CN115338951B - 一种喷射混匀装置及采用该装置制备混合纤维混凝土方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷射混匀装置及采用该装置制备混合纤维混凝土方法，涉及纤维混凝土制备技术领域。本发明采用喷射混匀装置混合纤维和水泥砂浆，进而制备纤维混凝土，在提升纤维掺量的同时保证了纤维在混凝土中均匀地分散，进而提升混凝土的整体韧性和强度。喷射混匀装置的主管上交替设有喷料头和风盒，周期性地实现水泥砂浆喷涂后立即吸附纤维，保证单丝纤维的均匀吸附掺混。喷射混匀装置中的厚度感应组件可以有效感知混合罐内壁上的混合物料厚度，防止混合物料厚度过大时堵塞风盒的出风口，影响纤维与水泥砂浆的混合，同时由于混合罐的内的条件恶劣，因此将弧形滑片与弧形滑壳设计成交错密闭式配合结构，能够有效保护其内设的微型压力传感器。

Description

一种喷射混匀装置及采用该装置制备混合纤维混凝土方法
技术领域
本发明涉及纤维混凝土制备技术领域，具体涉及一种喷射混匀装置及采用该装置制备混合纤维混凝土方法。
背景技术
大量研究表明，在混凝土中掺混短合成纤维，能够有效增加高性能水泥材料的韧性和抗冲击性，但是这些合成纤维必须满足分散性的要求，如果纤维的分散性不能满足要求，局部聚集的纤维不但不能增强混凝土的强度，反而人为增加了商品混凝土的缺陷，降低了混凝土的力学性能和耐久性。另外，混凝土中结团的纤维对早期抗裂和后期阻裂增韧都极为不利。
合成纤维在混凝土中的理想状态应为完全分散的单丝状态，即合成纤维经过搅拌撕裂最终以单丝的形态存在于混凝土中。为了获得单丝分散的混凝土，首先要控制合成纤维的添加量，如聚丙烯纤维或聚丙烯腈纤维在混凝土中的掺量一般不超过2kg/m3，超过这一数值，利用现有的混凝土搅拌装置进行分散会严重影响纤维的分散性，继而影响混凝土的抗压强度。但是限制合成纤维的掺量上限，也同样限制了混凝土力学性能和抗裂性能的提升，这就导致了纤维掺入过多和过少均会影响最终的混凝土性能。应当在合理范围内，保证单丝分散的前提下尽可能多的增加合成纤维掺量，以最大限度的提升混凝土力学性能。其次，为了保证纤维分散性，要增加搅拌时间或转速，以充分撕裂分散纤维于砂浆胶体中，以获得复合设计标准的混凝土。但是这也显著增加了掺混能耗和时间成本，不利于纤维混凝土的大批量生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种喷射混匀装置，解决现有混凝土搅拌装置在混合混凝土和合成纤维时存在的纤维分散性差，纤维掺入量受限等问题。
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种喷射混匀装置，包括机架，所述机架上设有混合罐，混合罐的底部呈锥形并设有出料管，所述混合罐的顶部设有顶板，所述顶板的中央转动连接有主管，所述主管的顶部伸出顶板，主管的中下部悬空设于混合罐内，所述主管的底端封闭，所述主管内通体设有十字隔板，所述主管被十字隔板分隔为两两对称的四个扇形腔体，其中两个对称的扇形腔体顶部设有封板，所述封板与十字隔板和主管顶部密封连接，所述封板密封的两个扇形腔体外侧壁上设有若干喷料头，两个封板上连通有Y形管，所述Y形管的上部与主管同轴设置，另外两个扇形腔体的顶部呈开放设置，所述开放的两个扇形腔体外壁上连通有风盒，所述风盒的远心端设有出风口，所述风盒的远心端一侧设有厚度感应组件，所述厚度感应组件电性连接PLC，所述混合罐的外壁上设有振动电机，所述PLC遥控振动电机，所述顶板上还设有驱动组件和出风管，所述驱动组件用于驱动主管转动，所述主管的顶部转动套接有进风管，所述Y形管的上部与进风管的管壁转动连接，所述Y形管的上端转动连接有进料管。
