一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法与流程

本发明实施例涉及建筑领域，尤其涉及一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法。

背景技术：

在钢纤维增强混凝土制备过程中，因钢纤维制作便利，弹性模量高，种类多样以及与混凝土良好的粘结性使其得到广泛应用。目前，为了提高效果，主要考虑钢纤维的几何形状，类型和体积掺量来制备混凝土和水泥砂浆，而通过改善钢纤维分布情况来制备混凝土和水泥砂浆以提高其抗压、抗拉强度和断裂韧性等性能的研究较少。

关于均匀定向分布细钢纤维水泥石板材的制备，目前尚无切实可行的标准制备方法，而且细钢纤维的均匀定向分布效果也较差。研究表明，传统的钢纤维混凝土制备方法得到的钢纤维方向效应系数大约为0.4，大大降低了钢纤维的增强效率。现有研究考虑不同浇筑方式和混凝土流动方向的关系进行纤维分布评估，以活性粉末混凝土(rpc)为基体，通过端部浇筑和多点浇筑两种制备方式，获得了不同分布特征的钢纤维rpc试样，但钢纤维的方向效应系数范围仅为0.6-0.7。还有学者利用均匀电磁场对处于流塑状态的混凝土中的钢纤维进行定向控制，成功制备出钢纤维方向效应系数达到0.9的定向钢纤维混凝土，但此方法所用的钢纤维质量大，不仅钢纤维会受重力向下沉降使钢纤维上下层分布不均，而且下层钢纤维由于受上层混凝土的压力影响而较难定向排列，同时此方法也不适用于采用细钢纤维的超高性能混凝土(uhpc)的制备。

技术实现要素：

为解决现有技术的问题本发明提供的一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法，能够将钢纤维均匀定向地分布在水泥浆内，从而提高水泥石板材的强度。

本发明实施例提供一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法，包括如下步骤：步骤1，在平面上铺设钢纤维，然后将平板放在钢纤维的上方；步骤2，将磁铁组块放置在平板上，然后移动磁铁组块使钢纤维有序排列；步骤3，将平板移动至水泥模具的上方；步骤4，移除磁铁组块使钢纤维掉落在水泥模具中；步骤5，在钢纤维的上方铺设水泥模具；步骤6，判断最上方的水泥模具是否是最后一层，当判断为否时，返回步骤1，否则结束，得到水泥石板材。

本发明提供的一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法，还可以具有这样的特征，其中，水泥模具通过将水泥砂浆注入模具制成。

本发明提供的一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法，还可以具有这样的特征，其中，平板为不导磁材料。

本发明提供的一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法，还可以具有这样的特征，其中，不导磁材料是玻璃、钢化玻璃、塑料或有机玻璃中任意一种。

本发明提供的一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法，还可以具有这样的特征，其中，平板的顶面安装有一对把手，底面安装有四个支脚。

本发明提供的一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法，还可以具有这样的特征，其中，磁铁组块包括：安装板，顶面安装有拉手；以及至少一块磁铁，安装在安装板上。

本发明提供的一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法，还可以具有这样的特征，其中，磁铁呈长方体。

本发明提供的一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法，还可以具有这样的特征，其中，安装板为铁、钴或镍中任意一种材料制成。

发明的作用与效果

根据本发明提供的一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法，在制备水泥石板板时因为包括以下步骤：步骤1，在平面上铺设钢纤维，然后将平板放在钢纤维的上方；步骤2，将磁铁组块放置在平板上，然后移动磁铁组块使钢纤维有序排列；步骤3，将平板移动至水泥模具的上方；步骤4，移除磁铁组块使钢纤维掉落在水泥模具中；步骤5，在钢纤维的上方铺设一层水泥模具，步骤5，判断最上方的水泥模具是否是最后一层，当判断为否时，返回步骤1，否则结束，得到水泥石板材，所以本实施例提供的水泥石板材的制备方法能实现钢纤维的均匀定向分布，从而优化水泥石板材的力学性能，使这种通过该方法制备的水泥石板材在受到破坏应力时的断裂形式更有利于结构安全。

