[发明专利]制备单向分布钢纤维增强混凝土的方法及其专用设备

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及纤维增强混凝土，具体地说是制备单向分布钢纤维增强混凝土的方法及其专用设备。

背景技术

混凝土是土木、交通、水利、核电以及许多工程中广泛使用的结构材料。混凝土的特点是抗压强度高、抗拉强度低和极限应变小，是一种脆性材料。由于这些特性，导致混凝土韧性差和易开裂，工程中普通结构混凝土拉应力区的混凝土一般都是带裂缝工作。裂缝处的钢筋得不到混凝土的有效保护，可能会过早发生锈蚀，对结构耐久性影响很大。掺加钢纤维是提高混凝土抗裂性、韧性和改善抗拉性能的最有效方法之一。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，从而提高混凝土的抗裂性。与拉应力方向不一致的钢纤维提高混凝土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混凝土抗裂性几乎没有作用。

现有的钢纤维混凝土的成型工艺是，将砂、石、水泥等原材料和钢纤维一起混合，加入拌和水搅拌均匀，入模振捣密实。按照这种工艺成型的钢纤维混凝土，钢纤维在混凝土中随机乱向分布。实际工程中的结构混凝土根据部位不同受到特定荷载的作用，部分混凝土长期受压而另一部分混凝土长期受拉，并且应力方向一般不会改变。因此，如果采用传统工艺制备钢纤维混凝土，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，混凝土的性能得以提高，这样做的缺点是，混凝土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，同时也导致制备钢纤维增强混凝土的原材料成本大幅度增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供制备单向分布钢纤维增强混凝土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混凝土，其抗折强度比用现有方法制备的钢纤维增强混凝土提高25％～100％，或节省钢纤维25％～60％。

本发明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混凝土的方法，具体步骤如下：

第一步，配制钢纤维混凝土拌合物

按公知的设计方法所确定的钢纤维混凝土组成组分的配合比，称取实际操作时所需量的胶凝材料、砂、石、高效减水剂和钢纤维，将称取的胶凝材料、砂、石、高效减水剂和钢纤维投入搅拌机中均匀拌合配制成钢纤维混凝土拌合物；

第二步，浇入试模

将第一步配制成的钢纤维混凝土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混凝土拌合物的非金属试模置于制备单向分布钢纤维增强混凝土的专用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混凝土拌合物施加磁场，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1.0×10^-3T～20.0×10^-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，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混凝土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混凝土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混凝土。

上述制备单向分布钢纤维增强混凝土的方法，所述钢纤维为低碳钢材料制成。

上述制备单向分布钢纤维增强混凝土的方法，所述将称取的胶凝材料、砂、石、高效减水剂和钢纤维投入搅拌机中均匀拌合配制成钢纤维混凝土拌合物，其优选的操作过程是，将称量好的胶凝材料、砂、石投入搅拌机干料搅拌均匀，然后边搅拌边投入全部称量好的钢纤维至搅拌均匀，再加入称量好的拌合水和高效减水剂，继续搅拌90～300秒，通过调整减水剂掺量或用水量，控制混凝土拌合物坍落度在40mm～160mm范围内。