CN1142052C - 利用磁性使纤维成行排列的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
通过如下步骤将可磁化的纤维分布在一种粘稠体内(具体地说是将增强金属纤维分布在一种湿态的有粘性的材料中):设置一种具有包含第一壁段(17A)和第二壁段(17B)的非磁性壁(17)的纤维成行排列机构(15);使该机构(15)相对于上述粘稠体移动,而上述的第一壁段(17A)在前,第二壁段(17B)跟随其后,并且第一和第二壁段(17A、17B)都与粘稠体相接触;和通过第一壁段(17A)将磁场导引入粘稠体内,以使上述纤维(F)受到移动磁场的作用。实施上述方法的装置具有:一个具有包含第一壁段(17A)和第二壁段(17B)的非磁性壁(17)和一个设置在第一壁段(17A)附近、用于通过第一壁段(17A)将磁场引入粘稠体中的磁性件(18)的纤维成行排列机构(15);和一个使上述纤维成行排列机构(15)相对于粘稠体移动的操纵机构(14),在移动过程中,第一壁段(17A)在第二壁段(17B)的前面,而且第一和第二壁段(17A、17B)都与粘稠体相接触。
Description
技术领域
本发明涉及利用磁性使分散在粘稠体内的纤维成行排列的方法和装置。本发明特别适用于使新浇灌的因而还富有塑性的混凝土和其他有粘结性的或者说糊状的材料中的金属纤维尤其是钢丝成行排列(平行排列)。为此,本发明将以上述的应用作为示范性实例加以说明。
背景技术
在浇灌之前先把钢丝加到粘稠的混凝土中以增强混凝土,这是众所周知的。通常,上述钢丝的长度为2.5~8.0cm,直径为0.5~1mm,因此具有一定的刚性。在纤维与混凝土的混合过程中,纤维分散在混凝土中。它在三维空间中的取向是任意的,所以浇灌后硬化的混凝土本体将沿三维方向得到增强。
但是,许多(甚至是大多数的)混凝土构件都是仅在一维或两维方向受力。所以,按一维或两维方向增强就足够了。对于混凝土地板和混凝土路面,也是这样的。这只是其中的两个实例。
因此,这种混凝土结构最好能使纤维沿对应于应力方向的一维或两维方向成行排列,从而经济地利用这种纤维增强材料。而且,最好能使纤维集中到混凝土结构中需要最大增强的区域内。
按照一种公知的使钢丝在新浇灌的塑性混凝土板中沿一维方向成行排列的方法,通过新浇灌的粘稠混凝土本体将磁场引入浇注的混凝土中,并使磁场从其一端(侧)向另一端(侧)相对移动,以对各个纤维施加暂时的成行排列的力,使所有纤维沿相对移动的方向成行排列。为了促进纤维在磁场作用下的成行排列运动,在磁场和混凝土板相对移动的过程中对混凝土板加以振动。
在公知的方法中,通过设置在新浇灌的混凝土本体外面的、并且跨越处在浇注成形的混凝土本体的磁化装置导入磁场。但是,在许多情况下,(例如在原位浇灌混凝土块的情况下),按上述方法使纤维成行排列是不可行的,浇灌在地面上的大平板和路面就是难以采用上述公知方法的混凝土本体的两个实例。
发明内容
本发明的目的是提供一种可靠的使分散在粘稠体中的可磁化的纤维磁致成行排列的方法和装置。
为实现本发明的目的,本发明提供了一种利用磁性使分散在粘稠物体内的可磁化的纤维成行排列的方法,包含如下步骤:设置一个具有包括一个第一壁段和一个第二壁段的无磁性壁的使纤维成行排列的机构;使上述的机构相对于上述粘稠体移动,上述的无磁性壁的第一壁段在前,而第二壁段尾随之,并且,上述的第一壁段和第二壁段与上述粘稠体相接触;和通过上述的无磁性壁的第一壁段将磁场引入上述粘稠体内,使粘稠体内的纤维经受一个可相对所述的第一壁段移动的磁场。
