本實(shí)用新型屬于鋼纖維混凝土性能測(cè)試儀器技術(shù)領(lǐng)域。涉及了一種鋼纖維混凝土中纖維分散性和體積率試驗(yàn)設(shè)備。

背景技術(shù)：

鋼纖維在混凝土中的體積率是鋼纖維混凝土應(yīng)用過程中極其重要的參數(shù)，無論是在科學(xué)研究還是在工程實(shí)踐中，用水洗法測(cè)定鋼纖維混凝土中的分散性和體積率是極其普遍的。

鋼纖維在混凝土中分散性直接影響纖維混凝土的物理力學(xué)性能和耐久性，分散性試驗(yàn)及評(píng)價(jià)方法主要包括水洗法、電鏡法和三維CT可視化掃描法等，其中最常用和操作性最強(qiáng)的仍為水洗法。

在鋼纖維混凝土工程中，鋼纖維體積率試驗(yàn)方法主要參照中國(guó)工程建設(shè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(CECS13：2009)提供的“拌合物中纖維含量試驗(yàn)”試驗(yàn)方法，通過水洗法收集隨機(jī)分布在纖維混凝土拌合物中的纖維，將黏附物清除后，烘干至恒重后，計(jì)算單位體積的纖維含量，進(jìn)而求出纖維體積率。

在鋼纖維混凝土工程中，仍未出臺(tái)鋼纖維的分散性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法相關(guān)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)內(nèi)主要是通過水洗法、電鏡法和三維CT可視化掃描法等方法宏觀評(píng)價(jià)鋼纖維的分散性。水洗法中同樣是通過收集隨機(jī)分布在纖維混凝土拌合物中的纖維，將黏附物清除后，烘干至恒重后，計(jì)算單位體積的纖維含量，進(jìn)而求出纖維在混凝土中的變異系數(shù)和分散系數(shù)。

目前業(yè)內(nèi)測(cè)定鋼纖維在混凝土中的體積率和分散性主要還是通過篩除直接大于20mm的骨料(集料)后，將拌合物倒入大于10倍拌合物體積的大容器中，手動(dòng)充分?jǐn)嚢韬?，將灰漿緩慢倒出，在剩下的砂石及鋼纖維殘?jiān)惺謩?dòng)或者用磁鐵收集鋼纖維。使用上述方法收集混凝土拌合物中的鋼纖維，存在以下問題：1)試驗(yàn)操作過程中將灰漿倒出的時(shí)候，渾濁的灰漿容易帶出部分鋼纖維樣品，進(jìn)而影響試驗(yàn)結(jié)果的精確性；2)在實(shí)際測(cè)試過程中，試驗(yàn)人員需要長(zhǎng)時(shí)間對(duì)析出灰漿的砂石及鋼纖維殘?jiān)M(jìn)行手動(dòng)或者手動(dòng)操作磁鐵收集鋼纖維，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，堅(jiān)硬、鋒利的鋼纖維樣品甚至可能導(dǎo)致試驗(yàn)人員擦傷；3)分散開來的鋼纖維數(shù)量大，根數(shù)多，缺少高效、自動(dòng)化的儀器設(shè)備，往往導(dǎo)致工作效率低下，當(dāng)檢測(cè)數(shù)量較多時(shí)這種劣勢(shì)尤為明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是解決鋼纖維混凝土中纖維分散性及體積率試驗(yàn)中鋼纖維難以篩選和收集的問題。為提高試驗(yàn)人員工作效率，提高試驗(yàn)結(jié)果的精確性，提供一種鋼纖維混凝土中纖維分散性和體積率試驗(yàn)設(shè)備。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案：一種鋼纖維混凝土中纖維分散性和體積率試驗(yàn)設(shè)備，包括機(jī)座、支撐立柱以及雙速電機(jī)，支撐立柱下端連接機(jī)座，上端將雙速電機(jī)支撐，所述支撐立柱上設(shè)置有電源接口和控制面板，雙速電機(jī)通過電源接口與外部電源連接，控制面板控制雙速電機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)速快慢，雙速電機(jī)的前端設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承連接變速箱，所述變速箱的下方安裝行星式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，行星式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)下方安裝葉片鎖緊螺母，葉片鎖緊螺母連接磁性攪拌葉片，磁性攪拌葉片伸入到非鐵質(zhì)攪拌鍋內(nèi)，雙速電機(jī)通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、變速箱和行星式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)磁性攪拌葉片在非鐵質(zhì)攪拌鍋內(nèi)進(jìn)行攪拌，非鐵質(zhì)攪拌鍋安裝在攪拌鍋鍋?zhàn)希瑪嚢桢佸佔(zhàn)潭ㄟB接升降機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)通過升降操作手柄進(jìn)行升降調(diào)節(jié)從而調(diào)節(jié)非鐵質(zhì)攪拌鍋的高度。

所述控制面板由電源開關(guān)按鈕和旋轉(zhuǎn)速率調(diào)節(jié)按鈕組成。

所述升降機(jī)構(gòu)包括緊靠支撐立柱設(shè)置的側(cè)桿，側(cè)杠的上下兩端分別設(shè)置限位機(jī)構(gòu)用以限定非鐵質(zhì)攪拌鍋在限定范圍內(nèi)靈活升降。

