CN108871953A - 一种用于检测纤维耐碱性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于检测纤维耐碱性能的方法，属于水泥混凝土用纤维强度测试试验方法技术领域。其步骤为：将待检测的纤维样本在加速老化制度下进行特定的处理；将处理过的样本制成拉伸试件，进行拉伸试验；根据耐碱性能评价体系对试验样本进行综合性地评价。本发明所述检测方法简单，准确性高，且对于实际工程应用中的纤维耐碱性能检测也更加合理可行。

Description

一种用于检测纤维耐碱性能的方法
技术领域
本发明属于水泥混凝土用纤维强度测试试验方法技术领域，具体涉及一种用于检测纤维耐碱性能的方法，特别是涉及一种用于检测纤维耐碱性能的方法。
背景技术
纤维可提高水泥混凝土的韧性、防止混凝土开裂并有效地阻止裂纹扩展、提高耐磨性等，且经济性能良好，是一种理想的增强材料。
欧美国采用纤维增强水泥制品已有近50年历史，已经建立起一整套从标准制定到产品“设计－制造－安装－检测”的相对完善的路径，应用扩展到铁路设施、停机坪、电杆、岛礁、隧道、海堤建设领域，近期已经在3D打印绿色建筑上取得突破。
纤维混凝土在我国建筑工程中虽已得到应用，但纤维混凝土标准规范尚不完善，对于玻璃纤维耐碱性能的测试大多数是参考prEN 14649:2004(E)《预制混凝土制品-水泥和混凝土中玻璃纤维残留强力的测试方法(SIC TEST)》，但是这个标准只说明了长丝的检测方法并且存在缺陷。另外，prEN 14649:2004(E)《预制混凝土制品-水泥和混凝土中玻璃纤维残留强力的测试方法(SIC TEST)》所述的试验方法过于繁琐，且试验可重复性不高。因此，我们迫切地需要对纤维耐碱性能的检测方法进行探寻并使其标准化。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于检测纤维耐碱性能的方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种用于检测纤维耐碱性能的方法，将待检测的纤维样本在加速老化制度下进行特定的处理；将处理过的样本制成拉伸试件；进行拉伸试验；根据耐碱性能评价体系对试验样本进行综合性地评价，所述的纤维包括集束纤维和单丝粗纤维，具体包括如下步骤：
(1)以质量比基准水泥∶蒸馏水＝1∶10将两者混合，搅拌30min±1min，静置24h±30min后取其上清液置于器皿中；
(2)将不少于10根纤维放入装有上层清液的器皿中，盖上盖子，于80℃±1℃的水浴中浸泡96±1h；
(3)取出，冲洗干净、干燥；
(4)随机选取不少于10根经上述步骤处理后的纤维和同样数量的未经处理的纤维，并在纤维两端设置固定端，且确保试样中间测试部分的纤维长度等于10 ±1mm；
(5)分别在未处理和处理后的试样中随机各选取10根作为实验组，分别记为S1和S2，对S1和S2分别进行拉伸试验，记录每个试样破坏时的最大强力值；
(6)分别计算未S1和S2的强力平均值、标准差和变异系数；
(7)如果S1或/和S2的变异系数超过14％时，则重新选取试件，并重复步骤 (5)和步骤(6)，直至S1和S2的变异系数均超过14％；
(8)通过公式(IV)计算试样的强力保留率。
式中：
(未处理试样)断裂强力值的平均值，单位为N；
(处理后试样)断裂强力值的平均值，单位为N；
G—强力保留率，％。
进一步的，步骤(1)中，纤维包括集束纤维或单丝粗纤维。
进一步的，步骤(1)中，以质量比基准水泥∶蒸馏水＝1∶10将两者在水泥搅拌锅中混合。
进一步的，步骤(3)中，将试样置于50℃±1℃的烘箱内烘干1h±5min进行干燥。
进一步的，步骤(4)中，通过粘贴片和玻璃纤维粘结剂对纤维两端设置固定端，其中，位于固定端的纤维长度≥10mm。
