NL1030275C2

NL1030275C2 - Method and device for manufacturing a fiber-reinforced element.

Info

Publication number: NL1030275C2
Application number: NL1030275A
Authority: NL
Inventors: Josephus Cornelis Pet Heerkens; Henricus Clemens Marie Breek
Original assignee: Heijmans Infrastructuur Bv
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2007-04-27
Also published as: EP1779986A2; EP1779986A3

Description

Werkwijze en inrichting voor het vervaardigen van een vezelversterkt elementMethod and device for manufacturing a fiber-reinforced element

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van elementen, in het bijzonder betonelementen, die zijn versterkt met vezels. Het gaat daarbij 5 in het bijzonder om vezels uit een magnetiseerbaar materiaal, zoals staal. Een dergelijke werkwijze is bekend uit de Duitse octrooiaanvrage 19.750.746. Volgens deze bekende werkwijze wordt een mengsel uit een hydraulisch bindmiddel, zoals bijvoorbeeld beton of mortel, opgenomen in een vormmal. De met het mengsel gevulde vormmal wordt vervolgens door een spoel geleid die bijvoorbeeld een parallel magneetveld op-10 gewekt. Onder invloed van dat parallelle magneetveld worden vervolgens de magneti-seerbare vezels alle in één en dezelfde richting gericht.The invention relates to a method for manufacturing elements, in particular concrete elements, which are reinforced with fibers. This relates in particular to fibers from a magnetizable material, such as steel. Such a method is known from German patent application 19,750,746. According to this known method, a mixture from a hydraulic binder, such as for example concrete or mortar, is incorporated in a mold. The mold filled with the mixture is then passed through a coil which, for example, generates a parallel magnetic field. Under the influence of that parallel magnetic field, the magnetizable fibers are then all directed in one and the same direction.

Het voordeel van een dergelijk element met gerichte vezels komt tot uiting in de grotere weerstand tegen de buigbelastingen en trekbelastingen. Willekeurig georiënteerde vezels bieden eveneens reeds verbeterde mechanische eigenschappen voor het 15 element, doch deze verbeteringen zijn in alle richtingen vrijwel even groot. Voor elementen die slechts in een of enkele richtingen worden belast, is dat echter niet altijd een voordeel. In die gevallen zou het wenselijk zijn om het nuttig effect van alle in het bouwelement zich bevindende vezels nuttig te gebruiken voor de betreffende belastingen. In dat verband is het derhalve gunstig indien de vezels in bepaalde richtingen ge-20 richt zijn.The advantage of such an element with directed fibers is reflected in the greater resistance to the bending loads and tensile loads. Randomly oriented fibers also offer already improved mechanical properties for the element, but these improvements are almost the same in all directions. However, this is not always an advantage for elements that are only loaded in one or a few directions. In those cases, it would be desirable to use the useful effect of all the fibers contained in the building element for the relevant loads. In that connection it is therefore favorable if the fibers are directed in certain directions.

Niettemin bezit deze bekende werkwijze toch ook nog nadelen. Zo zijn de vezels bij het bekende element weliswaar uniform gericht, doch zij zijn nog steeds verspreid aanwezig over de dwarsdoorsnede van het element. Voor bepaalde toepassingen is het echter wenselijk de vezels te concentreren in bepaalde gebieden, in de vorm van aan-25 eengesloten reeksen. Dat is bij de bekende werkwijze niet mogelijk, aangezien het door de spoel opgewekte magneetveld noodzakelijkerwijze een uniforme werking heeft op de vezels en daardoor tot een uniforme, regelmatige verdeling van de vezels leidt.Nevertheless, this known method still has disadvantages. For example, the fibers of the known element are uniformly oriented, but they are still scattered throughout the cross-section of the element. For certain applications, however, it is desirable to concentrate the fibers in certain areas, in the form of contiguous series. This is not possible with the known method, since the magnetic field generated by the coil necessarily has a uniform effect on the fibers and therefore leads to a uniform, regular distribution of the fibers.