优选地，所述厚度感应组件包括设于风盒远心端一侧的弧形滑壳和拨片，所述拨片与风盒外壁铰接且铰接处设有扭簧，所述拨片朝向风盒的一面上设有弧形滑片，所述弧形滑片和拨片均与弧形滑壳滑动连接，所述拨片上设有顶块，所述风盒外壁上设有微型压力传感器，所述顶块和微型压力传感器对应设置且二者均设于弧形滑壳和弧形滑片的内侧，所述微型压力传感器电性连接PLC。
优选地，所述驱动组件包括设于顶板上的安装架，所述安装架下设有电机一，所述电机一的输出轴上设有齿轮，所述主管的上部外壁上设有齿圈，所述齿圈设于顶板上方，所述齿轮与齿圈啮合。
一种混合纤维混凝土的制备方法，采用上述喷射混匀装置进行纤维混凝土的混合制备，具体方法如下：
(A)按照配合比称量材料，先将称量好的机制砂、碎石、纤维、水泥、硅灰投入到搅拌机中，进行干拌，干拌时间不少于3min，使得混凝土干料混合均匀；再将减水剂溶于水中后一起加入搅拌机，进行湿拌，湿拌时间不少于3min；
(B)混合操作前，将进料管连接混凝土湿喷装置，然后调整速凝剂用量、工作风压等参数，保证喷射进程的稳定、连续；将拌和好的水泥砂浆迅速加入湿喷机的料斗中，开动湿喷机并调整进风阀门使工作风压保持在0.5MPa；再将进风管连通风力纤维分散装置，风力纤维分散装置通过气流将聚丙烯纤维充分分散为单丝状态，聚丙烯纤维均匀分布在气流中并随气流进入进风管；
(C)混合操作时，打开电机一，电机一通过齿轮和齿圈带动主管转动，主管与进风管下端发生相对转动，携带单丝纤维的气流经进风管下行进入主管中两个连通有风盒的扇形腔体内，随后单丝纤维随气流由风盒的外端开口向混合罐内壁上喷射，此时，水泥砂浆由进料管被压入Y形管，水泥砂浆下行进入主管中两个连通喷料头的扇形腔体内，由各个喷料头向混合罐的内壁上喷出，由于喷料头和风盒是绕主管周向交错设置的，当主管转动时，水泥砂浆喷射到混合罐内壁上时会有短暂滞留，此时风盒的出风口也扫过滞留水泥砂浆的区域，此时气流中的单丝纤维会被粘附在水泥砂浆上，随后喷射头再次扫过这一区域，新的水泥砂浆喷射包埋粘附的单丝纤维，风盒再次扫过这一区域时，新的单丝纤维再次粘附在新的水泥砂浆表面，周而复始，混合罐的内壁上就会逐渐形成混合物料层，混合物料层中单丝纤维已经均匀的分布在水泥砂浆中；失去单丝纤维的气流由出风管上行排出。
优选地，所述聚丙烯纤维长度为30mm，直径为18～48μm，抗拉强度≥450MPa。
本发明的优点在于：
本发明采用喷射混匀装置混合纤维和水泥砂浆，进而制备纤维混凝土，在提升纤维掺量的同时保证了纤维在混凝土中均匀地分散，进而提升混凝土的整体韧性和强度。喷射混匀装置的主管上交替设有喷料头和风盒，周期性地实现水泥砂浆喷涂后立即吸附纤维，保证单丝纤维的均匀吸附掺混。
喷射混匀装置中的厚度感应组件可以有效感知混合罐内壁上的混合物料厚度，防止混合物料厚度过大时堵塞风盒的出风口，影响纤维与水泥砂浆的混合，同时由于混合罐的内的条件恶劣，因此将弧形滑片与弧形滑壳设计成交错密闭式配合结构，不仅能够自由开合以感知混合物料的厚度，还能够有效保护其内设的微型压力传感器。
附图说明
图1为喷射混匀装置的整体结构示意图。
图2为喷射混匀装置的俯视图。
图3为图2中A-A向剖视图。
图4为图2中B-B向剖视图。
图5为喷射混匀装置的侧视图。
图6为图5中C-C向剖视图。
图7为喷射混匀装置的内部结构示意图。
图8为主管及厚度感应组件的结构示意图。
图9为弧形滑壳的结构示意图。
