CN112025924B - 一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及预制装配式混凝土结构领域，具体公开了一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备装置，包括底部的支撑架，支撑架为矩形金属架，支撑架的上表面设置有水平方向上的两条第一滑轨，两条第一滑轨对称设置；第一滑轨上设置有线圈，线圈的底部固定有滑轮，线圈通过滑轮滑动连接在第一滑轨上；所述支撑架底部放置有两个对称设置的钢支撑，钢支撑上表面处于线圈内部空间，且钢支撑均位于两条第一滑轨之间，钢支撑上放置有非金属模板，非金属模板穿过线圈，线圈上设置有振捣棒；支撑架旁还设置有电流交换器，电流交换器与线圈电连接；本发明意在解决现有钢纤维混凝土构件中，钢纤维随机分布、单向增强效率低，导致混凝土基体抗拉强度不足的问题。

Description

一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备装置及制备方法

技术领域

本发明涉及预制装配式混凝土结构技术领域，具体公开了一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备装置及制备方法。

背景技术

混凝土以其骨料可以就地取材，构件容易成型，具有的较高抗压强度、耐久性等优势被广泛用于实际工程。但其自身存在脆性大、抗拉强度低且易开裂等缺点，限制其在以抗拉为主的荷载构件中的应用。掺入适量钢纤维配制成的钢纤维增强混凝土，与普通混凝土相比，其抗拉强度、抗弯强度、耐磨、耐冲击、耐疲劳、韧性、抗裂和抗爆等性能得到较大提升。但普通钢纤维混凝土中钢纤维分布是杂乱无章的，仅有一小部分钢纤维充分发挥了增强作用，而大部分钢纤维则未起到应有的作用。理论研究及小尺寸定向钢纤维混凝土试验研究表明，普通钢纤维混凝土的纤维方向效应系数为0.405，相当于纤维增强效率只发挥了40％。甚至研究表明，当纤维方向与试件的受力方向垂直时，纤维不仅失去增强作用，还因为纤维与基体界面的粘结薄弱，使混凝土基体的自身强度下降。

发明内容

本发明意在提供一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备装置，以解决现有钢纤维混凝土构件中，钢纤维随机分布、单向增强效率低，导致混凝土基体抗拉强度不足的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：

一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备装置，包括底部的支撑架，支撑架为矩形金属架，支撑架的上表面设置有水平方向上的两条第一滑轨，两条第一滑轨对称设置；第一滑轨上设置有线圈，线圈的底部固定有滑轮，线圈通过滑轮滑动连接在第一滑轨上；所述支撑架底部放置有两个对称设置的钢支撑，钢支撑的上表面处于线圈内部空间，且钢支撑均位于两条第一滑轨之间，钢支撑上放置有非金属模板，非金属模板穿过线圈，线圈上设置有伸入非金属模板的振捣棒；支撑架旁还设置有电流交换器，电流交换器与线圈电连接。

可选地，线圈包括若干模块，模块包括转角模块、连接模块；转角模块均为L形，连接模块为矩形，四个转角模块呈矩形分布，相邻转角模块之间均设置有若干连接模块，所述滑轮固定在底端转角模块的下表面；模块端面上均固定有拼接板，拼接板上均开设有通孔，相邻拼接板之间通过螺栓连接；模块中均贯穿有矩形阵列分布的导线，导线的两端均固定有接口，接口均固定在模块的端面上，相邻模块之间的导线通过接口连通；转角模块的转角处固定有卡住导线的限位，其中一个转角模块为输入输出模块，输入输出模块上开设有与导线连接的端口，线圈通过端口与电流交换器电连接。

可选地，连接模块与转角模块内均开设有贯穿模块的通风孔，通风孔错开导线，线圈内部的通风孔组成通风回路；连接模块包括进风模块、平板模块与出风模块；上端转角模块之间的连接模块为进风模块，下端转角之间的连接模块为出风模块，出风模块与进风模块的数量相同，两侧连接模块则为平板模块，且两侧的平板模块的数量相同；进风模块上表面开设有与通孔连通的进风孔，且进风孔处进风口处固定有风扇；出风模块下表面开设有与通风孔连通的出风孔。

可选地，支撑架上固定有第二滑轨，第二滑轨垂直于第一滑轨，第一滑轨均滑动连接在第二滑轨上。

可选地，振捣棒顶端固定有连接球，连接球上设置有螺纹柱，螺纹柱上螺纹连接有螺母，螺纹柱底端上圆形阵列有弧形的弹片，弹片将连接球包裹住；螺纹柱顶端上固定有连接板，连接板与进风模块下表面通过螺栓连接固定；振捣棒、连接球、螺纹柱、弹片、螺母、连接板与螺栓表面均涂有绝磁涂料。

