一种滤网式纤维定向装置

技术领域

技术领域：本发明涉及纤维超高性能混凝土制备技术领域，尤其涉及一种工厂生产超高性能混凝土预制构件滤网式纤维定向的浇筑装置。

背景技术

超高性能混凝土(UHPC)是近年来被广泛关注和使用的新型建筑材料，其具有高强、高延性、高耐久性等优点。纤维的掺入能够提高混凝土延性、抗拉、抗裂等性能，当其内部在力的作用下出现微小裂纹时，由于裂纹间纤维的存在阻止了微裂纹的扩张，使裂缝发展最小化，同时纤维抗拉提高了超高性能混凝土抗拉、弯性能。基于纤维的作用机理，只有裂纹间的纤维起到抗拉作用时，纤维-基体桥接作用能够得以发挥，这也意味着纤维方向最优选择是与构件主拉应力方向一致，在构件出现微裂缝的第一时间发挥纤维的桥接作用。有研究表明在相同纤维掺量下内部纤维的分布方向能大幅提高成品性能，可见对超高性能混凝土内部纤维排布进行有规律的定向，能够尽可能提高纤维利用率，降低纤维带来的成本。

超高性能混凝土由于其对于养护性能要求高，一般都在工厂预制，现场难以到达其养护要求。工厂预制对其泛用性能提出要求，需要能够灵活面对不同形式构件、不同尺寸规格构件要求。

目前施工中对于纤维掺加方式都是直接加入浆体搅拌，倾倒入摸具成型，获得的构件内的纤维杂乱无章。而现有对纤维定向浇筑的方法研究较少，纤维定向处理多集中于搅拌阶段，这种方法无法使纤维灵活的按照构件实际受力方向进行分布，起不到纤维定向的最好效果。少数在养护阶段下对纤维方向进行梳理的面临与钢筋碰撞的问题。纤维定向的控制方法基本分为几类：电磁作用、浆体自身流动方向和流速、搅拌叶片的物理扰动。电磁作用需要纤维能被磁化，且需要针对纤维调节电磁力的大小，操作复杂。浆体自身流动对于纤维的控制效果不佳，搅动叶片多用于搅拌机内，从而避免与钢筋的碰撞。总的来说，目前并未有一个泛用性广且操作简单易行的纤维定向装置。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明旨在提出一种简单易行，适用于各不同类型、长度纤维、不同结构构件的纤维定向装置和方法，在浇筑阶段下实现对纤维定向工作，避免了养护阶段下纤维取向调整的碰撞问题，使得纤维分布沿构件主拉应力方向，提高纤维利用率和UHPC各项性能指标。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种工厂生产可重复利用新型纤维离散和定向装置，包括搅拌离散装置、输送管、养护模板。搅拌离散装置主要是为避免纤维团聚，经由搅拌离散装置，浆体在离散后，在输送管内进行初步定向，在进入养护模板时，最终定向。浆体在定向后流入模板内，根据所需的构件受力方向，通过控制流速和入模口，控制纤维方向，从而避免在养护阶段下调整纤维方向时的碰撞问题。该装置和浇筑方法适用于所有纤维类型，同时对于不同的纤维长度、类型均可适用。在浇筑完成后，移动输送管位置即可继续浇筑其他模板，实现工厂预制的高效性。养护完成模板拆除后可反复使用，经济合理。本发明提供的纤维定向方法提拱了一种新的控制纤维方向的思路，对于进一步推广UHPC的应用有着巨大的意义。

搅拌离散装置安装于升降台和可移动底盘上，方便设备位置移动。搅拌离散装置可以通过升降台上下进行抬升和降低。其分为腔体和搅拌叶，腔体底部设有一定间距的锥状突起，搅拌叶在动力作用下带着腔体内的混凝土浆体和纤维运动，在经过锥状突起时，若纤维存在严重“团聚”现象，二者共同对团聚纤维施加剪力将其分离，分离不了的纤维团簇直接剪断，避免在后续装置内纤维团聚引起堵塞问题。