Doel van de uitvinding is daarom een werkwijze te verschaffen waarbij enerzijds magnetiseerbare vezels in een mengsel uit een bindmiddel en dergelijke vezels in een 30 gewenste richting gericht kunnen worden, doch waarbij anderzijds die vezels in bepaalde gebieden geconcentreerd kunnen worden. Dat doel wordt bereikt met een werkwijze voor het vervaardigen van een door middel van magnetiseerbare vezels versterkt bouwelement, omvattende de stappen van: 1030275_ 2 -het verschaffen van een mengsel van een bindmiddel en magnetiseerbare vezels, -het verschaffen van een magneetinrichting in het mengsel, -het ten opzichte van elkaar verplaatsen van het mengsel en de magneetinrichting, -het onder invloed van de relatieve verplaatsing van het mengsel en de magneet-5 inrichting en het magnetische veld van de magneetinrichting vormen van tenminste een reeks vezels achter de magneetinrichting, -het doen verharden van het bindmiddel nadat tenminste een reeks vezels is gevormd.The object of the invention is therefore to provide a method in which on the one hand magnetizable fibers in a mixture of a binder and such fibers can be directed in a desired direction, but on the other hand those fibers can be concentrated in certain areas. That object is achieved with a method for manufacturing a building element reinforced by means of magnetizable fibers, comprising the steps of: providing a mixture of a binder and magnetizable fibers, providing a magnetic device in the mixture, - moving the mixture and the magnet device relative to each other, - forming at least a series of fibers behind the magnet device under the influence of the relative movement of the mixture and the magnet device and the magnetic field of the magnet device, hardening the binder after at least one array of fibers has been formed.

Het voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is dat het nu niet alleen 10 mogelijk is om de magnetiseerbare vezels te richten, doch ook om deze te concentreren. Daardoor kan men als het ware slierten vezels vormen, die een werking hebben analoog aan de wapeningsstaven die bekend zijn bij de betonelementen volgens de stand van de techniek. Door middel van dergelijke geconcentreerde reeksen vezels, in het bijzonder staalvezels, kan een betonelement worden verkregen waarvan de eigenschappen min of 15 meer overeenkomen met die van een betonelement waarin zich de traditionele wapeningsstaven bevinden. Het voordeel daarvan is dat het betonelement volgens de uitvinding tevens kan worden toegepast als vervanging van de op zich bekende betonelementen met wapeningsstaven.The advantage of the method according to the invention is that it is now possible not only to direct the magnetizable fibers, but also to concentrate them. As a result, it is possible to form, as it were, strands of fibers which have an effect analogous to the reinforcing bars known in the concrete elements according to the prior art. By means of such concentrated series of fibers, in particular steel fibers, a concrete element can be obtained whose properties more or less correspond to those of a concrete element in which the traditional reinforcing bars are located. The advantage thereof is that the concrete element according to the invention can also be used as a replacement for the concrete elements known per se with reinforcing bars.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding worden de vezels die zich in het bind-20 middel bevinden, naar de magneet toegetrokken. Uiteindelijk komen de vezels daardoor aan de magneet te kleven. De aan de magneet klevende, gemagnetiseerde vezels vormen op hun beurt weer aanhechtingspunten voor verdere vezels, zodat uiteindelijk een sliert vezels ontstaat. De wrijvingskrachten tussen het bindmiddel, dat langs de slierten stroomt, en die vezels leidden ertoe dat de onderste vezels op een zeker mo-25 ment losraken en worden “meegevoerd” met het bindmiddel. Dit effect treedt op zodra die wrijvingskrachten groter zijn dan de magnetische krachten. Wanneer daarna het bindmiddel verhard, is een betonelement verkregen met daarin slierten of reeksen vezels, welke reeksen vezels een zeer gunstige invloed hebben op de treksterkte en buig-sterkte van het betreffende betonelement.In the method according to the invention, the fibers contained in the binder are drawn towards the magnet. As a result, the fibers eventually stick to the magnet. The magnetized fibers adhering to the magnet in turn form points of attachment for further fibers, so that eventually a strand of fibers is formed. The frictional forces between the binder that flows along the strings, and those fibers led to the lower fibers becoming detached at a certain moment and being "entrained" with the binder. This effect occurs as soon as those frictional forces are greater than the magnetic forces. When the binder subsequently hardens, a concrete element is obtained with strings or series of fibers therein, which series of fibers have a very favorable influence on the tensile strength and flexural strength of the concrete element in question.

