專利名稱：制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型的技術(shù)方案涉及鋼纖維增強水泥基材料，具體地說是制備單向分布鋼 纖維增強水泥基材料的設(shè)備。
背景技術(shù)：
水泥基材料(包括混凝土、砂漿和水泥漿等)是土木、交通和水利等建筑工程中應(yīng) 用最廣泛，最主要的工程材料之一。水泥基材料的特點是抗壓強度高、抗拉強度低、極限應(yīng) 變小和脆性大。由于這些特性，導致水泥基材料韌性差和易開裂。開裂后裂縫處的鋼筋得 不到水泥基材料的有效保護，可能會過早發(fā)生銹蝕，結(jié)構(gòu)耐久性下降，這成為影響工程質(zhì)量 和工程使用壽命的最主要因素之一。摻加鋼纖維是提高水泥基材料抗裂性和韌性，改善抗 拉性能的最有效方法之一。水泥基材料中摻加鋼纖維以后，與拉應(yīng)力方向一致的鋼纖維可 以有效分擔拉應(yīng)力，對于已經(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一步 發(fā)展，減小裂縫的寬度，從而提水泥基材料的抗裂性。但是，其中與拉應(yīng)力方向不完全一致 的鋼纖維提高水泥基材料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 維對改善水泥基材料的抗裂性幾乎沒有作用?，F(xiàn)有的鋼纖維增強水泥基材料的制備工藝是，將水泥等原材料和鋼纖維一起混 合，加入拌和水攪拌均勻，入模振搗密實，硬化成為工程材料。按照這種工藝成型的鋼纖維 增強水泥基材料，鋼纖維在水泥基材料中隨機亂向分布。實際工程中的水泥基材料根據(jù)部 位不同受到特定荷載的作用方向不同，往往是一部分水泥基材料長期受壓而另一部分水泥 基材料長期受拉，并且應(yīng)力方向一般不會改變。因此，采用現(xiàn)有工藝制備單向分布鋼纖維增 強水泥基材料，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到一定值才能真正抗裂，對于這個問題的解決工程中一 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，可以承擔相應(yīng)的荷載，水泥基材料的性能得以提高，這樣做的缺點是，水泥基材 料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，同時也導致鋼 纖維增強水泥基材料的原材料成本大幅度增加。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的 設(shè)備，用這種設(shè)備制備出的單向分布鋼纖維增強水泥基材料，其抗折強度比用現(xiàn)有方法制 備的鋼纖維增強水泥基材料提高20% 100%，或節(jié)省鋼纖維25% 60%。本實用新型解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備，由振動臺、線圈和直流電源構(gòu)成。上述制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備，所述振動臺為機械式混凝土振 動臺、機械式砂漿振動臺或機械式水泥漿振動臺，其中機械式混凝土振動臺無磁力吸附，其 振幅為0. 5士0. 2mm，振動頻率為2850次/分，符合《混凝土試驗用振動臺》(JGT 3020-94)規(guī)定或其它行業(yè)相關(guān)標準；機械式砂漿振動臺無磁力吸附，其振幅為0. 5士0. 2mm，振動頻 率為2850次/分，符合《水泥物理試驗儀器膠砂振動臺》(JCT723-2005)規(guī)定或其它行業(yè)相 關(guān)標準；機械式水泥漿振動臺無磁力吸附，其振幅為0. 5士0. 2mm，振動頻率為2850次/分， 符合《水泥物理試驗儀器膠砂振動臺》(JCT723-2005)規(guī)定或其它行業(yè)相關(guān)標準。上述制備單向分布鋼纖維增 強水泥基材料的設(shè)備，所述線圈的匝數(shù)為100 3000 匝，長度為100 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水泥基材料拌合物的非金 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，在該線圈的中 空腔內(nèi)會產(chǎn)生磁感應(yīng)強度為1. OX 10_3T 20. OX 10_3Τ的磁場。上述制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備，所述直流電源可提供輸出的直 流電壓為O 30伏和直流電流為0 20安。上述制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備，所述的直流電源、線圈和振動 臺都是本技術(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。