该装置起到纤维定向作用的部分在浇筑阶段，混凝土浆体进入纤维定向装置后，通过多层滤网，滤网根据所需对纤维方向的要求不同有以下两类：滤叶与装置底部平行(a)；滤叶与装置底部垂直(b)。前者在纤维经过滤网后，竖向纤维在滤叶梳理下变成水平，后者将与流动方向垂直方向上的纤维梳理为与流动方向相同。经过滤网定向后，通过搅拌离散装置和模板对接，将浆体平滑导入模板，即可实现纤维导向效果。下面以几个典型构件为例简要说明该装置使用流程。

对于单向板，单向板荷载沿短跨方向传递，同时板以受弯为主，基于此纤维适宜分布为沿短跨方向布置，由于单向板板厚不高，可以直接从上往下将浆体灌入模板，对纤维方向影响不大。对于单向板的纤维定向滤网，选取滤网(a)、(b)组合定向，前后多层滤网依次将滤叶间距减小。滤网滤叶间距选择与浆体纤维长度有关，定向滤叶间距宜选用1.2倍纤维长度。

进一步，对于受力复杂，多向受力构件可以增大滤叶间距，从而提高混凝土多向性能。经由滤网定向后的纤维多数沿纤维流动方向分布，再从单向板长跨方向浇筑进入模板，基本实现所需纤维方向要求。

对于双向板，板以受弯为主，此时纤维减少竖向纤维分布比例，对于横向纤维分布保持随机，由此选择滤网(a)，经由滤网(a)将竖向纤维比例减少即可。

进一步，注意板类构件由于纤维不宜竖向分布，纤维定向装置的倾角应该调小乃至水平。

对于梁构件，梁构件即受弯同时腹部受剪，根据梁内部拉应力分布方向，纤维分布宜梁底、梁顶沿梁长分布，腹部垂直拉应力方向，斜向分布，起到类似腹筋作用。由此需要采用分层浇筑的浇筑方法，同时由于梁高较高，不同于板，直接倾倒定向完成的浆体会导致纤维在倾倒过程中取向发生变化，故对于梁的浇筑模板，在梁端模板下部设置几个槽口，能与浇筑定向装置对接，分为三层浇筑。在梁钢筋笼绑扎并安装完成后，首先将纤维定向装置转角调至水平，对准梁端模板槽口，选用定向滤网(a)(b)组合，将定向完的浆体引入模板，沿梁长分布的纤维铺满模板底层。随后拔出纤维定向装置，调整倾角30°-45°，将浆体出口置于梁端模板上端，自上而下倾入浆体至快到上端钢筋层停止。再次将纤维定向装置倾角调整水平浇筑，直至完成。对于柱构件，根据受力特征，柱构件纤维分布宜竖向，减少水平分布纤维占比，由此调整纤维定向装置倾角为70-80°，采用滤网(a)，自上而下将浆体倾入。

进一步，对于特殊受力构件(如UHPC壳等)，基于上述原理，调整滤网形式和倾角，可以实现纤维的取向控制。

优选的，对于滤网的滤页间距宜采用2倍纤维长度。

可选的，搅拌离散装置底部搅拌叶间距可选用3倍纤维长度。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：针对所需不同构件的实际应力分布情况，通过改变滤网形式、滤网尺寸大小、输送管角度，对不同类型、长度的纤维均能起到良好的纤维定向效果。装置构造简单无需附加电场、磁场，只需更换滤网和调整角度，几乎不影响浇筑效率的情况下提高纤维利用率。装置可循环利用，对于同批次浇筑大量预制超高性能混凝土构件能提高效率，适合工厂预制所需。

附图说明

图1滤网式纤维定向装置整体示意图

图2搅拌离散装置示意图

图3纤维定向装置示意图

图4(a)、(b)两类滤网示意图

图5定向原理说明示意图

图6梁构件为例说明纤维方向分布图

图7为梁模板示意图

附图标号说明：1.搅拌离散装置，11.闸板，12.滚轴，13.锥形搅拌叶，14.锥形突起，15.出闸口，2.抬升装置，21.槽口，3.纤维定向装置，31.a、b类滤网，32.出料闸板，33.防漏底板，34.弧形孔，35.固定螺栓，36.4.底盘，41.滚轮，5.弧形孔，6.固定板，7.合页，8.出浆口，9.滤片，10.纤维，11.梁模板，111.槽口，112.挡板。

