制备单向分布钢纤维增强水泥浆的方法及其专用设备技术

本发明专利技术制备单向分布钢纤维增强水泥浆的方法及其专用设备，涉及纤维增强水泥浆，其关键步骤是，将配制成的钢纤维水泥浆拌合物浇入非金属试模并置于制备单向分布钢纤维增强水泥浆的专用设备的线圈的骨架中的空腔内，再将该线圈和试模一起置于上述专用设备的振动台上，开启上述专用设备的直流电源使线圈通电形成磁场，以对配制成的钢纤维水泥浆拌合物施加磁场实现对钢纤维定向，磁场方向与试件测试或工作状态时的拉应力方向保持一致；该专用设备由振动台、线圈和直流电源构成。用本发明专利技术方法和专用设备制备出的单向分布钢纤维增强水泥浆，其抗折强度比用现有方法制备的钢纤维增强水泥浆提高２０％～１００％，或节省钢纤维２５％～６０％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的技术方案涉及纤维增强水泥浆，具体地说是制备单向分布钢纤维增强水 泥浆的方法及其专用设备。
技术介绍
建筑工程中水泥浆的应用较为广泛，一般用作修补、灌浆、抹面或找平材料，如后 张预应力水泥浆结构的预应力孔灌浆、斜拉桥拉索套管灌浆、大体积水泥浆孔缝灌浆、预制 拼装结构的拼缝灌浆和裂缝修补填缝等。水泥材料的共同特点是抗压强度高、抗拉强度低、 极限应变小和脆性大。由于这些特性，致使硬化水泥浆韧性差、易开裂，导致工程质量下降。 掺加钢纤维是提高水泥浆抗裂性和韧性，改善抗拉性能的最有效方法之一。水泥浆中掺加 钢纤维以后，与拉应力方向一致的钢纤维可以有效分担拉应力，对于已经产生的裂缝，跨越 裂缝两侧的钢纤维可以阻止裂缝的进一步发展，减小裂缝的宽度，从而提水泥浆的抗裂性。 但是，其中与拉应力方向不完全一致的钢纤维提高水泥浆抗裂性的效果随着方向的偏离而 下降，与拉应力方向垂直的钢纤维对改善水泥浆的抗裂性几乎没有作用。现有的钢纤维增强水泥浆的制备工艺是，将水泥等原材料和钢纤维一起混合，加 入拌和水搅拌均勻，入模振捣密实，硬化成为工程材料。按照这种工艺成型的钢纤维增强水 泥浆，钢纤维在水泥浆中随机乱向分布。实际工程中的水泥浆根据部位不同受到特定荷载 的作用方向不同，往往是一部分水泥浆长期受压而另一部分水泥浆长期受拉，并且应力方 向一般不会改变。因此，采用现有工艺制备单向分布钢纤维增强水泥浆，只有与拉应力方 向一致或接近的小部分钢纤维发挥了抗裂的作用。另一方面，有效钢纤维的分布密度必须 达到一定值才能真正抗裂，对于这个问题的解决工程中一般采用提高钢纤维整体掺量的方 法，使得即使随机乱向分布，沿拉应力方向的钢纤维仍有足够数量，可以承担相应的荷载， 水泥浆的性能得以提高，这样做的缺点是，水泥浆中的钢纤维的有效利用效率很低，很大部 分钢纤维不能发挥应有的作用，同时也导致钢纤维增强水泥浆的原材料成本大幅度增加。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供制备单向分布钢纤维增强水泥浆的方法及其 专用设备，用这种方法和专用设备制备出的单向分布钢纤维增强水泥浆，其抗折强度比用 现有方法制备的钢纤维增强水泥基材料提高20% 100%，或节省钢纤维25% 60%。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是制备单向分布钢纤维增强水泥浆的方法，具体步骤如下第一步，配制钢纤维水泥浆拌合物按质量比为水水泥高效减水剂=0. 20 0. 60 1 0 0. 0075组成水泥 浆，在该水泥浆中掺加体积掺量0. 3% 1. 0%的钢纤维，将钢纤维和其它原材料投入搅拌 机中均勻拌合配制成钢纤维水泥浆拌合物；第二步，浇入试模或模板将第一步配制成的钢纤维水泥浆拌合物浇入非金属试模或模板中；第三步，施加磁场将第二步得到的浇入第一步配制成的钢纤维水泥浆拌合物的非金属试模或模 板置于制备单向分布钢纤维增强水泥浆的专用设备的线圈的骨架中空腔内，再将该线圈 和试模或模板一起置于上述专用设备的振动台上，开启上述专用设备的直流电源使线圈 通电形成磁场，以对第一步配制成的钢纤维水泥浆拌合物施加磁场，磁场方向与试件测 试或工作状态时的拉应力方向保持一致或根据设计要求确定，上述线圈内磁感应强度为 LoxiO-3T 8. OX 10_3T，开启上述专用设备的振动台振动30 300秒，然后按顺序依次关 闭上述专用设备的振动台并将其从试模或模板下移出，切断上述线圈的直流电源并将浇入 第一步配制成的钢纤维水泥浆拌合物的非金属试模或模板移出该线圈；第四步，拆模与养护将第三步施加磁场后得到的在非金属试模内的钢纤维水泥浆拌合物试件表面轻 轻抹平，拆模和养护后得到单向分布钢纤维增强水泥浆。上述制备单向分布钢纤维增强水泥浆的方法，所述钢纤维是长度为13mm，长径比 为40，钢纤维按符合建筑钢材标准制成。