上述制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備用于制備單向分布鋼纖維增強 水泥基材料的方法如下第一步，配制鋼纖維水泥基材料拌合物按公知的設(shè)計方法所確定的鋼纖維水泥基材料組成組分的配合比，稱取實際操作 時所需量的普通水泥基材料原料和鋼纖維，將稱取的普通水泥基材料原料和鋼纖維投入攪 拌機中均勻拌合配制成鋼纖維水泥基材料拌合物；第二步，澆入試模將第一步配制成的鋼纖維水泥基材料拌合物澆入非金屬試模中；第三步，施加磁場將第二步得到的澆入了第一步配制成的鋼纖維水泥基材料拌合物的非金屬試模 置于制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備的線圈的骨架中空腔內(nèi)，再將該線圈和試 模一起置于上述設(shè)備的振動臺上，開啟上述設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場，以對第 一步配制成的鋼纖維水泥基材料拌合物施加磁場，磁場方向與試件測試或工作狀態(tài)時的拉 應(yīng)力方向保持一致，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強度為1.0X IO-3T 20. 0X IO-3T,開啟上述設(shè)備的 振動臺振動30 300秒，然后按順序依次關(guān)閉上述設(shè)備的振動臺，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水泥基材料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)嶒炁_上；第四步，拆模與養(yǎng)護將第三步施加磁場后得到的在非金屬試模內(nèi)的鋼纖維水泥基材料拌合物試件表 面輕輕抹平，靜置，拆模，養(yǎng)護后得到單向分布鋼纖維增強水泥基材料。上述制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備，具體地說，是制備單向分布鋼 纖維增強混凝土的設(shè)備、是制備單向分布鋼纖維增強砂漿的設(shè)備或是制備單向分布鋼纖維 增強水泥漿的設(shè)備。上述制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備用于制備單向分布鋼纖維增強 水泥基材料的方法，具體地說，是制備單向分布鋼纖維增強混凝土的方法、是制備單向分布 鋼纖維增強砂漿的方法或是制備單向分布鋼纖維增強水泥漿的方法。[0022]本實用新型的有益效果是(1)原理對鋼纖維水泥基材料拌合物施加磁場，利用纖維狀鋼材在強磁場中會被磁化，當 纖維方向與磁場方向不垂直時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 將水泥基材料拌合物中的鋼纖維磁化成兩端為兩極的小磁體，進而在定向磁場作用下，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，水泥基材料拌合物振動過程中處 于液化狀態(tài)時，其中的鋼纖維在磁場作用力作用下會發(fā)生轉(zhuǎn)動，方向趨于與磁場方向一致，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水泥基材料的方法 及設(shè)備完全克服了現(xiàn)有技術(shù)工藝成型的鋼纖維增強水泥基材料，鋼纖維在水泥基材料中隨 機亂向分布，水泥基材料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，同時也導致鋼纖維增強水泥基材料的原材料成本大幅度增加的缺點，具有突出的 實質(zhì)性的特點。(2)實踐發(fā)明人經(jīng)過大量研究，研制出制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備。應(yīng)用 過程中根據(jù)新拌水泥基材料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)強度。實踐證明，鋼纖維水泥基材料拌合物和易性越好，所 需的磁場磁感應(yīng)強度越小，反之拌合物和易性越差，則需增大電流，提高磁場磁感應(yīng)強度。(3)效果與采用現(xiàn)有技術(shù)方法制備的鋼纖維水泥基材料相比如果所用原料配合比完全 相同，用本發(fā)明方法和設(shè)備制備的單向分布鋼纖維水泥基材料的抗折強度提高了 20% 100% ；如果產(chǎn)品抗折強度相同，用本發(fā)明方法和設(shè)備制備單向分布鋼纖維水泥基材料，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)明有顯著的進步。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備的直流電源示意 圖。圖3是本實用新型制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備的線圈示意圖。圖4是本實用新型制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備的線圈橫截面示 意圖。圖5是本實用新型制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備的振動臺示意圖。圖中，1.直流電源，2.線圈，3.振動臺，4.電流控制旋鈕，5.開關(guān)。
具體實施方式