进一步的，步骤(5)中，将S1和S2中待测试样的固定端夹持在拉伸试验机的狭口中，启动拉伸试验机，直至试样破坏，记录每个试样破坏时的最大强力，其中，拉伸速度为1mm/min～10mm/mim。
进一步的，步骤(6)中，以公式计算试样的强力平均值；以公式计算试样的标准差；以公式计算试样的变异系数，式中：代表S1 或S2断裂强力值的平均值，单位为N；xi代表S1或S2种i试样的断裂强力值，单位为N；n代表试样的数目，n＝10；i代表试样的序号；S 代表S1或S2的标准差；Cv代表S1或S2的变异系数。
本发明与现有技术相比，其显著的优点是：本发明所述检测方法简单，准确性高，且对于实际工程应用中的纤维耐碱性能检测也更加合理可行。
下面结合附图对发明进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明待测试件粘贴状态图。
图2为本发明待测试件的结构示意图。
其中：1—粘贴片；2—纤维粘结剂；3—纤维；4—固定端；5—中间测试部分的纤维。
具体实施方式
为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
①水泥上层清液制作
a)用天平称取80g的基准水泥和800g的蒸馏水(可根据实际试验称取，确保质量比基准水泥∶蒸馏水＝1∶10)，根据JC/T158-2013《胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统材料》标准设计；
b)将称好的基准水泥和蒸馏水倒入搅拌锅混合，将水泥净浆搅拌机调制手动慢速搅拌，通过搅拌机搅拌30min±1min；
c)取下搅拌锅，静置24h±30min；
d)取水泥上层清液并倒入带有盖子的器皿中；
②试样处理
a)将不少于10根待检纤维放入装有水泥上层清液的器皿中，盖上盖子；
b)将装有试样的器皿放入80℃±2℃的水浴箱中浸泡96±1h；
c)取出试样，用蒸馏水冲洗5遍，将试样放置在50℃±2℃的烘箱内烘干1h±5min。
本发明所述的纤维包括集束纤维(集束玻璃纤维、集束玄武岩纤维、集束碳纤维等水泥混凝土用纤维)，以及单丝直径大于0.3mm的粗纤维等水泥混凝土用纤维。
③试样制作
如图1、图2，随机取10根经过处理且烘干的纤维和10根原状态纤维，制备试样，具体过程如下：将纤维3的两端通过粘贴片1和纤维粘结剂2进行加固处理(设置固定端4)，确保中间测试部分的纤维5长度等于10±1mm，而固定端4一端的纤维长度≥10mm，分别将2个实验组记为S1(原状态)和S2(处理后)。
④力学测试
将纤维3两端由粘贴片1包裹的部即固定端4夹持在拉伸试验机的狭口中，启动拉伸试验机，根据不同纤维选择合适的拉伸速度，一般情况下速度为 1mm/min～10mm/min，直至试样破坏。记录每个试样破坏时的最大强力(单位为N)。
由于受到了纤维粘结剂的保护，拉伸力被传送到了试样的中间部位；因而断裂位置会发生在测试部分。当某些特殊原因或纤维保护(固定端)存在缺陷时，测试外部的纤维也会发生少量的断裂，当这种情况发生时，测试结果为无效。每个产品测10个试样的抗拉强力，结果保留两位小数。
⑤耐碱性能评价
a)分别计算原状态下S1和处理后S2纤维的强力平均值、标准差、变异系数。
b)纤维的断裂强力等于10个试样断裂强力的平均值。通过公式A.1计算试样强力平均值，通过公式A.2计算试样标准差，通过公式A.3计算试样变异系数：
式中：
和S2中10个试样断裂强力的平均值，单位为N；
xi—单个断裂强力值，单位为N；
S—标准差；
Cv—变异系数，不超过14％。
注：如果一组结果的Cv超过14％，这组结果应该被舍弃，然后取一次新的试样重新进行试验。
c)纤维的强力保留率，通过公式A.4计算
式中：
——S1(原状态纤维)断裂强力平均值，单位为N；
——S2(处理后纤维)断裂强力平均值，单位为N；
G——强力保留率，％。
d)经大量试验和实际表明，当断裂强力保留率G≥80％时，试验产品可以用于水泥混凝土工程中。
