CN1409663A - 由开始为糊状材料而固化形成并包括导电通道的材料体和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种由开始为糊状的材料(如混凝土)固化形成的材料体(5)，包括由导电的可磁化的元件(如纤维(F)或颗粒(G))埋在开始的糊状材料中并延伸通过材料体(5)的至少一部分形成的富集层(6)形成的导电通道。导电端子元件(9)沿着富集层(6)在间隔的位置与导电层(6)连接。提供这种材料体(5)的方法包括下列步骤：(a).形成糊状材料体，其中分散着导电可磁化的元件(F)。(b).把磁场加到糊状材料体，由可磁化元件形成埋在糊状材料体中和延伸至少通过材料体(5)一部分的导电层。(c).使含有导电层(6)的糊状材料体固化。在材料体(5)固化前后，可沿导电层，在间隔的位置把导电端子元件(9)与导电层(6)连接起来。

Description

由开始为糊状材料而固化形成并包括 导电通道的材料体和其制造方法
本发明涉及由开始为糊状材料而固化形成为包括导电通道的材料体。另外，本发明还涉及这种材料体的制造方法。
在浇灌之前先把钢丝或碳纤维加到粘稠的混凝土或其它糊状材料中以增强混凝土或其它胶结材料体是众所周知的。在混凝土的情形下，加入钢丝，上述钢丝的长度为2.5～8.0cm或更长，直径为0.5～1mm，得到的材料具有很好的刚性。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。
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，以对单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。(见US-A-4062913)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。
还已经建议把导电纤维加入混凝土中以便使电流通过混凝土用于加热或其它目的，例如提供电接地或电磁屏蔽(见US-A-5346547，US-A-5447564，EP-A-0449439)。
但是任意定向或由已知技术沿一维方向成行排列的导电纤维不适合于上述目的，因为它们不能提供通过混凝土的适合的导电通道，并且难以得到电端子元件和纤维的满意的连接。混凝土本身是差的导体，而纤维基本均匀地分配在混凝土中，因此只有少数纤维彼此接触。这样，纤维不能在端子元件间提供连贯的宽的电流通道。
本发明的目的是提供一种改造的上述的固体以及制造这种固体的方法。
按照本发明提供了一种由开始为糊状的材料固化形成的材料体，所述的材料体包括由导电的可磁化的纤维和/或粒状元件，形成的导电的富集层构成的导电通道，所述的富集层埋在糊状材料中，和沿伸过所述的固体的至少一部分。
由于在糊状材料(例如混凝土)中，开始或多或少任意分布的可磁化的纤维和/或粒状元件最后被成行排列形成比开始更致密排列的层，因此在这层的范围中有足够大量的纤维或粒状元件相互足够靠近或接触以在端子元件之间提供有足够的载电或屏蔽容量的导电通道。优选地，该层设置成平行该材料体的一面延伸，这种材料体可以是板或其它板形体。如果该材料体要用于要求在由该层形成并包括该层的导电通道中通过一电流，用于例如加热该材料体，该材料体优选地包括沿着该层的间隔位置与导电层连接的导电端子元件。
如果可磁化元件层由增强的金属纤维制成和包括这些金属纤维，该层可设在该材料体中要求增强最大的地方。在该材料体的其它部分对纤维增强的减弱导致把纤维富集在一层或几层中，因而不会带来材料体强度的严重的降低。
按照本发明，提供了一种在由开始为糊状的材料固化形成的材料体中提供导电通道的方法，包括下列步骤：形成糊状材料体，其中分散着导电的可磁化的纤维和/或粒状元件，把磁场加到糊状材料体上形成埋在所述的糊状材料体中和至少延伸过该材料体的一部分的、由所述的可磁化元件形成的导电富集层，使含有所述的富集层的所述的糊状材料体固化。还包括沿着所述的富集层，在隔开的位置把导电端子元件和所述的导电层连接起来。
以有一些导电率的粒状铁矿(磁铁矿)或其它可磁化的颗粒材料形式的填料可单一地形成该富集层，优选地，是与可磁化的金属纤维一起形成该富集层。在后一情形下，导电的颗粒材料将减小分开纤维的开始的糊状材料部分的电阻。
按照本发明的方法通过磁性装置使可磁化的纤维和/或颗粒元件的排列成行可以由如PCT/SE99/01150(公开号WO99/67072)公开及请求保护的使可磁化的金属纤维排列成行及对齐的方法和装置执行。
如上述国际申请所示，分散在糊状材料中的可磁化的纤维的磁性排列成行及对齐由具有非磁性壁的排列成行元件来进行。磁场通过非磁性壁的第一部分导入粘性体中，而纤维-排列成行元件相对糊状材料体移动，非磁性壁与材料体接触，而磁性部分的第二部分尾随第一部分。因此当第一部分运动通过纤维时，纤维暂时受到磁场。
当纤维排列成行元件相对材料体移动，并且磁性壁的第一部分在第二部分前面被第二部分跟着的情形下，纤维排列成行元件可部分或完全地浸在糊状材料中。
在相对运动中，在非磁性壁的第一部分附近，纤维被磁力朝着第一部分吸。但是，非磁性壁防止纤维与磁性装置接触，该壁形成把磁性装置与分散着纤维的糊状材料隔开的幕或阻挡层，因此，纤维-排列成行元件吸着纤维和倾向沿着其相对糊状材料的运动方向拉纤维。由于糊状材料的粘性，糊状材料体防止纤维朝着排列成行元件太迅速地移动而粘到排列成行元件。因此，纤维排列成行元件将相对纤维移动和使它们只暂时受到磁力。由于磁力有沿着纤维排列成行元件和糊状材料体相对运动的方向的分量，因此磁力不仅把纤维朝纤维排列成行元件拉，并且使它们排列成行形成在糊状材料体中致密的纤维层，但是也倾向沿磁力运动通过纤维的方向把纤维对齐。