为实现本发明的目的,本发明还提供了一种利用磁性使分布在粘稠体内的可磁化的纤维成行排列的装置,它具有:一个纤维成行机构,该机构含有:一个包含第一壁段和第二壁段的无磁性壁;和一个设置在上述无磁性壁的第一壁段附近、用于通过上述无磁性壁的第一壁段将磁场引入上述粘稠体内的磁性件,所述的磁场可绕沿上述无兹性壁的第一壁段延伸的轴线作角度运动;和一个使上述纤维成行机构相对于粘稠体移动的操纵机构,在相对移动过程中,上述无磁性壁的第一壁段位于第二壁段的前面,而上述的第一和第二壁段与上述粘稠体相接触。
当纤维成行机构相对于粘稠体移动时,可以部分地或完全地埋入粘稠体内,而上述无磁性壁的第一壁段位于第二壁段的前面,并由后者尾随之。
在相对移动过程中,无磁性壁的第一壁段附近的纤维被磁力吸引向第一壁段。但是,上述的无磁性壁阻止纤维与磁性件相接触,这就形成了一种使磁性件与分布有纤维的粘稠体分离的屏蔽或者说壁垒。
因此,纤维成行机构吸引纤维,并容易沿其相对于粘稠体移动的方向牵拉纤维。由于粘稠体的材料富有粘性,故可阻止纤维太快速地移向纤维成行机构,并阻止纤维粘附在该机构上。这样,纤维成行机构将相对于纤维移动,并使纤维只是暂时受到磁场力的作用。由于磁场力具有一个沿纤维成行机构与粘稠体相对移动的方向的分量,所以,当它从纤维旁边移过时,便容易使纤维沿上述方向成行排列。
最好在纤维成行机构附近使组成粘稠体的材料受到振动,以促进纤维的成行排列。
因此,可应用本发明的原理以简便的方法使有粘性的材料或其他的粘稠的或者说糊状的材料中任意分布的纤维成行排列,同时又可达到使纤维集中到纤维成行机构移动的平面上的目的,上述的平面可以处于硬化后的混凝土块在使用中必须承受巨大拉伸应力的区域。
附图说明
从下面参看示出本发明应用于铺设路面或其他的在地面上浇灌混凝土板的附图的说明中将可更充分地理解本发明,附图中:
图1是在地面上铺设混凝土路面的连续步骤的概观视图,其中一个步骤就是按照本发明使增强钢丝成行排列;
图2是在图1的使纤维成行排列的步骤中所用的使纤维成行排列装置的透视图;
图3是图1的纤维正在成行排列的混凝土路面的横剖视图;
图4~6是3个在地面上浇灌的不同高度的混凝土板的简图,同时示出了本发明的使纤维成行排列装置;
图7是图6的使纤维成行排列装置的改型实施例的横剖视图;和
图8是图3的纤维成行排列装置的改型实施例的横剖视图。
具体实施方式
如图1的实例所示,本发明应用于铺设混凝土路面或者说地面混凝土板。图中示出铺设路面时的不同的连续的步骤,第一步骤在图的左边,最后一个步骤在图的右边。在图的最左边A处,将钢的增强纤维或其他的可磁化的材料的增强纤维加入混凝土并使之按任意取向均匀地分散在混凝土中,然后再浇注该塑性混凝土。而后,在B处,对上述的塑性混凝土加以振动,并用实施本发明的使纤维成行排列的装置11使上述增强纤维沿长度方向成行排列。上述的使纤维成行排列的装置11由设置在沿路面纵长边上的轨道12支承并可在该轨道12上滑行。在C处,对具有成行排列的纤维的塑性混凝土进行真空处理,然后在D处,对路面进行平整。
纤维成行排列装置11具有一个沿待铺设路面板条宽度方向延伸并架在轨道12上的水平主梁13。该主梁靠人工移动并通过带有把手的控制杆14进行控制。
通过吊杆16将梁状或棒状的平直的纤维成行机构15悬挂在主梁13上,上述的吊杆16的垂直位置可以调节,以便将纤维成行机构15固定在选定的高度上。上述纤维成行机构15延伸过轨道12之间的整个跨度。
作为纤维成行机构15的一部分的长形壳体或者说外壳17做成具有水滴状的横截面,使它像一个叶片,它的圆形的第一边或者说前边受到导向,使其在使纤维成行排列的操作中,当具有成行机构15的成行装置11沿既定的方向向图1左边移动时,它处于最前边。上述壳体17用铝或其他合适的无磁性材料制成。
在成行机构15的壳体17内,沿壳体的最前壁或者说第一壁段17A,有一个延伸过成行机构的整个长度的带有可转动的轴颈的磁辊18。上述的壳体壁的第一壁段17A的横截面是弧形的,磁辊18的轴线L与第一壁段17A的轴线相重合(见图3)。