圖1所示實施例表明，本實用新型制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備由 直流電源1、線圈2和振動臺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放置在振動臺3上。圖2所示實施例表明，本實用新型制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備的 直流電源1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所示實施例表明，本實用新型制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備的 線圈2，其匝數(shù)為100 3000匝，長度1為100 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所示實施例表明，本實用新型制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備的 線圈2，其中空腔截面為方形，大小根據(jù)所置入的試模而定。圖5所示實施例表明，本實用新型制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備的 振動臺3，其大小以能夠放置線圈和試模為準。實施例1 第一步，配制鋼纖維混凝土拌合物按按公知的設(shè)計方法所確定的強度等級為C40的混凝土組成組分 的質(zhì)量配合比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混凝土的設(shè)備的線圈的骨架中空腔內(nèi)，再將該線圈和試模一起置 于上述設(shè)備的振動臺上，開啟上述設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場，以對第一步配制 成的鋼纖維混凝土拌合物施加磁場，磁場方向與試件測試或工作狀態(tài)時的拉應(yīng)力方向保持 一致或根據(jù)設(shè)計要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強度為3. 0X10_3T，開啟上述設(shè)備的振動臺振 動90秒，然后按順序依次關(guān)閉上述設(shè)備的振動臺，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)嶒炁_上；第四步，拆模與養(yǎng)護將第三步施加磁場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小時后拆模，移入養(yǎng)護室養(yǎng)護，保持溫度為 20+2°C，相對濕度> 90%，養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到單向分布鋼 纖維增強混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學性能試驗方法》測得其抗折強度為 8.70MPa。對比實施例1除缺少實施例1中的第三步之外，其他工藝與實施例1相同。[0052]同樣養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到非單向分布的鋼纖維增 強混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學性能試驗方法》測得其抗折強度為6. 95MPa。實施例1與對比實施例1的原料配比和鋼纖維用量相同，而實施例1得到的單向 分布鋼纖維增強混凝土的28d抗折強度比對比實施例1得到的非單向分布的鋼纖維增強混 凝土的28d抗折強度提高25 %。實施例2第一步，配制鋼纖維混凝土拌合物按按公知的設(shè)計方法所確定的強度等級為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混凝土的設(shè)備的線圈的骨架中空腔內(nèi)，再將該線圈和試模一起置 于上述設(shè)備的振動臺上，開啟上述設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場，以對第一步配制 成的鋼纖維混凝土拌合物施加磁場，磁場方向與試件測試或工作狀態(tài)時的拉應(yīng)力方向保持 一致或根據(jù)設(shè)計要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強度為12. 0Χ1(Γ3Τ，開啟上述設(shè)備的振動臺 振動180秒，然后按順序依次關(guān)閉上述設(shè)備的振動臺，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)嶒炁_上；第四步，拆模與養(yǎng)護將第三步施加磁場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小時后拆模，移入養(yǎng)護室養(yǎng)護，保持溫度為 20士2°C，相對濕度> 90%，養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到單向分布 鋼纖維增強混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學性能試驗方法》測得其抗折強度為 20.4MPa。