CN110341025A - 控制钢纤维混凝土中钢纤维分布方向的分层浇筑工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢纤维混凝土制备领域，特别是一种控制钢纤维混凝土中钢纤维分布方向的分层浇筑工艺。包括如下步骤：步骤(1)：未加入钢纤维水泥砂浆的制备；步骤(2)：钢纤维混凝土的制备；步骤(3)：在振动台上分层浇筑：将试件模具放在振动台上，一边逐层浇筑一边振动密实，浇筑的每一层都进行一次人工抹实，使得钢纤维在该层面内具有面内纵向取向性。本发明工艺通过分层浇筑，控制每层浇筑厚度，对未能自振密实的部分人工抹实，从而实现控制钢纤维面内分布方向的目的，具有简单、通用等特点。且该方法可有效做到控制钢纤维混凝土中钢纤维分布方向，具有首创性，对于可控的钢纤维混凝土材料制备成型具有重要的现实意义。

Description

控制钢纤维混凝土中钢纤维分布方向的分层浇筑工艺

技术领域

本发明属于钢纤维混凝土制备领域，特别是一种控制钢纤维混凝土中钢纤维分布方向的分层浇筑工艺。

背景技术

二十世纪后期以来，混凝土科学的发展极为迅速，因其具有便于施工、原料易于选取、耐久性好、价格便宜等特点，混凝土成为当代最主要的土木工程材料。然而，普通水泥基复合材料力学性能的缺陷(如抗弯拉强度低、脆性高、延性差等)限制了其应用，而在混凝土中掺入钢纤维能较好的改变这种现象，这些在混凝土中乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，有效提升了混凝土的延性和韧性。

根据纤维增强机理的各种理论，诸如纤维间距理论、复合材料理论和微观断裂理论，以及大量的试验数据的分析，可以确定纤维的增强效果主要取决于基体强度，纤维的长径比，纤维的体积率(钢纤维混凝土中钢纤维所占体积百分数)，纤维与基体间的粘结强度，以及纤维在基体中的分布和分布方向的影响。

研究表明，控制纤维体积率为单一变量时，钢纤维混凝土的流动性随钢纤维混凝土体积率的上升而有显著下降，主要原因有：1.钢纤维长径比大，自身流动性差；2.钢纤维比表面积大，能吸附大量自由水；3.钢纤维之间的相互作用随纤维体积率上升而有明显提升。此外，钢纤维的成本较高，因此在制备钢纤维混凝土时，控制一定量的纤维体积率可以在保证工作性的同时有效节约成本。

对纤维在基体中的分布和分布方向的部分研究表明，钢纤维在基体中的取向对混凝土的强度和韧性有较大影响，控制钢纤维在混凝土受拉方向均匀分布相比于随机乱向分布能有效提升混凝土的受拉性能。

但是，对众多文献的研究发现，钢纤维的加入都是杂乱无章的，未能充分发挥钢纤维强大的抗拉性能以及桥接因受拉产生的裂缝的能力，若能使钢纤维的分布方向与混凝土构件受拉方向一致，则能充分利用钢纤维的抗拉能力，大大提高钢纤维混凝土的整体性能。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种控制钢纤维混凝土中钢纤维分布方向的分层浇筑工艺。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种控制钢纤维混凝土中钢纤维分布方向的分层浇筑工艺，包括如下步骤：

步骤(1)：未加入钢纤维水泥砂浆的制备；

步骤(2)：钢纤维混凝土的制备；

步骤(3)：在振动台上分层浇筑：将试件模具放在振动台上，一边逐层浇筑一边振动密实，浇筑的每一层都进行一次人工抹实，使得钢纤维在该层面内具有面内纵向取向性。

进一步的，所述步骤(1)具体为将水加入搅拌锅内，然后根据配合比加入固体材料，搅拌1-2分钟形成浆体混合物，对该浆体混合物进行流动性检测。

进一步的，所述步骤(1)中调节水泥砂浆的流动度，保证钢纤维掺入后基体中的钢纤维不会成团。

进一步的，所述水泥砂浆的流动度在180±20mm。

进一步的，所述步骤(2)钢纤维混凝土的制备具体为：采用步骤1确定减水剂预掺量的配合比，制备钢纤维混凝土，调整减水剂的掺加量，保证钢纤维混凝土中的钢纤维不会因流动度过大导致静置后钢纤维沉降成团，也不会因流动度过小而难以浇筑。

