CN101913189B - 制备单向分布钢纤维增强砂浆的方法及其专用设备 - Google Patents

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Abstract

本发明制备单向分布钢纤维增强砂浆的方法及其专用设备，涉及纤维增强砂浆，其关键步骤是，将配制成的钢纤维砂浆拌合物浇入非金属试模并置于制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备的线圈的骨架中的空腔内，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，以对配制成的钢纤维砂浆拌合物施加磁场实现对钢纤维定向，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；该专用设备由振动台、线圈和直流电源构成。用本发明方法和专用设备制备出的单向分布钢纤维增强砂浆，其抗折强度比用现有方法制备的钢纤维增强砂浆提高25％～100％，或节省钢纤维25％～60％。

Description

制备单向分布钢纤维增强砂浆的方法及其专用设备
技术领域
本发明的技术方案涉及本发明的技术方案涉及纤维增强砂浆，具体地说是制备单向分布钢纤维增强砂浆的方法及其专用设备。
背景技术
砂浆是建筑工程中广泛使用的材料，大量用于钢筋砂浆结构和砌体结构等工程，可用作结构材料和非结构材料，是修补墙面和地面等工程的主要建筑材料。建筑砂浆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，砂浆韧性差、易开裂，导致工程质量下降。掺加钢纤维是提高砂浆抗裂性、韧性和改善抗拉性能的最有效方法之一。砂浆在掺加钢纤维以后，其中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，从而提高砂浆的抗裂性；但是，其中与拉应力方向不完全一致的钢纤维提高砂浆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砂浆抗裂性几乎没有作用。
目前已有的钢纤维砂浆的成型工艺是：将砂、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砂浆，钢纤维在砂浆中随机乱向分布。实际工程中的砂浆根据部位或结构形式不同，可能沿某一方向受到拉应力的作用，而其它方向可能受压或拉应力较小，并且使用过程中应力方向一般不会改变。因此，钢纤维砂浆中乱向分布的钢纤维，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，砂浆中的有效纤维的分布密度必须达到一定值才能真正起到抗裂的作用。对于这个问题的解决，工程中一般采用提高砂浆中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，砂浆的性能得以提高。如此做法的缺点是，砂浆中掺加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砂浆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砂浆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砂浆，其抗折强度比用现有方法制备的钢纤维增强砂浆提高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砂浆的方法，具体步骤如下：
第一步，配制钢纤维砂浆拌合物
按公知的设计方法所确定的普通砂浆组成组分的配合比，称取实际操作时所需量的胶凝材料、砂和高效减水剂，再取在普通砂浆中掺加体积掺量为0.3％～1.5％的钢纤维，将称取的胶凝材料、砂、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砂浆拌合物；
第二步，浇入试模或模板
将第一步配制成的钢纤维砂浆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砂浆拌合物的非金属试模置于制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备的线圈的骨架中空腔内，再将该线圈和试模或模板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砂浆拌合物施加磁场，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或根据设计要求确定，上述线圈内磁感应强度为1.0×10-3T～10.0×10-3T，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砂浆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砂浆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砂浆。
上述制备单向分布钢纤维增强砂浆的方法，所述钢纤维是符合建筑钢材标准要求的低碳钢。
