專利名稱：利用磁性使纖維成行排列的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用磁性使分散在粘稠體內的纖維成行排列的方法和裝置。本發(fā)明特別適用于使新澆灌的因而還富有塑性的混凝土和其他有粘結性的或者說糊狀的材料中的金屬纖維尤其是鋼絲成行排列(平行排列)。為此，本發(fā)明將以上述的應用作為示范性實例加以說明。
在澆灌之前先把鋼絲加到粘稠的混凝土中以增強混凝土，這是眾所周知的。通常，上述鋼絲的長度為2.5～8.0cm，直徑為0.5～1mm，因此具有一定的剛性。在纖維與混凝土的混合過程中，纖維分散在混凝土中。它在三維空間中的取向是任意的，所以澆灌后硬化的混凝土本體將沿三維方向得到增強。
但是，許多(甚至是大多數(shù)的)混凝土構件都是僅在一維或兩維方向受力。所以，按一維或兩維方向增強就足夠了。對于混凝土地板和混凝土路面，也是這樣的。這只是其中的兩個實例。
因此，這種混凝土結構最好能使纖維沿對應于應力方向的一維或兩維方向成行排列，從而經(jīng)濟地利用這種纖維增強材料。而且，最好能使纖維集中到混凝土結構中需要最大增強的區(qū)域內。
按照一種公知的使鋼絲在新澆灌的塑性混凝土板中沿一維方向成行排列的方法，通過新澆灌的粘稠混凝土本體將磁場引入澆注的混凝土中，并使磁場從其一端(側)向另一端(側)相對移動，以對各個纖維施加暫時的成行排列的力，使所有纖維沿相對移動的方向成行排列。為了促進纖維在磁場作用下的成行排列運動，在磁場和混凝土板相對移動的過程中對混凝土板加以振動。
在公知的方法中，通過設置在新澆灌的混凝土本體外面的、并且跨越處在澆注成形的混凝土本體的磁化裝置導入磁場。但是，在許多情況下，(例如在原位澆灌混凝土塊的情況下)，按上述方法使纖維成行排列是不可行的，澆灌在地面上的大平板和路面就是難以采用上述公知方法的混凝土本體的兩個實例。
在本發(fā)明的按權利要求限定的方法和裝置中，通過一種具有無磁性壁的使纖維成行機構使分散在粘稠體中的可磁化的纖維磁致成行排列。磁場穿過上述的無磁性壁的第一壁段而引入粘稠體中，與此同時，上述的纖維成行機構相對于粘稠體移動，而上述的無磁性壁的第一壁段和尾隨它的第二壁段與粘稠體相接觸。因此，當上述第一壁段從纖維的旁邊通過時，纖維便暫時地受到磁場的作用。
當纖維成行機構相對于粘稠體移動時，可以部分地或完全地埋入粘稠體內，而上述無磁性壁的第一壁段位于第二壁段的前面，并由后者尾隨之。
在相對移動過程中，無磁性壁的第一壁段附近的纖維被磁力吸引向第一壁段。但是，上述的無磁性壁阻止纖維與磁性件相接觸，這就形成了一種使磁性件與分布有纖維的粘稠體分離的屏蔽或者說壁壘。
因此，纖維成行機構吸引纖維，并容易沿其相對于粘稠體移動的方向牽拉纖維。由于粘稠體的材料富有粘性，故可阻止纖維太快速地移向纖維成行機構，并阻止纖維粘附在該機構上。這樣，纖維成行機構將相對于纖維移動，并使纖維只是暫時受到磁場力的作用。由于磁場力具有一個沿纖維成行機構與粘稠體相對移動的方向的分量，所以，當它從纖維旁邊移過時，便容易使纖維沿上述方向成行排列。
最好在纖維成行機構附近使組成粘稠體的材料受到振動，以促進纖維的成行排列。
因此，可應用本發(fā)明的原理以簡便的方法使有粘性的材料或其他的粘稠的或者說糊狀的材料中任意分布的纖維成行排列，同時又可達到使纖維集中到纖維成行機構移動的平面上的目的，上述的平面可以處于硬化后的混凝土塊在使用中必須承受巨大拉伸應力的區(qū)域。
從下面參看示出本發(fā)明應用于鋪設路面或其他的在地面上澆灌混凝土板的附圖的說明中將可更充分地理解本發(fā)明，附圖中