對比實施例2除缺少實施例2中的第三步之外，其他工藝與實施例2相同。同樣養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到非單向分布的鋼纖維增 強混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學性能試驗方法》測得其抗折強度為11. 2MPa。實施例2與對比實施例2的原料配比和鋼纖維用量相同，而實施例2得到的單向 分布的鋼纖維增強混凝土的28d抗折強度比對比實施例2得到的非單向分布的鋼纖維增強 混凝土的28d抗折強度提高100%。[0067]實施例3第一步，配制鋼纖維混凝土拌合物按公知的設(shè)計方法所確定的強度等級為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 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混凝土的設(shè)備的線圈的骨架中空腔內(nèi)，再將該線圈和試模一起置 于上述設(shè)備的振動臺上，開啟上述設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場，以對第一步配制 成的鋼纖維混凝土拌合物施加磁場，磁場方向與試件測試或工作狀態(tài)時的拉應(yīng)力方向保持 一致或根據(jù)設(shè)計要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強度為10.0X10_3T，開啟上述設(shè)備的振動臺 振動240秒，然后按順序依次關(guān)閉上述設(shè)備的振動臺，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)嶒炁_上；第四步，拆模與養(yǎng)護將第三步施加磁場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小時后拆模，移入養(yǎng)護室養(yǎng)護，保持溫度為 20+l°C，相對濕度> 95%，養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到單向分布鋼 纖維增強混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學性能試驗方法》測得其抗折強度為 9.7MPa。對比實施例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和缺少實施例3中的第三步之外， 其他工藝與實施例3相同。同樣養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到非單向分布的鋼纖維增 強混凝土，按照GBJ 81-1985《普通混凝土力學性能試驗方法》測得其抗折強度為9. 6MPa。實施例3與對比實施例3的28d抗折強度基本一樣，而實施例3得到的單向分布 的鋼纖維增強混凝土的鋼纖維用量只有對比實施例3得到的非單向分布的鋼纖維增強混 凝土的鋼纖維用量的一半，降低了 60%。上述實施例1 3中所用制備單向分布鋼纖維增強混凝土的設(shè)備的線圈的匝數(shù) 在300 1000匝和長度1為100 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混凝土的設(shè)備的振動臺為機械式混凝土振動 臺，無磁力吸附，其振幅為0. 5士0. 2mm，振動頻率為2850次/分，符合《混凝土試驗用振動 臺》(JGT 3020-94)規(guī)定或其它行業(yè)相關(guān)標準。實施例4第一步，配制鋼纖維砂漿拌合物按公知的設(shè)計方法所確定的強度等級為M5的砂漿組成組分的質(zhì)量配合比為水 水泥砂高效減水劑=0.56 1 3 0.003，稱取實際操作時所需量的水水泥和砂， 再取在普通砂漿中摻加體積摻量為1.5%的鋼纖維(鋼材、水泥、水的密度分別為7800kg/ m3、3100kg/m3、1000kg/m3，可據(jù)此確定所需鋼纖維質(zhì)量)，所用鋼纖維為鋼絲切斷型鋼纖維， 長度為13mm，長徑比為40。先將稱量好的水泥和砂投入砂漿攪拌機干料攪拌均勻后，邊攪 拌邊投入稱量好的鋼纖維，然加入稱量好的拌和水及高效減水劑，繼續(xù)攪拌60秒后出料， 測定鋼纖維砂漿拌合物的稠度為120mm;第二步，澆入試模將第一步配制成的鋼纖維砂漿拌合物澆入40mmX40mmX 160mm的非金屬試模中；第三步，施加磁場將第二步得到的澆入了第一步配制成的鋼纖維砂漿拌合物的非金屬試模置于制 備單向分布鋼纖維增強砂漿的設(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 述設(shè)備的振動臺上，開啟上述設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場，以對第一步配制成的 鋼纖維砂漿拌合物施加磁場，磁場方向與試件測試或工作狀態(tài)時的拉應(yīng)力方向保持一致或 根據(jù)設(shè)計要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強度為1.0X10_3T，開啟上述設(shè)備的振動臺振動30 