CN108489786B

CN108489786B - 一种拉伸试件的制作方法

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Publication number: CN108489786B
Application number: CN201810613016.8A
Authority: CN
Inventors: 杨鼎宜; 葛晨; 景俞涵; 周兴宇; 董亚超; 吕锦飞; 王天琪
Original assignee: Yangzhou University
Current assignee: Yangzhou University
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2021-01-08
Anticipated expiration: 2038-06-13
Also published as: CN108489786A

Abstract

本发明公开了一种短切纤维加速老化样本制作装置及其样本制作方法，其步骤为：将隔离片穿过短切纤维，每根纤维两侧各穿一个；将透水膜均匀的铺设在纤维的中间测试部位并拨动隔离片卡住透水膜；将所述纤维的两端放置在卡槽内，透水膜所在区域置于方形空腔内；将第一上横档和第二上横档与第一下横档和第二下横档闭合；将胶凝材料填满方形空腔，使胶凝材料均匀分布，经养护后，得到两端裸露纤维，中间包裹方形水泥砂浆试块的样本结构。本发明所述加速老化样本制作装置结构简单，准确性高，减少纤维试件制作和测试难度，使试复杂验操作得到了合理、较大的改善；制作样本时方法方便、顺利、快捷，试验数据准确、可靠。

Description

一种拉伸试件的制作方法

技术领域

本发明涉及水泥混凝土用纤维强度测试试验方法技术，具体涉及一种短切纤维加速老化样本制作装置及其样本制作方法。

背景技术

短切纤维是混凝土中常见的使用材料，可以提高混凝土的韧性，并且可以阻止混凝土开裂。欧洲标准prEN14649中对大于30mm纤维进行水泥与混凝土中纤维残留强力的测试，在其测试样本制作过程中，将纤维放入样本制作装置中，将水泥净浆浇筑成预留的长方体水泥试件，纤维需要被环氧树脂包裹，在环氧树脂固化前拉紧的操作，并且在环氧树脂固化后，需用小剂量的塑性粘结剂后玻璃胶进行缠绕在纤维上，形成索扣结构，防止任何环氧树脂涂抹过的部分和水泥之间的粘合。

对于短切纤维来说，以上技术方案存在如下两个缺陷：第一、未能保证短切纤维的长度问题带来的影响，第二、试验操作过于复杂对试验材料、试验人员的技术有很大的要求，对于试验的可重复性有较大的影响。

发明内容

本发明目的是提供一种短切纤维加速老化样本制作装置及其样本制作方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

本发明所述的短切纤维加速老化样本制作装置，包括底座、第一横档、第二横档、限位块；第一横档和第二横档平行设置在底座上，所述的第一横档和第二横档上均设置能容纳限位块的若干个限位槽，所述的限位槽对称设置，第一横档和第二横档与限位块共同构成相互独立且互不连通的方形空腔，第一横档和第二横档均包括上下对称的两层结构，在限位槽一侧，第一横档和第二横档与底座连接的下层结构上，设置与限位槽侧边平行的卡槽。

在本发明的优选实施例中，第一横档包括第一上横档和第一下横档，第二横档包括第二上横档和第二下横档，第一下横档和第二下横档通过定位螺栓或螺丝与底座固定连接，第一下横档和第二下横档上设置卡槽，所述卡槽设置在限位槽一侧，并与限位槽侧边平行，第一上横档通过定位螺栓或卡扣与第一下横档连接，第二上横档通过定位螺栓或卡扣与第二下横档连接。