优选地，与纤维接触的糊状材料在邻近纤维排列成行元件处振动使得便于纤维的排列成行和对齐的运动。
在糊状材料固化前后，端子元件可以任何合适的方式与由纤维或其它可磁化的导电元件形成的富集层形成的导电层连接。例如，混凝土或其它糊状材料可以局部地移去以把导电层暴露在延伸穿过富集层的一个窄槽中，随后通过把熔化的锡浇在铜丝的编织带和暴露的富集层上把适于与电源连接的铜丝编织带或其它合适形式的母线导体放成穿过富集层并固定在其上。
通过下面示出本发明应用于浇在地面上的路面或其它混凝土板的制造的附图及说明可以更清楚地明白本发明，附图中：
图1是示出应用到有由可磁化的增强纤维的富集层形成的导电通道的混凝土板的本发明的基本原理的示意的透视图；
图1A是图1的混凝土板的角部的部分放大的透视图；
图2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形成增强钢丝的富集层；
图3是在图2的步骤中所用的使纤维成行排列的装置的透视图；
图4是图2的纤维正在成行排列的混凝土路面段的横剖视图；
图5～7是3个在地面上浇灌的不同高度的混凝土板的简图，同时示出了使纤维成行排列的装置；
图8是图7的使纤维成行排列的装置的改型的横剖视图；和
图9是图4的使纤维成行排列的装置的改型的横剖视图。
图1和1A示出一个矩形的平的混凝土体5，一个板，其由埋在混凝土中并且包含在致密堆积纤维F的富集层6中多个可磁化的金属纤维增强层。该层从混凝土体的一端7延伸到另一端8，和置于混凝土体5的大面之间，且与其平行。两个导电端子元件9在混凝土体5的端7、8附近埋在混凝土中与富集层6的纤维接触，以便把电源10提供的电流通过纤维富集层6导入和导出混凝土体5。多个导电材料的颗粒体G，如铁矿石(磁铁矿)，形成混凝土的填料的一部分，和可包含在层6中，以提高富集层和导电性。
构成混凝土体5主体的混凝土可以是任何普通的包括普通的填料的混凝土。类似地，虽然通常优选地用钢丝增强混凝土，但是纤维可以是任何具有要求导电性的可磁化的纤维。
如图2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对齐及成行排列。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。
使纤维成行排列的装置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，当具有纤维成行机构15的成行排列装置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。
在纤维成行机构15的壳体17内，沿壳体的最前壁或者说第一壁段17A，有一个延伸过纤维成行机构15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4)。
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4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4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3)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。
为了能将纤维成行机构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，要将纤维成行机构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重合的轴线)转动。设置了锁紧装置(未示出)将纤维成行机构锁紧在选定的角度位置。
在使纤维成行排列及对齐的作业过程中，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的最低段离湿的塑性混凝土浇注层底面相当近的高度上，并将纤维成行机构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。
在将纤维成行机构15调节到所需高度和所需的角度位置之后，便可使纤维成行排列装置11缓慢移动到图2～4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4的空心箭头所示，一部分混凝土向上移动，并通过纤维成行机构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。
其磁力线通常在垂直于磁辊18的转动轴线L的平面中延伸的磁场与磁辊18一起作逆时针的绕轨道运动。在绕轨道运动的过程中，磁场对所对着的增强纤维F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，位于纤维成行机构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)倾向于向纤维成行机构15的底面移动，在该处排列成行形成一个致密的水平的纤维层S，该层的大部分沿混凝土本体和成行机构15相对移动的方向对齐。在该层或接近该层的相当多的纤维F也定向成与相对的移动方向成一角度的方向形成横向分开的纤维之间的导电桥。
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T中成行位置之后面。