进一步的，所述减水剂掺量为胶凝材料总质量的±1.0％。

进一步的，所述步骤(2)新拌钢纤维混凝土的流动度为140±20mm。

进一步的，所述步骤(2)中匀速的加入钢纤维，按自动搅拌机一个流程搅拌240s：先慢搅60s，再快搅30s，随后静置90s，最后快搅60s。

进一步的，在静置时，检查钢纤维在浆体中的分散性，若钢纤维能够在基体中分散均匀，则减水剂用量足够；否则在最后快搅60s内继续添加减水剂，直至钢纤维能够均匀分散为止。

进一步的，所述步骤(3)包括：

首先，对于最底层混凝土的浇筑，将试件模具放置于振动台上，开启振动的同时取新拌钢纤维混凝土从试件模具某一短边填入，然后用抹刀沿试件模具长边进行抹平，根据前述步骤，搅拌完成后钢纤维在三维体内均匀分布，经过抹平则视为投影至二维面内均匀分布；

然后，取适量新拌钢纤维混凝土分别从试件模具两个短边填入，由模具两短边沿长边往中间抹平，同样保证抹平后该层混凝土中钢纤维均匀分布，重复这一步骤直至试件浇筑完成。

本发明与现有技术相比，其显著优点如下：

(1)通过本发明的分层浇筑工艺，使纤维从三维的体分布转变为二维的面分布，改变了混凝土中钢纤维杂乱无章的现状，使钢纤维混凝土中钢纤维的分布方向人为可控在每一分层浇筑的面内，因此可最大限度的利用钢纤维的力学特性，从而最大化钢纤维混凝土的抗拉、抗爆等力学性能，同时为后续科研工作者研究纤维分布方向对混凝土的影响提供了方法。该方法是在前人的文献和专利中没有出现过的，具有创新性。

(2)本申请最底层的浇筑因为下部为试件模具，可以从任一短边沿长边方向抹平至另一短边。之后的上层浇筑，采用从两短边沿长边方向往中间抹平的工艺，配合振捣过程，可以有效减小上层浇筑时对下层已浇筑的混凝土中纤维分布取向的影响。

附图说明

图1本申请分层浇筑示意图；其中图①为最底层的浇筑，图②为上层的浇筑。

图2未经该方法处理的钢纤维混凝土示意图。

图3是经该方法处理后的钢纤维混凝土示意图。

图4是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

控制钢纤维混凝土中钢纤维分布方向的分层浇筑工艺主要包括以下详细步骤：

步骤1、未加入钢纤维水泥砂浆的制备：首先将水加入搅拌锅内，然后根据混凝土强度等级为C50的配合比加入水泥、粉煤灰、硅灰、水与减水剂，慢速搅拌一分钟至两分钟，形成浆体混合物。考虑加入钢纤维后基体流动性会有明显下降，应适当调节减水剂使流动度在180±20mm范围内，在此范围内可以保证钢纤维掺入后基体中钢纤维不会成团。

