CN109129867B - 一种混凝土构件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混凝土构件的制备方法，所述混凝土构件具有预设的受拉应力方向，所述方法至少包括以下步骤：混凝土料浆输出；所述混凝土料浆含有纤维；所述混凝土料浆被挤为外径为0.5mm‑400mm的混凝土料浆流；所述混凝土料浆流受挤压下的运动距离大于或者等于所述外径的尺寸；混凝土料浆堆积；所述混凝土料浆的胶砂流动度为120mm‑300mm；所述胶砂流动度的检测标准与检测方法采用GB/T 2419；所述混凝土料浆流被堆积；所述混凝土料浆流堆积后的轴向方向与所述受拉应力方向形成的角度小于80度。所述方法能使混凝土料浆中的纤维定向分布，并使纤维长度方向与所述的受拉应力方向一致，从而极大提高混凝土构件的性能。

Description

一种混凝土构件的制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种混凝土构件的制备方法。
背景技术
混凝土是具有较高抗压强度，但在受到拉应力时容易发生脆性断裂的材料。此外由于其强度发展过程中产生的热量及自身干缩等原因，混凝土中会产生微裂缝，这些微裂缝是混凝土结构中的薄弱点，会对混凝土的力学性能及耐久性带来不利影响。因此，有必要提高混凝土的抗裂性能，减少裂缝的产生，增强混凝土的力学性能及耐久性；同时对于具有受较高拉应力需求的混凝土结构，有必要提高其韧性，增强混凝土的抗拉性能。
纤维加入混凝土料浆中可以有效提高其韧性，这是由于纤维的阻裂作用，可以一定程度上减少或延缓混凝土料浆中原生裂缝的扩展，并且纤维桥接裂缝的作用还可以在材料开裂后仍能承受一定的载荷，从而明显提高混凝土料浆的抗拉强度及韧性，使其在承受载荷的过程中具有一定延性材料的特征。
但是纤维在浇筑混凝土中的分布是三维杂向的，会影响掺入纤维的增强效果。由于只有纤维取向与受拉方向一致时才有最佳效果，与受拉方向垂直的纤维基本不起作用，是一种浪费。当需要较高抗拉强度或韧性时往往通过提高纤维掺量来实现，但由于混凝土工作性和纤维分散的限制，纤维掺量不能无限增大。
而现有的控制纤维取向的方法仅适用于钢纤维，此外通过外加磁场的方法控制纤维取向，不仅操作复杂、能耗增多，而且难以制备较大尺寸的构件。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种混凝土构件的制备方法，所要解决的技术问题是使添加于混凝土料浆中的纤维能够定向分布，并使所述纤维定向分布的方向与所述混凝土构件预设的受拉应力方向一致，从而可以有效提高混凝土料浆、混凝土构件的密实性、韧性及抗冲击性能，极大提高混凝土构件的服役性能，同时突破了以往仅限于定向分布钢纤维的限制，可适用于所有材质的纤维。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种混凝土构件的制备方法，所述混凝土构件具有预设的受拉应力方向，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：
1)混凝土料浆输出；所述混凝土料浆含有纤维；
所述混凝土料浆被挤为外径为0.5mm-400mm的混凝土料浆流；所述混凝土料浆流受挤压下的运动距离大于或者等于所述外径的尺寸；
2)混凝土料浆堆积；所述混凝土料浆的胶砂流动度为120mm-300mm；所述胶砂流动度的检测标准与检测方法采用GB/T 2419；
所述混凝土料浆流被堆积；所述混凝土料浆流堆积后的轴向方向与所述受拉应力方向形成的角度小于或者等于80度。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种混凝土构件的制备方法，所述纤维选自金属纤维、无机纤维或者有机纤维的任意一种或者多种。