如果需要使混凝土本体上部区内的纤维层中的纤维F排列成行形成纤维层S，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5、6和7简要示出3种不同的实施本发明的方法。图5所示的技术基本上与图2～4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6和7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6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。将混有增强纤维的湿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2～4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，通过该浇口卸出一层所需厚度的混凝土层，并铺在地面上。
图7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6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2～4所示的成行机构15相似的成行机构26，图8更详细地示出图7的装置。
图9示出图2～4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被磁化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。
通过使相对运动的速度与磁铁的强度和湿的塑性混凝土的粘度匹配，可以使纤维沿相对运动方向不完全对齐，使相当多的纤维以与运动方向成一个小角度或大角度地延伸。因此得到沿横向增强，同时在纤维之间接触点的数目增加。
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 (22)

1.一种由开始为糊状的材料固化形成的材料体(5)，所述的材料体包括由导电的可磁化的纤维和/或粒状元件(F，G)，形成的导电的富集层(6，S)构成的导电通道，所述的富集层埋在糊状材料中，和沿伸过所述的固体的至少一部分。
2.按照权利要求1的材料，其特征在于沿着所述的富集层在间隔的位置，所述的导电的富集层(6，S)与导电端子元件(9)连接。
3.按照权利要求1或2的材料体，其特征在于所述的糊状的材料是湿的混凝土。
4.按照权利要求1-3中任一项的材料体，其特征在于导电的可磁化的元件(F，G)的富集层(6，S)包括纤维(F)和沿着平行材料体(5)的一面延伸。
5.按照权利要求1-4中任一项的材料体，其特征在于所述的材料体(5)是一板的形状，所述的导电的可磁化的元件(F，G)的富集层(6，S)沿着所述的板的一面延伸。
6.按照权利要求1-5中任一项的材料体，其特征在于所述的导电的可磁化的元件(F，G)的富集层(6，S)包括粒状铁矿。
7.按照权利要求2的材料体，其特征在于各所述的导电端子元件(9)的大部分埋在所述的材料体(5)中，
8.按照权利要求1-7中任一项的材料体，其特征在于所述的导电可磁化的元件(F，G)在所述的材料体中对齐，排列成行以在沿着所述的富集层(6，S)，在隔开的位置之间延伸的一条线的方向延伸。
9.按照权利要求1-8中任一项的材料体，其特征在于钢纤维(F)包含在所述的富集层(6，S)中。
10.一种在由开始为糊状的材料固化形成的材料体(5)中提供导电通道的方法，包括下列步骤：
形成糊状材料体(5)，其中分散着导电的可磁化的纤维和/或粒状元件(F，G)，
把磁场加到糊状材料体(5)上形成埋在所述的糊状材料体中和至少延伸过该材料体的一部分的、由所述的可磁化元件(F，G)形成的导电富集层(6，S)，
使含有所述的富集层(6，S)的所述的糊状材料体(5)固化。
11.按照权利要求10的方法，其特征在于还包括沿着所述的富集层，在隔开的位置把导电端子元件和所述的导电层(6，S)连接起来的步骤。
12.按照权利要求10或11的方法，其特征在于所述的糊状材料是湿的混凝土。
13.按照权利要求10-12中任一项的方法，其特征在于所述的糊状材料包括开始均匀地分布在所述的糊状材料中的颗粒铁矿石体(G)。
14.按照权利要求10-13中任一项的方法，其特征在于所述的糊状材料制成的材料体(5)是一板。
15.按照权利要求10-14中任一项的方法，其特征在于所述的导电层(6，S)形成为平行于糊状材料制成的材料体(5)的一个面延伸。
16.按照权利要求10-15中任一项的方法，其特征在于通过包括产生磁场的磁性装置(18)的排列成行元件(15)的运动形成所述的导电层(6，S)，所述的运动平行于糊状材料体(5)的一面。
17.按照权利要求16的方法，其特征在于在所述的运动中，所述的排列行元件(15)至少部分埋在所述的糊状材料体(5)中。
18.按照权利要求16或17的方法，其特征在于在所述的排列成行元件运动中，摇动所述的糊状材料体(5)。
19.按照权利要求16-18中任一项的方法，其特征在于磁场通过排列成行元件(15)的非磁性壁(17)周期地加到所述的糊状材料体(5)。
20.按照权利要求19的方法，其特征在于所述的磁场只通过排列成行元件加到所述的糊状材料体(5)。
21.按照权利要求16-20中任一项的方法，其特征在于加到所述的糊状材料体(5)的磁场的磁力线主要穿过与所述的糊状材料体的面横交并与所述的排列成行元件(15)的运动的方向平行的平面中。
22.按照权利要求19-21中任一项的方法，其特征在于所述的磁场由包含在所述的排列成行元件(15)中的磁性装置(18)导入所述的糊状材料体(5)，和在所述的排列成行元件相对一个轴线(L)成角度地移动中形成的，所述的轴线(L)平行所述的糊状材料体(5)的所述的面，和与所述的排列成行元件(15)的运动方向横交。
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