其中，1-机架，2-混合罐，21-出料管，22-振动电机，3-主管，31-进风管，32-齿圈，33-喷料头，34-风盒，341-拨片，342-弧形滑片，343-顶块，344-微型压力传感器，345-弧形滑壳，35-封板，4-顶板，41-出风管，42-安装架，5-电机一，51-齿轮，6-Y形管，68-进料管，7-十字隔板。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例：如图1至图8所示，本发明中采用的喷射混匀装置包括机架1，所述机架1上设有混合罐2，混合罐2的底部呈锥形并设有出料管21，所述混合罐2的顶部设有顶板4，所述顶板4的中央转动连接有主管3，所述主管3的顶部伸出顶板4，主管3的中下部悬空设于混合罐2内，所述主管3的底端封闭，所述主管3内通体设有十字隔板7，所述主管3被十字隔板7分隔为两两对称的四个扇形腔体，其中两个对称的扇形腔体顶部设有封板35，所述封板35与十字隔板7和主管3顶部密封连接，所述封板35密封的两个扇形腔体外侧壁上设有若干喷料头33，两个封板35上连通有Y形管，所述Y形管的上部与主管3同轴设置，另外两个扇形腔体的顶部呈开放设置，所述开放的两个扇形腔体外壁上连通有风盒34，所述风盒34的远心端设有出风口，所述风盒34的远心端一侧设有厚度感应组件，所述厚度感应组件电性连接PLC，所述混合罐2的外壁上设有振动电机22，所述PLC无线遥控振动电机22，所述顶板4上还设有驱动组件和出风管41，所述驱动组件用于驱动主管3转动，所述主管3的顶部转动套接有进风管31，所述Y形管的上部与进风管31的管壁转动连接，所述Y形管的上端转动连接有进料管68。当主管3转动时，Y形管也随之同轴转动，Y形管的上部与进风管31的弯曲部发生相对转动。所述PLC设于主管3的上部外壁上，且PLC位于顶板4上方。
所述厚度感应组件包括设于风盒34远心端一侧的弧形滑壳345和拨片341，所述拨片341与风盒34外壁铰接且铰接处设有扭簧，所述拨片341朝向风盒34的一面上设有弧形滑片342，所述弧形滑片342和拨片341均与弧形滑壳345滑动连接，所述拨片341上设有顶块343，所述风盒34外壁上设有微型压力传感器344，所述顶块343和微型压力传感器344对应设置且二者均设于弧形滑壳345和弧形滑片342的内侧，所述微型压力传感器344电性连接PLC，两者之间的连接电线均在主管3壁内走线。所述弧形滑壳345的两端为扇形部，扇形部之间通过弧形条状部连接，两端的扇形部上均设有挡片，防止拨片341反向转动(如图9所示)。所述风盒34呈喇叭形，宽口连通主管3，窄口成一窄封作为出风口对准混合罐2内壁。
所述驱动组件包括设于顶板4上的安装架42，所述安装架42下设有电机一5，所述电机一5的输出轴上设有齿轮51，所述主管3的上部外壁上设有齿圈32，所述齿圈32设于顶板4上方，所述齿轮51与齿圈32啮合。
(A)按照表1配合比称量材料，先将称量好的机制砂、碎石、纤维、水泥、硅灰投入到搅拌机中，进行干拌，干拌时间不少于3min，使得混凝土干料混合均匀。再将减水剂溶于水中后一起加入搅拌机，进行湿拌，湿拌时间不少于3min。当日首次拌和或更换配合比时，需测定坍落度是否符合要求。
表1各原料配合比(kg/m3)
Figure GDA0004193097050000051
表1中，水泥强度等级为P·O52.5，采用水泥与硅灰复掺以增大密实性，粗骨料为5～10mm碎石，细骨料为石灰岩质机制砂。
(B)采用上述喷射混匀装置通过旋转喷射的方式，将预分散的单丝纤维与水泥砂浆均匀混合堆叠在混合罐2内壁上，具体操作方法如下：