圖1是在地面上鋪設混凝土路面的連續(xù)步驟的概觀視圖，其中一個步驟就是按照本發(fā)明使增強鋼絲成行排列；
圖2是在圖1的使纖維成行排列的步驟中所用的使纖維成行排列裝置的透視圖；圖3是圖1的纖維正在成行排列的混凝土路面的橫剖視圖；圖4～6是3個在地面上澆灌的不同高度的混凝土板的簡圖，同時示出了本發(fā)明的使纖維成行排列裝置；圖7是圖6的使纖維成行排列裝置的改型實施例的橫剖視圖；和圖8是圖3的纖維成行排列裝置的改型實施例的橫剖視圖。
如圖1的實例所示，本發(fā)明應用于鋪設混凝土路面或者說地面混凝土板。圖中示出鋪設路面時的不同的連續(xù)的步驟，第一步驟在圖的左邊，最后一個步驟在圖的右邊。在圖的最左邊A處，將鋼的增強纖維或其他的可磁化的材料的增強纖維加入混凝土并使之按任意取向均勻地分散在混凝土中，然后再澆注該塑性混凝土。而后，在B處，對上述的塑性混凝土加以振動，并用實施本發(fā)明的使纖維成行排列的裝置11使上述增強纖維沿長度方向成行排列。上述的使纖維成行排列的裝置11由設置在沿路面縱長邊上的軌道12支承并可在該軌道12上滑行。在C處，對具有成行排列的纖維的塑性混凝土進行真空處理，然后在D處，對路面進行平整。
纖維成行排列裝置11具有一個沿待鋪設路面板條寬度方向延伸并架在軌道12上的水平主梁13。該主梁靠人工移動并通過帶有把手的控制桿14進行控制。
通過吊桿16將梁狀或棒狀的平直的纖維成行機構15懸掛在主梁13上，上述的吊桿16的垂直位置可以調節(jié)，以便將纖維成行機構15固定在選定的高度上。上述纖維成行機構15延伸過軌道12之間的整個跨度。
作為纖維成行機構15的一部分的長形殼體或者說外殼17做成具有水滴狀的橫截面，使它像一個葉片，它的圓形的第一邊或者說前邊受到導向，使其在使纖維成行排列的操作中，當具有成行機構15的成行裝置11沿既定的方向向圖1左邊移動時，它處于最前邊。上述殼體17用鋁或其他合適的無磁性材料制成。
在成行機構15的殼體17內，沿殼體的最前壁或者說第一壁段17A，有一個延伸過成行機構的整個長度的帶有可轉動的軸頸的磁輥18。上述的殼體壁的第一壁段17A的橫截面是弧形的，磁輥18的軸線L與第一壁段17A的軸線相重合(見圖3)。
環(huán)繞磁輥18均勻分布三個用例如釹制成的永久磁鐵19，每個磁鐵對著磁輥18的圓周的1/6左右。該磁鐵19的外表面位于與殼體17的第一壁段17A同心并與之相距甚近的圓柱體表面上。因此，當如下面所述使磁輥18轉動時，永久磁鐵19將移近第一壁段17A的內面。
如圖3的南北極標志N和S以及磁場線所示，磁鐵19在磁輥18上安裝成可使磁力線在垂直于磁輥18的軸線L的平面上運動。在所示實施例中，如圖3所示，磁輥18由多個沿成行機構15的長度隔開分布的電動馬達20(見圖2)帶動而作逆時針方向轉動。如果需要或者說有要求的話，磁輥18的轉動方向也可以是順時針的。
為了能將成行機構15調節(jié)到所需的工作角度，從而將殼體17的壁的尾部或者說第二壁段17B調到選定的高度，要將成行機構15安裝成可繞平行于磁輥18的軸線L的軸線(例如與軸線L重合)轉動。設置了鎖緊裝置(未示出)將成行機構鎖緊在選定的角度位置。
在使纖維成行排列的作業(yè)過程中，纖維成行排列裝置11架在軌道12上，而成行機構15則調到可使殼體17的第一壁段17A的最低段離塑性混凝土澆注層底面相當近的高度上，并將成行機構15的角度調到可使殼體17的第二壁段17B大致處于與第一壁段17A的最低段相同的高度上。
