CN115157445A - 一种改善钢纤维分布的各向同性uhpc拌和装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改善钢纤维分布的各向同性UHPC拌和装置及制备方法。包括拌合装置，拌合装置中用于拌和UHPC的容器内设有多个具有一定间距的顺向杆，多个顺向杆共同的沿着直线或圆向一个方向运行，顺向杆用于使UHPC中的部分纤维组分在一个方向具有各向同性；还设有与顺向杆相向运动且至少在一个侧面接触的清洁组件，以清除顺向杆上缠绕的纤维组分。过设置的顺向杆，使UHPC中的部分纤维组分能够具有共同的方向，以使UHPC构件在需要的方向上具有足够的性能，从而能够减少纤维组分的用量，而纤维组分，尤其是钢纤维是UHPC中成本的主要构成因素。

Description

一种改善钢纤维分布的各向同性UHPC拌和装置及制备方法

技术领域

本发明涉及UHPC制备领域，特别是一种各向同性的UHPC拌和装置及制备方法。

背景技术

超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete ,UHPC)具有超过120MPa以上的抗压强度和耐久性能极为优异等特点，近年来逐渐应用于超高层建筑、大跨桥梁和港口机场等工程当中。虽然UHPC具有较高的性能，但是目前UHPC的成本也较高。如何在不大幅降低性能的前提下降低成本存在较大的难度。中国专利文献CN 111848020 A一种高韧性超高性能混凝土及其制备方法，记载了采用改性UHMWPE纤维的方案，但是改性的UHMWPE纤维很容易在保存过程中污染，影响成品质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改善钢纤维分布，使其各向同性的UHPC拌和装置及制备方法，能在不大幅降低UHPC性能的前提下，降低成本，或者在相同成本下，能够根据使用要求提高UHPC的性能。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种改善钢纤维分布的各向同性UHPC拌和装置，包括拌合装置，拌合装置中用于拌和UHPC的容器内设有多个具有一定间距的顺向杆，多个顺向杆共同的沿着直线或圆向一个方向运行，顺向杆用于使UHPC中的部分纤维组分在一个方向具有各向同性；

还设有与顺向杆相向运动且至少在一个侧面接触的清洁组件，以清除顺向杆上缠绕的纤维组分。

优选的方案中，所述的拌合装置中，拌和电机与拌和臂连接，拌和臂的端头与拌和片连接，拌和电机用于驱动拌和片转动，拌和臂和拌和片位于拌和筒内；

至少一个拌和片位于靠近拌和筒底部的位置，在拌和片上设有多个顺向杆；

在拌和筒的内壁设有清除棒，当拌和片转动到清除棒的位置，清除棒与顺向杆的一个侧面接触，以清除顺向杆上的纤维。

优选的方案中，所述的清除棒水平或竖直布置，清除棒相应的水平或竖直布置。

优选的方案中，部分的清除棒水平布置，在拌和筒的侧壁设有对应水平布置的清除棒；

部分的清除棒竖直布置，在拌和筒的底壁设有对应竖直布置的清除棒。

优选的方案中，在拌和UHPC的容器内设有多组相对转动的顺向杆，每组顺向杆的侧面在圆周的一个位置互相接触，以使UHPC中的部分纤维组分在一个方向具有各向同性，且互相清除缠绕在顺向杆上的纤维组分。

优选的方案中，所述的顺向杆互相接触的圆周位置，至少有一个位于靠近拌和UHPC的容器底部，且与底部垂直的位置。

优选的方案中，拌和筒的底部设有卸料斗，卸料斗上设有第三顺向轴，在第三顺向轴上设有多个顺向轮组，顺向轮组可转动的套接在第三顺向轴上，每个顺向轮组上设有至少一个顺向杆，还设有传动轮，相邻的两个顺向轮组的顺向杆的侧面互相接触；

相邻的两个顺向轮组中的一个的传动轮通过顺向链与第一顺向轴上的传动轮连接，相邻的两个顺向轮组中的另一个的传动轮通过顺向链与第二顺向轴上的传动轮连接；

第一顺向轴与第二顺向轴的旋向相反，以使相邻的两个顺向轮组旋向相反。

优选的方案中，拌和筒的底部设有卸料斗，卸料斗上设有由顺向电机驱动旋转的转轴，转轴的投影与出料的方向垂直，在转轴上设有多个顺向杆，在卸料斗的底部设有多个清除棒，清除棒与顺向杆的侧面接触，以清除顺向杆上缠绕的纤维组分；