上述制备单向分布钢纤维增强砂浆的方法，所述将称取的钢纤维和普通砂浆的原材料投入搅拌机中均匀拌合配制成钢纤维砂浆拌合物，其优选的操作过程是，先将称量好的水和高效减水剂投入搅拌机，再投入称量好的胶凝材料，开启搅拌机搅拌20～120秒，边搅拌边加入称量好的砂，然后边搅拌边投入称量好的钢纤维，继续搅拌60～300秒，通过调整减水剂掺量或用水量，控制砂浆拌合物稠度在40mm～120mm范围内；或者先将称量好的胶凝材料和称量好的砂干料搅拌均匀后，边搅拌边投入称量好的钢纤维，然后加入称量好的拌合水和高效减水剂，继续搅拌60～300秒，通过调整减水剂掺量或用水量，控制砂浆拌合物稠度在40mm～120mm范围内。
上述制备单向分布钢纤维增强砂浆的方法，所述确定普通砂浆配合比的公知的设计方法可以从《砌筑砂浆配合比设计规程》(JGJ98-2000)、《预拌砂浆技术规程》(DGJ32/J13-2005)、《混凝土与沙浆配合比设计手册》(贾立群，中国建筑工业出版社，2007年)和《建筑砂浆配合比速查手册》(中国建筑工业出版社，ISBN：7112047749)中得知。从上述公知的文献中可以得知普通砂浆的组成原料为胶凝材料、砂、高效减水剂，其中胶凝材料为水泥或水泥与粉煤灰和矿粉中的一种或两种的混合物，高效减水剂见国家标准GBJ8076。
上述制备单向分布钢纤维增强砂浆的方法，所述的钢纤维的体积掺量是按所用钢材料的比重来计算的。
上述制备单向分布钢纤维增强砂浆的方法，所述的原料胶凝材料、砂、高效减水剂和钢纤维都是普通的建筑材料，可以通过商购获得，所述的直流电源、线圈和振动台都是本技术领域常用的设备，是本技术领域技术人员可以自行制作或由商购得到的。
制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备，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砂浆的专用设备，所述振动台为机械式砂浆振动台，无磁力吸附，其振幅为0.5±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砂浆的专用设备，所述线圈的匝数为100～3000匝，长度为100～160mm，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砂浆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砂浆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0.1～10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～10.0×10-3T的磁场。
上述制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备，所述直流电源可提供输出的电压为0～30伏和直流电流为0～20安。
上述制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备，所述的直流电源、线圈和振动台都是本技术领域常用的设备，是本技术领域技术人员可以自行制作或由商购得到的。
本发明的有益效果是：
(1)原理
对钢纤维砂浆拌合物施加磁场，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，施加外部磁场将砂浆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，砂浆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，本发明制备单向分布钢纤维增强砂浆的方法及专用设备完全克服了现有技术工艺成型的钢纤维增强砂浆，钢纤维在砂浆中随机乱向分布，砂浆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砂浆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
发明人经过大量研究，研制出制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备。应用过程中根据新拌砂浆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，钢纤维砂浆拌合物和易性越好，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，提高磁场磁感应强度。
(3)效果
与采用现有技术方法制备的钢纤维砂浆相比：如果所用原料配合比完全相同，用本发明方法和专用设备制备的单向分布钢纤维砂浆的抗折强度提高了25％～100％；如果产品抗折强度相同，用本发明方法和专用设备制备单向分布钢纤维砂浆，其中钢纤维用量降低25％～60％，由此可见，与已有技术相比本发明有显著的进步。(下面的实施例将提供具体详细的数据对比，以证明本发明有显著的进步。)
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备的结构示意图。
图2是本发明制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备的直流电源外部示意图。