秒，然后按順序依次關(guān)閉上述設(shè)備的振動臺，切斷上述線圈的直流電源，并將澆入了第一步 配制成的鋼纖維砂漿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)嶒炁_ 上；第四步，拆模與養(yǎng)護將第三步施加磁場后得到的在非金屬試模內(nèi)的鋼纖維砂漿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小時后拆模，移入養(yǎng)護室養(yǎng)護，保持溫度為 20+2°C，相對濕度> 90%，養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到單向分布鋼 纖維增強砂漿，按照GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法》測得其抗折強度為7. 65MPa。對比實施例4除缺少實施例4中的第三步之外，其他工藝與實施例4相同。同樣養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到非單向分布的鋼纖維增 強砂漿，按照GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法》測得其抗折強度為6. lOMPa。實施例4與對比實施例4的原料配比和鋼纖維用量相同，而實施例4得到的單向 分布鋼纖維增強砂漿的28d抗折強度比對比實施例4得到的非單向分布的鋼纖維增強砂漿 的28d抗折強度提高25%。實施例5第一步，配制鋼纖維砂漿拌合物按公知的設(shè)計方法所確定的強度等級為MlO的砂漿組成組分的質(zhì)量配合比為水水泥砂高效減水劑=0.3 1 1.5 0. 006，稱取實際操作時所需量的水水 泥和砂，再取在普通砂漿中摻加體積摻量為1.5%的鋼纖維(鋼材、水泥、水的密度分別為 7800kg/m3、3100kg/m3、1000kg/m3，可據(jù)此確定所需鋼纖維質(zhì)量)，所用鋼纖維為鋼絲切斷型 鋼纖維，長度為13mm，長徑比為40。先將稱量好的水投入攪拌機，再投入稱量好的水泥，開 啟攪拌機攪拌20秒，邊攪拌邊加入稱量好的砂，然后邊攪拌邊投入稱量好的鋼纖維，繼續(xù) 攪拌180秒，測定鋼纖維砂漿拌合物的稠度為40mm ；第二步，澆入試模將第一步配制成的鋼纖維砂漿拌合物澆入40mmX40mmX 160mm的非金屬試模中；第三步，施加磁場將第二步得到的澆入第一步配制成的鋼纖維砂漿拌合物的非金屬試模置于制備 單向分布鋼纖維增強砂漿的設(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 設(shè)備的振動臺上，開啟上述設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場，以對第一步配制成的鋼 纖維砂漿拌合物施加磁場，磁場方向與試件測試或工作狀態(tài)時的拉應(yīng)力方向保持一致或根 據(jù)設(shè)計要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強度為10.0X 10 3T，開啟上述設(shè)備的振動臺振動300 秒，然后按順序依次關(guān)閉上述設(shè)備的振動臺，切斷上述線圈的直流電源，并將澆入了第一步 配制成的鋼纖維砂漿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)嶒炁_ 上；第四步，拆模與養(yǎng)護將第三步施加磁場后得到的在非金屬試模內(nèi)的鋼纖維砂漿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小時后拆模，移入養(yǎng)護室養(yǎng)護，保持溫度為 20士2°C，相對濕度≥90%，養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到單向分布 鋼纖維增強砂漿，按照GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法》測得其抗折強度為21. 20MPa。對比實施例5除缺少實施例5中的第三步之外，其他工藝與實施例5相同。同樣養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到非單向分布的鋼纖維增 強砂漿，按照GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法》測得其抗折強度為11. 15MPa。實施例5與對比實施例5的原料配比和鋼纖維用量相同，而實施例5得到的單向 分布鋼纖維增強砂漿的28d抗折強度是對比實施例5得到的非單向分布的鋼纖維增強砂漿 的28d抗折強度的近兩倍，提高近100%。實施例6按公知的設(shè)計方法所確定的強度等級為M7. 5的砂漿組成組分的質(zhì)量配合比為 水水泥砂高效減水劑=0.42 1 2 0.004，稱取實際操作時所需量的水水 泥和砂，再取在普通砂漿中摻加體積摻量為0. 5%的鋼纖維(鋼材、水泥、水的密度分別為 7800kg/m3、3100kg/m3、1000kg/m3，可據(jù)此確定所需鋼纖維質(zhì)量)，所用鋼纖維為鋼絲切斷型 鋼纖維，長度為13mm，長徑比為40。