环绕磁辊18均匀分布三个用例如钕制成的永久磁铁19,每个磁铁对着磁辊18的圆周的1/6左右。该磁铁19的外表面位于与壳体17的第一壁段17A同心并与之相距甚近的圆柱体表面上。因此,当如下面所述使磁辊18转动时,永久磁铁19将移近第一壁段17A的内面。
如图3的南北极标志N和S以及磁场线所示,磁铁19在磁辊18上安装成可使磁力线在垂直于磁辊18的轴线L的平面上运动。在所示实施例中,如图3所示,磁辊18由多个沿成行机构15的长度隔开分布的电动马达20(见图2)带动而作逆时针方向转动。如果需要或者说有要求的话,磁辊18的转动方向也可以是顺时针的。
为了能将成行机构15调节到所需的工作角度,从而将壳体17的壁的尾部或者说第二壁段17B调到选定的高度,要将成行机构15安装成可绕平行于磁辊18的轴线L的轴线(例如与轴线L重合)转动。设置了锁紧装置(未示出)将成行机构锁紧在选定的角度位置。
在使纤维成行排列的作业过程中,纤维成行排列装置11架在轨道12上,而成行机构15则调到可使壳体17的第一壁段17A的最低段离塑性混凝土浇注层底面相当近的高度上,并将成行机构15的角度调到可使壳体17的第二壁段17B大致处于与第一壁段17A的最低段相同的高度上。
在将成行机构15调节到所需高度和所需的角度位置之后,便可使成行排列装置11缓慢移动到图1~3所示的左边,从而使壳体17的第一壁段17A处于第二壁段17B的前面,并由该第二壁段17B尾随。磁辊18沿箭头所示的方向(逆时针方向)连续转动,并使支承在成行排列装置11上的振动器V工作,而使成行机构15在其中工作的混凝土本体区内的混凝土受到振动。
正如图3的空心箭头所示,一部分混凝土向上移动,并通过成行机构15的上侧,而另一部分混凝土则向下移动,并穿过底层。在混凝土沿第一壁段17A的内侧移动的过程中,设置在磁辊18上的永久磁铁19将它们的磁场导引入第一壁段17A前面、上面和下面的混凝土中。
通常在垂直于磁辊18的转动轴线L的平面中运动的磁场、磁力线与磁辊18一起作逆时针的圆周运动。在圆周运动的过程中,磁场对所涉及的增强纤维施加磁吸力,该磁吸力可将纤维吸引向壳体17的第一壁段17A,并使纤维沿磁力线平面成行排列。与此同时,位于成行机构15底面高度以上的纤维被磁吸力和混凝土的向下移动而向下牵拉,而低于上述高度的纤维则被向上牵拉。
因此,纤维F(或者说至少是大部分的纤维F)倾向于向成行机构15的底面移动,并形成一个沿混凝土本体和成行机构相对移动的方向水平成行排列的纤维层。
当纤维F到达与壳体17底面的中间平壁段17C并进的位置时,磁场强度便明显减弱,因此对纤维F的磁吸力显著减小,因为最接近于第一壁段17A与中间壁段17C之间的过渡点的磁铁19离开纤维向上移动了,因此,对纤维F的磁吸力不再大到足以拉动与成行机构15一起的纤维,所以纤维将留在纤维层中成行位置之后面。
如果需要集聚混凝土本体上部区内的纤维层中的纤维F,可调节成行机构15的角度,必要时,可将成行机构15整个地垂直移动至壳体17的第一壁段17A和第二壁段17B大致处于同一水平面和所需的高度上。并且,颠倒磁辊18的转动方向。
图4、5和6简要示出3种不同的实施本发明的方法。图4所示的技术基本上与图1~3所示的技术相似,上面已说明过了。因此,纤维成行排列是在混凝土铺到地面之后发生的。
在图5和6所示的实施例中,纤维的成行排列是在混凝土层铺到地面的过程中发生的。更具体地说,图5示出一种用于铺设混凝土和使纤维成行排列的装置,该装置由一个沿待铺增强混凝土主体的地面上移动的铺设车辆承载,在该装置中,纤维的成行排列按两个步骤进行。将混有增强纤维的塑性混凝土供入陡峭倾斜的料箱21内,该料箱21内并排设置两个类似于图1~3所示的成行机构15的成行机构22,而在铺路嘴23内又设置一个类似于成行机构15的附加成行机构22。上述铺路嘴23构成料箱21的一个向下的延伸段,它具有一个带有直的卸料口的浇口,通过注浇口卸出一层所需厚度的混凝土层,并铺在地面上。