图3是本发明制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备的线圈示意图。
图4是本发明制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备的线圈横截面示意图。
图5是本发明制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备的振动台示意图。
图中，1.直流电源，2.线圈，3.振动台，4.电流控制旋钮，5.开关。
具体实施方式
图1所示实施例表明，本发明制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备由直流电源1、线圈2和振动台3构成，其中直流电源1有交流电(AC)输入端和直流电输出端，直流电输出端接至线圈2，直流电源1的开关5控制是否为线圈2提供直流电，用直流电源1的电流控制旋钮4控制为线圈2提供直流电的电压和电流的大小；线圈2放置在振动台3上。
图2所示实施例表明，本发明制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备的直流电源1外部设置有交流电(AC)输入端、直流电输出端、开关5和电流控制旋钮4。
图3所示实施例表明，本发明制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备的线圈2，其匝数为100～3000匝，长度l为100～160mm，保证长于置于线圈的骨架中空腔内的非金属试模的长度。线圈2接在直流电源1的直流电输出端(DC)上。
图4所示实施例表明，本发明制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备的线圈2的空腔的横截面为方形，大小根据所置入的试模而定。
图5所示实施例显示本发明制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备的振动台3，其大小以能够放置线圈和试模为准。
实施例1
第一步，配制钢纤维砂浆拌合物
按公知的设计方法所确定的强度等级为M5的砂浆组成组分的质量配合比为水∶水泥∶砂∶高效减水剂＝0.56∶1∶3∶0.003，称取实际操作时所需量的水∶水泥和砂，再取在普通砂浆中掺加体积掺量为1.5％的钢纤维(钢材、水泥、水的密度分别为7800kg/m3、3100kg/m3、1000kg/m3，可据此确定所需钢纤维质量)，所用钢纤维为钢丝切断型钢纤维，长度为13mm，长径比为40。先将称量好的水泥和砂投入砂浆搅拌机干料搅拌均匀后，边搅拌边投入称量好的钢纤维，然加入称量好的拌和水及高效减水剂，继续搅拌60秒后出料，测定钢纤维砂浆拌合物的稠度为120mm；
第二步，浇入试模
将第一步配制成的钢纤维砂浆拌合物浇入40mm×40mm×160mm的非金属试模中；
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砂浆拌合物的非金属试模置于制备单向分布钢纤维增强砂浆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砂浆拌合物施加磁场，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或根据设计要求确定，上述线圈内磁感应强度为1.0×10-3T，开启上述专用设备的振动台振动30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砂浆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，制备单向分布钢纤维增强砂浆
将第三步施加磁场后得到的在非金属试模内的钢纤维砂浆拌合物试件表面轻轻抹平后置于室内环境，表面覆盖塑料薄膜，24小时后拆模，移入养护室养护，保持温度为20±2℃，相对湿度≥90％，养护至规定的28d龄期时将试件从养护室取出，得到单向分布钢纤维增强砂浆，按照GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法》测得其抗折强度为7.65MPa。
对比实施例1
除缺少实施例1中的第三步之外，其他工艺与实施例1相同。
同样养护至规定的28d龄期时将试件从养护室取出，得到非单向分布的钢纤维增强砂浆，按照GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法》测得其抗折强度为6.10MPa。
实施例1与对比实施例1的原料配比和钢纤维用量相同，而实施例1得到的单向分布钢纤维增强砂浆的28d抗折强度比对比实施例1得到的非单向分布的钢纤维增强砂浆的28d抗折强度提高25％。
实施例2
第一步，配制钢纤维砂浆拌合物
按公知的设计方法所确定的强度等级为M10的砂浆组成组分的质量配合比为水∶水泥∶砂∶高效减水剂＝0.3∶1∶1.5∶0.006，称取实际操作时所需量的水∶水泥和砂，再取在普通砂浆中掺加体积掺量为1.5％的钢纤维(钢材、水泥、水的密度分别为7800kg/m3、3100kg/m3、1000kg/m3，可据此确定所需钢纤维质量)，所用钢纤维为钢丝切断型钢纤维，长度为13mm，长径比为40。先将称量好的水投入搅拌机，再投入称量好的水泥，开启搅拌机搅拌20秒，边搅拌边加入称量好的砂，然后边搅拌边投入称量好的钢纤维，继续搅拌180秒，测定钢纤维砂浆拌合物的稠度为40mm；