先將稱量好的水和高效減水劑投入攪拌機，再投入稱量 好的水泥，開啟攪拌機攪拌120秒，邊攪拌邊加入稱量好的砂，然后邊攪拌邊投入稱量好的 鋼纖維，繼續(xù)攪拌300秒，測定鋼纖維砂漿拌合物的稠度為80mm ；第二步，澆入試模將第一步配制成的鋼纖維砂漿拌合物澆入40mmX40mmX 160mm的非金屬試模中；[0111]第三步，施加磁場將第二步得到的澆入第一步配制成的鋼纖維砂漿拌合物的非金屬試模置于制備 單向分布鋼纖維增強砂漿的設(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 設(shè)備的振動臺上，開啟上述設(shè)備的直流電源使線圈通電形成磁場，以對第一步配制成的鋼 纖維砂漿拌合物施加磁場，磁場方向與試件測試或工作狀態(tài)時的拉應(yīng)力方向保持一致或根 據(jù)設(shè)計要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強度為6. OX 10_3T，開啟上述設(shè)備的振動臺振動120 秒，然后按順序依次關(guān)閉上述設(shè)備的振動臺，切斷上述線圈的直流電源，并將澆入了第一步 配制成的鋼纖維砂漿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)嶒炁_ 上；第四步，拆模與養(yǎng)護將第三步施加磁場后得到的在非金屬試模內(nèi)的鋼纖維砂漿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小時后拆模，移入養(yǎng)護室養(yǎng)護，保持溫度為 20士2°C，相對濕度>90%，養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到單向分布 鋼纖維增強砂漿，按照GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法》測得其抗折強度為9. 05MPa。對比實施例6除第一步中所用原料按公知的設(shè)計方法所確定的強度等級為M7. 5的砂漿組成組 分的質(zhì)量配合比為水水泥砂高效減水劑=0.42 1 2 0.004，稱取實際操作時 所需量的水水泥和砂，再取在普通砂漿中摻加體積摻量為1.0%的鋼纖維和缺少實施例 6中的第三步之外，其他工藝與實施例6相同。同樣養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到非單向分布的鋼纖維增 強砂漿，按照GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法》測得其抗折強度為9. 15MPa。實施例6與對比實施例6的28d抗折強度基本一樣，而實施例6得到的單向分布 的鋼纖維增強砂漿的鋼纖維用量只有對比實施例6得到的非單向分布的鋼纖維增強砂漿 的鋼纖維用量的一半，降低了 60%。上述實施例4 6中所用制備單向分布鋼纖維增強砂漿的設(shè)備的線圈的匝數(shù)在 100 3000匝和長度1為100 160mm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，其骨架的中空腔形狀和大小根據(jù)被置入其中的澆入了鋼纖維砂漿 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砂漿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砂漿的設(shè)備的振動臺為機械式砂漿振動臺，無磁力 吸附，其振幅為0. 85士0. 05mm，振動頻率為2850次/分，符合《水泥物理試驗儀器膠砂振動 臺》(JCT723-2005)規(guī)定或其它行業(yè)相關(guān)標準。實施例7第一步，配制鋼纖維水泥漿拌合物按質(zhì)量比為水水泥高效減水劑=0.60 1 0組成水泥漿，在該水泥漿中 摻加體積摻量0. 3%的鋼纖維，先將稱量好的拌合水投入攪拌機，再投入稱量好的水泥攪拌 20秒，然后在保持攪拌機持續(xù)攪拌的狀態(tài)下徐徐投入稱量好的鋼纖維，鋼纖維投料過程中 保持攪拌機持續(xù)攪拌，鋼纖維投料完成后繼續(xù)攪拌60秒后出料，測定鋼纖維水泥漿拌合物 的流動度為180mm ；第二步，澆入試模[0124]將第一步配制成的鋼纖維水泥漿拌合物澆入40mmX40mmX 160mm的非金屬試模 中；第三步，施加磁場將第二步得到的澆入第一步配制成的鋼纖維水泥漿拌合物的非金屬試模置于制 備單向分布鋼纖維增強水泥漿的設(shè)備的線圈的骨架中空腔內(nèi)，線圈生成磁場的方向與試件 長軸線方向一致，再將該線圈和試模一起置于上述設(shè)備的振動臺上，開啟上述設(shè)備的直流 電源使線圈通電形成磁場，以對第一步配制成的鋼纖維水泥漿拌合物施加磁場，磁場方向 與試件測試或工作狀態(tài)時的拉應(yīng)力方向保持一致或根據(jù) 設(shè)計要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng) 強度為1. OX 10_3T，開啟上述設(shè)備的振動臺振動30秒，然后按順序依次關(guān)閉上述設(shè)備的振 動臺并將其從試模下移出，切斷上述線圈的直流電源并將澆入第一步配制成的鋼纖維水泥 漿拌合物的非金屬試模移出該線圈的骨架中空腔；第四步，拆模與養(yǎng)護將第三步施加磁場后得到的在非金屬試模內(nèi)的鋼纖維水泥漿拌合物試件表面輕 輕抹平后置于室內(nèi)環(huán)境，表面覆蓋塑料薄膜，24小時后拆模，移入養(yǎng)護室養(yǎng)護，保持溫度為 20士2°C，相對濕度> 90%，養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到單向分布 鋼纖維增強水泥漿，按照GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法》測得其抗折強度為6. 