[发明专利]一种平面定向钢纤维混凝土制备装置

说明书

本发明公开了一种平面定向钢纤维混凝土制备装置，包括三相交流电变频器、钢纤维平面定向单元、绝缘非导磁上连接轴和绝缘非导磁下连接轴；钢纤维平面定向单元包括旋转磁场组件和互斥磁场组件；所述旋转磁场组件由钢纤维定向结构一、钢纤维定向结构二和钢纤维定向结构三构成；所述互斥磁场组件由上永磁体和下永磁体构成。本发明通过旋转磁场和互斥磁场的结合实现了磁控平面定向钢纤维，制备得到了平面定向钢纤维混凝土，使钢纤维方向平行于平面二维应力方向并进行分布，钢纤维增强效果大幅度提高，从而使混凝土的力学性能得到极大改善。

技术领域

本发明属于先进土木工程领域，具体是一种平面定向钢纤维混凝土制备装置。

背景技术

钢纤维混凝土是将钢纤维均匀掺入水泥净浆、水泥砂浆、混凝土等水泥基体中形成的复合材料，钢纤维的掺入改善了混凝土的延性，而且在抗拉、抗折性能方面有明显提高。然而目前普通钢纤维混凝土中的钢纤维是随机乱向分布于水泥基体中的，而这种分布形式限制了钢纤维发挥增强增韧作用的效率。在实际工程中，当构件承受荷载作用时，材料内部会产生应力，随机乱向分布的钢纤维方向与应力方向的不一致性会在很大程度上限制钢纤维提高材料力学性能的效果。故钢纤维混凝土的应用在技术上还存在一定的缺陷。

针对定向钢纤维混凝土的研究已表明，钢纤维沿主拉应力方向分布时，材料的抗劈拉、抗弯性能明显提高，而且与随机乱向分布的钢纤维的增强效率相比提升显著。通过控制钢纤维在基体中的分布取向可提高钢纤维对复合材料的增强效率，同时可减少材料的浪费，降低成本。目前国内外研究学者尝试引入电磁原理实现控制金属纤维方向，在此理论基础上亟需研发一种制备平面定向钢纤维混凝土的装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种平面定向钢纤维混凝土制备装置。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种平面定向钢纤维混凝土制备装置，其特征在于，该装置包括三相交流电变频器、钢纤维平面定向单元、绝缘非导磁上连接轴和绝缘非导磁下连接轴；

钢纤维平面定向单元包括旋转磁场组件和互斥磁场组件；所述旋转磁场组件由钢纤维定向结构一、钢纤维定向结构二和钢纤维定向结构三构成；所述互斥磁场组件由上永磁体和下永磁体构成；

钢纤维定向结构一、钢纤维定向结构二和钢纤维定向结构三依次嵌套设置；三个钢纤维定向结构的顶部中心处转动安装有绝缘非导磁上连接轴；三个钢纤维定向结构的底部中心处转动安装有绝缘非导磁下连接轴；三个钢纤维定向结构产生的磁极均位于同一水平面上，且工作时三个钢纤维定向结构产生的所有磁极中的相邻两个磁极均为异性磁极；

绝缘非导磁上连接轴上固定安装有上永磁体，绝缘非导磁下连接轴上固定安装有下永磁体；上永磁体和下永磁体产生的磁极均位于同一竖直轴线上，且上永磁体的下端产生的磁极与下永磁体的上端产生的磁极为同性磁极；上永磁体产生的磁场辐射范围大于下永磁体产生的磁场辐射范围；

三相交流电变频器的输入端与外界电源电连接，输出端的三个接口分别与钢纤维定向结构一、钢纤维定向结构二和钢纤维定向结构三的各自的绝缘镀层导电线的一端电连接，输出对称三相交流电；钢纤维定向结构一、钢纤维定向结构二和钢纤维定向结构三的绝缘镀层导电线的另一端相互连接；工作时，每一个钢纤维定向结构所产生的磁极在二维平面上呈周期性变化。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)本发明通过旋转磁场和互斥磁场的结合实现了磁控平面定向钢纤维，制备得到了平面定向钢纤维混凝土，使钢纤维方向平行于平面二维应力方向并进行分布，钢纤维方向有效系数达到0.90以上，钢纤维增强效果大幅度提高，从而使混凝土的力学性能得到极大改善。

(2)在钢纤维混凝土中，钢纤维掺量相同时，相对于传统设备和方法制备的随机乱向钢纤维混凝土，用本装置制备的平面定向钢纤维混凝土的劈裂抗拉强度提高20～50％，分散耗能能力提高10～20％，弯曲韧性提高20～40％。