优选的，前述的混凝土构件的制备方法，其中所述纤维的长度为 1mm-200mm。
优选的，前述的混凝土构件的制备方法，其中所述纤维的长度为 3mm-20mm。
优选的，前述的混凝土构件的制备方法，其中所述混凝土料浆流的外径为0.8-250mm。
优选的，前述的混凝土构件的制备方法，其中所述混凝土料浆流的外径为1.5mm-40mm。
优选的，前述的混凝土构件的制备方法，其中所述混凝土料浆流的外径为2.4-25mm。
优选的，前述的混凝土构件的制备方法，其中所述纤维的掺合量为 0.1-15％，以体积百分含量计。
优选的，前述的混凝土构件的制备方法，其中所述纤维的掺合量为 0.5-5％，以体积百分含量计。
优选的，前述的混凝土构件的制备方法，其中所述混凝土料浆流被挤出的出口速度为1-1000cm/s。
优选的，前述的混凝土构件的制备方法，其中所述混凝土料浆流被挤出的出口速度为1-100cm/s。
优选的，前述的混凝土构件的制备方法，其中所述胶砂流动度为120-250mm。
优选的，前述的混凝土构件的制备方法，其中所述混凝土料浆流堆积后的轴向方向与所述受拉应力方向形成的角度小于45度。
本发明的技术方案，关键在于：
1、通过控制纤维长度与输送包含纤维的混凝土料浆的输送管(管道、喷嘴或者栅格)的管径、管长的关系，使混凝土料浆通过所述输送管的过程中，其中包含的纤维的分布方向基本与混凝土料浆的运动方向呈0-80度的状态；当纤维选择合理时，则纤维在混凝土料浆中的分布方向其角度越接近于0度，即定向分布的效果越好。
2、经过输送管对于纤维定向之后，下一步即控制混凝土料浆流在模具或者接料平台等目标地点的堆积方向，使纤维定向分布的混凝土料浆中的纤维的方向与混凝土构件预设的受拉应力方向一致，为此本发明通过控制混凝土料浆的稠度，通过机械方式或者人工方式控制混凝土料浆堆积时的方向，使混凝土料浆流堆积后的轴向方向与所述受拉应力方向形成的角度小于80度。所述混凝土成型后，所述纤维的长度方向与所述混凝土构件预设的受拉应力方向平行或者呈锐角。
借由上述技术方案，本发明提供的纤维定向分布的混凝土构件的制备方法及装置至少具有下列优点：
1、本发明提供的纤维定向的方法为通过机械力使纤维按照设计的方向定向分布，该方法突破了现有技术的仅限于能将钢纤维定向分布的限制；可适用于所有材质的纤维；而且，现有技术的钢纤维定向的操作复杂、能耗较高；而通过本发明提供的纤维定向的方法操作简单，成本节约。
2、本发明提供的纤维定向分布的混凝土料浆以及混凝土构件，其所述纤维定向分布的方向与所述混凝土料浆制备的混凝土构件的受拉应力方向一致，可以有效提高混凝土料浆、混凝土构件的密实性、韧性及抗冲击性能，极大提高混凝土料浆的服役性能。
3、本发明提供的纤维定向分布的混凝土料浆以及混凝土构件，其所添加的纤维定向分布，其分布取向与混凝土构件的受拉应力方向一致，在较低的纤维添加量下即可实现混凝土料浆、混凝土构件的性能的提高。
4、本发明提供的混凝土料浆制备混凝土构件的方法可以采用机械方式或人工方式控制所述输送管出料口的移动方向，能够根据拟制造混凝土的构件灵活、机动地安排作业，非常方便实用。
5、本发明提供的混凝土料浆制备混凝土构件的方法中，所述机械臂抓持所述输送管的出口端沿着所述的设计路线和方向移动，将纤维定向的混凝土挤出并成型；或者，所述导轨沿着所述设计路线安装；所述输送管的出口端通过导轨沿着所述设计路线和方向移动，将纤维定向的混凝土挤出并成型；这样操作可以保证经过输送管的混凝土料浆能够沿着混凝土构件的受拉应力方向成型，最大程度低保证纤维定向的方向与受拉应力方向一致，可以充分发挥纤维的作用，最大效率地提升混凝土构件的性能。
6、本发明提供的纤维定向的方法中的送料装置内表面均喷涂有不粘涂层，保证作业期间水泥基原料不会沾壁，便于设施清洗。
