CN101435758B - 一种测试水泥基净浆或砂浆直接拉伸强度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试水泥基净浆或砂浆直接拉伸强度的方法，它包括以下步骤：制备试件，所述的试件的平面形状为由一a×b的矩形面在其相对的两边对称的减去圆心点设置在其两边上、半径为r的两个半圆面所构成，所述的试件厚度为t；在所述的试件的两个圆弧面设置四个对称的加力区域，在所述的加力区域套上柔性索具，所述的柔性索具与拉伸试验机相连以加载。本发明的试件形状特殊，不存在截面积的突变情况，有效降低了断裂面处严重的应力集中。采用四点对称加载、可自动滑动的环形钢槽作接触面加垫保证了试件在受拉时能够实现自动对中，并处于直接拉伸状态，试件能够在设计的指定的截面最窄区段断裂，测试结果能够准确的反映材料的拉伸强度。

Description

一种测试水泥基净浆或砂浆直接拉伸强度的方法

技术领域

本发明专利涉及一种测试水泥基净浆或砂浆直接拉伸强度的方法，尤其涉及一种采用圆弧型试件测试水泥基净浆或砂浆直接拉伸强度的方法。

背景技术

水泥基净浆和砂浆是建筑工程领域广泛应用的建筑材料。其优越的工程性能得到业内人士的一致认可。根据2006年4月13日，国家发改委等八部门联合紧急下发的《加快水泥结构调整的若干意见》，2010年水泥预期产量12.5亿吨，将超过世界水泥总产量的1/3。据业内专家预测，未来20年是中国城市化进程最快的20年。中国将成为世界上商品化砂浆应用量最大的国家之一。

水泥是配制水泥混凝土的必备材料，其各个方面的性能都会对混凝土的质量产生重要影响。在混凝土工程施工前，对水泥的质量的检测十分严格。国家针对水泥制定的标准和规范也比其他土木工程材料相对较多，主要有：水泥化学分析方法、水泥胶砂强度检验方法、水泥胶砂干缩试验方法、水泥安定性试验方法，水泥比表面积测定方法等。然而对水泥基净浆和砂浆直接拉伸强度的测试方法一直没有相应的规范标准，相关文献也鲜见报道。现在常见的方法是用弯折或劈拉试验来间接的测试水泥基净浆和砂浆的抗拉强度。抗拉强度应该在试件处于均匀拉伸应力作用下测试，但是，弯折或劈拉试验都不符合这一个要求。这使得人们对水泥性能的衡量一直处于不全面的状态。许多专业人士也努力寻找方法测试水泥基净浆和砂浆的直接拉伸强度，但终因存在各种问题而不能达到理想效果。

测试水泥基净浆和砂浆拉伸强度的主要难点在于：(1)水泥基净浆和砂浆是一种脆性材料，其抗拉强度远远小于抗压强度，测试时需要用夹具将试件固定在试验机上，这就不可避免的在试件和夹具之间产生应力集中。最后试件的破坏往往不是在指定的设计部位，而是在夹具与试件的接触部位。(2)试验时，由于加载方式等原因不能使试件处于均匀的拉伸状态，试件破坏时，断裂面应力分布不均匀，存在局部应力集中现象。以上原因导致试件拉伸强度很难或不能准确测试。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种重复性好，测试准确，试件能够在设计指定的部位断裂，同时对设备要求不高的一种测试水泥基净浆或砂浆直接拉伸强度的方法。

本发明的一种测试水泥基净浆或砂浆直接拉伸强度的方法，它包括以下步骤：

(1)制备试件，所述的试件的平面形状为由一a×b的矩形面在其相对的两边对称的减去圆心点设置在其两边上、半径为r的两个半圆面所构成，所述的试件厚度为t，其中a，b，r，t均为正实数，并且满足：a＞2r，b＞2r；

(2)在所述的试件的两个半圆面设置四个对称的加力区域，在所述的加力区域上分别套有柔性索具，所述的柔性索具与拉伸试验机相连以加载。

本发明的有益效果是：(1)试件形状特殊，采用圆弧形状实现试件截面积由大到小的均匀过渡，不存在截面积的突变情况，有效降低了断裂面处严重的应力集中。(2)采用四点对称加载、可自动滑动的环形钢槽作接触面加垫等方法保证了试件在受拉时能够实现自动对中，并处于直接拉伸状态，试件能够在设计的指定的截面最窄区段断裂，测试结果能够准确的反映材料的拉伸强度。

附图说明

图1是本发明的一种测试水泥基净浆或砂浆直接拉伸强度的方法采用的试件的主视图；

图2是图1所示的试件的左视图；

图3是制备图1所示的试件采用的模具的结构示意图；

图4是采用本发明方法的试件加载示意图；

图5是本发明方法中试件的ABCDE断面的受力分析模型图；

图6是本发明方法中采用垫块的试件加载示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作以详细描述。

本发明的一种测试水泥基净浆或砂浆直接拉伸强度的方法，它包括以下步骤：(1)制备试件，如图1所示，试件的平面形状为：由边长为a×b的矩形面减去两个圆心点设置在其对称两边上、半径为r的半圆面后所形成的平面。试件厚度为t。其中a，b，r，t均为正实数，并且满足：a＞2r，b＞2r；(2)在所述的试件的两个半圆面设置四个对称的加力区域，加力区域通常选择在圆弧的30°～60°范围内(圆弧边缘处定为0°)。在所述的四个加力区域上分别套上柔性索具，所述的柔性索具与拉伸试验机相连以加载。优选的钩焊接在环形刚槽3上，所述的环形刚槽3与所述的半圆面具有相同的曲率，两者能够贴紧配合，所述的环形刚槽起到垫块的作用，所述的环形刚槽上的钩通过柔性索具与拉伸试验机相连以加载。试件上下边缘与合力点之间的距离为L，加载方式如图4、6所示，加载时应连续均匀地加载荷，加载速率为100N/s±10N/s。