钢纤维混凝土材料的准备：

(1)水泥：采用海螺牌P.I 42.5R普通硅酸盐水泥；

(2)粉煤灰：采用南京热电厂生产的Ⅰ级粉煤灰；

(3)细集料：采用洗净的普通河砂并过筛，粒径为0.15-2.0毫米；

(4)减水剂：采用DC-WR2聚羧酸高性能减水剂，它具有大幅度减水和增强作用，此外，对基体的密实程度、抗冻融及抗碳化等方面的性能也有一定程度的改善；

(5)钢纤维：采用镀铜钢纤维，密度为8.9g/cm³。

步骤2、钢纤维混凝土的制备：步骤1调节浆体的流动度在180±20mm范围内后，均匀的加入钢纤维，按自动搅拌机一个流程搅拌240s：先慢搅60s，再快搅30s，随后静置90s，最后快搅60s。在静置时应检查纤维在浆体中的分散性，若纤维能够在基体中分散均匀，则减水剂用量足够；否则在最后快搅60s内继续添加减水剂，直至钢纤维能够均匀分散为止。需要注意的是：由于纤维直径小、根数多，在基体中不易均匀分散，因此在纤维投放前，应使浆体的流动度在180±20mm范围内，使得纤维加入后钢纤维混凝土的流动度在140±20mm范围内，有利于混凝土浇筑成型且纤维不易沉降成团。

钢纤维混凝土的流动度低于120mm会导致浇筑困难，流动度大于160mm则会导致钢纤维和骨料因为沉降而分布不均，均不利于其工作性。为保证顺利进行分层浇筑，钢纤维混凝土制备时应严格控制砂浆流动度，使新拌钢纤维混凝土流动度度在合理范围内。

步骤3、在振动台上分层浇筑：①对于最底层混凝土的浇筑，将试件模具放置于振动台上，开启振动的同时取新拌钢纤维混凝土从试件模具某一短边填入，然后用抹刀沿试件模具长边进行抹平，根据前述步骤，搅拌完成后钢纤维在三维体内均匀分布，经过抹平则视为投影至二维面内均匀分布；②然后，取合适量新拌钢纤维混凝土分别从试件模具两个短边填入，由模具两短边沿长边往中间抹平，同样保证抹平后该层混凝土中钢纤维均匀分布，重复这一步骤直至试件浇筑完成。

Claims (10)

1.一种控制钢纤维混凝土中钢纤维分布方向的分层浇筑工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：未加入钢纤维水泥砂浆的制备；

步骤(2)：钢纤维混凝土的制备；

步骤(3)：在振动台上分层浇筑：将试件模具放在振动台上，一边逐层浇筑一边振动密实，浇筑的每一层都进行一次人工抹实，使得钢纤维在该层面内具有面内纵向取向性。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤(1)具体为将水加入搅拌锅内，然后根据配合比加入固体材料，搅拌1-2分钟形成浆体混合物，对该浆体混合物进行流动性检测。

3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述步骤(1)中调节水泥砂浆的流动度，保证钢纤维掺入后基体中的钢纤维不会成团。

4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述水泥砂浆的流动度在180±20mm。

5.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述步骤(2)钢纤维混凝土的制备具体为：采用步骤1确定减水剂预掺量的配合比，制备钢纤维混凝土，调整减水剂的掺加量，保证钢纤维混凝土中的钢纤维不会因流动度过大导致静置后钢纤维沉降成团，也不会因流动度过小而难以浇筑。

6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述减水剂掺量为胶凝材料总质量的±1.0％。

7.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述步骤(2)新拌钢纤维混凝土的流动度为140±20mm。

8.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述步骤(2)中匀速的加入钢纤维，按自动搅拌机一个流程搅拌240s：先慢搅60s，再快搅30s，随后静置90s，最后快搅60s。

9.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，在静置时，检查钢纤维在浆体中的分散性，若钢纤维能够在基体中分散均匀，则减水剂用量足够；否则在最后快搅60s内继续添加减水剂，直至钢纤维能够均匀分散为止。

10.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤(3)包括：

首先，对于最底层混凝土的浇筑，将试件模具放置于振动台上，开启振动的同时取新拌钢纤维混凝土从试件模具某一短边填入，然后用抹刀沿试件模具长边进行抹平，根据前述步骤，搅拌完成后钢纤维在三维体内均匀分布，经过抹平则视为投影至二维面内均匀分布；

然后，取适量新拌钢纤维混凝土分别从试件模具两个短边填入，由模具两短边沿长边往中间抹平，同样保证抹平后该层混凝土中钢纤维均匀分布，重复这一步骤直至试件浇筑完成。