清除棒与顺向杆接触的位置，是顺向杆的端头最接近卸料斗底部的位置。

优选的方案中，所述的顺向杆在迎向UHPC的一侧设有尖突部，尖突部两侧设有曲面的侧面；

顺向杆的宽度大于或等于纤维组分的长度。

一种改善钢纤维分布的各向同性UHPC制备方法，包括以下步骤：

在拌和UHPC的容器内，以顺向杆沿着一个方向拌和，顺向杆使UHPC中的部分纤维组分在一个方向具有各向同性；

纤维组分包括钢纤维或聚合物纤维；

顺向杆在迎向UHPC的一侧设有尖突部，尖突部两侧设有曲面的侧面，顺向杆的宽度大于或等于纤维组分的长度；

还设有清洁组件，清洁组件包括固定的清除棒或相对旋转的顺向杆；

清洁组件在侧面与顺向杆接触，用于清除顺向杆上缠绕的纤维组分，还用于避免使纤维组分的均匀性受到影响；

拌和后的具有各向同性的UHPC，在卸料时沿着UHPC构件需要各向同性的方向运行进行卸料。

本发明提供了一种改善钢纤维分布的各向同性UHPC拌和装置及制备方法，通过设置的顺向杆，使UHPC中的部分纤维组分能够具有共同的方向，以使UHPC构件在需要的方向上具有足够的性能，从而能够减少纤维组分的用量，而纤维组分，尤其是钢纤维是UHPC中成本的主要构成因素。设置的清除棒能够避免纤维组分在UHPC局部的聚集，也能够避免纤维组分在顺向杆上的缠绕。设置的相对旋转且在一侧形成摩擦的顺向杆结构，除了能够使部分纤维组分具有共同的方向，同时能够避免纤维组分在UHPC中产生位移，且能够避免纤维组分在顺向杆上缠绕。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构的主视示意图。

图2为本发明的拌和片的俯视示意图。

图3为本发明中的顺向杆和清除棒避免纤维组分缠绕的示意图。

图4为本发明中的卸料斗的仰视图。

图5为本发明的顺向杆和清除棒工作时的优选结构示意图。

图6为本发明的拌和片在常规拌和时的结构示意图。

图7为本发明的整体结构的另一可选主视示意图。

图8为本发明的顺向杆使纤维组分具有共同方向的另一优选结构示意图。

图9为本发明的具有各向同性纤维组分的UHPC板的示意图。

图中：溜筒1，拌和电机2，减速器3，顶梁4，拌和臂5，拌和筒6，拌和片7，片体71，清除棒72，闸门8，电动推杆9，卸料斗10，钢纤维11，顺向电机12，顺向杆13，尖突部131，侧面132，齿轮组14，转轴15，盖板16，底梁17，UHPC板18，传动轮19，顺向轮组20，顺向链21，第一顺向轴22，第二顺向轴23，第三顺向轴24。

具体实施方式

实施例1：

如图1中，一种改善钢纤维分布的各向同性UHPC拌和装置，包括拌合装置，拌合装置中用于拌和UHPC的容器内设有多个具有一定间距的顺向杆13，多个顺向杆13共同的沿着直线或圆向一个方向运行，顺向杆13用于使UHPC中的部分纤维组分在一个方向具有各向同性；

还设有与顺向杆13相向运动且至少在一个侧面接触的清洁组件，以清除顺向杆13上缠绕的纤维组分。如图3中所示，顺向杆13经过以后，能够使纤维组分改变姿态，从而使纤维组分顺着顺向杆13的运动方向。顺向杆13具有足够的宽度，宽度大约在纤维组分长度的1/2，当顺向杆13与纤维组分两端接触，直接完成顺向操作，当顺向杆13与纤维组分的中间接触，可能会使纤维组分缠绕在顺向杆13上，此时通过清洁组件，例如清除棒72，利用摩擦力使纤维组分从一侧与顺向杆13脱离。