附图说明

图1为本发明中实施例的一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法的流程图；

图2为本发明中实施例的磁铁组块以及平板的示意图；以及

图3为本发明中实施例的水泥模具的示意图。

具体实施方式

为了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，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

<实施例>

图1为本发明中实施例的一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法的流程图。

如图1所示，本实施例提供了一种定向分布钢纤维增强水泥石板材方法，包括如下步骤：

步骤1，在平面上铺设钢纤维，然后将平板1放在钢纤维的上方。

在本步骤1中，平板1为厚度3mm、长度155mm、宽度38mm的有机玻璃板。在平板1的顶面安装有一对把手101，便于使用者移动平板1。平板1的底面安装有四个60mm高的支脚102，用于对平板1进行支撑。钢纤维的长度为6mm，直径为0.12mm。

步骤2，将磁铁组块放置在平板上，然后移动磁铁组块使钢纤维有序排列。

图2为本实施例的磁铁组块以及平板的示意图。

如图3所示，磁铁组块2包括安装板201和磁铁202。安装板201的顶面安装有拉手，便于使用者移动安装板201。安装板201采用厚度5mm、长度150mm、宽度40mm铁板制成，外表面涂有油漆，防止表面生锈。磁铁202通过磁力安装在安装板的底面。在本实施例中选取6块厚度2mm、长度35mm、宽度25mm的磁铁202，纵向安装在安装板201上形成磁铁组块2。

步骤3，将平板移动至水泥模具300的上方。

图3为本发明中实施例的水泥模具的示意图。

如图3所示，水泥模具300通过将水泥砂浆注入模具200制成。

步骤4，移除磁铁组块2使钢纤维掉落在水泥模具中；

步骤5，在钢纤维的上方铺设一层水泥模具；

步骤6，判断最上方的水泥模具是否是最后一层，当判断为否时，返回步骤1，否则结束，得到水泥石板材。

<实施例2>

按照实施例1的方法参照表1的配合比方案，制备3种石板材，其中钢纤维体积掺量为1％、1.2％以及1.5％，对应的编号分别为d1、d2、d3。水泥石板材的尺寸为40mm×40mm×160mm的水泥胶砂标准三联试模，钢纤维铺设层数均为8层，水泥砂浆铺设层数均为9层。

具体如下：将水泥、硅灰和砂放入搅拌锅中搅拌均匀，然后倒入水进行慢速搅拌，1分钟后加入减水剂，然后快速搅拌3分钟。将水泥胶砂总量的1/9，均分为3份分别浇筑入40mm×40mm×160mm的三联模中，形成第一层水泥砂浆；将细纤维总量的1/8中的1/3(即1/24)细钢纤维(例如d1试样成型1个三联摸共需纤维60g，则此时称取的纤维质量为其1/24，即2.5g)放置在桌面上；将按照步骤1组成的钢纤维均匀定向分布工具放在钢纤维之上，使钢纤维被吸附于有机玻璃板的下表面；前后、左右往复移动磁铁组块，使钢纤维均匀、定向地分布于有机玻璃板的下表面；将吸附了均匀、定向分布钢纤维的工具放置在一个成型模具中第一层水泥砂浆之上，调整有机玻璃板的支座高度，使板的下表面距离距离水泥浆上表面约10mm左右；向上提起磁铁组块，使细钢纤维因失去磁力而均匀、定向地降落到水泥胶砂表面；重复此步骤完成对另外2个三联模具中第一层水泥砂浆的钢纤维定向分布，再重复上述操作完成对其他各层水泥砂浆的浇筑及其纤维的均匀定向分布，每提高一层时，调整有机玻璃板的支座高度，使板的下表面保持距离距离水泥浆上表面约10mm左右。最终制备出细钢纤维定向均匀分布的各水泥胶砂试块。