混合操作前，将进料管68连接混凝土湿喷装置，混凝土湿喷装置包括TK700湿喷机和柴油螺杆空压机，对喷射机械进行调试，实现空压机与湿喷机的协同工作，然后调整速凝剂用量、工作风压等参数，保证喷射进程的稳定、连续。将拌和好的水泥砂浆迅速加入湿喷机的料斗中，开动湿喷机并调整进风阀门使工作风压保持在0.5MPa左右，喷料头33距离混合罐2内壁0.7m。
再将进风管31连通风力纤维分散装置(纤维制毡生产中常用设备)，风力纤维分散装置通过气流将聚丙烯纤维充分分散为单丝状态，聚丙烯纤维均匀分布在气流中并随气流进入进风管31。聚丙烯纤维长度为30mm，直径为18～48μm，抗拉强度≥450MPa。
混合操作时，打开电机一5，电机一5通过齿轮51和齿圈32带动主管3转动，主管3与进风管31下端发生相对转动，携带单丝纤维的气流经进风管31下行进入主管3中两个连通有风盒34的扇形腔体内，随后单丝纤维随气流由风盒34的外端开口向混合罐2内壁上喷射，此时，水泥砂浆由进料管68被压入Y形管，水泥砂浆下行进入主管3中两个连通喷料头33的扇形腔体内，由各个喷料头33向混合罐2的内壁上喷出，由于喷料头33和风盒34是绕主管3周向交错设置的，当主管3转动时，水泥砂浆喷射到混合罐2内壁上时会有短暂滞留，此时风盒34的出风口也扫过滞留水泥砂浆的区域，此时气流中的单丝纤维会被粘附在水泥砂浆上，随后喷射头再次扫过这一区域，新的水泥砂浆喷射包埋粘附的单丝纤维，风盒34再次扫过这一区域时，新的单丝纤维再次粘附在新的水泥砂浆表面，周而复始，混合罐2的内壁上就会逐渐形成混合物料层，混合物料层中单丝纤维已经均匀的分布在水泥砂浆中。失去单丝纤维的气流由出风管41上行排出。
当混合物料层的厚度过大时，混合物料层就有堵塞风盒34出风口的问题。当混合物料层的厚度达到能够触碰拨片341外端的程度时，随着主管3的转动，拨片341被压向风盒34的出风口，拨片341与风盒34出风口的夹角变小，拨片341上的弧形滑片342会与弧形滑壳345的弧形边发生相对滑动，直至拨片341上的顶块343抵接风盒34上的微型压力传感器344，微型压力传感器344感受压力后将信号输入PLC，通过PLC控制振动电机22启动，振动电机22振动混合罐2的侧壁，将混合物料层振落，并从出料管21出料即得聚丙烯纤维混凝土。当混合物料层掉落后，拨片341在扭簧作用下转动复位，顶块343脱离微型压力传感器344，微型压力传感器344不产生输入信号后，振动电机22关闭。继续进行混合物料层的周期性混合操作。当纤维混凝土中纤维密度过大时，可增大主管3的转速，并提升水泥砂浆的供料量，当纤维密度较小或粘附不完全时，降低主管的转速即可。
(C)将混合后的聚丙烯纤维混凝土直接注入成型模具中，养护成型，从混凝土砌块中钻取圆柱体试件用于抗压强度和抗折强度的测试，圆柱体试件直径100mm、高100mm，每组配比取3～6个试件进行测试，以成型面切去表面粗糙层的平行面作为承压面开展试验；抗压强度试验依据现行国家规范标准《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2019)进行，测试1d、3d、28d混凝土的强度。
具体测试方法如下：
S1、取出养护至试验龄期的抗压试件，将试件以及仪器承压面擦拭干净，以减小带来的误差；
S2、将试件放入仪器上下承压板之间，将试验放入设定位置，启动机器，开始加载；
S3、在仪器加载过程中，均匀连续的增加荷载，试验机的加载速率取0.5～0.8MPa/s；
S4、当试件变形迅速发展时，调整仪器直至试件破坏，记录压力值。
S5、数据处理:喷射混凝土的抗压强度按式(2-1)计算。
Rc＝Fc/A(2-1)
式中，Rc为抗压强度(MPa)；Fc为破坏荷载(N)；A为受压面积(mm2)。