7、本发明提供的纤维定向的方法中，输送管中的喷头可以安装或者不安装、喷头内部的格栅可以安装或者不安装，其均可以根据拟制备的混凝土构件的尺寸以及制造构件时所使用的设施的参数自行调节，非常灵活方便。
8、本发明提供的输送管中的喷嘴或格栅为可拆卸安装，这样既能保证纤维定向的效果，有能很方便地对其清洗、保养。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明提供的输送管和送料装置的结构示意图；
图2为本发明提供的安装栅格的喷嘴的一个范例的截面结构示意图；
图3为本发明提供的安装栅格的喷嘴的另一范例的截面结构示意图；
图4为本发明提供的掺0.5％玻璃纤维的样品，其与混凝土构件预设的受拉应力方向平行的断裂面的光学显微镜照片；
图5为本发明提供的掺0.5％玻璃纤维的样品，其与混凝土构件预设的受拉应力方向垂直的断裂面的光学显微镜照片。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图1-5及较佳实施例，对依据本发明提出的纤维定向分布的混凝土料浆及其制备方法及装置的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
本发明提供一种混凝土构件的制备方法，所述混凝土构件具有预设的受拉应力方向，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：
1)混凝土料浆输出；所述混凝土料浆含有纤维；
所述混凝土料浆被挤为外径为0.5mm-400mm的混凝土料浆流；所述混凝土料浆流受挤压下的运动距离大于或者等于所述外径的尺寸；
2)混凝土料浆堆积；所述混凝土料浆的胶砂流动度为120mm-300mm；所述胶砂流动度的检测标准与检测方法采用GB/T2419；
所述混凝土料浆流被堆积；所述混凝土料浆流堆积后的轴向方向与所述受拉应力方向形成的角度小于或者等于80度。
具体操作为：
A、拌合：按照配方设计量，称量所述混凝土料浆的原材料，所述原材料中包含纤维，并将其拌合均匀，得混凝土料浆；
B、输送：将步骤A拌合均匀的混凝土料浆通过送料装置3经管道2输送至输送管1；
C、纤维定向：将步骤B输送的所述混凝土料浆通过输送管1将其挤出，得纤维定向的混凝土料浆；
D、混凝土料浆流堆积：根据拟制备混凝土构件的尺寸，采用机械方式或人工方式控制所述输送管1挤出的混凝土料浆流的堆积方向，使所述的混凝土料浆的堆积方向与所述混凝土构件的受拉应力方向基本一致，得预成型构件；
E、养护：将步骤D制备的预成型构件进行养护；
所述充料模具养护到达规定龄期，即得到纤维取向偏向受拉应力方向的混凝土构件。
所述纤维长度方向与所述混凝土构件受拉应力方向的夹角为0-80°角。
如图1所示，所述的制备混凝土构件的装置包括送料装置3、输送管1 及管道2。
所述的送料装置3用于输送拌合均匀的混凝土。
送料装置3包括料斗31、送料机构32、电机33、壳体和出口端34。
如图2、3所示，输送管1包括栅格11，喷嘴12。
所述的输送管1包括喷嘴12；所述喷嘴12固定安装于管道2的一端；所述喷嘴12内部设置有栅格11；所述栅格11将喷嘴12横截面均匀分隔为单个或多个通道。
进一步的，所述喷嘴12或栅格11为可拆卸式安装。
进一步的，所述通道的截面为多边形或者圆形。
进一步的，所述送料装置的出口端连接所述输送管的进口端；所述送料装置包括送料机构；所述的送料机构选自单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或泵送机的一种，用于将投入送料装置料斗的混凝土料浆推送至所述送料装置的出口端；所述送料机构的送料速率能调节。
进一步的，所述的送料装置的出口端的管道内径为所述混凝土料浆中最大骨料粒径的1-1000倍。