需要说明的，在本例中，初步配比完成的UHPC通过泵送或溜筒1输送至拌和筒6内，然后在拌和筒6内或者卸料斗10内完成使纤维组分各向同性的操作，然后由卸料斗10卸料。优选的，如图4中所示，通过更换卸料斗10的卸料方向，即可获得不同方向强化的UHPC结构，通过多层复合不同方向强化的结构，即可得到复合各向同性的UHPC结构，例如图9中所示。优选的，在卸料斗10的入口位置，设有闸门8，闸门8由电动推杆9驱动启闭。

实施例2：

在实施例1的基础上，优选的方案如图1中，所述的拌合装置中，拌和电机2与拌和臂5连接，拌和臂5的端头与拌和片7连接，拌和电机2用于驱动拌和片7转动，拌和臂5和拌和片7位于拌和筒6内；

至少一个拌和片7位于靠近拌和筒6底部的位置，在拌和片7上设有多个顺向杆13；

在拌和筒6的内壁设有清除棒72，当拌和片7转动到清除棒72的位置，清除棒72与顺向杆13的一个侧面接触，以清除顺向杆13上的纤维。由此结构，随着拌和臂5的转动，顺向杆13使部分的纤维组分顺向同一个方向，从而使UHPC，例如UHPC板18在该方向上获得更佳的性能，例如，在该方向上更大的抗拉性能。

优选的方案中，所述的清除棒72水平或竖直布置，如图1和7中所示，清除棒72相应的水平或竖直布置。

优选的方案如图7中所示，部分的清除棒72水平布置，在拌和筒6的侧壁设有对应水平布置的清除棒72；部分的清除棒72竖直布置，在拌和筒6的底壁设有对应竖直布置的清除棒72。由此结构，能够避免纤维组分在高度上分布不均匀。

实施例3：

在实施例1的基础上，优选的方案如图8中，在拌和UHPC的容器内设有多组相对转动的顺向杆13，每组顺向杆13的侧面在圆周的一个位置互相接触，以使UHPC中的部分纤维组分在一个方向具有各向同性，且互相清除缠绕在顺向杆13上的纤维组分。由此结构，由于两个顺向杆13的转动方向相反，由转动带来的使纤维组分位移的扰动能够大致互相抵消，因此能够使纤维组分不会在UHPC中发生过大的位移，避免聚集导致的不均匀性。

优选的方案中，所述的顺向杆13互相接触的圆周位置，至少有一个位于靠近拌和UHPC的容器底部，且与底部垂直的位置。进一步的，由于使纤维组分各向同性的操作集中在靠近拌和UHPC的容器底部的位置，能够进一步避免纤维组分受顺向杆13扰动而导致的聚集问题。

优选的方案如图8中，拌和筒6的底部设有卸料斗10，卸料斗10上设有第三顺向轴24，在第三顺向轴24上设有多个顺向轮组20，顺向轮组20可转动的套接在第三顺向轴24上，每个顺向轮组20上设有至少一个顺向杆13，还设有传动轮19，相邻的两个顺向轮组20的顺向杆13的侧面互相接触；

相邻的两个顺向轮组20中的一个的传动轮19通过顺向链21与第一顺向轴22上的传动轮连接，相邻的两个顺向轮组20中的另一个的传动轮19通过顺向链21与第二顺向轴23上的传动轮连接；

第一顺向轴22与第二顺向轴23的旋向相反，以使相邻的两个顺向轮组20旋向相反。优选的，第一顺向轴22和第二顺向轴23位于卸料斗10上方的位置。第一顺向轴22与第二顺向轴23之间设有齿轮组14，两个啮合的齿轮分别与第一顺向轴22和第二顺向轴23固定连接，从而使第一顺向轴22和第二顺向轴23的旋向相反。

实施例4：

在实施例1的基础上，优选的方案如图5中，拌和筒6的底部设有卸料斗10，卸料斗10上设有由顺向电机12驱动旋转的转轴15，转轴15的投影与出料的方向垂直，在转轴15上设有多个顺向杆13，在卸料斗10的底部设有多个清除棒72，清除棒72与顺向杆13的侧面接触，以清除顺向杆13上缠绕的纤维组分；

清除棒72与顺向杆13接触的位置，是顺向杆13的端头最接近卸料斗10底部的位置。本例中在转轴15的每个轴向位置的上设有1~2根顺向杆13。通过调节转速来控制纤维组分各向同性的比例。