96MPa。對比實施例7除缺少實施例7中的第三步之外，其他工藝與實施例7相同。同樣養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到非單向分布的鋼纖維增 強水泥漿，按照GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法》測得其抗折強度為5. 81MPa。實施例7與對比實施例7的原料配比和鋼纖維用量相同，而實施例7得到的單向 分布鋼纖維增強水泥漿的28d抗折強度比對比實施例7得到的非單向分布的鋼纖維增強水 泥漿的28d抗折強度提高20 %。實施例8第一步，配制鋼纖維水泥漿拌合物按質(zhì)量比為水水泥高效減水劑=0.20 1 0.0075組成水泥漿，在該水泥 漿中摻加體積摻量1.0%的鋼纖維，先將稱量好的拌合水和高效減水劑投入攪拌機，再投 入稱量好的水泥攪拌120秒，然后在保持攪拌機持續(xù)攪拌的狀態(tài)下徐徐投入稱量好的鋼纖 維，鋼纖維投料過程中保持攪拌機持續(xù)攪拌，鋼纖維投料完成后繼續(xù)攪拌300秒后出料，測 定鋼纖維水泥漿拌合物的流動度為90mm ；第二步，澆入試模將第一步配制成的鋼纖維水泥漿拌合物澆入40mmX40mmX 160mm的非金屬試模 中；第三步，施加磁場將第二步得到的澆入第一步配制成的鋼纖維水泥漿拌合物的非金屬試模置于制 備單向分布鋼纖維增強水泥漿的設(shè)備的線圈的骨架中空腔內(nèi)，線圈生成磁場的方向與試件 長軸線方向一致，再將該線圈和試模一起置于上述設(shè)備的振動臺上，開啟上述設(shè)備的直流 電源使線圈通電形成磁場，以對第一步配制成的鋼纖維水泥漿拌合物施加磁場，磁場方向 與試件測試或工作狀態(tài)時的拉應(yīng)力方向保持一致或根據(jù)設(shè)計要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng)強度為10. OX 10_3T，開啟上述設(shè)備的振動臺振動300秒，然后按順序依次關(guān)閉上述設(shè)備的 振動臺并將其從試模下移出，切斷上述線圈的直流電源并將澆入第一步配制成的鋼纖維水 泥漿拌合物的非金屬試模移出該線圈的骨架中空腔；第四步，拆模與養(yǎng)護將第三步施加磁場后得到的在非金屬試模內(nèi)的鋼纖維水泥漿拌合物試件表面輕 輕抹平后置于室內(nèi)環(huán)境，表面覆蓋塑料薄膜，24小時后拆模，移入養(yǎng)護室養(yǎng)護，保持溫度 為20士2°C，相對濕度> 90%，養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到單向 分布鋼纖維增強水泥漿，按照GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法》測得其抗折強度為 20.65MPa。對比實施例8除缺少實施例8中的第三步之外，其他工藝與實施例8相同。同樣養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到非單向分布的鋼纖維增 強水泥漿，按照GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法》測得其抗折強度為10.30MPa。實施例8與對比實施例8的原料配比和鋼纖維用量相同，而實施例8得到的單向 分布鋼纖維增強水泥漿的28d抗折強度比對比實施例8得到的非單向分布的鋼纖維增強水 泥漿的28d抗折強度提高100%。實施例9第一步，配制鋼纖維水泥漿拌合物按質(zhì)量比為水水泥高效減水劑=0.35 1 0.004組成水泥漿，在該水泥漿 中摻加體積摻量0. 4%的鋼纖維，先將稱量好的拌合水和高效減水劑投入攪拌機，再投入稱 量好的水泥攪拌120秒，然后在保持攪拌機持續(xù)攪拌的狀態(tài)下徐徐投入稱量好的鋼纖維， 鋼纖維投料過程中保持攪拌機持續(xù)攪拌，鋼纖維投料完成后繼續(xù)攪拌300秒后出料，測定 鋼纖維水泥漿拌合物的流動度為135mm ；第二步，澆入試模將第一步配制成的鋼纖維水泥漿拌合物澆入40mmX40mmX 160mm的非金屬試模 中；第三步，施加磁場將第二步得到的澆入第一步配制成的鋼纖維水泥漿拌合物的非金屬試模置于制 備單向分布鋼纖維增強水泥漿的設(shè)備的線圈的骨架中空腔內(nèi)，線圈生成磁場的方向與試件 長軸線方向一致，再將該線圈和試模一起置于上述設(shè)備的振動臺上，開啟上述設(shè)備的直流 電源使線圈通電形成磁場，以對第一步配制成的鋼纖維水泥漿拌合物施加磁場，磁場方向 