一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备方法，采用上述的一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备装置，包括如下步骤：

第一步：安装线圈；根据非金属模板的尺寸，调整进风模块、出风模块与平板模块的数量，通过螺栓与拼接板将线圈组装完成；通过螺栓将振捣棒安装在进风模块的下表面，将振捣棒转动至所需角度后，向下旋转螺母，螺母压住弹片，弹片将振捣棒固定住；滑动第一滑轨，使第一滑轨分别与滑轮正对，再将线圈放置在第一滑轨上，将端口与电流交换器连接，完成线圈的安装；

第二步：制备钢纤维增强混凝土拌合物；按一定配合比，将水泥等原材料、钢纤维和水按一定的顺序投入搅拌机并搅拌均匀；

第三步：注入拌合物；根据非金属模板的尺寸，调节钢支撑的位置，将非金属模板放置在钢支撑上，将非金属试模一次性注满；

第四步：施加磁场；线圈先推到注入拌合物的非金属模板端部，开启上述电流转换器开关按钮，并旋转控制电流旋钮，确定通过线圈电流大小；同时启动风扇；

第五步：振捣钢纤维增强混凝土拌合物；启动振捣棒，初始位置振捣大于20s，然后推动磁场线圈沿轨道滑动，振捣棒随着磁场线圈移动；磁场推进至模板另一端时停止滑动并继续振捣大于20s；结束时先后关闭振捣棒，并将振捣棒拆卸下来，然后关闭电流转换器开关按钮，并将振捣好的构件从磁场装置中取出放入标准养护室；

第六步：脱模养护；构件浇筑待24-48h硬化后，脱模并继续标准养护至28d，定向钢纤维增强混凝土构件制备成型；

第七步：多层浇筑；浇筑高度小于300mm的构件时，定向钢纤维增强混凝土预制构件制备完成；浇筑高度大于300mm的构件，进行分层浇筑；以300mm为一层，不足300mm按一层考虑，分多层注入几次钢纤维增强混凝土拌合物，每层均采用上述第一步至第五步进行浇筑；完成一层浇筑，立即紧接着下一层浇筑，避免构件发生分层现象。

本方案的工作原理及有益效果在于：

1.本方案中，通过采用线圈产生的磁场，使混凝土中的钢纤维定向排列，制作混凝土预制构件；同时，本方案中，线圈采用多模块组合的方式，模块组合后，通过接口快速连接导线，形成线圈，可根据混凝土预制构件的尺寸需求拼装，满足不同混凝土构件需求，从而将定向钢纤维混凝土构件从理论研发推向实际工程应用。从而避免钢筋锈蚀、脆断等对混凝土结构构件耐久性的影响；平衡构件不同方向的力学性能，消除构件抗弯、抗剪承载力因配筋不同而导致的方向性；突破钢筋对截面尺寸带来的局限和构件截面形式的限制，使结构力学性能进一步提升，构件截面形式更灵活。

2.本方案中，利用进风模块上的风扇，通过进风孔朝向通风孔进行送风，风循环至出风模块的出风孔处时排出，利用风带走线圈产生的热量，避免线圈升温后对线圈磁性造成影响，从而对钢纤维的定向造成影响，从而降低混凝土预制构件的强度。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中振捣棒的结构示意图；

图3为本发明实施例中输入输出模块的剖视图与结构示意图；

图4为本发明实施例中转角模块的剖视图与结构示意图；

图5为本发明实施例中平板模块的剖视图与结构示意图；

图6为本发明实施例中进风模块的剖视图与结构示意图；

图7为本发明实施例中出风模块的剖视图与结构示意图；

图8为本发明实施例中线圈第一组合示意图；

图9为本发明实施例中线圈第二组合示意图；

图10为本发明实施例中线圈第三组合示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：支撑架1、第一滑轨2、第二滑轨3、钢支撑4、非金属模板5、线圈6、导线7、限位板8、拼接板9、导线10、通风孔11、滑轮12、振捣棒13、连接球14、弹片15、螺纹柱16、螺母17、连接板18、螺栓19、电流交换器20、输入输出模块61、接线端611、转角模块62、平板模块63、进风模块64、风扇641、出风模块65、出风孔651。