实施例5：

在实施例1~4的基础上，优选的方案如图2、3中，所述的顺向杆13在迎向UHPC的一侧设有尖突部131，尖突部131两侧设有曲面的侧面132；由此结构，能够更好的减少对纤维组分分布的扰动。

优选的，顺向杆13的宽度大于或等于纤维组分的长度。由此结构，能够大幅避免纤维组分在顺向杆13上的缠绕。

优选的，纤维组分包括钢纤维或聚合物纤维；

其中钢纤维优选采用，镀铜平直钢纤维或端头带勾钢纤维，直径为0.18mm~0.22mm，长度为12mm~16mm，抗拉强度为2500MPa-3000MPa。

钢纤维重量份掺量为5%~10%。搅拌速度650~1000rpm，搅拌时间为3~10min。

拌和时，胶凝浆体中缓慢加入钢纤维，慢速搅拌90s后快速搅拌30s。

聚合物纤维采用经过改性的聚丙烯纤维或超高分子量聚乙烯纤维，尺寸规格和重量份与钢纤维大致相同。与钢纤维相比，聚合物纤维能够有效增强韧性，而强度略有下降。

实施例6：

一种改善钢纤维分布的各向同性UHPC的制备方法，包括以下步骤：

在拌和UHPC的容器内，以顺向杆13沿着一个方向拌和，顺向杆13使UHPC中的部分纤维组分在一个方向具有各向同性；

纤维组分包括钢纤维或聚合物纤维；

顺向杆13在迎向UHPC的一侧设有尖突部131，尖突部131两侧设有曲面的侧面132；优选的，顺向杆13的宽度大于或等于纤维组分的长度；

还设有清洁组件，清洁组件包括固定的清除棒72或相对旋转的顺向杆13；

清洁组件在侧面与顺向杆13接触，用于清除顺向杆13上缠绕的纤维组分，还用于避免使纤维组分的均匀性受到影响；

拌和后的具有各向同性的UHPC，在卸料时沿着UHPC构件需要各向同性的方向运行进行卸料。

优选的方案中，采用复合卸料的方案，例如图9中所示的UHPC板18，主要承受长度方向的抗拉应力，次要承受宽度方向的抗拉应力，对长度方向的抗折强度也有要求，纤维组分采用镀铜平直钢纤维，直径为0.18mm~0.22mm，长度为12mm~16mm，抗拉强度为3000MPa。UHPC其余组分为常规配合比，钢纤维的重量份占比为7.5%。布料时，卸料斗10的闸门8开启，先沿着UHPC板18长度方向以“S”形移动布置一层料，然后沿着UHPC板18宽度方向以“S”形移动布置一层料，最后再沿着UHPC板18长度方向以“S”形移动布置一层料，通过振捣后得到符合要求的具有复合各向同性的UHPC板18。以前述的UHPC板18的复合制备方法，制备厚度100mm，面积大于试样规格尺寸的大板，沿长度和宽度方向切割，分别制作两个规格为100mm *100 mm *400mm的试样。经检测，长度方向的28d抗折强度为29.4MPa，宽度方向的28d抗折强度为22.0MPa。即本发明相对于现有技术，减少了2.5%的钢纤维掺量(重量份占比)，但是长度方向的抗折强度还大于使用要求的长度方向抗折强度24MPa，且宽度方向的抗折强度损失也不大，完全满足使用要求，即以较小的钢纤维掺量，实现了相同甚至更佳的技术效果。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改善钢纤维分布的各向同性UHPC拌和装置，其特征是：包括拌合装置，拌合装置中用于拌和UHPC的容器内设有多个具有一定间距的顺向杆（13），多个顺向杆（13）共同的沿着直线或圆向一个方向运行，顺向杆（13）用于使UHPC中的部分纤维组分在一个方向具有各向同性；

还设有与顺向杆（13）相向运动且至少在一个侧面接触的清洁组件，以清除顺向杆（13）上缠绕的纤维组分。

2.根据权利要求1所述的一种各向同性的UHPC拌和装置，其特征是：所述的拌合装置中，拌和电机（2）与拌和臂（5）连接，拌和臂（5）的端头与拌和片（7）连接，拌和电机（2）用于驱动拌和片（7）转动，拌和臂（5）和拌和片（7）位于拌和筒（6）内；