與試件測試或工作狀態(tài)時的拉應(yīng)力方向保持一致或根據(jù)設(shè)計要求確定，上述線圈內(nèi)磁感應(yīng) 強度為5. OX 10_3T，開啟上述設(shè)備的振動臺振動90秒，然后按順序依次關(guān)閉上述設(shè)備的振 動臺并將其從試模下移出，切斷上述線圈的直流電源并將澆入第一步配制成的鋼纖維水泥 漿拌合物的非金屬試模移出該線圈的骨架中空腔；第四步，拆模與養(yǎng)護將第三步施加磁場后得到的在非金屬試模內(nèi)的鋼纖維水泥漿拌合物試件表面輕 輕抹平后置于室內(nèi)環(huán)境，表面覆蓋塑料薄膜，24小時后拆模，移入養(yǎng)護室養(yǎng)護，保持溫度為 20士2°C，相對濕度> 90%，養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到單向分布鋼纖維增強水泥漿，按照GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法》測得其抗折強度為7. 85MPa。對比實施例9除第一步中所用原料按水水泥高效減水劑=0.35 1 0.004組成水泥漿， 在該水泥漿中摻加體積摻量0. 8%的鋼纖維和缺少實施例9中的第三步之外，其他工藝與 實施例9相同。同樣養(yǎng)護至規(guī)定的28d齡期時將試件從養(yǎng)護室取出，得到非單向分布的鋼纖維增 強水泥漿，按照GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法》測得其抗折強度為7. 80MPa。實施例9與對比實施例9的28d抗折強度基本一樣，而實施例9得到的單向分布 的鋼纖維增強水泥漿的鋼纖維用量只有對比實施例9得到的非單向分布的鋼纖維增強水 泥漿的鋼纖維用量的一半，降低了 60%。上述實施例7 9中所用制備單向分布鋼纖維增強水泥漿的設(shè)備的線圈的匝數(shù) 在100 3000匝和長度1為100 160mm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水 泥漿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水泥漿拌合物的非金屬 試模置于其中；所述振動臺為機械式水泥漿振動臺，無磁力吸附，其振幅為0. 5士0. 2mm，振 動頻率為2850次/分，符合《水泥物理試驗儀器膠砂振動臺》(JCT723-2005)規(guī)定或其它行 業(yè)相關(guān)標準；鋼纖維按符合建筑鋼材標準制成。
權(quán)利要求制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備，其特征在于由振動臺(3)、線圈(2)和直流電源(1)構(gòu)成；直流電源(1)設(shè)置有交流電輸入端、直流電輸出端、開關(guān)(5)和電流控制旋鈕(4)；線圈(2)的匝數(shù)為100～3000匝，長度為100～550mm，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水泥基材料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；直流電源(1)的直流電輸出端接至線圈(2)，線圈(2)放置在振動臺(3)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備，其特征在于振 動臺(3)為機械式混凝土振動臺、機械式砂漿振動臺或機械式水泥漿振動臺，其中機械式 混凝土振動臺無磁力吸附，其振幅為0. 5士0. 2mm，振動頻率為2850次/分；機械式砂漿振 動臺無磁力吸附，其振幅為0. 5士0. 2mm，振動頻率為2850次/分；機械式水泥漿振動臺無 磁力吸附，其振幅為0. 5士0. 2mm，振動頻率為2850次/分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備，其特征在于線 圈(2)的中空腔截面為方形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備，其特征在于振 動臺⑶的大小以能夠放置線圈和試模為準。
專利摘要本實用新型制備單向分布鋼纖維增強水泥基材料的設(shè)備，由振動臺、線圈和直流電源構(gòu)成。其中，振動臺無磁力吸附，其振幅為0.5±0.2mm，振動頻率為2850次/分；線圈的匝數(shù)為100～3000匝，長度為100～550mm，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水泥基材料拌合物的非金屬試模的形狀和大小確定，在接通電壓為1～30伏和電流為0.1～20安的直流電時，在該線圈的中空腔內(nèi)會產(chǎn)生磁感應(yīng)強度為1.0×10-3T～20.0×10-3T的磁場。用這種設(shè)備制備出的單向分布鋼纖維增強水泥基材料，其抗折強度比用現(xiàn)有方法制備的鋼纖維增強水泥基材料提高20％～100％，或節(jié)省鋼纖維25％～60％。
文檔編號C04B14/48GK201769264SQ201020269780
公開日2011年3月23日 申請日期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 申請人:河北工業(yè)大學