矿用立体钢纤维强化阻燃混凝土材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种矿用立体钢纤维强化阻燃混凝土材料，属矿用混凝土领域。该混凝土材料由成组的立体钢纤维与混凝土混合制成，所述成组的立体钢纤维是由阻燃型水溶胶将长短不等的若干根立体钢纤维连接而成，各钢纤维的直径不大于20mm，钢纤维的总体积量占制成的混凝土材料的0.5%～2%；所述混凝土中水泥与沙石的重量比例为1:3～1:4，混凝土的含砂率不小于50%，水灰比为0.4～0.45。该材料中阻燃型水溶胶遇水溶解后使在混凝土中初步分散的成组钢纤维实现二次分散，增加钢纤维均匀度，有效防止打结等现象；混凝土的标准符合行业规范。该材料适合在我国的煤矿中推广、使用。
【专利说明】矿用立体钢纤维强化阻燃混凝土材料【技术领域】
[0001]本发明涉及矿用混凝土材料，特别涉及一种矿用立体钢纤维强化阻燃混凝土材料，属于煤矿【技术领域】。
【背景技术】
[0002]煤炭是我国主要的能源，在我国经济中占有重要的地位，特别是近年来随着我国经济的快速发展，对煤炭的需求量增加很快。大量的需求使煤矿的开采强度不断增大，煤矿逐渐向着深部开采，而深部的高地应力环境，对巷道的支护也提出了更高的要求。目前，多用普通混凝土材料，但其强度较弱难以满足越来越高的支护要求。而钢纤维混凝土材料是解决煤矿巷道支护难题的一个有效、经济的方法。钢纤维混凝土具有显著提高混凝土抗拉强度、抗折强度、韧性和耐磨性能等优点，是一种性能优良的新型混凝土，一般用于其他行业。而针对煤矿这一行业的矿用钢纤维混凝土较少。为此，研究一种矿用的高强度钢纤维混凝土材料就成为本发明要解决的问题。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种矿用立体钢纤维强化阻燃混凝土材料，可解决现有钢纤维混凝土对煤矿现场的适应性不佳，不能完全胜任煤矿钢纤维混凝土支护巷道的要求的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供一种矿用立体钢纤维强化阻燃混凝土材料，该混凝土材料由成组的立体钢纤维与混凝土混合制成，所述成组的立体钢纤维是由阻燃型水溶胶将长短不等的若干根立体钢纤维连接而成，各钢纤维的直径不大于20mm，钢纤维的总体积量占制成的混凝土材料的0.5%~2% ;所述混凝土中水泥与沙石的重量比例为1:3~1:4，混凝土的含砂率不小于50%，水灰比为0.4~0.45。
[0005]本发明的有益效果为:通过将阻燃型水溶胶将若干根钢纤维固定为一起的成组的立体钢纤维按配比与混凝土混合制成矿用立体钢纤维强化阻燃混凝土材料。由于阻燃型水溶胶遇水溶解后使在混凝土中初步分 散的成组钢纤维实现二次分散，增加钢纤维均匀度，有效防止打结等现象，提高了混凝土材料的抗拉强度。该混凝土材料保留了普通钢纤维混凝土提高抗拉强度、抗折强度、韧性和耐磨性等参数的优点，由于加入阻燃性水溶胶其阻燃性能满足了煤矿防火的安全要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0007]图1为本发明实施例提供的矿用立体钢纤维强化阻燃混凝土材料的截面图；[0008]图2为本发明实施例提供的一种哑铃型立体钢纤维的结构图；
[0009]图3为本发明实施例提供的一种端钩型立体钢纤维的结构图；
[0010]图4为本发明实施例提供的一种直角端钩型立体钢纤维的结构图；
[0011]图5为本发明实施例提供的混凝土材料的成组的立体钢纤维示意图。
【具体实施方式】[0012]下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0013]本发明实施例提供一种矿用立体钢纤维强化阻燃混凝土材料，该混凝土材料由成组的立体钢纤维与混凝土混合制成，所述成组的立体钢纤维是由阻燃型水溶胶将长短不等的若干根立体钢纤维连接而成，各钢纤维的直径不大于20mm，钢纤维的总体积量占制成的混凝土材料的0.5%~2% ;所述混凝土中水泥与沙石的重量比例为1:3~1:4，混凝土的含砂率不小于50%，水灰比为0.4~0.45。
[0014]上述混凝土材料中，各钢纤维的表面为毛面，每个立体钢纤维的两侧各有一段钢纤维与中间一段钢纤维的形状或截面不同，且两侧的两段钢纤维的形状所在平面或其截面相互正交。
[0015]上述混凝土材料中，各钢纤维两侧与中间截面或形状不同处的位置处于黄金分割点处。
[0016]上述混凝土材料中，长短不等的立体钢纤维与混凝土混合。
[0017]上述混凝土材料中，阻燃型水溶胶采用符合矿用安全标准的含有阻燃剂的水溶胶。
[0018]上述混凝土材料中，各钢纤维长度为20~50mm,等效直径为0.3~Imm,长径比为30 ~60。
[0019]下面结合附图1、图2、图3、图4、图5和具体实施例对本发明实施例的混凝土材料作进一步地详细描述。
