制备单向分布钢纤维增强水泥基材料的设备制造技术

本实用新型专利技术制备单向分布钢纤维增强水泥基材料的设备，由振动台、线圈和直流电源构成。其中，振动台无磁力吸附，其振幅为０．５±０．２ｍｍ，振动频率为２８５０次／分；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基材料拌合物的非金属试模的形状和大小确定，在接通电压为１～３０伏和电流为０．１～２０安的直流电时，在该线圈的中空腔内会产生磁感应强度为１．０×１０－３Ｔ～２０．０×１０－３Ｔ的磁场。用这种设备制备出的单向分布钢纤维增强水泥基材料，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％。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术的技术方案涉及钢纤维增强水泥基材料，具体地说是制备单向分布钢 纤维增强水泥基材料的设备。
技术介绍
水泥基材料(包括混凝土、砂浆和水泥浆等)是土木、交通和水利等建筑工程中应 用最广泛，最主要的工程材料之一。水泥基材料的特点是抗压强度高、抗拉强度低、极限应 变小和脆性大。由于这些特性，导致水泥基材料韧性差和易开裂。开裂后裂缝处的钢筋得 不到水泥基材料的有效保护，可能会过早发生锈蚀，结构耐久性下降，这成为影响工程质量 和工程使用寿命的最主要因素之一。掺加钢纤维是提高水泥基材料抗裂性和韧性，改善抗 拉性能的最有效方法之一。水泥基材料中掺加钢纤维以后，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，从而提水泥基材料的抗裂性。但是，其中与拉应力方向不完全一致 的钢纤维提高水泥基材料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 维对改善水泥基材料的抗裂性几乎没有作用。现有的钢纤维增强水泥基材料的制备工艺是，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 增强水泥基材料，钢纤维在水泥基材料中随机乱向分布。实际工程中的水泥基材料根据部 位不同受到特定荷载的作用方向不同，往往是一部分水泥基材料长期受压而另一部分水泥 基材料长期受拉，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 强水泥基材料，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，水泥基材料的性能得以提高，这样做的缺点是，水泥基材 料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 纤维增强水泥基材料的原材料成本大幅度增加。
技术实现思路
本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基材料的 设备，用这种设备制备出的单向分布钢纤维增强水泥基材料，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基材料的设备，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基材料的设备，所述振动台为机械式混凝土振 动台、机械式砂浆振动台或机械式水泥浆振动台，其中机械式混凝土振动台无磁力吸附，其 振幅为0. 5士0. 2mm，振动频率为2850次/分，符合《混凝土试验用振动台》(JGT 3020-94)规定或其它行业相关标准；机械式砂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；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 强水泥基材料的设备，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混凝 土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基材料拌合物的非金 属试模置于其中，在接通电压为1 30伏和电流为0. 1 20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 10_3T 20. OX 10_3Τ的磁场。上述制备单向分布钢纤维增强水泥基材料的设备，所述直流电源可提供输出的直 流电压为O 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基材料的设备，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。上述制备单向分布钢纤维增强水泥基材料的设备用于制备单向分布钢纤维增强 水泥基材料的方法如下第一步，配制钢纤维水泥基材料拌合物按公知的设计方法所确定的钢纤维水泥基材料组成组分的配合比，称取实际操作 时所需量的普通水泥基材料原料和钢纤维，将称取的普通水泥基材料原料和钢纤维投入搅 拌机中均勻拌合配制成钢纤维水泥基材料拌合物；第二步，浇入试模将第一步配制成的钢纤维水泥基材料拌合物浇入非金属试模中；第三步，施加磁场将第二步得到的浇入了第一步配制成的钢纤维水泥基材料拌合物的非金属试模 置于制备单向分布钢纤维增强水泥基材料的设备的线圈的骨架中空腔内，再将该线圈和试 模一起置于上述设备的振动台上，开启上述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基材料拌合物施加磁场，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，上述线圈内磁感应强度为1.0X IO-3T 20. 0X IO-3T,开启上述设备的 振动台振动30 300秒，然后按顺序依次关闭上述设备的振动台，切断上述线圈的直流电 源，并将浇入了第一步配制成的钢纤维水泥基材料拌合物的非金属试模移出该线圈的骨架 中空腔，放置于地面或实验台上；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基材料拌合物试件表 面轻轻抹平，静置，拆模，养护后得到单向分布钢纤维增强水泥基材料。上述制备单向分布钢纤维增强水泥基材料的设备，具体地说，是制备单向分布钢 纤维增强混凝土的设备、是制备单向分布钢纤维增强砂浆的设备或是制备单向分布钢纤维 增强水泥浆的设备。上述制备单向分布钢纤维增强水泥基材料的设备用于制备单向分布钢纤维增强 水泥基材料的方法，具体地说，是制备单向分布钢纤维增强混凝土的方法、是制备单向分布 钢纤维增强砂浆的方法或是制备单向分布钢纤维增强水泥浆的方法。本技术的有益效果是(1)原理对钢纤维水泥基材料拌合物施加磁场，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 将水泥基材料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，水泥基材料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基材料的方法 及设备完全克服了现有技术工艺成型的钢纤维增强水泥基材料，钢纤维在水泥基材料中随 机乱向分布，水泥基材料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基材料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钢纤维增强水泥基材料的设备。应用 过程中根据新拌水泥基材料和易性和钢纤维的尺寸与形状，来调整直流电源的电压电流， 以控制线圈内部空间中的磁感应强度。实践证明，钢纤维水泥基材料拌合物和易性越好，所 需的磁场磁感应强度越小，反之拌合物和易性越差，则需增大电流，提高磁场磁感本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备单向分布钢纤维增强水泥基材料的设备，其特征在于：由振动台（３）、线圈（２）和直流电源（１）构成；直流电源（１）设置有交流电输入端、直流电输出端、开关（５）和电流控制旋钮（４）；线圈（２）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基材料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混凝土拌合物的非金属试模置于其中；直流电源（１）的直流电输出端接至线圈（２），线圈（２）放置在振动台（３）上。

【技术特征摘要】

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