至少一个拌和片（7）位于靠近拌和筒（6）底部的位置，在拌和片（7）上设有多个顺向杆（13）；

在拌和筒（6）的内壁设有清除棒（72），当拌和片（7）转动到清除棒（72）的位置，清除棒（72）与顺向杆（13）的一个侧面接触，以清除顺向杆（13）上的纤维。

3.根据权利要求2所述的一种各向同性的UHPC拌和装置，其特征是：所述的清除棒（72）水平或竖直布置，清除棒（72）相应的水平或竖直布置。

4.根据权利要求2所述的一种各向同性的UHPC拌和装置，其特征是：部分的清除棒（72）水平布置，在拌和筒（6）的侧壁设有对应水平布置的清除棒（72）；

部分的清除棒（72）竖直布置，在拌和筒（6）的底壁设有对应竖直布置的清除棒（72）。

5.根据权利要求1所述的一种各向同性的UHPC拌和装置，其特征是：在拌和UHPC的容器内设有多组相对转动的顺向杆（13），每组顺向杆（13）的侧面在圆周的一个位置互相接触，以使UHPC中的部分纤维组分在一个方向具有各向同性，且互相清除缠绕在顺向杆（13）上的纤维组分。

6.根据权利要求5所述的一种各向同性的UHPC拌和装置，其特征是：所述的顺向杆（13）互相接触的圆周位置，至少有一个位于靠近拌和UHPC的容器底部，且与底部垂直的位置。

7.根据权利要求5所述的一种各向同性的UHPC拌和装置，其特征是：拌和筒（6）的底部设有卸料斗（10），卸料斗（10）上设有第三顺向轴（24），在第三顺向轴（24）上设有多个顺向轮组（20），顺向轮组（20）可转动的套接在第三顺向轴（24）上，每个顺向轮组（20）上设有至少一个顺向杆（13），还设有传动轮（19），相邻的两个顺向轮组（20）的顺向杆（13）的侧面互相接触；

相邻的两个顺向轮组（20）中的一个的传动轮（19）通过顺向链（21）与第一顺向轴（22）上的传动轮连接，相邻的两个顺向轮组（20）中的另一个的传动轮（19）通过顺向链（21）与第二顺向轴（23）上的传动轮连接；

第一顺向轴（22）与第二顺向轴（23）的旋向相反，以使相邻的两个顺向轮组（20）旋向相反。

8.根据权利要求1所述的一种各向同性的UHPC拌和装置，其特征是：拌和筒（6）的底部设有卸料斗（10），卸料斗（10）上设有由顺向电机（12）驱动旋转的转轴（15），转轴（15）的投影与出料的方向垂直，在转轴（15）上设有多个顺向杆（13），在卸料斗（10）的底部设有多个清除棒（72），清除棒（72）与顺向杆（13）的侧面接触，以清除顺向杆（13）上缠绕的纤维组分；

清除棒（72）与顺向杆（13）接触的位置，是顺向杆（13）的端头最接近卸料斗（10）底部的位置。

9.根据权利要求1~8任一项所述的一种各向同性的UHPC拌和装置，其特征是：所述的顺向杆（13）在迎向UHPC的一侧设有尖突部（131），尖突部（131）两侧设有曲面的侧面（132）；

顺向杆（13）的宽度大于或等于纤维组分的长度。

10.一种改善钢纤维分布的各向同性的UHPC的制备方法，其特征是包括以下步骤：

在拌和UHPC的容器内，以顺向杆（13）沿着一个方向拌和，顺向杆（13）使UHPC中的部分纤维组分在一个方向具有各向同性；

纤维组分包括钢纤维或聚合物纤维；

顺向杆（13）在迎向UHPC的一侧设有尖突部（131），尖突部（131）两侧设有曲面的侧面（132），顺向杆（13）的宽度大于或等于纤维组分的长度；

还设有清洁组件，清洁组件包括固定的清除棒（72）或相对旋转的顺向杆（13）；

清洁组件在侧面与顺向杆（13）接触，用于清除顺向杆（13）上缠绕的纤维组分，还用于避免使纤维组分的均匀性受到影响；

拌和后的具有各向同性的UHPC，在卸料时沿着UHPC构件需要各向同性的方向运行进行卸料。

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