30 De locatie van de magneet over de doosnede, en de vorm daarvan zijn bepalend voor de locatie van de vezel slierten over de doorsnede van het betonelement. Anders dan bij de werkwijze volgens de stand van de techniek, behoefte de oriëntatie van de vezels op zich niet te worden bepaald door de magneet. De oriëntatie geschiedt immers 1030275_ 3 door de wrijvingskrachten die bij het snelheidsverchil van het mengsel ten opzichte van de magneet optreden tussen het bindmiddel en de vezels.The location of the magnet over the box section, and the shape thereof, determine the location of the fiber strands across the cross-section of the concrete element. Unlike the method according to the prior art, the orientation of the fibers per se need not be determined by the magnet. After all, the orientation is effected by the frictional forces that occur between the binder and the fibers in the speed difference of the mixture relative to the magnet.

De werkwijze volgens de uitvinding omvat tevens het plaatsen van een kap aan de stroomopwaartse zijde van de magneetinrichting. Als gevolg van de aanwezigheid 5 van een dergelijke kap, die in het bijzonder uit een materiaal kan bestaan met een niet magnetiserende werking, wordt de vorming van slierten vezels stroomafwaarts van de magneet nog verder verbeterd.The method according to the invention also comprises placing a cap on the upstream side of the magnet device. As a result of the presence of such a cap, which may in particular consist of a material with a non-magnetizing action, the formation of strands of fibers downstream of the magnet is further improved.

Zoals reeds genoemd kan door middel van de werkwijze volgens de uitvinding een gereed bouwproduct worden verkregen met daarin een bepaalde, gewenste wape-10 ning in de vorm van slierten vezels. Het bouwproduct wordt verkregen door het bindmiddel te doen verharden na de vorming van de slierten vezels. Daartoe omvat de werkwijze volgens de uitvinding tevens de stap van het doen stromen van het mengsel door een vormmal of het stroomopwaarts bewegen van de vormmal en magneet voor het vormen van het bouwelement. In de betreffende vormmal kan het bindmiddel ver-15 harden, waarna het gerede product kan worden uitgenomen.As already mentioned, a finished construction product can be obtained by means of the method according to the invention, containing a certain, desired reinforcement in the form of strands of fibers. The building product is obtained by hardening the binder after the formation of the strands of fibers. To that end, the method according to the invention also comprises the step of flowing the mixture through a mold or moving the mold and magnet upstream to form the building element. The binder can harden in the respective mold, after which the finished product can be taken out.

De werkwijze volgens de uitvinding kan op vele verschillende manieren worden uitgevoerd, in verband met het vervaardigen van verschillende typen producten, zoals bouwproducten. Zo kan de werkwijze volgens de uitvinding het toepassen omvatten van een ringvormige magneet of een stel volgens een ring geplaatste magneten zodanig 20 dat het mengsel binnen de door de ringvormige magneet of het volgens een ring geplaatste stel magneten kan stromen. Bij een dergelijke uitvoering van de magneetinrichting kunnen ringvormige gedaanten van de vezel slierten worden verkregen, die weer een bepaald gewenst versterkend effect opleveren.The method according to the invention can be carried out in many different ways, in connection with the manufacture of different types of products, such as construction products. For example, the method according to the invention may comprise the use of an annular magnet or a set of magnets placed in a ring such that the mixture can flow within the set of magnets placed by the annular magnet or the ring arranged in a ring. With such an embodiment of the magnet device, annular shapes of the fiber strings can be obtained, which in turn produce a certain desired reinforcing effect.