第二步，浇入试模
将第一步配制成的钢纤维砂浆拌合物浇入40mm×40mm×160mm的非金属试模中；
第三步，施加磁场
将第二步得到的浇入第一步配制成的钢纤维砂浆拌合物的非金属试模置于制备单向分布钢纤维增强砂浆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砂浆拌合物施加磁场，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或根据设计要求确定，上述线圈内磁感应强度为10.0×10-3T，开启上述专用设备的振动台振动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砂浆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，制备单向分布钢纤维增强砂浆
将第三步施加磁场后得到的在非金属试模内的钢纤维砂浆拌合物试件表面轻轻抹平后置于室内环境，表面覆盖塑料薄膜，24小时后拆模，移入养护室养护，保持温度为20±2℃，相对湿度≥90％，养护至规定的28d龄期时将试件从养护室取出，得到单向分布钢纤维增强砂浆，按照GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法》测得其抗折强度为21.20MPa。
对比实施例2
除缺少实施例2中的第三步之外，其他工艺与实施例2相同。
同样养护至规定的28d龄期时将试件从养护室取出，得到非单向分布的钢纤维增强砂浆，按照GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法》测得其抗折强度为11.15MPa。
实施例2与对比实施例2的原料配比和钢纤维用量相同，而实施例2得到的单向分布钢纤维增强砂浆的28d抗折强度是对比实施例2得到的非单向分布的钢纤维增强砂浆的28d抗折强度的近两倍，提高近100％。
实施例3
按公知的设计方法所确定的强度等级为M7.5的砂浆组成组分的质量配合比为水∶水泥∶砂∶高效减水剂＝0.42∶1∶2∶0.004，称取实际操作时所需量的水∶水泥和砂，再取在普通砂浆中掺加体积掺量为0.5％的钢纤维(钢材、水泥、水的密度分别为7800kg/m3、3100kg/m3、1000kg/m3，可据此确定所需钢纤维质量)，所用钢纤维为钢丝切断型钢纤维，长度为13mm，长径比为40。先将称量好的水和高效减水剂投入搅拌机，再投入称量好的水泥，开启搅拌机搅拌120秒，边搅拌边加入称量好的砂，然后边搅拌边投入称量好的钢纤维，继续搅拌300秒，测定钢纤维砂浆拌合物的稠度为80mm；
第二步，浇入试模
将第一步配制成的钢纤维砂浆拌合物浇入40mm×40mm×160mm的非金属试模中；
第三步，施加磁场
将第二步得到的浇入第一步配制成的钢纤维砂浆拌合物的非金属试模置于制备单向分布钢纤维增强砂浆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砂浆拌合物施加磁场，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或根据设计要求确定，上述线圈内磁感应强度为6.0×10-3T，开启上述专用设备的振动台振动120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砂浆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，制备单向分布钢纤维增强砂浆
将第三步施加磁场后得到的在非金属试模内的钢纤维砂浆拌合物试件表面轻轻抹平后置于室内环境，表面覆盖塑料薄膜，24小时后拆模，移入养护室养护，保持温度为20±2℃，相对湿度≥90％，养护至规定的28d龄期时将试件从养护室取出，得到单向分布钢纤维增强砂浆，按照GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法》测得其抗折强度为9.05MPa。
对比实施例3
除第一步中所用原料按公知的设计方法所确定的强度等级为M7.5的砂浆组成组分的质量配合比为水∶水泥∶砂∶高效减水剂＝0.42∶1∶2∶0.004，称取实际操作时所需量的水∶水泥和砂，再取在普通砂浆中掺加体积掺量为1.0％的钢纤维和缺少实施例3中的第三步之外，其他工艺与实施例3相同。
同样养护至规定的28d龄期时将试件从养护室取出，得到非单向分布的钢纤维增强砂浆，按照GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法》测得其抗折强度为9.15MPa。
实施例3与对比实施例3的28d抗折强度基本一样，而实施例3得到的单向分布的钢纤维增强砂浆的钢纤维用量只有对比实施例3得到的非单向分布的钢纤维增强砂浆的钢纤维用量的一半，降低了60％。
实施例4
除第一步配制钢纤维砂浆拌合物中，先将称量好的水泥和砂投入砂浆搅拌机干料搅拌均匀后，边搅拌边投入称量好的钢纤维，然加入称量好的拌和水及高效减水剂，继续搅拌180秒后出料，测定钢纤维砂浆拌合物的稠度为120mm，其他均同实施例1。