一种用于短切纤维加速老化样本制作装置的样本制作方法，包括如下步骤：

(1)将隔离片穿过短切纤维，每根短切纤维两侧各穿一个；将透水膜均匀的铺设在短切纤维的中间测试部位并拨动隔离片卡住透水膜；

(2)将步骤(1)所述纤维的两端放置在第一下横档和第二下横档的卡槽内，纤维中间测试部位即透水膜所在区域置于方形空腔内；

(3)将第一上横档和第二上横档按卡扣位置与第一下横档和第二下横档闭合；

(4)将胶凝材料填满方形空腔，使胶凝材料均匀分布，经养护后，得到两端裸露纤维，中间包裹方形水泥砂浆试块的样本结构。

进一步的，步骤(1)中，短切纤维的中间测试部位的长度为10±1mm。

进一步的，步骤(1)中，透水膜采用纸膜。

进一步的，步骤(4)中，所述的胶凝材料由如下组分组成：水泥75重量份、标准砂25重量份和蒸馏水32重量份。

进一步的，步骤(4)中，方形水泥砂浆试块的尺寸为 10±1mm*10±1mm*10±1mm。

本发明与现有技术相比，其显著的优点是：本发明所述加速老化样本制作装置结构简单，准确性高，减少纤维试件制作和测试难度，使试复杂验操作得到了合理、较大的改善；制作样本时方法方便、顺利、快捷，试验数据准确、可靠。

附图说明

图1为本发明所述的加速老化试件模具结构的俯视图。

图2为本发明所述的加速老化试件模具结构的主视图(A)和后视图(B)。

图3为本发明所述的加速老化试件模具结构的局部剖视图。

图4为本发明浇筑水泥砂浆之前对短切纤维处理后的试件结构示意图。

图5为本发明所述的加速老化成型试件结构示意图。

图6为本发明包裹处理后加速老化试件的结构示意图。

图7为拉伸试件的结构示意图。

1底座、2第一横档、3第二横档、4限位块、5水泥砂浆试块；6短切纤维、7 透水膜、8耐高温隔离层，9固定端、10方形空腔、11隔离片、12卡槽、2-1第一上横档、2-2第一下横档、3-1第二上横档、3-2第二下横档。

具体实施方式

为了说明本发明的技术方案及发明目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1至图3，本发明的加速老化样本制作装置，包括底座1、第一横档2、第二横档3、限位块4；第一横档2和第二横档3设置在底座1上，所述的第一横档2 和第二横档3上均设置能容纳限位块4的若干个限位槽，所述的限位槽对称设置，第一横档2和第二横档3与限位块4共同构成相互独立且互不连通的方形空腔10，第一横档2和第二横档3均包括上下两层结构，在限位槽一侧，第一横档2和第二横档3与底座1连接的下层结构上，设置与限位槽侧边平行的卡槽12。

结合图2至图3，第一横档2包括第一上横档2-1和第一下横档2-2，第二横档3 包括第二上横档3-1和第二下横档3-2，第一下横档2-2和第二下横档3-2与通过定位螺栓或螺丝与底座1连接，第一下横档2-2和第二下横档3-2上设置卡槽12，所述卡槽12设置在限位槽一侧，并与限位槽侧边平行，第一上横档2-1通过定位螺栓或卡扣与第一下横档2-2连接，第二上横档3-1通过定位螺栓或卡扣与第二下横档3-2连接，试件的两端放置在卡槽12里，试件中间测试部位置于方形空腔10内。

结合图4，采用加速老化样本制作装置对短切纤维浇筑水泥砂浆之前，应对短切纤维进行处理，其处理后的结构及其处理过程如下：将隔离片11穿过短切纤维6，每根短切纤维两侧各穿一个；将透水膜7均匀的铺设在短切纤维6的中间测试位置并拨动隔离片11卡住透水膜7，透水膜7所在区域即为试件的测试部位。

将如图4所示试件在图1所示加速老化样本制作装置的方形空腔10(即浇筑仓) 中采用特定的胶凝材料对其进行浇筑，经养护后取出，即得到如图5所示的加速老化成型试件，即短切纤维6的中间测试部位(长度为10±1mm)也就是透水膜7 所在的区域被方形的水泥砂浆试块5包裹，水泥砂浆试块5的尺寸为 10±1mm*10±1mm*10±1mm。