在將成行機構15調節(jié)到所需高度和所需的角度位置之后，便可使成行排列裝置11緩慢移動到圖1～3所示的左邊，從而使殼體17的第一壁段17A處于第二壁段17B的前面，并由該第二壁段17B尾隨。磁輥18沿箭頭所示的方向(逆時針方向)連續(xù)轉動，并使支承在成行排列裝置11上的振動器V工作，而使成行機構15在其中工作的混凝土本體區(qū)內的混凝土受到振動。
正如圖3的空心箭頭所示，一部分混凝土向上移動，并通過成行機構15的上側，而另一部分混凝土則向下移動，并穿過底層。在混凝土沿第一壁段17A的內側移動的過程中，設置在磁輥18上的永久磁鐵19將它們的磁場導引入第一壁段17A前面、上面和下面的混凝土中。
通常在垂直于磁輥18的轉動軸線L的平面中運動的磁場、磁力線與磁輥18一起作逆時針的圓周運動。在圓周運動的過程中，磁場對所涉及的增強纖維施加磁吸力，該磁吸力可將纖維吸引向殼體17的第一壁段17A，并使纖維沿磁力線平面成行排列。與此同時，位于成行機構15底面高度以上的纖維被磁吸力和混凝土的向下移動而向下牽拉，而低于上述高度的纖維則被向上牽拉。
因此，纖維F(或者說至少是大部分的纖維F)傾向于向成行機構15的底面移動，并形成一個沿混凝土本體和成行機構相對移動的方向水平成行排列的纖維層。
當纖維F到達與殼體17底面的中間平壁段17C并進的位置時，磁場強度便明顯減弱，因此對纖維F的磁吸力顯著減小，因為最接近于第一壁段17A與中間壁段17C之間的過渡點的磁鐵19離開纖維向上移動了，因此，對纖維F的磁吸力不再大到足以拉動與成行機構15一起的纖維，所以纖維將留在纖維層中成行位置之后面。
如果需要集聚混凝土本體上部區(qū)內的纖維層中的纖維F，可調節(jié)成行機構15的角度，必要時，可將成行機構15整個地垂直移動至殼體17的第一壁段17A和第二壁段17B大致處于同一水平面和所需的高度上。并且，顛倒磁輥18的轉動方向。
圖4、5和6簡要示出3種不同的實施本發(fā)明的方法。圖4所示的技術基本上與圖1～3所示的技術相似，上面已說明過了。因此，纖維成行排列是在混凝土鋪到地面之后發(fā)生的。
在圖5和6所示的實施例中，纖維的成行排列是在混凝土層鋪到地面的過程中發(fā)生的。更具體地說，圖5示出一種用于鋪設混凝土和使纖維成行排列的裝置，該裝置由一個沿待鋪增強混凝土主體的地面上移動的鋪設車輛承載，在該裝置中，纖維的成行排列按兩個步驟進行。將混有增強纖維的塑性混凝土供入陡峭傾斜的料箱21內，該料箱21內并排設置兩個類似于圖1～3所示的成行機構15的成行機構22，而在鋪路嘴23內又設置一個類似于成行機構15的附加成行機構22。上述鋪路嘴23構成料箱21的一個向下的延伸段，它具有一個帶有直的卸料口的澆口，通過注澆口卸出一層所需厚度的混凝土層，并鋪在地面上。
圖6所示的裝置主要是用于鋪設較薄且較窄的混凝土層，并且是手工操作的。它具有一個與圖5所示的鋪路嘴23相似的鋪路嘴24，和一個管狀通筒25，從混凝土泵(未示出)通過一根軟管將混有纖維的塑性混凝土供入上述的管狀通筒25中，在鋪路嘴24內設置一個與圖1～3所示的成行機構15相似的成行機構26，圖7更詳細地示出圖6的裝置。
圖8示出圖1～3所示的成行機構15的一種改型，在該實施例中，在可轉動的磁輥18′的內部設置了一個固定的第二磁輥27，該磁輥27位于殼體17的第一壁段或者說前壁段17A的后區(qū)，工作時，它的轉速與磁輥18′的轉速之比為3∶1，該磁輥27的一半是有磁性的(如圖中所示極性N和S)，而另一半則基本上是無磁性的。當轉動著的磁輥18′的一個磁鐵19進入磁輥27所處位置的區(qū)域時，磁鐵19的磁場將封閉其通過磁輥27的磁力線，所以只有少部分磁場進入混凝土本體，因此，磁輥18′作用在混凝土本體中的增強纖維上的吸力明顯減小，所以當纖維處于磁輥27下方的區(qū)域時，成行機構15拉動纖維一起移動的傾向很明顯地減弱。