试件直接拉伸强度按下式计算：

$f_{\mathrm{tk}}=\frac{F}{A}=\frac{F}{(b-2r)t}$

式中：f_tk：试件直接拉伸强度  F：试件破坏荷载  A：试件受拉面积  t：试件厚度

所述的试件可以采用以下方法制备：模板由硬质塑料围板和钢质中心铁块组成。如图3所示为组装完毕的模具，其中2为中心铁块，1为硬质塑料围板，然后在所述的中心铁块和硬质塑料围板围成的区域中浇注测试水泥制得试件4。当然，所述的试件也可采用与所述的试件形状相同的模具，然后在模具中浇注测试水泥制得。试件的截面最宽处向最窄处采用的是圆弧几何过渡，这种形状设计保证了试件在最窄区段断裂时基本无应力集中现象。将浇注制得的试件根据规范GBT 17671-1999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)振捣、养护。达到标准养护龄期后，将试件从养护室取出，将试件表面擦干净。

在拉伸试验机上，采用柔性索具四点对称拉伸加载，加载处采用加垫手段，使加载处不会产生局部应力过高以至于导致试件局部破坏。加垫有许多方法可取，这里仅采取的是用环形刚槽3作垫块，环形刚槽在圆弧45°±15°范围内可相对滑动(圆弧边缘处定为0°)。柔性索具和环形钢槽的相对滑动实现了试件加载时的自动对中，保证了加载不会产生偏心现象。加载方式如图6所示。加载时应连续均匀地加载荷，加载速率为100N/s±10N/s。

本发明采用有限元软件对1/4对称试件进行拉伸试验数值计算，模型如图4所示。在断裂界面DC处沿箭头所指的方向从左至右划分了七个单元，根据计算结果提取的各单元的应力值见表1，边缘处单元最大拉应力和最小拉应力数值的相对误差为7.64％。这验证了在受到外力拉伸加载时，试件在截面最窄区段是基本处于均匀拉伸应力状态，从而对本专利发明的有效性提供了一个符合物理原理的核实，实现了对水泥基净浆和砂浆拉伸强度力学性能指标的直接测试。

表1，断裂面上各单元的拉应力和剪应力(单元序号从左到右1-7)

单元号	1	2	3	4	5	6	7
								拉应力/MPa	3.405	3.325	3.265	3.220	3.185	3.160	3.145
剪应力/MPa	0.041	0.036	0.030	0.024	0.018	0.011	0.006

实施例1

在硬质塑料围板上加设两个半圆形铁板作为模具，然后在所述的模具中浇注测试水泥制得试件；将所述的试件在规范GBT 17671-1999规定的条件(90％相对湿度，20±1℃)下进行 养护；达到标准养护龄期后，将试件从养护室取出，将试件表面擦干净备用，所述的试件各值为：a＝250mm，b＝220mm，r＝100mm，t＝20mm，在所述的试件的两个圆弧面具有四个对称的加力区域，所述的加力区域通过柔性索具与拉伸试验机相连加载，加载时应连续均匀地加载荷，加载速率为100N/s±10N/s。

经测试试件的应力分布边缘处单元最大拉应力和最小拉应力数值的相对误差为8.0％，所以在受到外力拉伸加载时，试件在截面最窄区段是基本处于均匀拉伸应力状态。

实施例2

在铁质围板上加设两个半圆形塑料块板作为模具，然后在所述的模具中浇注测试水泥制得试件；将所述的试件在规范GBT 17671-1999规定的条件(90％相对湿度，20±1℃)下进行养护；达到标准养护龄期后，将试件从养护室取出，将试件表面擦干净备用，所述的试件各值为：a＝300mm，b＝240mm，r＝100mm，t＝30mm，在所述的试件的两个圆弧面具有四个对称的加力区域，所述的加力区域通过柔性索具与拉伸试验机相连加载，并在索具与试件接触部位加垫块(如环形刚槽)，然后加载进行续均匀地加载荷，加载速率为100N/s±10N/s。

经测试试件的应力分布边缘处单元最大拉应力和最小拉应力数值的相对误差为7.8％，所以在受到外力拉伸加载时，试件在截面最窄区段是基本处于均匀拉伸应力状态。

Claims (3)

1.一种测试水泥基净浆或砂浆直接拉伸强度的方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)制备试件，所述的试件的平面形状为由一a×b的矩形面在其相对的两边对称的减去圆心点设置在其两边上、半径为r的两个半圆面所构成，所述的试件厚度为t，其中a，b，r，t均为正实数，并且满足：a＞2r，b＞2r；

(2)在所述的试件的两个半圆面设置四个对称的加力区域，在所述的加力区域上分别套有柔性索具，所述的柔性索具与拉伸试验机相连以加载。

2.根据权利要求1所述的测试水泥基净浆或砂浆直接拉伸强度的方法，其特征在于所述的步骤(1)中的制备试件步骤包括：

(a)在硬质塑料围板上加设两个半圆形铁板作为模具，然后在硬质塑料围板和两个半圆形铁板围成的区域中浇注测试水泥制得试件；

(b)将所述的步骤(a)中的试件在标准条件下进行养护；

(c)达到标准养护龄期后，将试件从养护室取出，将试件表面擦干净备用。

3.根据权利要求1所述的测试水泥基净浆或砂浆直接拉伸强度的方法，其特征在于：采用焊接有钩的环形刚槽，所述的环形刚槽与半圆面具有相同的曲率，两者能够贴紧配合，所述的钩通过柔性索具与拉伸试验机相连以加载。

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