实施例5
除第一步配制钢纤维砂浆拌合物中，先将称量好的水泥和砂投入砂浆搅拌机干料搅拌均匀后，边搅拌边投入称量好的钢纤维，然加入称量好的拌和水及高效减水剂，继续搅拌300秒后出料，测定钢纤维砂浆拌合物的稠度为40mm，其他均同实施例2。
实施例6
除第一步配制钢纤维砂浆拌合物中，先将称量好的水和高效减水剂投入搅拌机，再投入称量好的水泥，开启搅拌机搅拌70秒，边搅拌边加入称量好的砂，然后边搅拌边投入称量好的钢纤维，继续搅拌180秒，测定钢纤维砂浆拌合物的稠度为80mm，其他均同实施例3。
实施例7
按公知的设计方法所确定的强度等级为M15的砂浆组成组分的质量配合比为水∶水泥∶砂∶高效减水剂＝0.32∶1∶1.3∶0.0075，称取实际操作时所需量的水∶水泥和砂，再取在普通砂浆中掺加体积掺量为0.3％的钢纤维(钢材、水泥、水的密度分别为7800kg/m3、3100kg/m3、1000kg/m3，可据此确定所需钢纤维质量)，所用钢纤维为钢丝切断型钢纤维，长度为13mm，长径比为40。先将称量好的水和高效减水剂投入搅拌机，再投入称量好的水泥，开启搅拌机搅拌120秒，边搅拌边加入称量好的砂，然后边搅拌边投入称量好的钢纤维，继续搅拌300秒，测定钢纤维砂浆拌合物的稠度为55mm；
第二步，浇入试模
将第一步配制成的钢纤维砂浆拌合物浇入40mm×40mm×160mm的非金属试模中；
第三步，施加磁场
将第二步得到的浇入第一步配制成的钢纤维砂浆拌合物的非金属试模置于制备单向分布钢纤维增强砂浆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砂浆拌合物施加磁场，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或根据设计要求确定，上述线圈内磁感应强度为6.0×10-3T，开启上述专用设备的振动台振动120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砂浆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，制备单向分布钢纤维增强砂浆
将第三步施加磁场后得到的在非金属试模内的钢纤维砂浆拌合物试件表面轻轻抹平后置于室内环境，表面覆盖塑料薄膜，24小时后拆模，移入养护室养护，保持温度为20±2℃，相对湿度≥90％，养护至规定的28d龄期时将试件从养护室取出，得到单向分布钢纤维增强砂浆，按照GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法》测得其抗折强度为10.45MPa。
对比实施例7
除第一步中所用原料按公知的设计方法所确定的强度等级为M7.5的砂浆组成组分的质量配合比为水∶水泥∶砂∶高效减水剂＝0.32∶1∶1.3∶0.0075，称取实际操作时所需量的水∶水泥和砂，再取在普通砂浆中掺加体积掺量为0.375％的钢纤维和缺少实施例7中的第三步之外，其他工艺与实施例7相同。
同样养护至规定的28d龄期时将试件从养护室取出，得到非单向分布的钢纤维增强砂浆，按照GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法》测得其抗折强度为10.40Pa。
实施例7与对比实施例7的28d抗折强度基本一样，而实施例7得到的单向分布的钢纤维增强砂浆的钢纤维用量只有对比实施例4得到的非单向分布的钢纤维增强砂浆的钢纤维用量的一半，降低了25％。
实施例8
按公知的设计方法所确定的强度等级为M7.5的砂浆组成组分的质量配合比为水∶水泥∶砂∶高效减水剂＝0.39∶1∶1.2.5∶0.0045，称取实际操作时所需量的水∶水泥和砂，再取在普通砂浆中掺加体积掺量为0.4％的钢纤维(钢材、水泥、水的密度分别为7800kg/m3、3100kg/m3、1000kg/m3，可据此确定所需钢纤维质量)，所用钢纤维为钢丝切断型钢纤维，长度为13mm，长径比为40。先将称量好的水和高效减水剂投入搅拌机，再投入称量好的水泥，开启搅拌机搅拌120秒，边搅拌边加入称量好的砂，然后边搅拌边投入称量好的钢纤维，继续搅拌300秒，测定钢纤维砂浆拌合物的稠度为80mm；
第二步，浇入试模
将第一步配制成的钢纤维砂浆拌合物浇入40mm×40mm×160mm的非金属试模中；
第三步，施加磁场
将第二步得到的浇入第一步配制成的钢纤维砂浆拌合物的非金属试模置于制备单向分布钢纤维增强砂浆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砂浆拌合物施加磁场，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或根据设计要求确定，上述线圈内磁感应强度为6.0×10-3T，开启上述专用设备的振动台振动120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砂浆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，制备单向分布钢纤维增强砂浆
