CN108501210A - 一种有机纤维增强复合材料的纤维分散磨和纤维分散方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机纤维增强复合材料的纤维分散磨和纤维分散方法。该纤维分散磨包括筒体、搅拌器、减速机和电机。该纤维分散磨采用双仓设计，上部为混磨仓，下部为集料仓。混磨仓内部的搅拌器和钢球能够有效实现纤维与水泥共同混磨，改变纤维表面特性，改善纤维分散性，集料仓可暂时存储混磨后的复合材料，集料仓下部出料口连接混凝土搅拌机，根据混凝土配合比和搅拌机工艺参数定时放出一定质量的复合材料，同时通过混磨仓的进料口按生产要求比例分别定时加入水泥和纤维，以实现与混凝土搅拌机连续生产作业。

Description

一种有机纤维增强复合材料的纤维分散磨和纤维分散方法
技术领域
本发明涉及一种有机纤维增强复合材料的纤维分散磨和纤维分散方法，属于混凝土技术领域，具体涉及有机纤维混凝土。
背景技术
高强性、高韧性、高抗裂性是土木建筑领域对混凝土材料性能要求的发展趋势，也是满足大型建筑工程对材料抗裂性能和耐久性能的要求。而普通混凝土是一种准脆性材料，掺入合适纤维能增加混凝土的延性、提高混凝土的抗拉、抗弯强度和断裂性能，满足大型建筑工程对材料的要求。目前工程上应用的纤维混凝土的纤维掺量一般不超过1%，当纤维的掺量大于1%时，由于纤维束的裹水和缠绕效应，就会出现严重的结团现象。且纤维与胶凝材料基体间存在界面过渡区，是复合材料的薄弱区。因此使纤维更好的分散于混凝土、优化界面过渡区性能是增强纤维混凝土强度，充分发挥二者的协同作用的重要因素。
为了解决混凝土中纤维分散困难的问题，目前采取的施工工艺多为加入分散剂或采用“先干后湿”的拌合工艺，即先将砂、石子、水泥、纤维加入搅拌机进行干拌，然后再加入水和外加剂搅拌。分散剂的加入仅可以使纤维束在溶液中分散均匀，但并不能将纤维束打开，也不能解决和减轻纤维束的结团现象。而“干拌”仅能使纤维束均匀分散于粉体中，也不能将纤维束打开，在混凝土搅拌过程中仍然会发生团聚现象，导致混凝土强度下降，工作性变差。这些不利因素严重制约了纤维混凝土的发展，仍需在纤维分散的设备及方法方面做更多突破。
我们前期的研究表明，将纤维与水泥或矿物掺合料等粉体混磨，通过钢球的撕扯作用可以将纤维束拉成单丝，并通过搅拌作用使单丝纤维在粉体材料中充分均匀分散；同时混磨过程中，钢球对纤维表面磨蚀将纤维表面由光滑变得粗糙，改善了纤维和水泥基材的亲和性。由于水泥本身就是由水泥熟料、石膏和混合材混磨而成，基于以上研究，在磨制水泥的过程中掺入纤维似乎是解决纤维分散的有效措施。但是目前水泥的粉磨一般采用闭路粉磨系统，分选机是闭路粉磨的必备设备。由于和水泥相比有机纤维较轻，在分选机对水泥颗粒进行分选时，分选机中的气流会率先将轻质纤维送至细粉出口，无法实现纤维与粉体共同混磨的目的。
发明内容：
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种纤维分散磨和纤维分散方法。
该纤维分散磨采用双仓设计，上部为混磨仓，下部为集料仓。混磨仓能够有效实现纤维与水泥共同混磨，改善纤维分散性，改变纤维表面特性；集料仓可暂时存储混磨后的复合材料。集料仓下部出料口连接混凝土搅拌机，放出复合材料的同时（放料量为V2），通过混磨仓的进料口按生产要求比例分别加入同体积的水泥和纤维。在每隔t的时间点，进料和出料的物料量均为V2，且保持同步。在搅拌机搅拌混凝土的同时，纤维分散磨继续分散纤维，以实现循环往复连续生产。