结合图6，在进行加速老化试验前将如图5所示的试件进行密封处理，即采用耐高温隔离剂对短切纤维6与水泥砂浆试块5连接的部分进行密闭包覆处理，在短切纤维6与水泥砂浆试块5连接的部分形成了耐高温隔离层8，涂覆耐高温隔离剂是为了使得连接部分的内部空间呈封闭状态，其目的是确保里面的碱性离子不会渗透出来。

结合图7，将经耐高温隔离剂处理过的试件再经加速老化处理，去除水泥砂浆试块5后得到加速老化的短切纤维，将加速老化的短切纤维和原状态的短切纤维各随机抽取至少10个，其两端分别用粘结片设置固定端9，确保试样中间测试部分的纤维长度等于10±1mm，即得如图7所示的测试件，分别记为S₂(加速老化试验组)和S₁(空白试验组)。

将S₂(加速老化)和S₁(空白)分别进行拉伸试验测试，检测的试样其最大破坏强力要在所用拉伸试验机的最大量程的20％～80％之间，拉伸速度取 1mm/min。

当某些特殊原因或者纤维保护存在缺陷时，非加速老化区域(即固定端9) 发生断裂，当发生这种情况时，测试结果为无效。测试结果保留2位小数。

测试步骤和计算过程如下：

(1)分别计算未S1和S2的强力平均值、标准差和变异系数；

(2)如果S1或/和S2的变异系数超过14％时，则重新选取试件；；

(3)通过公式(IV)计算试样的拉伸强力损失率。

式中：

-S1(原始状态试样)断裂强力值的平均值，单位为N；

-S2(加速老化处理试样)断裂强力值的平均值，单位为N；

C-拉伸强力损失率，％。

(4)经大量试验和实际表明，当拉伸强力损失率C＜20％时，待测产品可以用于水泥混凝土工程中。

本发明所述的短切纤维包括短切集束纤维和直径大于0.3mm的粗纤维，其中，短切集束纤维包括短切集束玻璃纤维、短切集束玄武岩纤维、短切集束合成纤维和短切集束碳纤维。

实施按例1：以短切集束玻璃纤维为例

(1)试验准备：

I.对待检测的样品进行取样(所选样品的规格、几何特征大致相同)；

II.在加速老化样本制作装置的底座1、限位块4以及所有与胶凝材料(水泥砂浆)接触的部分均涂上润滑油；

III.准备水泥砂浆原料，称取水泥、砂、蒸馏水，具体组分组成如下：

标准水泥：75g

标准砂：25g

蒸馏水：32g。

IV.将砂浆搅拌机的搅拌叶片、填料铲、料锅用蒸馏水润湿，料锅在润湿后将其倒扣放置。

(2)加速老化样本制作：

I.将第一下横档2-2和第二下横档3-2用螺栓固定在底座1上；

II.隔离片11穿过短切纤维6(本实施采用短切集束玻璃纤维)，每根短切纤维两侧各穿一个；将透水膜7均匀的铺设在短切纤维6的中间测试位置并拨动隔离片11卡住透水膜7，如图4，本发明的透水膜7采用纸膜或面纸，透水膜应该采用碱溶液通过前后pH值基本不变的材质，因此可以采用一层面纸或纸膜作为透水膜；

III.用镊子将处理好的短切纤维两端放置到第一下横档2-2和第二下横档3-2的卡槽12内，同时调整，确保试件中间测试部位即试件的透水膜7放置方形空腔 10内；

IV.按II～III的步骤依次处理若干个短切纤维样本，拧开定位螺栓，将第一上横档2-1和第二上横档3-1按卡扣位置与第一下横档2-2和第二下横档3-2闭合，闭合时，需时刻关注短切纤维6是否有被挤压的现象，一经发现，立刻换样)，拧上定位螺栓；