上述各附圖所示的纖維成行排列方法和裝置的優(yōu)選實施例可以在權利要求規(guī)定的本發(fā)明的范圍之內作出幾種改型。
例如，成行機構15的殼體17的橫截面可以是相對于通過磁輥18的軸線L、并且大致垂直于通過軸線L和殼體17的第二壁段17B的邊緣的另一平面的平面大體對稱。采用上述對稱的橫截面，成行機構便在與殼體17的安置磁輥18的最厚部分相對的一側上具有一個薄邊部分，從而使機構可在混凝土中沿相反方向移動。例如，沿寬路面板的寬度方向移動而不會遇到大的移動阻力。
在此改型實施例中，最好有兩個磁輥18，這兩個磁輥18與殼體17的相對側面相連接，并沿相反方向轉動。另外，也可設置在圓周上只有一個磁鐵的單一磁輥18，該磁輥18在一個大于180°(最好是約270°)的角度內交替地沿相反方向轉動。這樣，磁場便交替地進入成行機構上方和下面的混凝土中。這種周期性的反向轉動模式可保證纖維只是暫時受到沿成行機構15相對于混凝土移動的方向上的磁性拉力。
雖然在附圖所示和上述的本發(fā)明的實施例中纖維是沿成行機構與混凝土相對移動的方向水平成行排列的，但是，如果磁輥18上的磁鐵19起磁時它們的磁力線主要在沿成行機構15的長度延伸的平面上運動的話，也可以使纖維沿垂直于上述的相對移動方向的水平方向成行排列。
還要注意，磁鐵或其他產(chǎn)生磁場的裝置，或者說所有這些磁鐵或其他裝置不一定要相對于成行機構移動。固定的永久磁鐵或其他的產(chǎn)生磁場的零件可以裝入成行機構中，以便將恒定的磁場或間歇性的磁場引入含有可磁化的纖維的材料內而使纖維成行排列。
權利要求
1．一種利用磁性使分散在粘稠物體內的可磁化的纖維成行排列的方法，包含如下步驟設置一個具有包括一個第一壁段(17A)和一個第二壁段(17B)的無磁性壁(17)的使纖維成行排列的機構(15)；使上述的機構(15)相對于上述粘稠體移動，上述的無磁性壁的第一壁段(17A)在前，而第二壁段(17B)尾隨之，并且，上述的第一壁段(17A)和第二壁段(17B)與上述粘稠體相接觸；和通過上述的無磁性壁(17)的第一壁段(17A)將磁場引入上述粘稠體內，使粘稠體內的纖維(F)經(jīng)受一種移動的磁場。
2．根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，主要是通過無磁性壁(17)的第一壁段(17A)將磁場作用到上述的粘稠體中的。
3．根據(jù)權利要求1或2的方法，其特征在于，基本上只是通過無磁性壁(17)的第一壁段(17A)將磁場作用到粘稠體中。
4．根據(jù)權利要求1～3中任一項的方法，其特征在于，上述的纖維成行機構(15)基本上平行于粘稠體的表面移動。
5．根據(jù)權利要求1～4中任一項的方法，其特征在于，上述的纖維成行機構(15)至少部分地埋入粘稠體內。
6．根據(jù)權利要求1～5中任一項的方法，其特征在于，上述磁場的磁力線主要在大致垂直于無磁性壁(17)、并且大致平行于纖維成行機構(15)與粘稠體相對移動方向的平面上運動。
7．根據(jù)權利要求1～5中任一項的方法，其特征在于，上述磁場的磁力線主要在包含一條平行于所需的成行排列方向并垂直于纖維成行機構與粘稠體相對移動方向的直線的平面內運動。
8．根據(jù)權利要求1～7中任一項的方法，其特征在于，通過設置在上述的纖維成行機構(15)內并且可繞沿無磁性壁(17)的第一壁段(17A)延伸的軸線(L)轉動的磁性件(18)將磁場引入上述粘稠體內。
9．根據(jù)權利要求1～8中任一項的方法，其特征在于，上述的粘稠體是一種大致水平的板塊。