抗折强度试验采用喷射大板切割的100mm×100mm×400mm棱柱体试件，同样以成型面切去表面粗糙层的平行面作为承压面，每组配比取3～6个试件进行测试。抗折强度试验依据现行国家规范标准《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2019)进行，测试1d、3d、28d喷射混凝土的强度。具体测试方法如下：
S1、取出养护至试验龄期的喷射混凝土抗折试件，调整试件使支座及承压面与圆
柱的接触面平稳，均匀，启动机器，开始加载；
S2、均匀连续施加荷载，试验机的加载速率取0.05～0.08MPa/s；
S3、当试件在两个集中荷载作用线之间开裂时，记录试件破坏荷载。
S4、数据处理:喷射混凝土的抗折强度按式(2-2)计算：
Ff＝FL/(bh2)(2-2)
式中F f为抗折强度(MPa)；F为破坏荷载(N)；L为支座跨度(mm)；b为试件宽度(mm)；h为试件高度(mm)。
按照上述检测方法，以纤维掺量为变量，抗压强度和抗折强度的测试结果如下：
表2采用喷射混匀装置配制的纤维混凝土的强度测试结果
Figure GDA0004193097050000071
对比例1：其余均与实施例1相同，不同之处在于采用常规的桨叶型搅拌装置混合聚丙烯纤维和水泥砂浆，不采用喷射混匀装置进行混合。直接将风力分散成单丝的聚丙烯纤维通入搅拌装置内，吹向下方搅拌中的水泥砂浆表面。搅拌速度为60转/min，搅拌时间为纤维完全吹入后继续搅拌1h。
按照同样的方法测试纤维混凝土的抗压强度和抗折强度，结果如下：
表3采用喷射混匀装置配制的纤维混凝土的强度测试结果
Figure GDA0004193097050000072
Figure GDA0004193097050000081
由表2和表3结果可知，实施例1中制备的纤维混凝土在纤维掺量达到4.0kg/m3时强度达到最大值，而对比例1中制备的纤维混凝土在纤维掺量达到2.0kg/m3时强度达到最大值，另外，无论是表2还是表3结果均表明，在一定掺量范围内，纤维掺量与混凝土的强度成正比。这主要是由于现有的桨叶型搅拌混合装置无法在较大纤维掺量时有效分散混凝土中的纤维，即使将纤维预分散为单丝状态，在搅拌混合过程中仍然会产生结团现象，导致混凝土试件中产生人为缺陷，使得混凝土的抗压强度和抗折强度均大幅降低。而本发明中利用喷射混匀装置能够在较大纤维掺量的条件下，仍然能够保证单丝纤维均匀分散在混凝土中，从而有效调高了混凝土的强度。本发明有效提升了合成纤维的掺入量，并借此提高纤维混凝土的强度。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (3)

1.一种喷射混匀装置，其特征在于，包括机架(1)，所述机架(1)上设有混合罐(2)，混合罐(2)的底部呈锥形并设有出料管(21)，所述混合罐(2)的顶部设有顶板(4)，所述顶板(4)的中央转动连接有主管(3)，所述主管(3)的顶部伸出顶板(4)，主管(3)的中下部悬空设于混合罐(2)内，所述主管(3)的底端封闭，所述主管(3)内通体设有十字隔板(7)，所述主管(3)被十字隔板(7)分隔为两两对称的四个扇形腔体，其中两个对称的扇形腔体顶部设有封板(35)，所述封板(35)与十字隔板(7)和主管(3)顶部密封连接，所述封板(35)密封的两个扇形腔体外侧壁上设有若干喷料头(33)，两个封板(35)上连通有Y形管，所述Y形管的上部与主管(3)同轴设置，另外两个扇形腔体的顶部呈开放设置，所述开放的两个扇形腔体外壁上连通有风盒(34)，所述风盒(34)的远心端设有出风口，所述风盒(34)的远心端一侧设有厚度感应组件，所述厚度感应组件电性连接PLC，所述混合罐(2)的外壁上设有振动电机(22)，所述PLC遥控振动电机(22)，所述顶板(4)上还设有驱动组件和出风管(41)，所述驱动组件用于驱动主管(3)转动，所述主管(3)的顶部转动套接有进风管(31)，所述Y形管的上部与进风管(31)的管壁转动连接，所述Y形管的上端转动连接有进料管(68)；