基于上述思路，本发明提供了一种有机纤维增强复合材料的纤维分散磨（简称纤维分散磨），包括筒体、搅拌器、减速机和电机。所述电机和减速器间采用皮带轮方式、链轮方式或齿轮组方式传递动力。
所述筒体，用蓖板上下分隔为混磨仓和集料仓。混磨仓侧上部设有水泥进料口和纤维进料口，混磨仓内部设若干钢球。混磨仓顶部设有轴承座，所述减速器设置在轴承座上方。所述搅拌器包括主轴和缠绕在主轴上的螺旋叶片，主轴通过轴承安装于轴承座上，主轴与减速器的动力输出轴连接。电机通过减速器驱动搅拌器发生转动，从而带动钢球运动搅动物料，对纤维起到撕扯、搅拌和表面磨蚀三种作用。通过钢球的撕扯可以将纤维束拉成单丝，通过搅拌使单丝纤维在粉体材料中充分均匀分散，表面磨蚀作用在纤维表面产生划痕，改变纤维表面特性，改善纤维和水泥基材的亲和性。
所述蓖板板面由若干蓖条构成，各蓖条等间距均匀分布，所述钢球的直径大于蓖条的间隙，以便混磨之后的复合材料能够进入集料仓，而钢球则保留在混磨仓中。所述集料仓下部为漏斗，漏斗底部为出料口。
使用中，所述出料口连接混凝土搅拌站工作系统的混凝土搅拌机。根据混凝土配合比和搅拌机工艺参数定时将混磨后一定质量的复合材料加入搅拌机，同时通过进料口加入同体积的水泥和纤维。在搅拌机搅拌混凝土的同时，本发明有机纤维增强复合材料的纤维分散磨继续混磨水泥和纤维，以实现与混凝土搅拌机连续生产作业。
本发明同时提供的使用有机纤维增强复合材料的纤维分散磨分散纤维的方法，其步骤是：
步骤1. 确定工作参数：由纤维品种、性能决定纤维分散的混磨时间T，根据混凝土配合比和搅拌机性能参数，确定搅拌机单锅物料中的水泥-纤维复合材料用量V2和搅拌时间t（即放料时间间隔），混磨仓中物料的的总体积为V1，。
步骤2. 进料：通过混磨仓的水泥进料口和纤维进料口按生产要求比例分别向混磨仓中加入总体积V1的水泥和纤维。
步骤3. 混磨：启动有机纤维增强复合材料的纤维分散磨，混磨时间为T，分散后复合材料穿过篦缝进入集料仓。
步骤4. 出料：在每隔t的时间点，将集料仓中V2体积的复合材料加入搅拌机拌制混凝土。
步骤5.进料：放料的同时，通过混磨仓的水泥进料口和纤维进料口按生产要求比例分别向混磨仓加入水泥和纤维,进料和出料的物料量均为V2，且保持同步。在搅拌机搅拌的同时，纤维分散磨继续分散纤维，以实现循环往复连续生产。
所述有机纤维，可以是聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维或聚甲醛纤维等。
本发明纤维分散磨，结构简单，运行稳定可靠。
（1）改善纤维的分散性
本发明的纤维分散磨，可实现纤维与粉体混磨，通过钢球的撕扯将纤维束拉成单丝，通过搅拌使单丝纤维在粉体材料中充分均匀分散，克服了混凝土中掺入纤维时搅拌易团结的问题，从而保证混凝土的和易性，易于浇筑和泵送。
（2）改变纤维表面特性
光滑的纤维表面具有憎水性，和水泥浆体的界面粘结性能较差。混磨过程中，钢球的磨蚀作用将纤维表面产生划痕，从而使纤维表面由光滑变得粗糙，改变了纤维的表面特性，改善了纤维和水泥基材的亲和性，和水泥浆体的界面粘结性能显著增强。