[0020]如图1所示，本发明实施例的矿用立体钢纤维强化阻燃混凝土材料，采用立体钢纤维I (即立体型钢纤维)，用阻燃型水溶胶将若干根立体钢纤维固定为成组的钢纤维2，最后将成组钢纤维2按配比与混凝土混合制成矿用立体钢纤维强化阻燃混凝土。根据实际应用需求结合分形理论和长、短钢纤维各自作用，为了得到性能更高的混凝土，需适当增加长钢纤维的含量和比例，为了得到混合效果更好的混凝土，需适量增加短钢纤维的含量和比例，钢纤维的总比例正常情况下应在0.5~2%之间。钢纤维I表面为毛面，且正交截面使钢纤维和混凝土之间作用力呈立体分布，增大了其与混凝土之间的摩擦力；阻燃型水溶胶遇水溶解后使在混凝土中初步分散的成组钢纤维2实现二次分散，增加钢纤维均匀度，有效防止打结等现象；混凝土粗骨料3的直径不大于20mm，混凝土的参数符合相关行业规范。
[0021]图2、3、4所示的为三种本发明实施例的混凝土材料采用的立体钢纤维(该立体钢纤维的类型包括但不仅限于图示的三种)。图2所示为哑铃型立体钢纤维的前视图和上视图，图3所示为端钩型立体钢纤维的前视图和上视图，图4所示为直角端钩型立体钢纤维的前视图和上视图。钢纤维表面4、5、6为毛面，中间虚线7、8、9为其中线，两侧虚线10、11、12、13、14、15为通过黄金分割原理确定的钢纤维两端断面变形的位置，其长度关系为L1:LII=LIV:LIII=0.382:0.618。在哑铃型立体钢纤维中，16为钢纤维一端的哑铃状平面，17为另一端的哑铃状平面，且17的断面与16的断面正交，其夹角为90° ;在端钩型立体钢纤维中，18为钢纤维一端的端钩，19为钢纤维另一端的端钩，且端钩19所在平面与18所在平面正交；在直角端钩型立体钢纤维中，20为钢纤维一端的直角端钩，21为钢纤维另一端的直角端钩，且端钩21所在平面与20所在平面正交。对于立体钢纤维的生产，可以采用溶钢抽丝法或其他方法进行生产。
[0022]图5所示的为一种成组的哑铃立体钢纤维。钢纤维的类型包括但不限于图中所示，每组钢纤维的数量可以不等于图5示的钢纤维组。如图5所示，每根立体钢纤维22由阻燃水溶胶连接成一组。
[0023]本发明实施例的阻燃混凝土材料中，采用表面为毛面的立体钢纤维，通过黄金分割点确定钢纤维两侧与中间 截面不同处的位置，并保证两处位置的横截面正交，并采用阻燃型水溶胶将若干根钢纤维固定为一组，并通过分形理论得出不同大小钢纤维的最佳配t匕，最后将成组钢纤维按配比与混凝土混合制成矿用立体钢纤维强化阻燃混凝土材料。钢纤维，且正交截面使钢纤维和混凝土之间作用力呈立体分布，增大了钢纤维与混凝土之间的摩擦力；阻燃型水溶胶遇水溶解后使在混凝土中初步分散的成组钢纤维实现二次分散，增加钢纤维均匀度，有效防止打结等现象；混凝土的标准符合相关行业规范。该矿用立体钢纤维强化阻燃混凝土保留了普通钢纤维混凝土提高抗拉强度、抗折强度、韧性和耐磨性等参数的优点，同时又有新的特点:阻燃性水溶胶的应用满足了煤矿防火的安全要求；钢纤维采用毛面设计，增大了钢纤维和混凝土之间的摩擦力和作用力，且钢纤维两端采用立体式端头设计，使钢纤维和混凝土本体之间的作用力不单纯的作用在同一条直线或平面上，而是作用在相互垂直相交的两个平面上，更有利于钢纤维和混凝土本体之间的结合；立体钢纤维的横截面变形位置是通过黄金分割原理确定的，即此位置确定在钢纤维半段上面靠近边缘侧黄金分割点的位置；同时，采用分形理论确定不同长度钢纤维在钢纤维混凝土中的含量，短纤维能够防止纤维下沉，长纤维能够更好地增强混凝土的各种强度，不同长度的钢纤维发挥各自作用的同时，也产生了协同作用，使钢纤维混凝土整体拥有更好的强度和使用效果。
[0024]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种矿用立体钢纤维强化阻燃混凝土材料，其特征在于:该混凝土材料由成组的立体钢纤维与混凝土混合制成，所述成组的立体钢纤维是由阻燃型水溶胶将长短不等的若干根立体钢纤维连接而成，各钢纤维的直径不大于20mm，钢纤维的总体积量占制成的混凝土材料的0.5%~2% ;所述混凝土中水泥与沙石的重量比例为1:3~1:4，混凝土的含砂率不小于50%，水灰比为0.4~0.45。
2.根据权利要求1所述的混凝土材料，其特征在于:所述各钢纤维的表面为毛面，每个立体钢纤维的两侧各有一段钢纤维与中间一段钢纤维的形状或截面不同，且两侧的两段钢纤维的形状所在平面或其截面相互正交。
3.根据权利要求1所述的混凝土材料，其特征在于:所述各钢纤维两侧与中间截面或形状不同处的位置处于黄金分割点处。
4.根据权利要求1所述的混凝土材料，其特征在于:所述长短不等的立体钢纤维与混凝土混合。
5.根据权利要求1所述的混凝土材料，其特征在于:所述阻燃型水溶胶采用符合矿用安全标准的含有阻燃剂的水溶胶。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的混凝土材料，其特征在于:所述各钢纤维长度为20~50mm,等效直径为0.3~1mm,长径比为30~60。
【文档编号】C04B28/04GK103570315SQ201310535839
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】聂百胜, 祥春, 孟筠青, 张辉 申请人:中国矿业大学(北京)