具体实施方式

实施例1(梁类构件)

本实施例是预制UHPC梁类构件纤维定向浇筑，根据梁类构件的受力特征，梁底、梁顶受到水平拉应力，中部腹板受到斜向拉应力，纤维宜与拉应力分布方向一致。梁类构件纤维方向分布如图6所示。

关于纤维定向装置整体制作，参考图1-4.其可简单分为三大部分，搅拌离散装置1、纤维定向装置3和浇筑模板。搅拌离散装置1中12滚轴与13搅拌叶相连，14锥形突起连接在搅拌装置底部，该设计主要是为了解决大面积的纤维团聚现象。纤维团簇在经过搅拌叶时，若团聚现象不严重，在轻微的剪力作用下，纤维产生分离，若团聚现象过于严重，则在剪力作用下直接将纤维团簇剪断、分离。

在搅拌离散装置1的一侧，通过槽口31和抬升装置2相连，利用抬升装置2和可移动底座4，对装置整体可以进行移动，从而提高工作效率。另一侧利用闸板11控制出闸口15的开合，在其装置壁上开有弧形孔5，利用螺栓35可以实现与纤维定向装置3固定。

纤维定向装置3外侧与搅拌离散装置1相连位置外侧，设置固定板6，通过合页7进行转动，固定板6上也开有34弧形孔对应搅拌离散装置1。为了避免转动过程中浆体从接缝位置漏出，设置防漏底板33。纤维定向装置中间有若干可以插入滤网31的槽口，通过(a)(b)两类滤网选择和布置，实现纤维定向控制，在纤维定向装置3与浇筑模板中间，设置出料闸板32控制出浆口开合。对于梁模板11由于浇筑需求，需要下部槽口以实现底部纤维水平浇筑，设置挡板112控制槽口111开闭。

制作方法的具体施工步骤如下：根据所浇筑构件受力，确定所需纤维排布角度和位置，通过槽口2调整搅拌离散装置1高度，同时调整弧形孔5和固定螺栓35的位置，控制纤维定向装置的角度。

由于浇筑梁类构件，首先将挡板112抬高从而控制槽口111打开，将纤维定向装置出口对准槽口。将原料或搅拌好的纤维混凝土浆体倒入搅拌离散装置1中，接通电源，搅拌叶13开始转动，将纤维团簇离散。将纤维定向装置转角调至水平，对准梁端模板槽口，根据所用纤维长度，选用适当滤叶间距的定向滤网(a)(b)组合，将定向完的浆体引入模板，沿梁长分布的纤维铺满模板底层。随后放下挡板112，调整弧形孔5和固定螺栓35以及槽口2的位置，使得纤维定向装置3倾角30-45°，保持滤网31形式和组合不变，将浆体再次通过滤网31并斜向流入模板内部，使得新倒入的腹板中部浆体纤维呈30-40°。浇筑到快到板顶的时候，调整纤维定向装置3倾角水平，保持滤网形式组合不变，将浆体再次通过滤网水平流入模板内部，使得梁顶纤维水平分布。

由于工厂批量浇筑，在浇筑完成一个试件后，直接移动该装置至下一个模板位置。全部浇筑完成后，将搅拌离散装置1和纤维定向装置3洗净，留备下次使用。

实施例2(板类构件)

与实施例1的区别在于构件受力形式不同，采用的滤网形式和浇筑方式不同，对于单向板，单向板荷载沿短跨方向传递，同时板以受弯为主，纤维宜沿短跨方向分布，浇筑时类似梁构件第一步浇筑方法，采用适当滤叶间距的定向滤网(a)(b)组合，将定向完的浆体引入模板，沿短跨分布的纤维铺满模板底层。板模板无需开槽口，原因在于板高很低，自由下落过程短，造成的纤维方向改变小。双向板以受弯为主，长跨、短跨纤维分布均匀，浇筑过程相比与单向板，滤网仅采用(a)类，控制纤维水平分布。