De werkwijze volgens de uitvinding is niet alleen geschikt voor het vervaardigen 25 van bijvoorbeeld paalvormig bouwelementen, maar ook van plaatvormige bouwelementen en dergelijke. Ook is het mogelijk blokken te vervaardigen.The method according to the invention is not only suitable for the manufacture of, for example, pole-shaped building elements, but also of plate-shaped building elements and the like. It is also possible to manufacture blocks.

De uitvinding betreft tevens een inrichting voor het uitvoeren van de hiervoor beschreven werkwijze, omvattende een stromingskanaal met een toevoeropening voor het toevoeren van een mengsel uit een bindmiddel en magnetiseerbare vezels, alsmede 30 en zich daarin bevindende magneetinrichting. Aan de stroomopwaartse zijde van de magneetinrichting is bij voorkeur een kap van een niet magnetisch materiaal voorzien.The invention also relates to a device for carrying out the method described above, comprising a flow channel with a feed opening for feeding a mixture of a binder and magnetizable fibers, as well as a magnetic device located therein. A cap of a non-magnetic material is preferably provided on the upstream side of the magnet device.

Tenslotte betreft de uitvinding een product, vervaardigd volgens de werkwijze zoals hiervoor beschreven.Finally, the invention relates to a product manufactured according to the method as described above.

1 03 0275_1 03 0275_

JJ

44

De uitvinding zal vervolgens toegelicht worden aan de hand van een in de figuur weergegeven uitvoeringsvoorbeeld. In de schematisch weergegeven mal 1 wordt een snelheidsverschil 2 opgewekt tussen enerzijds een mengsel bestaande uit een bindmiddel 3, zoals beton, en vezels 4, in het bijzonder staalvezels, en anderzijds een magneet.The invention will subsequently be elucidated on the basis of an exemplary embodiment shown in the figure. In the mold 1 shown diagrammatically, a speed difference 2 is generated between on the one hand a mixture consisting of a binder 3, such as concrete, and fibers 4, in particular steel fibers, and on the other hand a magnet.

5 In de mal 1 is een sterke, in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld ringvormige magneet 5 opgenomen, zodanig dat het mengsel 3, 4 langs de magneet 5 stroomt of de magneet door het mengsel wordt bewogen. Stroomopwaarts van de magneet 5 is een kap van een niet magnetisch materiaal (6) aangebracht.A strong magnet 5 is included in the mold 1, in the present exemplary embodiment such that the mixture 3, 4 flows along the magnet 5 or the magnet is moved through the mixture. A cap of a non-magnetic material (6) is arranged upstream of the magnet 5.

Onder invloed van het door de ringmagneet 5 opgewekte magnetische veld wor-10 den de aanvankelijk willekeurig in het mengsel verdeelde vezels 2 geconcentreerd tot slierten 7, die zich stroomafwaarts van de magneet 5 bevinden en die aanvankelijk aan de magneet 5 hechten. Onder invloed van het relatieve snelheidsverschil 2 worden deze slierten 7 in de richting van de stroming gericht.Under the influence of the magnetic field generated by the ring magnet 5, the fibers 2 initially randomly distributed in the mixture are concentrated to strings 7 which are downstream of the magnet 5 and which initially adhere to the magnet 5. Under the influence of the relative speed difference 2, these strings 7 are directed in the direction of the flow.

Op de slierten 7 worden niet alleen magnetische krachten uitgeoefend, doch ook 15 wrijvingskrachten als gevolg van het langs de slierten 7 stromende mengsel 3,4. Zodra i deze wrijvingskrachten groter worden, bijvoorbeeld door het langer worden van de | slierten 7, worden de onderste vezels van deze slierten 7 losgetrokken en meegevoerd met de stroming 2 in de vorm van losse slierten 8. De oriëntatie van de slierten 8 blijft echter dezelfde als die van de slierten 7 die nog aan de magneet 5 hechten.Not only magnetic forces are exerted on the strings 7, but also frictional forces as a result of the mixture 3,4 flowing along the strings 7. As soon as these frictional forces become larger, for example due to the lengthening of the | In the case of strings 7, the lower fibers of these strings 7 are pulled loose and carried along with the flow 2 in the form of loose strings 8. However, the orientation of the strings 8 remains the same as that of the strings 7 which still adhere to the magnet 5.