V.制作水泥砂浆，将水泥砂浆填满方形空腔10，使砂浆均匀分布，用橡皮锤轻敲几下模具的底座1，消除可能出现的气泡，并用抹刀去除多余砂浆；

VI.在加速老化样本制作装置表面覆盖保鲜膜，放置到标准养护箱里养护24小时，取出模具，拆除第一横档2和第二横档3，取下试件，得到加速老化成型试件，其结构如图5。

(3)加速老化试验：

I.将加速老化成型试件上纤维与水泥砂浆试块5连接位置均匀地涂抹耐高温隔离剂，形成耐高温隔离层8，本发明采用耐高温黄油，只需确保能耐温度不低于200℃的黄油即可，耐高温黄油一定要将可能出现的孔洞堵住；

II.将处理好的样本放置到储有蒸馏水的收纳盒中，蒸馏水上液面要超过样本5cm左右，)，盖好盒盖；

III.将收纳盒放置到80℃(±1℃)的恒温水浴箱中96小时(±1小时)，包裹的水泥砂浆试块5的纤维形成了碱性环境再加上水给水泥充分的水化反应条件，模拟出真实的玻璃纤维在实际应用中的工作环境，可实现试件加速老化。

(4)拉伸试件制作：

I.用镊子取出经过加速老化处理的样品，将短切纤维与水泥砂浆试块5剥离，并用柔性擦拭纸对短切纤维表面进行擦拭以去除多余的高温黄油；

II.将处理好的短切纤维放置到另外一个装有蒸馏水的收纳盒中，浸泡24小时(±1小时)，其目的是处理短切纤维表面的污渍；

III.取出短切纤维，将短切纤维放置到50℃(±5℃)的烘箱中，烘干1小时(±5 分钟)；

IV.取出短切纤维，将短切纤维两端放置到粘贴片的指定位置涂上粘结剂，自然风干12小时，制得如图6所示的拉伸试件，拉伸试件的固定端9的纤维长度≥10mm；

V.原状态拉伸试件制作：随机取10根原状态(未加速老化处理)短切纤维试样放在粘贴片的指定位置，粘贴完成后静置24h，制得如图6所示的拉伸试件，拉伸试件的固定端9的纤维长度≥10mm；

(5)拉伸试验：

I.将制作好的拉伸试验样本夹持在拉伸试验机的夹头处，按1mm/min的速率加载；

II.记录数据，进行数据处理

(6)拉伸试验结果如下：

表1原状态试样S1试样数据

。

表2经加速老化处理试样S2试验数据

经计算，拉伸强力损失率C＝11.6％＜20％，因此，该批产品可以用于水泥混凝土工程。

实施例2：3人平行试验

案例2所采用的短切集束纤维与实施例1的样品批次不同，通过试验员A、B、 C，3个试验员进行平行试验，验证本发明中加速老化试验的可重复性，3个试验员均同时进行试验。

拉伸试验结果如下：

表3试验员A

。

表4试验员B

。

表5试验员C

。

为了更直观地反应可重复性，我们对三组试验的数据进行了一同分析处理，情况如下：

表6三组平行试验数据处理

标准差	平均值N	变异系数
			13.21	135.41	9.7％

最终，根据数据对比，三组试验结果相差很小，且变异系数≤14％，因此本发明所述加速老化试验方法可行。

从本发明所述技术方案和实施结果可知：

1、对比欧洲标准prEN14649中纤维需要被环氧树脂包裹，并且在环氧树脂固化前拉紧的操作，本发明对其进行合理的改善，并且减少束状纤维在环氧树脂包裹时形成大小不同的截面，减少纤维试件制作和测试难度，使试复杂验操作得到了合理、较大的改善，保证了短切纤维腐蚀试件的方便、有效的完成。

2、对比欧洲标准prEN14649中纤维需要被环氧树脂包裹，在环氧树脂固化前拉紧的操作，并且在环氧树脂固化后，需用小剂量的塑性粘结剂后玻璃胶进行缠绕在纤维上，形成索扣结构，本发明对其进行合理的改善，排除了塑性粘结剂后玻璃胶对纤维与水泥试件的粘结作用，并且对较小的试件中浇筑索扣结构的复杂、繁琐的操作进行了合理的改善，使得试验得出真实、有效的数据。