实施例

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9与图10所示：

一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备装置，包括底部的支撑架1，支撑架1为矩形金属架，支撑架1的上表面设置有水平方向上的两条第一滑轨2，两条第一滑轨2对称设置；第一滑轨2上设置有线圈6，线圈6的底部固定有滑轮12，线圈6通过滑轮12滑动连接在第一滑轨2上，支撑架1上固定有第二滑轨3，第二滑轨3垂直于第一滑轨2，第一滑轨2均滑动连接在第二滑轨3上；所述支撑架1底部放置有两个对称设置的钢支撑4，钢支撑4的上表面处于线圈6内部空间，且钢支撑4均位于两条第一滑轨2之间，钢支撑4上放置有非金属模板5，非金属模板5穿过线圈6，线圈6上设置有伸入非金属模板5的振捣棒13；线圈6内部设置有支撑架1旁还设置有电流交换器20，电流交换器20与线圈6电连接；连接模块与转角模块62内均开设有贯穿模块的通风孔11，通风孔11错开导线7，线圈6内部的通风孔11组成通风回路；连接模块包括进风模块64、平板模块63与出风模块65；上端转角模块62之间的连接模块为进风模块64，下端转角之间的连接模块为出风模块65，出风模块65与进风模块64的数量相同，两侧连接模块则为平板模块63，且两侧的平板模块63的数量相同；进风模块64上表面开设有与通孔连通的进风孔，且进风孔处进风口处固定有风扇641；出风模块65下表面开设有与通风孔11连通的出风孔651；振捣棒13顶端固定有连接球14，连接球14上设置有螺纹柱16，螺纹柱16上螺纹连接有螺母17，螺纹柱16底端上圆形阵列有弧形的弹片15，弹片15将连接球14包裹住；螺纹柱16顶端上固定有连接板18，连接板18与进风模块64下表面通过螺栓19连接固定；振捣棒13、连接球14、螺纹柱16、弹片15、螺母17、连接板18与螺栓19表面均涂有绝磁涂料。

具体实施方式：

一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备方法，采用上述的一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备装置，包括如下步骤：

第一步：安装线圈6；根据非金属模板5的尺寸，调整进风模块64、出风模块65与平板模块63的数量，通过螺栓19与拼接板9将线圈6组装完成；通过螺栓19将振捣棒13安装在进风模块64的下表面，将振捣棒13转动至所需角度后，向下旋转螺母17，螺母17压住弹片15，弹片15将振捣棒13固定住；滑动第一滑轨2，使第一滑轨2分别与滑轮12正对，再将线圈6放置在第一滑轨2上，将端口与电流交换器20连接，完成线圈6的安装；

第二步：制备钢纤维增强混凝土拌合物；按一定配合比，将水泥等原材料、钢纤维和水按一定的顺序投入搅拌机并搅拌均匀；

第三步：注入拌合物；根据非金属模板5的尺寸，调节钢支撑4的位置，将非金属模板5放置在钢支撑4上，将非金属试模一次性注满；

第四步：施加磁场；线圈6先推到注入拌合物的非金属模板5端部，开启上述电流转换器开关按钮，并旋转控制电流旋钮，确定通过线圈6电流大小；同时启动风扇641，进风模块64上的风扇641，通过进风孔朝向通风孔11进行送风，风循环至出风模块65的出风孔651处时排出，利用气流带走线圈6产生的热量，避免线圈6温度过高损坏导线绝缘层，从而使磁场失效；

第五步：振捣钢纤维增强混凝土拌合物；启动振捣棒13，初始位置振捣30s，然后推动磁场线圈6沿轨道滑动，振捣棒13随着磁场线圈6移动；磁场推进至模板另一端时停止滑动并继续振捣30s；结束时先后关闭振捣棒13，并将振捣棒13拆卸下来，然后关闭电流转换器开关按钮，并将振捣好的构件从磁场装置中取出放入标准养护室；

第六步：脱模养护；构件浇筑待36h硬化后，脱模并继续标准养护至28d，定向钢纤维增强混凝土构件制备成型；

第七步：多层浇筑；浇筑高度小于300mm的构件时，定向钢纤维增强混凝土预制构件制备完成；浇筑高度大于300mm的构件，进行分层浇筑；以300mm为一层，不足300mm按一层考虑，分多层注入几次钢纤维增强混凝土拌合物，每层均采用上述第一步至第五步进行浇筑；完成一层浇筑，立即紧接着下一层浇筑，避免构件发生分层现象。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。

Claims (4)