（3）可与混凝土搅拌机连续生产作业
该纤维分散磨置于搅拌站水泥筒仓和纤维筒仓与混凝土搅拌机之间，下部出料口连接混凝土搅拌机，放料的同时，通过进料口按生产要求比例分别加入水泥和纤维，进料口进料总体积为V2，在搅拌机搅拌混凝土的同时，纤维分散磨继续分散纤维，以实现与混凝土搅拌机连续生产作业。
（4）可控制混磨时间
由纤维品种、性能决定纤维分散的最佳混磨时间T，根据混凝土配合比和搅拌机工艺参数，可确定放料量V2与放料时间间隔t，进料口进料总体积通过控制进料口进料总体积V1，控制混磨时间T，从而达到最佳分散效果。
附图说明
图1是本发明纤维分散磨的结构示意图。
图2是本发明纤维分散磨的篦板的平面图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提出的一种有机纤维增强复合材料的纤维分散磨，包括筒体、搅拌器6、减速机2和电机1。所述电机轴设主动皮带轮，减速器2的动力输入轴设从动皮带轮，两者之间通过三角皮带传递动力。
所述筒体，用蓖板7上下分隔为混磨仓5和集料仓8。混磨仓侧上部设有水泥进料口41和纤维进料口42，混磨仓5内部设若干钢球51。混磨仓顶部设有轴承座3，所述减速器2设置在轴承座正上方。所述搅拌器6包括主轴和缠绕在主轴上的螺旋叶片，主轴通过轴承安装于轴承座3上，主轴与减速器2的动力输出轴连接。电机1通过减速器2驱动搅拌器6发生转动，从而带动钢球51运动搅动物料，对纤维起到撕扯、搅拌和表面磨蚀三种作用。通过钢球的撕扯可以将纤维束拉成单丝，通过搅拌使单丝纤维在粉体材料中充分均匀分散，表面磨蚀作用在纤维表面产生划痕，改变纤维表面特性，改善纤维和水泥基材的亲和性。
所述蓖板7板面由若干蓖条构成，各蓖条等间距均匀分布，所述钢球的直径大于蓖条的间隙，以便混磨之后的复合材料能够进入集料仓8，而钢球则保留在混磨仓中。所述集料仓下部为漏斗，漏斗底部为出料口9。筒体由钢制框架支撑，钢制框架固定在混凝土基座10上。
使用中，所述出料口连接混凝土搅拌站工作系统的混凝土搅拌机。根据混凝土配合比和搅拌机工艺参数定时将混磨后一定质量的复合材料加入搅拌机，同时通过进料口加入同体积的水泥和纤维。在搅拌机搅拌混凝土的同时，本发明有机纤维增强复合材料的纤维分散磨继续混磨水泥和纤维，以实现与混凝土搅拌机连续生产作业。
不同方法对比试验1
混凝土原料组成及其质量百分比如下：胶凝材料为P.O 42.5硅酸盐水泥（掺量488kg/m3）；细骨料为砂子（掺量767kg/m3）；粗骨料为5～20mm的级配石子（掺量1051kg/m3）；水（掺量165kg/m3）；聚羧酸高效减水剂（掺量10kg/m3）；纤维为长度12mm聚丙烯腈纤维（掺量7kg/m3）；甲基纤维素分散剂（掺量2.5kg/m3）。
纤维分散分别采用“先干后湿”分散方法、甲基纤维素分散剂分散方法、本发明纤维分散磨分散方法，三种分散方式。
（1）“先干后湿”纤维分散和混凝土准备过程
1）按上述原料配方进行称量配料；
2）先将水泥、细骨料和粗骨料加入搅拌机干拌1分钟；
3）在搅拌过程中缓缓加入聚丙烯腈纤维；
4）将减水剂加入水中，搅拌的同时加入水，直至搅拌均匀，即制得混凝土拌合物。
（2）甲基纤维素分散剂分散和混凝土准备过程
1）将用水量分成2份，一份水倒入烧杯中，加入甲基纤维素分散剂，用玻璃棒搅拌均匀，再将纤维加入，继续搅拌使纤维在溶液中分散；