3、短切纤维放入预留的纤维孔道中，不需进行纤维两端的固定，减少其他试验操作对短切束状纤维的损伤，使得试验顺利、快捷的进行，得出真实、有效的试验数据。使得试验操作简单，试件制作环节方便、顺利、快捷，试验数据准确、可靠。这些很好地解决了目前短切纤维腐蚀试件制作亟待解决的问题。

Claims

1.一种拉伸试件的制作方法，其特征在于：

使用短切纤维加速老化样本制作装置，短切纤维加速老化样本制作装置包括底座、第一横档、第二横档、限位块；第一横档和第二横档平行设置在底座上，所述的第一横档和第二横档上均设置能容纳限位块的若干个限位槽，所述的限位槽对称设置，第一横档和第二横档与限位块共同构成相互独立且互不连通的方形空腔；第一横档包括第一上横档和第一下横档，第二横档包括第二上横档和第二下横档，第一下横档和第二下横档通过定位螺栓或螺丝与底座固定连接，第一下横档和第二下横档上设置卡槽，所述卡槽设置在限位槽一侧，并与限位槽侧边平行，第一上横档通过定位螺栓或卡扣与第一下横档连接，第二上横档通过定位螺栓或卡扣与第二下横档连接；

所述制作方法包括如下步骤：

第一步，将隔离片（11）穿过短切纤维（6），每根纤维两侧各穿一个；将透水膜（7）均匀地铺设在短切纤维（6）的中间测试部位并拨动隔离片（11）卡住透水膜（7），短切纤维（6）的中间测试部位的长度为10±1mm；

第一步，将步骤（1）所述纤维的两端放置在第一下横档（2-2）和第二下横档（3-2）的卡槽（12）内，透水膜（7）所在区域置于方形空腔（10）内；

第三步，将第一上横档（2-1）、第二上横档（3-1）与第一下横档（2-2）、第二下横档（3-2）闭合；

第四步，将胶凝材料填满方形空腔（10），使胶凝材料均匀分布，经养护后，得到两端裸露纤维，中间包裹方形水泥砂浆试块（5）的样本结构，水泥砂浆试块（5）的尺寸为10±1mm*10±1mm*10±1mm；

第五步，将第四步所得两端裸露纤维，中间包裹方形水泥砂浆试块（5）的样本结构上的纤维与水泥砂浆试块连接位置均匀地涂抹耐高温隔离剂，形成耐高温隔离层，耐高温隔离层采用耐高温黄油，耐高温黄油将可能出现的孔洞堵住，黄油能耐温度不低于200℃；将处理好的样本放置到储有蒸馏水的收纳盒中，蒸馏水上液面要超过样本5cm，盖好盒盖；将收纳盒放置到80℃±1℃的恒温水浴箱中96小时±1小时，加速老化；

第六步，用镊子取出经过加速老化处理的样品，将短切纤维与水泥砂浆试块剥离，并用柔性擦拭纸对短切纤维表面进行擦拭以去除多余的高温黄油；将处理好的短切纤维放置到另外一个装有蒸馏水的收纳盒中，浸泡24小时±1小时；取出短切纤维，将短切纤维放置到50℃±5℃的烘箱中，烘干1小时±5 分钟；取出短切纤维，将短切纤维两端放置到粘贴片的指定位置涂上粘结剂，自然风干12小时，制得拉伸试件，拉伸试件的固定端的纤维长度≥10mm；随机取10根未加速老化处理的短切纤维试样放在粘贴片的指定位置，粘贴完成后静置24h，制得拉伸试件，拉伸试件的固定端的纤维长度≥10mm。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步中，透水膜（7）采用纸膜。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第四步中，所述的胶凝材料由如下组分组成：水泥75重量份、标准砂25重量份和蒸馏水32重量份。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，短切纤维包括短切集束纤维和直径大于0.3mm的粗纤维，其中，短切集束纤维包括短切集束玻璃纤维、短切集束玄武岩纤维、短切集束合成纤维和短切集束碳纤维。