上述制备单向分布钢纤维增强水泥浆的方法，所述将钢纤维和其它原材料投入搅 拌机中均勻拌合配制成钢纤维水泥浆拌合物，其优选的操作过程是，先将称量好的水和高 效减水剂投入搅拌机搅拌均勻，再将称量好的水泥投入搅拌机搅拌20 120秒，然后边搅 拌边投入钢纤维，继续搅拌60 300秒，通过调整高效减水剂掺量或用水量，控制同配比的 无纤维新拌水泥浆拌合物的流动度在90mm 180mm的范围内，或者将水泥干料搅拌，边搅 拌边投入钢纤维，然后加入拌合水和高效减水剂，继续搅拌60 300秒，通过调整高效减水 剂掺量或用水量，控制同配比的无纤维新拌水泥浆拌合物的流动度在90mm 180mm的范围 内。上述制备单向分布钢纤维增强水泥浆的方法，所述的试模或模板的尺寸是 40mm X 40mm X 160mm。上述制备单向分布钢纤维增强水泥浆的方法，所述的钢纤维的体积掺量是按所用 钢材料的比重来计算的。上述制备单向分布钢纤维增强水泥浆的方法，所述高效减水剂见国家标准 GBJ8076。上述制备单向分布钢纤维增强水泥浆的方法，所述的原料水泥、高效减水剂和钢 纤维都是普通的建筑材料，可以通过商购获得，所述的直流电源、线圈和振动台都是本技术 领域常用的设备，是本
技术人员可以自行制作或由商购得到的。制备单向分布钢纤维增强水泥浆的专用设备，由振动台、线圈和直流电源构成。上述制备单向分布钢纤维增强水泥浆的专用设备，所述振动台为机械式水泥浆振 动台，无磁力吸附，其振幅为0. 5士0. 2mm，振动频率为2850次/分，符合《水泥物理试验仪 器胶砂振动台》(JCT723-2005)规定或其它行业相关标准。上述制备单向分布钢纤维增强水泥浆的专用设备，所述线圈的匝数为100 3000 匝，长度为100 550mm，其骨架中的空腔形状和大小根据被置入其中的浇入了钢纤维水泥 浆拌合物的非金属试模的形状和大小确定，允许将浇入了钢纤维水泥浆拌合物的非金属试4模置于其中，在接通电压为1 30伏和电流为0. 1 10安的直流电时，在该线圈的中空腔 内会产生磁感应强度为1. OX ICT3T 8. OX ICT3T的磁场。上述制备单向分布钢纤维增强水泥浆的专用设备，所述直流电源可提供输出的电 压为0 30伏和直流电流为0 20安。上述制备单向分布钢纤维增强水泥浆的专用设备，所述的直流电源、线圈和振动 台都是本
常用的设备，是本
技术人员可以自行制作或由商购得到的。本专利技术的有益效果是(1)原理对钢纤维水泥浆拌合物施加磁场，利用纤维状钢材在强磁场中会被磁化，当纤维 方向与磁场方向不垂直时在纤维两端分别形成磁S极和磁N极的特性，施加外部磁场将水 泥浆拌合物中的钢纤维磁化成两端为两极的小磁体，进而在定向磁场作用下，被磁化钢纤 维的两端分别受到大小相等方向相反的作用力，水泥浆拌合物振动过程中处于液化状态 时，其中的钢纤维在磁场作用力作用下会发生转动，方向趋于与磁场方向一致，从而形成单 向或定向分布。由此可见，本专利技术制备单向分布钢纤维增强水泥浆的方法及专用设备完全 克服了现有技术工艺成型的钢纤维增强水泥浆，钢纤维在水泥浆中随机乱向分布，水泥浆 中的钢纤维的有效利用效率很低，很大部分钢纤维不能发挥应有的作用，同时也导致钢纤 维增强水泥浆的原材料成本大幅度增加的缺点，具有突出的实质性的特点。(2)实践专利技术人经过大量研究，研制出制备单向分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备单向分布钢纤维增强水泥浆的方法，具体步骤如下：第一步，配制钢纤维水泥浆拌合物按质量比为水∶水泥∶高效减水剂＝０．１５～０．７∶１∶０．００３～０．００７５组成水泥浆，在该水泥浆中掺加体积掺量０．３％～１．０％的钢纤维，将钢纤维和其它原材料投入搅拌机中均匀拌合配制成钢纤维水泥浆拌合物；第二步，浇入试模或模板将第一步配制成的钢纤维水泥浆拌合物浇入非金属试模或模板中；第三步，施加磁场将第二步得到的浇入第一步配制成的钢纤维水泥浆拌合物的非金属试模或模板置于制备单向分布钢纤维增强水泥浆的专用设备的线圈的骨架中空腔内，再将该线圈和试模或模板一起置于上述专用设备的振动台上，开启上述专用设备的直流电源使线圈通电形成磁场，以对第一步配制成的钢纤维水泥浆拌合物施加磁场，磁场方向与试件测试或工作状态时的拉应力方向保持一致或根据设计要求确定，上述线圈内磁感应强度为１．０×１０↑［－３］Ｔ～８．０×１０↑［－３］Ｔ，开启上述专用设备的振动台振动３０～３００秒，然后按顺序依次关闭上述专用设备的振动台并将其从试模或模板下移出，切断上述线圈的直流电源并将浇入第一步配制成的钢纤维水泥浆拌合物的非金属试模或模板移出该线圈；第四步，拆模与养护将第三步施加磁场后得到的在非金属试模内的钢纤维水泥浆拌合物试件表面轻轻抹平，静置、拆模和养护后得到单向分布钢纤维增强水泥浆。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田稳苓，慕儒，赵全明，白彦刚，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]