[发明专利]一种端锚型螺旋式钢纤维及其制作加工方法

说明书

本发明公开了一种端锚型螺旋式钢纤维及其制作加工方法，该钢纤维，包括中间段以及设置在中间段两端的锚固端，所述锚固端通过平滑过渡段与中间段连接，所述中间段、锚固端以及平滑过渡段由同一根钢丝一体成型，中间段呈螺旋体状，其由钢丝轧扁呈横截面为腰形状的片状体后螺旋扭转而成；该钢纤维的制作加工方法，包括如下步骤：钢丝的夹持和固定；钢纤维中间段的轧扁；钢纤维中间段的螺旋扭转；钢纤维的截取。采用该结构的钢纤维，其与混凝土基体粘结锚固性能优异，能充分发挥高强钢材的强度，且在纤维混凝土拌合施工过程中不易成团，分散性较好，能够显著改善高强钢纤维对混凝土的增强和增韧效果。

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种新型端锚型螺旋式钢纤维及其制作加工方法。

背景技术

钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍收缩和塑性变形引起混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性、韧性和耐久性。因此，钢纤维混凝土作为一种重要的改性混凝土，在工程实践中正扮演着越来越重要的角色。

纤维间距理论、复合材料理论以及大量的试验研究表明，钢纤维对混凝土的增强增韧效果主要取决于混凝土基体强度f_c，钢纤维的长径比(纤维长度l与直径d的比值，即l/d)，钢纤维的体积率，纤维与基体间的粘结强度(τ)，以及纤维在基体中的分布和取向(η)的影响。当钢纤维混凝土破坏时，大多是钢纤维被拔出而不是被拉断。因此改善纤维与基体间的粘结强度是改善纤维增强效果的主要控制因素之一。目前国内外常用的钢纤维主要有平直形钢纤维、压棱形钢纤维、波形钢纤维、弯钩形钢纤维、大头形钢纤维、双尖形钢纤维、集束钢纤维、螺旋形钢纤维等。其中，与本发明较为接近的钢纤维包括一种螺旋麻花型钢纤维(王文安，罗光大.CN2063548新型螺旋钢纤维，1990年10月10日)和美国Helixsteel公司的Twisted Steel Micro Rebar(TSMR)。有关的研究表明，这类螺旋形钢纤维能够和混凝土形成良好的握裹力，能够有效约束骨料界面干缩以及收缩时的摩阻力，螺旋肋大幅度增加了混凝土内纤维拔出过程中吸收的能量，能够显著改善纤维与基体间的粘结效果。然而，这种螺旋式钢纤维加强混凝土最终破坏时，往往也是钢纤维从混凝土基体中拔出而不是被拉断，高强钢材的强度没有得到充分的利用。

因此，为了充分发挥高强钢纤维对混凝土的增强和增韧作用，亟需开发一种与混凝土基体锚固性能优异、能充分发挥高强钢材强度的新型钢纤维，优化外形参数控制拌合施工过程中纤维结团的不利影响，保证其在混凝土中良好的分散性，以配制出高性能的钢纤维混凝土。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有的高强钢纤维与混凝土基体锚固性能存在的不足之处，提供一种新型端锚型螺旋式钢纤维及其制作加工方法，其与混凝土基体粘结锚固性能优异，能充分发挥高强钢材的强度，且在纤维混凝土拌合施工过程中不易成团，分散性较好，能够显著改善高强钢纤维对混凝土的增强和增韧效果。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种端锚型螺旋式钢纤维，包括中间段以及设置在中间段两端的锚固端，所述锚固端通过平滑过渡段与中间段连接，所述中间段、锚固端以及平滑过渡段由同一根钢丝一体成型，中间段呈螺旋体状，其由钢丝轧扁呈横截面为腰形状的片状体后螺旋扭转而成。

进一步，所述钢纤维的总长度为20-60mm，钢纤维的总长度与成型该钢纤维所用钢丝的直径之间的比为30-80，锚固端长度为该钢丝直径的0.5-2倍，平滑过渡段长度为该钢丝直径的0.5-1倍。

进一步，所述片状体的厚度为该钢丝直径的0.3-0.6倍，宽度为该钢丝直径的1.5-2.2倍，形成螺旋体的螺距为4-8mm。

进一步，所述平滑过渡段为钢丝轧扁过程中在边界位置形成的自然过渡段。

进一步，选用钢丝的直径为0.5-1mm。