所述葉片鎖緊螺母為鋁制材料制成，避免與所述磁性攪拌葉片產(chǎn)生磁效應(yīng)。

所述磁性攪拌葉片為方便與葉片鎖緊螺母安裝和拆卸的可更換式葉片。

所述磁性攪拌葉片由可緩解磁芯磁力釋放的鐵質(zhì)外殼和內(nèi)部磁芯組成。

所述非鐵質(zhì)攪拌鍋容積為5～10L，材質(zhì)為非鐵質(zhì)金屬。

本實(shí)用新型的技術(shù)效果：大大縮短試驗(yàn)人員的試驗(yàn)時(shí)間和減少不必要的麻煩，提高工作效率，同時(shí)可以保證試驗(yàn)結(jié)果的精確性。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是鋼纖維混凝土中纖維的分散性和體積率試驗(yàn)操作流程圖。

圖中標(biāo)號(hào)分別表示，1—雙速電機(jī)，2—電源接口，3—支撐立柱，4—控制面板，5—機(jī)座，6—轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，7—變速箱，8—行星式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，9—葉片鎖緊螺母，10—升降操作手柄，11—磁性攪拌葉片，12—非鐵質(zhì)攪拌鍋，13—升降機(jī)構(gòu)，14—攪拌鍋鍋?zhàn)?/p>

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明：

如圖1所示，一種鋼纖維混凝土中纖維分散性和體積率試驗(yàn)設(shè)備，包括機(jī)座5、支撐立柱3以及雙速電機(jī)1，支撐立柱3下端連接機(jī)座5，上端將雙速電機(jī)1支撐，其特征在于：所述支撐立柱3上設(shè)置有電源接口2和控制面板4，雙速電機(jī)1通過電源接口2與外部電源連接，控制面板4控制雙速電機(jī)1的啟停和轉(zhuǎn)速快慢，雙速電機(jī)1的前端設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6，轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6連接變速箱7，所述變速箱7的下方安裝行星式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8，行星式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8下方安裝葉片鎖緊螺母9，葉片鎖緊螺母9連接磁性攪拌葉片11，磁性攪拌葉片11伸入到非鐵質(zhì)攪拌鍋12內(nèi)，雙速電機(jī)1通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6、變速箱7和行星式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8帶動(dòng)磁性攪拌葉片11在非鐵質(zhì)攪拌鍋12內(nèi)進(jìn)行攪拌，非鐵質(zhì)攪拌鍋12安裝在攪拌鍋鍋?zhàn)?4上，攪拌鍋鍋?zhàn)?4固定連接升降機(jī)構(gòu)13，升降機(jī)構(gòu)13通過升降操作手柄10進(jìn)行升降調(diào)節(jié)從而調(diào)節(jié)非鐵質(zhì)攪拌鍋12的高度。

所述控制面板4由電源開關(guān)按鈕和旋轉(zhuǎn)速率調(diào)節(jié)按鈕組成，可通過控制面板按鈕靈活控制星式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速率。

所述升降機(jī)構(gòu)13包括緊靠支撐立柱設(shè)置的側(cè)桿，側(cè)杠的上下兩端分別設(shè)置限位機(jī)構(gòu)用以限定非鐵質(zhì)攪拌鍋在限定范圍內(nèi)靈活升降。

所述葉片鎖緊螺母9為鋁制材料制成，避免與所述磁性攪拌葉片11產(chǎn)生磁效應(yīng)。

所述磁性攪拌葉片11為方便與葉片鎖緊螺母9安裝和拆卸的可更換式葉片。

所述磁性攪拌葉片11由可緩解磁芯磁力釋放的鐵質(zhì)外殼和內(nèi)部磁芯組成，鐵質(zhì)外殼可緩解磁芯磁力釋放，避免攪拌過程中混凝土骨料碰撞磨損，延長(zhǎng)磁芯攪拌葉片使用壽命。

所述非鐵質(zhì)攪拌鍋12容積為5～10L，材質(zhì)為非鐵質(zhì)金屬。

圖2是本實(shí)用新型開展鋼纖維混凝土中纖維分散性和體積率試驗(yàn)操作流程圖，該流程包括：

選用本實(shí)用新型開展鋼纖維混凝土中纖維分散性和體積率試驗(yàn)流程包括試驗(yàn)樣品制備、試驗(yàn)過程和結(jié)果處理三部分；

試驗(yàn)樣品由混凝土拌合設(shè)備拌制，選取一定體積(或質(zhì)量)的鋼纖維混凝土拌合物樣品，經(jīng)稱量后，篩除大于20mm的骨料(集料)，備用；分次選擇約攪拌鍋容積1/3體積的試樣樣品，裝入非鐵質(zhì)金屬攪拌鍋，并向盛入上述拌合物的攪拌鍋內(nèi)加水至距鍋頂部3～5cm處；