进一步的，所述的送料装置内部与混凝土料浆直接接触的表面均喷有不粘涂层。
进一步的，所述的混凝土料浆流的挤出喷嘴的移动方向通过机械方式控制，所采用的机械为机械臂或导轨；所述机械臂抓持所述输送管的出口端，沿着所述的设计路线和方向移动，将所述的输送管挤出的混凝土料浆挤出并成型；或者，所述导轨沿着所述的设计路线设置；所述的输送管的出口端通过导轨沿着所述设计路线和方向移动，将输送管挤出的混凝土料浆挤出并成型。
进一步的，所述的混凝土料浆的输送管的出口固定不动，承接料浆的平台沿着所述的设计路线和方向移动；所述的平台承接的料浆成型。
进一步的，所述的混凝土料浆流的挤出喷嘴的移动方向通过人工方式控制，所述的输送管的出口端设置有手持部件；其步骤如下：操作人员抓持所述手持部件沿着所述的设计路线和方向移动，将输送管挤出的混凝土料浆挤出并成型。
将拌合均匀的混凝土持续或分次地加入料斗31中；开动送料机构32 的电源33，拌合均匀的混凝土通过送料机构32传动，经送料装置3的出口端34持续均匀地被运输到管道2，进一步输送至输送管1；视实际混凝土构件的尺寸、数量等，采用机械方式或人工的方式控制喷嘴12的移动方向，使喷嘴12的移动方向与混凝土构件受拉应力方向一致，来回往复地将混凝土挤出。
当工作量较小的情况下，所述输送管也可采用人工控制其移动路径和移动速率。
进一步的，所述纤维选自金属纤维、无机纤维或者有机纤维的任意一种或者多种。
进一步的，所述纤维的长度为1mm-200mm。
进一步的，所述纤维的长度为3mm-20mm。
进一步的，所述混凝土料浆流的外径为0.8-250mm。
进一步的，所述混凝土料浆流的外径为1.5mm-40mm。
进一步的，所述混凝土料浆流的外径为2.4-25mm。
进一步的，所述纤维的长度为所述混凝土料浆流的外径的0.5-2倍。
进一步的，所述纤维的长度为所述混凝土料浆流的外径的0.8-1.25倍。
进一步的，所述纤维的掺合量为0.1-15％，以体积百分含量计。
进一步的，所述纤维的掺合量为0.5-5％，以体积百分含量计。
进一步的，所述混凝土料浆流被挤出的出口速度为1-1000cm/s。
进一步的，所述混凝土料浆流被挤出的出口速度为1-100cm/s。
进一步的，所述胶砂流动度为120-250mm。
进一步的，所述混凝土料浆流堆积后的轴向方向与所述受拉应力方向形成的角度小于45度。
进一步的，所述的混凝土构件具有预设的剪切应力方向、弯曲应力方向或扭曲应力方向；所述混凝土料浆成型时，所述的纤维分布方向分别与所述的混凝土构件预设的剪切应力方向、弯曲应力方向或扭曲应力方向平行。
实施例1
一种纤维定向分布的混凝土构件的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照水泥：矿粉：粉煤灰＝7:1:2的比例准确称取制备水泥浆所需的材料，加入体积掺量为0.5％的3mm长的玻璃纤维，然后将材料在强制搅拌机中混合均匀，使用水和外加剂调节混凝土料浆的胶砂流动度至150mm。
(2)将新拌水泥浆倒入料斗31中，打开送料机构32的电源33，拌合均匀的水泥浆通过送料装置3的送料机构32传动并输送至管道2中，再经喷嘴12挤出；所述混凝土料浆流的外径为25mm；所述混凝土料浆流被挤出的出口速度为1cm/s。
(3)人工控制喷嘴12，使水泥浆从空白模具的一端平行地挤出至另一端，再反方向平行地挤出回初始的一端，循环往复地填满整个模具中；所述混凝土料浆流的轴向方向与受拉应力方向平行。
(4)在标准养护室中养护至1天并拆模，再转入水中养护至7天。
(5)将养护后的试块破碎，取与喷嘴方向平行和垂直的断裂面用光学显微镜观测；
(6)测试混凝土构件的抗折强度，单位MPa。
如图4所示，大量纤维的取向与喷嘴12移动方向平行。
如图5所示，从与喷嘴12移动方向垂直的断裂面的侧面观察，可以看到大量很短的纤维从断裂面中伸出。