图6所示的装置主要是用于铺设较薄且较窄的混凝土层,并且是手工操作的。它具有一个与图5所示的铺路嘴23相似的铺路嘴24,和一个管状通筒25,从混凝土泵(未示出)通过一根软管将混有纤维的塑性混凝土供入上述的管状通筒25中,在铺路嘴24内设置一个与图1~3所示的成行机构15相似的成行机构26,图7更详细地示出图6的装置。
图8示出图1~3所示的成行机构15的一种改型,在该实施例中,在可转动的磁辊18′的内部设置了一个固定的第二磁辊27,该磁辊27位于壳体17的第一壁段或者说前壁段17A的后区,工作时,它的转速与磁辊18′的转速之比为3∶1,该磁辊27的一半是有磁性的(如图中所示极性N和S),而另一半则基本上是无磁性的。当转动着的磁辊18′的一个磁铁19进入磁辊27所处位置的区域时,磁铁19的磁场将封闭其通过磁辊27的磁力线,所以只有少部分磁场进入混凝土本体,因此,磁辊18′作用在混凝土本体中的增强纤维上的吸力明显减小,所以当纤维处于磁辊27下方的区域时,成行机构15拉动纤维一起移动的倾向很明显地减弱。
上述各附图所示的纤维成行排列方法和装置的优选实施例可以在权利要求规定的本发明的范围之内作出几种改型。
例如,成行机构15的壳体17的横截面可以是相对于通过磁辊18的轴线L、并且大致垂直于通过轴线L和壳体17的第二壁段17B的边缘的另一平面的平面大体对称。采用上述对称的横截面,成行机构便在与壳体17的安置磁辊18的最厚部分相对的一侧上具有一个薄边部分,从而使机构可在混凝土中沿相反方向移动。例如,沿宽路面板的宽度方向移动而不会遇到大的移动阻力。
在此改型实施例中,最好有两个磁辊18,这两个磁辊18与壳体17的相对侧面相连接,并沿相反方向转动。另外,也可设置在圆周上只有一个磁铁的单一磁辊18,该磁辊18在一个大于180°(最好是约270°)的角度内交替地沿相反方向转动。这样,磁场便交替地进入成行机构上方和下面的混凝土中。这种周期性的反向转动模式可保证纤维只是暂时受到沿成行机构15相对于混凝土移动的方向上的磁性拉力。
虽然在附图所示和上述的本发明的实施例中纤维是沿成行机构与混凝土相对移动的方向水平成行排列的,但是,如果磁辊18上的磁铁19起磁时它们的磁力线主要在沿成行机构15的长度延伸的平面上运动的话,也可以使纤维沿垂直于上述的相对移动方向的水平方向成行排列。
还要注意,磁铁或其他产生磁场的装置,或者说所有这些磁铁或其他装置不一定要相对于成行机构移动。固定的永久磁铁或其他的产生磁场的零件可以装入成行机构中,以便将恒定的磁场或间歇性的磁场引入含有可磁化的纤维的材料内而使纤维成行排列。
Claims (19)
1.一种利用磁性使分散在粘稠物体内的可磁化的纤维成行排列的方法,包含如下步骤:
设置一个具有包括一个第一壁段(17A)和一个第二壁段(17B)的无磁性壁的使纤维成行排列的机构(15);
使上述的机构(15)相对于上述粘稠体移动,上述的无磁性壁的第一壁段(17A)在前,而第二壁段(17B)尾随之,并且,上述的第一壁段(17A)和第二壁段(17B)与上述粘稠体相接触;和
通过上述的无磁性壁的第一壁段(17A)将磁场引入上述粘稠体内,使粘稠体内的纤维(F)经受一个可相对所述的第一壁段(17A)移动的磁场。
2.根据权利要求1的方法,其特征在于,只通过无磁性壁的第一壁段(17A)将磁场作用到粘稠体中。
3.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,上述的纤维成行机构(15)平行于粘稠体的表面移动。