表1细钢纤维增强水泥石板材配合比/％

<对比例>

采用传统方法参照表2的配合比方案，制备对照组水泥石板材试样，分别记为l1、l2、l3，同样各制备出3条40mm×40mm×160mm的棱柱试样。

具体如下：将水泥、硅灰、砂和细钢纤维一次性放入搅拌锅中搅拌均匀，然后倒入所需的全部水进行慢速搅拌，1分钟后加入减水剂，然后快速搅拌3分钟。将得到的水泥砂浆一次性分别浇注于三联模中，制备出细钢纤维乱向分布的各水泥胶砂试块。

表2细钢纤维增强水泥石板材配合比/％

<测试例>

将实施例2以及对比例中制备的水泥水泥胶砂试块脱模后放入同一条件下养护后测试其抗折强度，同时对比相同纤维掺量试样的抗折强度，得到本发明方法相比传统方法的增强比率，结果如表3所示。

表3试样抗折强度及2种试样的强度对比结果

从表3可以看出，随着钢纤维体积掺量的增加，各组试样的抗折强度都出现了增加。在相同细钢纤维体积掺量下，d组的抗折强度均大于l组的抗折强度，当细钢纤维体积掺量为1.2％时，强度增幅达到55.6％，这表明采用本实施例的制备方法能够大幅提高掺入细钢纤维的水泥胶砂的抗折强度和韧性。还可以看出细钢纤维体积掺量为1％的d1试样抗折强度大于细钢纤维体积掺量为1.2％的l2试样，而且细钢纤维体积掺量为1.2％的d2试样抗折强度也大于细钢纤维体积掺量为1.5％的l3试样，这表明采用本实施例的制备方法能够有效利用钢纤维增强增韧作用，可在达到强度要求的前提下减少钢纤维的用量，从而降低成本，提高这种细钢纤维增强水泥石板材的经济效益。

综上所述，本发明所采用的制备方法能实现钢纤维的均匀定向分布，钢纤维的方向效应系数可达0.95，大幅度提高钢纤维的分布效果和增强增韧性能，在相同的钢纤维掺量下可大幅度提高纤维增强水泥石板材的抗弯曲强度和韧性；或在达到相同抗弯曲强度和韧性的前提下显著降低钢纤维的掺量，从而大幅度降低这种特殊纤维增强水泥石板材的制造成本。此制备方法适用于各种高掺量细钢纤维的超高性能混凝土(uhpc)，可比传统直接在水泥砂浆中混入钢纤维的制备方法更进一步地优化水泥石板材的力学性能，明显提高这种纤维增强水泥石板材的断裂能量吸收值，并可使这种板材在受到破坏应力时的断裂形式更有利于结构安全，优化裂缝出现的形式。

实施例的作用与效果

根据本实施例提供的一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法，在制备水泥石板板时因为包括以下步骤：步骤1，在平面上铺设钢纤维，然后将平板放在钢纤维的上方；步骤2，将磁铁组块放置在平板上，然后移动磁铁组块使钢纤维有序排列；步骤3，将平板移动至水泥模具的上方；步骤4，移除磁铁组块使钢纤维掉落在水泥模具中；步骤5，在钢纤维的上方铺设一层水泥模具，步骤5，判断最上方的水泥模具是否是最后一层，当判断为否时，返回步骤1，否则结束，得到水泥石板材，所以本实施例提供的定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法能实现钢纤维的均匀定向分布，从而优化水泥石板材的力学性能，使这种通过该方法制备的水泥石板材在受到破坏应力时的断裂形式更有利于结构安全。

进一步，根据本发明提供的一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法，因为安装板采用导磁材料铁制成，所以多块磁铁可通过磁力安装在安装板上，另外便于使用者调整相邻两块磁铁的距离。

进一步，根据本发明提供的一种定向分布钢纤维增强水泥石板材的制备方法，因为平板采用有机玻璃板制成，所以降低了对磁铁组块磁感线的干扰。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。