20 Nadat aldus de gehele mal 1 is gevuld met het mengsel 3, 4, waarin nu de oor spronkelijke willekeurig verdeelde vezels 4 zijn geconcentreerd tot slierten 8, laat men het bindmiddel 3 verharden. Het gerede betonproduct bestaat dan uit een betonlichaam i met daarin op de gewenste wijze in langsrichting verlopende slierten 8 van metalen vezels 2 die een gunstige uitwerking hebben op de treksterkte en buigsterkte.After the entire mold 1 has thus been filled with the mixture 3, 4, in which the original randomly distributed fibers 4 have now been concentrated into strings 8, the binder 3 is allowed to harden. The finished concrete product then consists of a concrete body i with longitudinally extending strands 8 of metal fibers 2 which have a favorable effect on the tensile strength and flexural strength.

25 Hoewel in het uitvoeringsvoorbeeld een werkwijze is weergegeven waarmee een j paalvormig betonproduct kan worden vervaardigd, is de werkwijze daartoe niet beperkt. Door een geschikte keuze van de vorm van de mal 1 alsmede van de magneet 5 en een kap van een niet magnetisch materiaal 6, kan bijvoorbeeld ook een plaatvormig betonproduct worden vervaardigd, een blokvormige en dergelijke.Although a method is shown in the exemplary embodiment with which a pile-shaped concrete product can be manufactured, the method is not limited thereto. By a suitable choice of the shape of the mold 1 as well as of the magnet 5 and a cap of a non-magnetic material 6, a plate-shaped concrete product, a block-shaped and the like can for instance also be manufactured.

j i j 1 03 0275_y i y 1 03 0275_

Claims

A method for manufacturing an element reinforced by means of magnetizable fibers (4), comprising the steps of: - providing a mixture of a binder (3) and magnetizable fibers (4) - providing a magnet device (5) in the mixture (3,4), - moving the mixture (3, 4) and the magnet device (5) relative to each other, - moving under the influence of the relative movement of the mixture (3, 4) ) and the magnet device (5) and the magnetic field of the magnet device (5) forming at least a series of fibers (7, 8) behind the magnet device (5), causing the binder (3) to harden after at least a series of fibers (7, 8. is formed. 15

Method according to claim 1, comprising carrying at least a series of fibers (8) from the magnet device (5) under the influence of the flow (2). j

Method according to claim 1 or 2, comprising placing a cap (6) on the upstream side of the magnet device (5).

The method of claim 3, comprising applying a cap (6) of a non-magnetic material.

A method according to any one of the preceding claims, comprising flowing the mixture (3, 4) through a mold (1) for forming the element.

Method according to claim 5, comprising placing the magnet device (5) in or in front of the inlet opening of the mold (1). 30

7. Method as claimed in any of the foregoing claims, comprising applying an annular magnet or a set of magnets placed in a ring such that the mixture is movable relative to each other within the annular magnet or the set of magnets arranged in a ring.

8. Method as claimed in any of the foregoing claims for manufacturing a pole-shaped element.

A method according to any one of claims 1-7 for manufacturing a plate-shaped element.

Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, comprising a flow channel (1) with a feed opening for supplying a mixture of a binder (3) and magnetizable fibers (4), and a magnet device located therein ( 5).

Device according to claim 10, comprising a cap of a non-magnetic material (6) on the upstream side of the magnet device (5).

Device as claimed in claim 10 or 11, wherein the flow channel forms part of a forming mold (1) for forming the element. 1030275__