[发明专利]材料分散装置以及在混凝土中掺加多种尺度的纤维的混凝土拌和方法

说明书

本发明提供了一种材料分散装置以及在混凝土中掺加多种尺度的纤维的混凝土拌和方法。该材料分散装置包括：底座、分散器、驱动器和控制器；分散器包括至少两个工作腔，每个工作腔均包括：筛分盘、围护结构、转杆和多个分散叶片；筛分盘上设置有多个筛分孔；围护结构设置在所述筛分盘的顶部，且其一侧设置有出料口；转杆设置在筛分盘的中部；多个分散叶片可随转杆转动；各个工作腔按筛分孔尺寸的大小依次叠加设置；驱动器和控制器设置在底座之中；驱动器驱动各个工作腔的转杆发生转动；控制器控制所述驱动器，以调节转杆的转速。应用本发明可以对多种不同的材料进行分散，还可得到掺加了多种尺度的纤维的混凝土，提高混凝土的强度、抗渗性和耐久性。

技术领域

本申请涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种材料分散装置以及在混凝土中掺加多种尺度的纤维的混凝土拌和方法。

背景技术

混凝土优异的综合使用性能，使其成为目前世界上最大宗的建筑材料之一。但是，混凝土材料也存在着一个众所周知的缺陷：其抗拉强度远低于其抗压强度。在受到混凝土内部或外部的应力作用下，当荷载超过材料局部区域的抗拉强度时，该局部区域将开裂，从而大大降低混凝土材料的使用性能。

混凝土在荷载作用下会产生各种类型的裂缝。根据产生的原因和特征，混凝土内部的各种裂缝可分为初始缺陷、微观裂缝、宏观裂缝三个层次，如图1所示。混凝土在浇筑和硬化过程中，由于水分的流失和水化反应不充分等因素，其内部难免会产生一些空隙和孔洞，形成混凝土的初始缺陷，其尺寸通常在纳米和微米层次。初始缺陷在受到荷载(包括外部荷载、温度及内部自生应力等)的作用下，当荷载超过混凝土材料局部区域的抗拉强度时，该局部区域将率先开裂，形成初始的微观裂缝，其尺寸为微米层次。微观裂缝沿原生孔隙和缺陷扩展，沿材料的薄弱面扩展，在某些区域形成一个微裂纹网络。微观裂缝之间有分岔、相交等现象，沿裂缝扩展方向即微观裂缝的主方向。在微裂纹过程区扩展中，各裂纹互相抑制、竞争。随着微观裂缝的密度不断变大，微观裂缝汇聚形成宏观裂缝。宏观裂缝区域的混凝土已完全失去承载能力，裂纹已经肉眼可见，为毫米层次。为了平衡不断增加的集中应力，未断裂区逐渐达到荷载强度极限。当宏观裂缝增加到一定密度，宏观裂缝汇聚成一个贯穿混凝土构件的主裂缝，造成构件的破坏失效。

目前比较常用的提高混凝土抗裂性能的做法是在混凝土中掺加纤维。土木工程中应用广泛的纤维混凝土有四种：钢纤维混凝土(SFRC)、玻璃纤维混凝土(GFRC)、碳纤维混凝土(CFRC)以及合成纤维混凝土(SNFRC)。其中，合成纤维又分聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVA)，聚丙烯(PP)、聚丙烯晴(PAN)纤维等。前三种纤维混凝土都属于高弹模纤维混凝土，混凝土中的纤维能显著提高混凝土的(抗拉、压、弯)强度、韧性、延性、抗冲击疲劳性能和变形模量。其中碳纤维的增强增韧效果最好，但它的价格也最高。合成纤维一般都是低弹模纤维，它对混凝土只能起阻裂增韧、抗磨抗渗的作用，增强效果不明显，但它价格低廉，施工方便，因此在各种面板工程中获得了日益广泛的应用。

对于不同的纤维，由于其本身性质的差异，其对不同的裂缝限制有差异。低强度短纤维限制微裂纹的发展效果较好，可以提高混凝土的早期强度；高强度长纤维可以桥联宏观裂缝，对宏观裂缝限制作用显著，可以增强混凝土的韧性和后期强度。但是，由于目前纤维尺寸的限制，对混凝土内更小的微观裂缝和初始缺陷仍然无法控制。

相比掺加单种纤维，掺加多种纤维并合理调整所掺加的各种纤维的配比，可以使混凝土的性能复合各纤维的特点，更加适应于工程中的各种应用场景。然而，纤维的掺入一定程度上弥补了混凝土材料先天的不足，但纤维的掺入同时也会降低混凝土拌合物的流动性，增加拌合物搅拌的难度，使混凝土各材料难以搅拌均匀，从而影响纤维在混凝土的使用性能，甚至降低混凝土性能。

在现有技术中，混凝土拌和工艺主要包括施工设备体系和投料次序两方面。其中，材料投放方法将直接影响到纤维混凝土的质量和生产效率。对于一些分散性能好的纤维，可不经分散直接投放到搅拌机中搅拌，对于其他类型纤维，需采用专门的分散措施，否则容易出现纤维结团和分布不均的现象。