实施案例1：以集束玻璃纤维为例
①水泥上层清液制作
a)用天平称取80g的基准水泥和800g的蒸馏水；
b)将称好的基准水泥和蒸馏水倒入搅拌锅混合，通过搅拌机搅拌 30min±1min；
c)取下搅拌锅，静置24h±30min；
d)取水泥上层清液并倒入带有盖子的器皿中；
②试样处理
a)将不少于10根待检集束玻璃纤维放入装有水泥上层清液的器皿中，盖上盖子；
b)将装有试样的器皿放入80℃±2℃的水浴箱中浸泡96±1h；
c)取出试样，用蒸馏水冲洗5遍，将试样放置在50℃±2℃的烘箱内烘干 1h±5min。
③试样制作
随机取10根烘干的集束玻璃纤维和10根原状态集束玻璃纤维。两端通过裁剪好的砂纸和3M171强力胶进行加固处理，确保中间测试部分的纤维长度等于 10±1mm，固定端一端的纤维长度≥10mm。
④力学测试
将集束玻璃纤维固定端夹持在拉伸试验机的狭口中，启动拉伸试验机，拉伸速度为1mm/min，直至试样破坏。记录每个试样破坏时的最大负载(单位为N )。
⑤耐碱性能评价
a)分别计算S1和S2的强力平均值、标准差、变异系数，如表1和表2 所示，其中，通过公式A.1计算平均值，通过公式A.2计算标准差，通过公式A.3计算变异系数。
b)由于S1和S2的变异系数均不大于14％，则实验组试件无需重新选取，此次试验有效；
b)计算集束玻璃纤维的强力保留率，通过公式A.4计算。
⑥试验结果
表1集束玻璃纤维原状态S1
表2经加速老化处理集束玻璃纤维S2
经计算，S1断裂强力为178.3N；S2断裂强力为156.39；断裂强力保留率G＝87.71％＞80％，因此试验产品可以用于具有耐碱性能要求水泥混凝土工程中。
实施案例2：以单丝粗聚丙烯纤维为例
单丝粗聚丙烯纤维的长度为60mm，直径为450μm。
按实施案例1的操作步骤对单丝粗聚丙烯纤维(长度：60mm；直径450μm) 进行加速老化，拉伸速度为10mm/min,试验结果如下：
表3聚丙烯纤维原状态S1
表4经加速老化处理聚丙烯纤维S2
经计算，S1断裂强力为68.46N；S2断裂强力为68.73；断裂强力保留率G＝100％＞80％，因此试验产品可以用于具有耐碱性能要求的水泥混凝土工程中。
实施案例3：以短切集束玄武岩纤维为例
按实施案例1的操作步骤对短切集束玄武岩纤维进行加速老化，拉伸速度为 2mm/min试验结果如下：
表5短切集束玄武岩纤维原状态试样S1试样数据
表6短切集束玄武岩纤维经加速老化试样S2试样数据
经计算，S1断裂强力为113.8N；S2断裂强力为58.69；断裂强力保留率 G＝51.57％＜80％，因此试验产品不可以用于具有耐碱性能要求的水泥混凝土工程中。
从上述实施过程及其结果可知：
(1)本发明与prEN 14649:2004(E)《预制混凝土制品-水泥和混凝土中玻璃纤维残留强力的测试方法(SIC TEST)》所述的用水泥试块包裹在玻璃纤维表面模拟玻璃纤维碱性环境的方法相比，本发明采用的是水泥上层清液溶液浸泡玻璃纤维来模拟纤维碱性环境的方法，此方法更加简单、可操作性强。
(2)本发明与prEN 14649:2004(E)《预制混凝土制品-水泥和混凝土中玻璃纤维残留强力的测试方法(SIC TEST)》所述的直接对加速老化过后的试件进行拉伸试验相比，本发明不存在水泥试块包裹纤维的情况，可以有效排除纤维因水泥块的包裹而造成水泥块对玻璃纤维拉伸力值增强的情况，最终导致试验数据不准确的问题。
(3)本发明与GB/T21120-2007《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》和prEN 14649:2004(E)《预制混凝土制品-水泥和混凝土中玻璃纤维残留强力的测试方法(SIC TEST)》所述的在对样本直接进行拉伸试验的方法相比，本发明详细叙述了集束纤维和单丝粗纤维伸试件的制作方法，确保不会因滑移、拉伸试验机夹头夹持等原因造成试验数据的不准确。