2）将水泥、细骨料、粗骨料干搅1分钟，然后倒入上述分散的纤维水溶液进行搅动，将减水剂加入另一部分水中，边搅拌边加入剩余的水分，继续搅拌至均匀，即制得混凝土拌合物。
（3）使用本发明纤维分散磨分散和混凝土准备过程
1）确定工作参数：由纤维品种、性能决定纤维分散的混磨时间T=2分钟，按上述原料配方进行称量配料，确定搅拌机单锅物料中的水泥-纤维复合材料用量V2=10L和搅拌时间t=5分钟，混磨仓中物料的的总体积为V1， 。
2）进料：通过混磨仓的水泥进料口和纤维进料口按生产要求比例分别向混磨仓中加入总体积V1的水泥和纤维。
3）混磨：启动有机纤维增强复合材料的纤维分散磨，混磨时间为T，分散后复合材料穿过篦缝进入集料仓。
4）出料：在每隔t的时间点，将集料仓中V2体积的复合材料加入搅拌机拌制混凝土。
5）进料：放料的同时，通过混磨仓的水泥进料口和纤维进料口按生产要求比例分别向混磨仓加入水泥和纤维,进料和出料的物料量均为V2，且保持同步。
分别按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》对上面三种方法制得的混凝土的流动性、抗压强度、抗拉强度、极限拉伸应变试验，结果如表1所示。
表1 混凝土的流动性及力学强度值
上述试验结果表明采用本发明的纤维分散磨，混磨出的复合材料拌制混凝土，具有较好的流动性、较高的抗拉强度、抗压强度以及拉伸变形能力，说明本发明的纤维分散磨的纤维分散性更好。

Claims (3)

1.一种有机纤维增强复合材料的纤维分散磨，包括筒体、搅拌器、减速机和电机；所述电机和减速器间采用皮带轮方式、链轮方式或齿轮组方式传递动力；其特征是：
所述筒体，用蓖板上下分隔为混磨仓和集料仓；混磨仓侧上部设有水泥进料口和纤维进料口，混磨仓内部设若干钢球；混磨仓顶部设有轴承座，所述减速器设置在轴承座上方；所述搅拌器包括主轴和缠绕在主轴上的螺旋叶片，主轴通过轴承安装于轴承座上，主轴与减速器的动力输出轴连接；
所述蓖板板面由若干蓖条构成，各蓖条等间距均匀分布，所述钢球的直径大于蓖条的间隙；所述集料仓下部为漏斗，漏斗底部为出料口。
2.一种使用权利要求1所述有机纤维增强复合材料的纤维分散磨分散纤维的方法，其步骤是：
步骤1. 确定工作参数：混磨时间T、搅拌机单锅物料中的水泥-纤维复合材料用量V2和搅拌时间t，混磨仓中物料的的总体积为V1：
；
步骤2. 进料：通过混磨仓的水泥进料口和纤维进料口按生产要求比例分别向混磨仓中加入总体积V1的水泥和纤维；
步骤3. 混磨：启动有机纤维增强复合材料的纤维分散磨，混磨时间为T，分散后复合材料穿过篦缝进入集料仓；
步骤4. 出料：在每隔t的时间点，将集料仓中V2体积的复合材料加入搅拌机拌制混凝土；
步骤5.进料：放料的同时，通过混磨仓的水泥进料口和纤维进料口按生产要求比例分别向混磨仓加入水泥和纤维,进料和出料的物料量均为V2，且保持同步。
3.根据权利要求2所述使用权利要求1所述有机纤维增强复合材料的纤维分散磨分散纤维的方法，其特征是：所述有机纤维是聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维或聚甲醛纤维。
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