10．根據(jù)權利要求1～9中任一項的方法，其特征在于，上述的粘稠體是一種塑性混凝土板塊或者說塑性混凝土層。
11．根據(jù)權利要求1～10中任一項的方法，其特征在于，在上述的纖維成行機構(15)相對于粘稠體移動的過程中，使粘稠體振動。
12．一種利用磁性使分布在粘稠體內的可磁化的纖維成行排列的裝置，它具有一個纖維成行機構(15)，該機構含有-一個包含第一壁段(17A)和第二壁段(17B)的無磁性壁(17)；和-一個設置在上述無磁性壁(17)的第一壁段(17A)附近、用于通過上述無磁性壁(17)的第一壁段(17A)將磁場引入上述粘稠體內的磁性件(18)；和一個使上述纖維成行機構(15)相對于粘稠體移動的操縱機構(14)，在相對移動過程中，上述無磁性壁(17)的第一壁段(17A)位于第二壁段(17B)的前面，而上述的第一和第二壁段(17A、17B)與上述粘稠體相接觸。
13．根據(jù)權利要求12的裝置，其特征在于，上述的纖維成行機構(15)具有一個包含上述無磁性壁(17)并接納上述磁性件(18)的空心長形殼體。
14．根據(jù)權利要求13的裝置，其特征在于，上述的磁性件(18)設置在無磁性壁(17)附近鄰接第一壁段(17A)處，并沿寬度方向與無磁性壁(17)的另一部分隔開。
15．根據(jù)權利要求14的裝置，其特征在于，上述的磁性件(18)基本上貫穿空心殼體(17)的全長。
16．根據(jù)權利要求12～15中任一項的裝置，其特征在于，上述的磁性件(18)具有一個安裝在上述空心殼體(17)內的圓柱形輥子，該輥子可繞沿殼體(17)的長度方向延伸的軸線(L)轉動，并且在其圓周表面上帶有至少一個磁鐵。
17．根據(jù)權利要求16的裝置，其特征在于，還具有一個帶動空心殼體(17)內的輥子(18)轉動的馬達(20)。
18．根據(jù)權利要求16或17的裝置，其特征在于，上述的無磁性壁(17)的第一壁段(17A)與上述輥子(18)是同心的。
19．根據(jù)權利要求18的裝置，其特征在于，上述的空心殼體(17)的橫截面從第一壁段(17A)向著第二壁段(17B)逐漸變小。
20．根據(jù)權利要求12～19中任一項的裝置，其特征在于，上述的纖維成行機構(15)設置在一個具有用于澆注含有彌散分布的可磁化纖維的粘稠混合物的排料口的鋪路嘴(21、24)內，并且，上述的無磁性壁(17)的第一壁段(17A)朝向離開上述排料口的方向。
全文摘要
通過如下步驟將可磁化的纖維分布在一種粘稠體內(具體地說是將增強金屬纖維分布在一種濕態(tài)的有粘性的材料中):設置一種具有包含第一壁段(17A)和第二壁段(17B)的非磁性壁(17)的纖維成行排列機構(15);使該機構(15)相對于上述粘稠體移動,而上述的第一壁段(17A)在前,第二壁段(17B)跟隨其后,并且第一和第二壁段(17A、17B)都與粘稠體相接觸;和通過第一壁段(17A)將磁場導引入粘稠體內,以使上述纖維(F)受到移動磁場的作用。實施上述方法的裝置具有:一個具有包含第一壁段(17A)和第二壁段(17B)的非磁性壁(17)和一個設置在第一壁段(17A)附近、用于通過第一壁段(17A)將磁場引入粘稠體中的磁性件(18)的纖維成行排列機構(15);和一個使上述纖維成行排列機構(15)相對于粘稠體移動的操縱機構(14),在移動過程中,第一壁段(17A)在第二壁段(17B)的前面,而且第一和第二壁段(17A、17B)都與粘稠體相接觸。
文檔編號E04G21/02GK1306472SQ9980774
公開日2001年8月1日 申請日期1999年6月24日 優(yōu)先權日1998年6月24日
發(fā)明者比約恩·斯韋德伯格 申請人:比約恩·斯韋德伯格