将第三步施加磁场后得到的在非金属试模内的钢纤维砂浆拌合物试件表面轻轻抹平后置于室内环境，表面覆盖塑料薄膜，24小时后拆模，移入养护室养护，保持温度为20±2℃，相对湿度≥90％，养护至规定的28d龄期时将试件从养护室取出，得到单向分布钢纤维增强砂浆，按照GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法》测得其抗折强度为8.25MPa。
对比实施例8
除第一步中所用原料按公知的设计方法所确定的强度等级为M7.5的砂浆组成组分的质量配合比为水∶水泥∶砂∶高效减水剂＝0.39∶1∶2.0∶0.0045，称取实际操作时所需量的水∶水泥和砂，再取在普通砂浆中掺加体积掺量为0.56％的钢纤维和缺少实施例8中的第三步之外，其他工艺与实施例8相同。
同样养护至规定的28d龄期时将试件从养护室取出，得到非单向分布的钢纤维增强砂浆，按照GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法》测得其抗折强度为8.20Pa。
实施例8与对比实施例8的28d抗折强度基本一样，而实施例8得到的单向分布的钢纤维增强砂浆的钢纤维用量只有对比实施例4得到的非单向分布的钢纤维增强砂浆的钢纤维用量降低了40％。
上述实施例中：所用制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备的线圈的匝数在100～3000匝和长度l为100～160mm的范围内选定，以保证长于置于线圈的骨架中空腔内的非金属试模的长度，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砂浆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砂浆拌合物的非金属试模置于其中；所述制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备的振动台为机械式砂浆振动台，无磁力吸附，其振幅为0.85±0.05mm，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。

Claims (4)

1.制备单向分布钢纤维增强砂浆的方法，具体步骤如下：
第一步，配制钢纤维砂浆拌合物
按公知的设计方法所确定的普通砂浆组成组分的配合比，称取实际操作时所需量的胶凝材料、砂和高效减水剂，再取在普通砂浆中掺加体积掺量为0.3％～1.5％的钢纤维，将称取的胶凝材料、砂、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砂浆拌合物；
第二步，浇入试模
将第一步配制成的钢纤维砂浆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砂浆拌合物的非金属试模置于制备单向分布钢纤维增强砂浆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砂浆拌合物施加磁场，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或根据设计要求确定，上述线圈内磁感应强度为1.0×10-3T～10.0×10-3T，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砂浆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砂浆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砂浆。
2.根据权利要求1所述制备单向分布钢纤维增强砂浆的方法，其特征在于：所述钢纤维是符合建筑钢材标准要求的低碳钢。
3.根据权利要求1所述制备单向分布钢纤维增强砂浆的方法，其特征在于：所述将称取的钢纤维和普通砂浆的原材料投入搅拌机中均匀拌合配制成钢纤维砂浆拌合物，其操作过程是，先将称量好的水和高效减水剂投入搅拌机，再投入称量好的胶凝材料，开启搅拌机搅拌20～120秒，边搅拌边加入称量好的砂，然后边搅拌边投入称量好的钢纤维，继续搅拌60～300秒，通过调整高效减水剂掺量或用水量，控制砂浆拌合物稠度在40mm～120mm范围内；或者先将称量好的胶凝材料和称量好的砂干料搅拌均匀后，边搅拌边投入称量好的钢纤维，然后加入称量好的拌合水和高效减水剂，继续搅拌60～300秒，通过调整减水剂掺量或用水量，控制砂浆拌合物稠度在40mm～120mm范围内。
4.制备单向分布钢纤维增强砂浆的专用设备，由振动台、线圈和直流电源构成，所述振动台为机械式砂浆振动台，无磁力吸附，其振幅为0.5±0.2mm，振动频率为2850次/分，所述线圈的匝数为100～3000匝，长度为100～160mm，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砂浆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砂浆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0.1～10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～10.0×10-3T的磁场。
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