4.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,上述的纤维成行机构(15)部分地埋入粘稠体内。
5.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,上述的纤维成行机构(15)全部埋入粘稠体内。
6.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,上述磁场的磁力线垂直于无磁性壁、并且平行于纤维成行机构(15)与粘稠体相对移动方向的平面上运动。
7.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,通过设置在上述的纤维成行机构(15)内并且可绕沿无磁性壁的第一壁段(17A)延伸的轴线(L)转动的磁性件(18)将磁场引入上述粘稠体内。
8.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,上述的粘稠体是一种大致水平的板块。
9.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,上述的粘稠体是一种塑性混凝土层。
10.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,在上述的纤维成行机构(15)相对于粘稠体移动的过程中,使粘稠体振动。
11.一种利用磁性使分布在粘稠体内的可磁化的纤维成行排列的装置,它具有:
一个纤维成行机构(15),该机构含有:
—一个包含第一壁段(17A)和第二壁段(17B)的无磁性壁;和
—一个设置在上述无磁性壁(17)的第一壁段(17A)附近、用于通过上述无磁性壁(17)的第一壁段(17A)将磁场引入上述粘稠体内的磁性件(18),所述的磁场可绕沿上述无磁性壁的第一壁段(17A)延伸的轴线(L)作角度运动;和
一个使上述纤维成行机构(15)相对于粘稠体移动的操纵机构(14),在相对移动过程中,上述无磁性壁的第一壁段(17A)位于第二壁段(17B)的前面,而上述的第一和第二壁段(17A、17B)与上述粘稠体相接触。
12.根据权利要求11的装置,其特征在于,上述的纤维成行机构(15)具有一个包含上述无磁性壁并接纳上述磁性件(18)的空心长形壳体。
13.根据权利要求12的装置,其特征在于,上述的磁性件(18)设置在无磁性壁附近邻接第一壁段(17A)处,并沿宽度方向与无磁性壁的另一部分隔开。
14.根据权利要求13的装置,其特征在于,上述的磁性件(18)贯穿空心壳体(17)的全长。
15.根据权利要求11~14中任一项的装置,其特征在于,上述的磁性件(18)具有一个安装在上述空心壳体(17)内的圆柱形辊子,该辊子可绕沿壳体(17)的长度方向延伸的轴线(L)转动,并且在其圆周表面上带有至少一个磁铁。
16.根据权利要求15的装置,其特征在于,还具有一个带动空心壳体(17)内的辊子(18)转动的马达(20)。
17.根据权利要求15的装置,其特征在于,上述的无磁性壁(17)的第一壁段(17A)与上述辊子(18)是同心的。
18.根据权利要求17的装置,其特征在于,上述的空心壳体(17)的横截面从第一壁段(17A)向着第二壁段(17B)逐渐变小。
19.根据权利要求11~14中任一项的装置,其特征在于,上述的纤维成行机构(15)设置在一个具有用于浇注含有弥散分布的可磁化纤维的粘稠混合物的排料口的铺路嘴(21、24)内,并且,上述的无磁性壁的第一壁段(17A)朝向离开上述排料口的方向。
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