(4)本发明为了使集束纤维和单丝粗纤维的试验环境更加接近于其实际在水泥混凝土中的工作环境，采用基准水泥和蒸馏水按特定比例配置的水泥上层清液作为集束纤维的试验碱环境。
(5)水泥混凝土用玻璃纤维生产工艺最终所生产的规格是短切形式，长丝状玻璃纤维是生产工艺中的过程产品，而prEN 14649:2004(E)《预制混凝土制品-水泥和混凝土中玻璃纤维残留强力的测试方法(SIC TEST)》所述方法只能适应于长丝状态下的玻璃纤维耐碱性能，本发明所述的试验方法不仅可以检测长丝状态的玻璃纤维，对于实际工程应用中的集束纤维和单丝粗纤维耐碱性能检测也更加合理可行。

Claims (9)

1.一种用于检测纤维耐碱性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）以质量比基准水泥∶蒸馏水＝1∶10将两者混合，搅拌30min±1min，静置24h±30min后取其上清液置于器皿中；
（2）将不少于10根纤维放入装有上层清液的器皿中，盖上盖子，于80ºC±1℃的水浴中浸泡96±1h；
（3）取出，冲洗干净、干燥；
（4）在上述步骤处理后的纤维和未经处理的纤维两端，设置固定端，且确保试样中间测试部分的纤维长度等于10±1mm；
（5）分别在未处理和处理后的试样中随机各选取10根作为试验组，分别记为S1和S2，对S1和S2分别进行拉伸试验，记录每个试样破坏时的最大强力值；
（6）分别计算未S1和S2的强力平均值、标准差和变异系数；
（7）对变异系数大于14%的实验组，重新选取测试试件，直至S1和S2的变异系数均小于等于14%；
（8）通过公式（IV）计算试样的强力保留率：
（IV），
式中：
—S1（未处理试样）断裂强力值的平均值，单位为N；
—S2（处理后试样）断裂强力值的平均值，单位为N；
G—强力保留率，%。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，以质量比基准水泥∶蒸馏水＝1∶10将两者在水泥搅拌锅中混合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，将试样置于50℃±1℃的烘箱内烘干1h±5min进行干燥。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，通过粘贴片和纤维粘结剂对纤维两端设置固定端，其中，位于固定端的纤维长度≥10mm。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）中，将S1和S2中待测试样的固定端夹持在拉伸试验机的狭口中，启动拉伸试验机，直至试样破坏，记录每个试样破坏时的最大强力，其中，拉伸速度为1mm/min～10mm/min。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（6）中，以公式（I）计算试样的强力平均值，式中：代表S1或S2断裂强力值的平均值，单位为N；代表S1或S2种试样的断裂强力值，单位为N；n代表试样的数目，n=10；代表试样的序号。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以公式S=（II）计算试样的标准差，式中：S代表S1或S2的标准差。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以公式Cv(%)=（III）计算试样的变异系数，式中：Cv代表S1或S2的变异系数。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的纤维包括集束纤维和直径大于0.3mm的单丝纤维。
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