913188SQ20101023537
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者慕儒, 田穩(wěn)苓, 趙全明 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)