1.一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备装置，其特征在于：包括底部的支撑架，支撑架为矩形金属架，支撑架的上表面设置有水平方向上的两条第一滑轨，两条第一滑轨对称设置；第一滑轨上设置有线圈，线圈的底部固定有滑轮，线圈通过滑轮滑动连接在第一滑轨上；所述支撑架底部放置有两个对称设置的钢支撑，钢支撑的上表面处于线圈内部空间，且钢支撑均位于两条第一滑轨之间，钢支撑上放置有非金属模板，非金属模板穿过线圈，线圈上设置有伸入非金属模板的振捣棒；支撑架旁还设置有电流交换器，电流交换器与线圈电连接；所述线圈包括若干模块，模块包括转角模块、连接模块；转角模块均为L形，连接模块为矩形，四个转角模块呈矩形分布，相邻转角模块之间均设置有若干连接模块，所述滑轮固定在底端转角模块的下表面；模块端面上均固定有拼接板，拼接板上均开设有通孔，相邻拼接板之间通过螺栓连接；模块中均贯穿有矩形阵列分布的导线，导线的两端均固定有接口，接口均固定在模块的端面上，相邻模块之间的导线通过接口连通；转角模块的转角处固定有卡住导线的限位，其中一个转角模块为输入输出模块，输入输出模块上开设有与导线连接的端口，线圈通过端口与电流交换器电连接；所述连接模块与转角模块内均开设有贯穿模块的通风孔，通风孔错开导线，线圈内部的通风孔组成通风回路；连接模块包括进风模块、平板模块与出风模块；上端转角模块之间的连接模块为进风模块，下端转角之间的连接模块为出风模块，出风模块与进风模块的数量相同，两侧连接模块则为平板模块，且两侧的平板模块的数量相同；进风模块上表面开设有与通孔连通的进风孔，且进风孔处进风口处固定有风扇；出风模块下表面开设有与通风孔连通的出风孔。

2.根据权利要求1所述的一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备装置，其特征在于：所述支撑架上固定有第二滑轨，第二滑轨垂直于第一滑轨，第一滑轨均滑动连接在第二滑轨上。

3.根据权利要求2所述的一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备装置，其特征在于：所述振捣棒顶端固定有连接球，连接球上设置有螺纹柱，螺纹柱上螺纹连接有螺母，螺纹柱底端上圆形阵列有弧形的弹片，弹片将连接球包裹住；螺纹柱顶端上固定有连接板，连接板与进风模块下表面通过螺栓连接固定；振捣棒、连接球、螺纹柱、弹片、螺母、连接板与螺栓表面均涂有绝磁涂料。

4.一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备方法，采用如权利要求3所述的一种定向钢纤维增强混凝土预制构件制备装置，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：安装线圈；根据非金属模板的尺寸，调整进风模块、出风模块与平板模块的数量，通过螺栓与拼接板将线圈组装完成；通过螺栓将振捣棒安装在进风模块的下表面，将振捣棒转动至所需角度后，向下旋转螺母，螺母压住弹片，弹片将振捣棒固定住；滑动第一滑轨，使第一滑轨分别与滑轮正对，再将线圈放置在第一滑轨上，将端口与电流交换器连接，完成线圈的安装；

第二步：制备钢纤维增强混凝土拌合物；

第三步：注入拌合物；根据非金属模板的尺寸，调节钢支撑的位置，将非金属模板放置在钢支撑上，将非金属试模一次性注满；

第四步：施加磁场；线圈先推到注入拌合物的非金属模板端部，开启上述电流转换器开关按钮，并旋转控制电流旋钮，确定通过线圈电流大小；同时启动风扇；

第五步：振捣钢纤维增强混凝土拌合物；启动振捣棒，初始位置振捣大于20s，然后推动磁场线圈沿轨道滑动，振捣棒随着磁场线圈移动；磁场推进至模板另一端时停止滑动并继续振捣大于20s；结束时先关闭振捣棒，并将振捣棒拆卸下来，然后关闭电流转换器开关按钮，并将振捣好的构件从磁场装置中取出放入标准养护室；

第六步：脱模养护；构件浇筑待24-48h硬化后，脱模并继续标准养护至28d，定向钢纤维增强混凝土构件制备成型；

第七步：多层浇筑；浇筑高度小于300mm的构件时，定向钢纤维增强混凝土预制构件一次性制备完成；浇筑高度大于300mm的构件，进行分层浇筑；以300mm为一层，不足300mm按一层考虑，分多层注入几次钢纤维增强混凝土拌合物，每层均采用上述第一步至第五步进行浇筑；完成一层浇筑，立即紧接着下一层浇筑，避免构件发生分层现象。

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