所述厚度感应组件包括设于风盒(34)远心端一侧的弧形滑壳(345)和拨片(341)，所述拨片(341)与风盒(34)外壁铰接且铰接处设有扭簧，所述拨片(341)朝向风盒(34)的一面上设有弧形滑片(342)，所述弧形滑片(342)和拨片(341)均与弧形滑壳(345)滑动连接，所述拨片(341)上设有顶块(343)，所述风盒(34)外壁上设有微型压力传感器(344)，所述顶块(343)和微型压力传感器(344)对应设置且二者均设于弧形滑壳(345)和弧形滑片(342)的内侧，所述微型压力传感器(344)电性连接PLC；
所述驱动组件包括设于顶板(4)上的安装架(42)，所述安装架(42)下设有电机一(5)，所述电机一(5)的输出轴上设有齿轮(51)，所述主管(3)的上部外壁上设有齿圈(32)，所述齿圈(32)设于顶板(4)上方，所述齿轮(51)与齿圈(32)啮合。
2.一种混合纤维混凝土的制备方法，其特征在于，采用权利要求1中所述喷射混匀装置进行纤维混凝土的混合制备，具体方法如下：
(A)按照配合比称量材料，先将称量好的机制砂、碎石、纤维、水泥、硅灰投入到搅拌机中，进行干拌，干拌时间不少于3min，使得混凝土干料混合均匀；再将减水剂溶于水中后一起加入搅拌机，进行湿拌，湿拌时间不少于3min；
(B)混合操作前，将进料管(68)连接混凝土湿喷装置，然后调整速凝剂用量、工作风压等参数，保证喷射进程的稳定、连续；将拌和好的水泥砂浆迅速加入湿喷机的料斗中，开动湿喷机并调整进风阀门使工作风压保持在0.5MPa；再将进风管(31)连通风力纤维分散装置，风力纤维分散装置通过气流将聚丙烯纤维充分分散为单丝状态，聚丙烯纤维均匀分布在气流中并随气流进入进风管(31)；
(C)混合操作时，打开电机一(5)，电机一(5)通过齿轮(51)和齿圈(32)带动主管(3)转动，主管(3)与进风管(31)下端发生相对转动，携带单丝纤维的气流经进风管(31)下行进入主管(3)中两个连通有风盒(34)的扇形腔体内，随后单丝纤维随气流由风盒(34)的外端开口向混合罐(2)内壁上喷射，此时，水泥砂浆由进料管(68)被压入Y形管，水泥砂浆下行进入主管(3)中两个连通喷料头(33)的扇形腔体内，由各个喷料头(33)向混合罐(2)的内壁上喷出，由于喷料头(33)和风盒(34)是绕主管(3)周向交错设置的，当主管(3)转动时，水泥砂浆喷射到混合罐(2)内壁上时会有短暂滞留，此时风盒(34)的出风口也扫过滞留水泥砂浆的区域，此时气流中的单丝纤维会被粘附在水泥砂浆上，随后喷射头再次扫过这一区域，新的水泥砂浆喷射包埋粘附的单丝纤维，风盒(34)再次扫过这一区域时，新的单丝纤维再次粘附在新的水泥砂浆表面，周而复始，混合罐(2)的内壁上就会逐渐形成混合物料层，混合物料层中单丝纤维已经均匀的分布在水泥砂浆中；失去单丝纤维的气流由出风管(41)上行排出。
3.根据权利要求2所述的一种混合纤维混凝土的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯纤维长度为30mm，直径为18～48μm，抗拉强度≥450MPa。
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