两幅图片说明，大量纤维的取向均与喷嘴12移动方向一致，仅有极少量的纤维杂乱取向，表明实施例1的试样很好地实现了对纤维的定向分布。
实施例2-16
同实施例1，其中：各实施例的控制参数及性能如表一所示。
对比例1-3
同实施例1，其中：各实施例的控制参数及性能如表一所示。
表一混凝土构件制备的工艺参数及性能
Figure BDA0001800823030000091
由上述数据可见，料浆流的外径、纤维的长度以及料浆的胶砂流动度和料浆流的堆积方向对于纤维定向分布具有明显的影响。采用本发明的技术方案的混凝土构件，其纤维定向分布，其分布方向与混凝土构件的受拉应力方向取向一致，表现为混凝土构件的抗折强度提高，如表一数据所示，实施例1-16的混凝土构件，采用本发明的技术方案后，其抗折强度明显大于对比例未进行纤维定向分布的混凝土构件；特别的，当混凝土料浆流的外径为纤维长度的0.8-1.25倍、纤维的掺合量为0.5-5％、胶砂流动度为 120-250mm以及混凝土料浆流被挤出的出口速度为1-100cm/s、混凝土料浆流堆积方向与受拉应力方向形成的角度小于或者等于45度时，其对于纤维定向分布的效果尤其好。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种混凝土构件的制备方法，所述混凝土构件具有预设的受拉应力方向，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：
1）拌合：按配方设计量称量混凝土原材料，拌合均匀，得混凝土料浆；
2）输送：所述的混凝土料浆通过送料装置被输送至输送管内；
3）混凝土料浆输出；所述混凝土料浆含有纤维；
所述混凝土料浆被输送管挤为外径为0.5-400mm的混凝土料浆流；所述混凝土料浆流受挤压下的运动距离大于或者等于所述外径的尺寸；
4）混凝土料浆堆积；所述混凝土料浆的胶砂流动度为120-300mm；所述胶砂流动度的检测标准与检测方法采用GB/T2419；
所述混凝土料浆流被堆积；控制所述输送管挤出的混凝土料浆流的堆积方向与所述混凝土构件的受拉应力方向一致，得到预成型构件；所述混凝土料浆流堆积后的纤维轴向方向与所述受拉应力方向形成的角度小于或者等于80度；
5）养护：将步骤4）制备的预成型构件进行养护。
2.根据权利要求1所述的混凝土构件的制备方法，其特征在于，
所述纤维选自无机纤维或者有机纤维的任意一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的混凝土构件的制备方法，其特征在于，
所述纤维的长度为1-200mm；所述混凝土料浆流的外径为0.8-250mm。
4.根据权利要求1所述的混凝土构件的制备方法，其特征在于，
所述纤维的长度为3-20mm；所述混凝土料浆流的外径为1.5-40mm。
5.根据权利要求1所述的混凝土构件的制备方法，其特征在于，
所述纤维的掺合量为0.1-15%，以体积百分含量计。
6.根据权利要求1所述的混凝土构件的制备方法，其特征在于，
所述纤维的掺合量为0.5-5%，以体积百分含量计。
7.根据权利要求1所述的混凝土构件的制备方法，其特征在于，
所述混凝土料浆流被挤出的出口速度为1-1000cm/s。
8.根据权利要求1所述的混凝土构件的制备方法，其特征在于，
所述混凝土料浆流被挤出的出口速度为1-100cm/s。
9.根据权利要求1所述的混凝土构件的制备方法，其特征在于，
所述胶砂流动度为120-250mm。
10.根据权利要求1所述的混凝土构件的制备方法，其特征在于，
所述混凝土料浆流堆积后的纤维轴向方向与所述受拉应力方向形成的角度小于45度。
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