一個(gè)試驗(yàn)過程包括攪拌鍋安裝、磁性葉片安裝及鎖緊、慢速或中速攪拌、卸下磁性葉片收集鋼纖維、卸下攪拌鍋檢查殘?jiān)炔襟E。慢速或中速攪拌時(shí)間大致控制在40～60s，因快速攪拌容易將拌合物和水濺出，不建議采用快速攪拌；在磁性葉片中收集鋼纖維樣品時(shí)可選擇手動(dòng)或者采用非鐵質(zhì)刷進(jìn)行；試驗(yàn)后根據(jù)攪拌鍋內(nèi)殘?jiān)康亩嗌贈(zèng)Q定是否需要開展二次試驗(yàn)；

試驗(yàn)結(jié)果處理通過稱取收集的鋼纖維重量，計(jì)算出單位體積鋼纖維混凝土拌合物纖維含量，從而根據(jù)相關(guān)計(jì)算公式計(jì)算體積率、分散系數(shù)和變異系數(shù)等試驗(yàn)參數(shù)。

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型及其有益效果作進(jìn)一步說明。

應(yīng)用實(shí)例

為驗(yàn)證本實(shí)用新型在實(shí)際操作過程中的效果，選擇4種鋼纖維分別在3種不同的摻量(體積率)下進(jìn)行鋼纖維分散性和體積率試驗(yàn)，3種不同摻量下每種摻量均隨機(jī)選取8個(gè)150mm×150mm×150mm混凝土立方塊樣品，通過采用本實(shí)用新型設(shè)備收集鋼纖維，并稱取收集的鋼纖維重量，計(jì)算出單位體積鋼纖維混凝土拌合物纖維含量，從而根據(jù)《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(CECS13：2009)提供的“拌合物中纖維含量試驗(yàn)”試驗(yàn)方法有關(guān)計(jì)算公式計(jì)算體積率，根據(jù)分散性試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)—分散系數(shù)和變異系數(shù)等計(jì)算公司計(jì)算分散系數(shù)和變異系數(shù)。

鋼纖維體積率試驗(yàn)

鋼纖維體積率試驗(yàn)采用《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(CECS13：2009)提供的“拌合物中纖維含量試驗(yàn)”試驗(yàn)方法進(jìn)行。纖維含量計(jì)算公式如式1所示；纖維體積率計(jì)算公式如式2所示。

式中：W_f為纖維混凝土中纖維含量(kg/m³)；

m_f為取樣容器中纖維質(zhì)量(g)，采用本實(shí)用新型設(shè)備測(cè)定；

V為取樣容器容積(L)。

式中：ρ_f為纖維混凝土中纖維體積率(％)；

W_f為纖維混凝土中纖維含量(kg/m³)；

γ_f為纖維的質(zhì)量密度(kg/m³)。

采用本實(shí)用新型設(shè)備開展的4個(gè)樣品3種摻量下，12個(gè)試驗(yàn)組合纖維體積率試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。從試驗(yàn)結(jié)果可知，采用本實(shí)用新型設(shè)備實(shí)測(cè)鋼纖維體積率結(jié)果與理論體積率相近，體積率偏差值在1.0％以下，偏差較小，精度較高。

鋼纖維分散性試驗(yàn)

鋼纖維在水泥基材料中的分散性評(píng)價(jià)方法中水洗法為最為常用方法，該法是從新拌混凝土中不同部位隨機(jī)取出大致等量的n份試驗(yàn)稱量，然后采用本實(shí)用新型設(shè)備通過水洗攪拌從拌合物中篩選出鋼纖維，并洗凈烘干后稱量，計(jì)算出單位質(zhì)量混凝土拌合物中的纖維質(zhì)量，繼而求出纖維在混凝土拌合物中的變異系數(shù)ψ和分散系數(shù)β。當(dāng)混凝土拌合物中纖維完全均勻分布的情況ψ＝0，β＝1；試驗(yàn)中ψ越接近0，β越接近1則分散性越好；ψ，β主要反映統(tǒng)計(jì)意義上的分散均勻性。變異系數(shù)ψ和分散系數(shù)β的計(jì)算公式如式3和式4所示

式中：ψ(x)為纖維混凝土中纖維變異系數(shù)；

S(x)為標(biāo)準(zhǔn)差；

P(x)為各份試驗(yàn)纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值，采用本實(shí)用新型設(shè)備測(cè)定結(jié)果計(jì)算。

式中：β為纖維分散系數(shù)。

采用本實(shí)用新型設(shè)備開展的4個(gè)樣品3種摻量下，12個(gè)試驗(yàn)組合纖維分散性變異系數(shù)和分散系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。從試驗(yàn)結(jié)果可知，采用本實(shí)用新型設(shè)備實(shí)測(cè)鋼纖維在混凝土中的分散性試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)—變異系數(shù)ψ和分散系數(shù)β分別在0.01～0.05和0.95～0.99之間，變異系數(shù)ψ較接近0，分散系數(shù)β較接近1，分散性能均較好。

表1采用本實(shí)用新型設(shè)備進(jìn)行鋼纖維樣品在混凝土中體積率試驗(yàn)結(jié)果

表2采用本實(shí)用新型設(shè)備進(jìn)行鋼纖維樣品在混凝土中分散性試驗(yàn)結(jié)果