CN110281381B - 基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备方法 - Google Patents

基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑结构测定技术领域，具体涉及一种基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备方法。包括下述步骤：根据尺寸定制可拆卸的模具，确定筋材的粘结段和无粘结段尺寸，根据PVC管尺寸确定模具短边、左隔板和右隔板的开孔位置，并切成两半；在模具放置左隔板和右隔板的位置做标记，并用胶水将左隔板和右隔板粘贴在两侧模具上，保证粘贴牢固；在左隔板和右隔板的外侧分别粘贴第一小垫块和第二小垫片，沿模具开孔处插入筋材，然后浇注水泥基复合材料；待水泥基复合材料终凝后，拆卸模具，养护至龄期，并进行梁式拉拔试验。本发明具有模具可拆卸与多次重复使用、制备便捷、便于制作成型试件、成本较低且筋材定位准确的特殊优势。

Description

基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备 方法
技术领域
本发明属于建筑结构测定技术领域，具体涉及一种基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备方法。
背景技术
筋材增强水泥基复合材料是一种组合形式材料，其充分利用了二者各自的优异性能，而且这种组合形式材料的力学性能主要取决于二者的协同作用。筋材与水泥基复合材料的粘结锚固性能是结构设计的基础。针对工程中的受弯构件，梁式拉拔试验能够更接近构件真实受力状态。梁式拉拔法是通过设计简支梁受弯构件，在简支梁试件分两半制作，筋材在加载端和支座端各设置无粘结区，中间设置粘结区，梁跨中的拉区为试验筋材，压区用可转动的铰连接，力臂明确，可根据试验荷载计算筋材拉力即为粘结力，试件筋材加载端相对位移减去相对自由端位移即为粘结滑移量。因此，通过梁式拉拔法可获得受弯筋材增强水泥基复合材料构件的粘结应力-滑移曲线，为结构设计提供依据。
目前，关于梁式拉拔法的筋材增强水泥基复合材料构件的制备研究较少，有学者通过预埋钢铰的方法制备梁式构件(王洪昌.超高韧性水泥基复合材料与钢筋粘结性能的试验研究[D],大连理工大学硕士论文,大连,2007)，该方法需要根据试件数量提前加工钢铰，而钢铰制作加工繁琐且成本较高，预埋钢铰方法仅适用于试件数量较少的试验，对于大批量试验，该方法成本高，不利于推广。
基于梁式拉拔法的带肋筋材增强水泥基复合材料的制备方法对粘结锚固性能的测试至关重要，并可以为结构工程设计参数提供技术支持，因此迫切需要寻找一种简单、低成本、关键部件可重复利用而且适合批量试验的制备方法。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备方法，本发明具有模具可拆卸与多次重复使用、制备便捷、便于制作成型试件、成本较低且筋材定位准确的特殊优势，适用于所有类型筋材增强水泥基复合材料的梁式拉拔试件的制备，其设计思路与已有文献中所述方法有根本区别。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备方法，包括下述步骤：
(1)根据筋材增强水泥基复合材料梁式拉拔试验所需试件的尺寸定制可拆卸的模具，确定筋材的粘结段和无粘结段尺寸，并用比筋材直径大的PVC管设置无粘结段；
(2)根据模具内部尺寸确定左隔板和右隔板的尺寸，根据PVC管尺寸确定模具短边、左隔板和右隔板的开孔位置，并将左隔板和右隔板沿开孔位置中心线切成两半；
(3)在模具放置左隔板和右隔板的位置做标记，并用胶水将左隔板和右隔板粘贴在两侧模具上，保证粘贴牢固；
(4)在左隔板和右隔板的外侧分别粘贴第一小垫块和第二小垫块，所述第一小垫块和第二小垫块的尺寸根据钢铰尺寸和模具内部尺寸设计；
(5)沿模具开孔处插入筋材，然后浇注水泥基复合材料；
(6)待水泥基复合材料终凝后，拆卸模具，取出左隔板、右隔板、第一小垫块和第二小垫块，然后将试件养护至龄期，在试件上用胶水粘贴钢铰，进行梁式拉拔试验，待试验结束后取出钢铰可用于下一块梁体试验。
优选地，所述步骤(1)中筋材为带肋或不带肋的钢筋、带肋或不带肋的玻璃纤维增强聚合物、带肋或不带肋的玄武岩纤维增强聚合物、带肋或不带肋的芳纶纤维增强聚合物或带肋或不带肋的碳纤维增强聚合物中的一种或一种以上。
优选地，所述步骤(1)中PVC管直径比所述筋材直径大4-10mm，所述无粘结段设置的PVC管长度应该穿过左隔板和右隔板。
优选地，所述步骤(5)中水泥基复合材料为自活性粉末混凝土、高延性水泥基复合材料、纤维增强水泥基复合材料、超高强超高延性水泥基复合材料或高韧性可弯曲水泥基复合材料。
优选地，所述左隔板、右隔板和小垫块的板材为钢板、有机玻璃板或木质板。
优选地，所述步骤(2)中左隔板和右隔板的尺寸包括高度、长度和厚度；其中，所述左隔板和右隔板的长度等于所述模具内部短边尺寸，所述左隔板和右隔板的高度等于或大于所述模具的内部高度，所述左隔板和右隔板的厚度为3-10mm；所述左隔板和右隔板的开孔位置根据所述筋材的直径和保护层厚度确定；所述左隔板和右隔板沿开孔位置中心线切开的方向为隔板的高度方向。
优选地，所述步骤(3)中所述左隔板和右隔板的放置位置根据钢铰尺寸确定，放置方向是能保证筋材穿过隔板孔，且所述左隔板和右隔板均在切开处拼接整齐，保证不漏浆。
优选地，所述步骤(4)中钢铰的高度是模具内部尺寸的四分之一，钢铰的宽度等于或大于模具内部短边尺寸，钢铰的长度根据试验加载方式设计；第一小垫块和第二小垫块的宽度等于模具内部短边尺寸，其中所述宽度方向为平行于模具短边尺寸方向；所述第一小垫块和第二小垫块的在模具内部的高度尺寸是模具内部尺寸的四分之一，所述第一小垫块和第二小垫块平行于模具长边方向的尺寸根据钢铰的尺寸设计。
与现有技术相比，本发明的优点在于，本发明的制备方法可以根据梁式试验设计不同的可拆卸模具，模具可重复利用，不需要预埋钢铰，可批量试验，制备方法简单且成本较低，制备的试件可用来进行梁式拉拔试验，测得筋材增强水泥基复合材料的粘结锚固性能，为结构设计参数提供技术支持。
附图说明
图1为采用梁式拉拔法制备筋材增强水泥基复合材料试件的模具立面图；
图2为采用梁式拉拔法制备筋材增强水泥基复合材料试件的模具平面图；
图3为模具平面图中A-A截面图；
图4为实施例1采用梁式拉拔法测得的带肋BFRP筋与高延性水泥基复合材料的粘结力-滑移量曲线；
图5为实施例2采用梁式拉拔法测得的带肋BFRP筋与超高强超高延性水泥基复合材料的粘结力-滑移量曲线；
图6为实施例3采用梁式拉拔法测得的带肋钢筋与纤维增强水泥基复合材料的粘结力-滑移量曲线；
图7为实施例4采用梁式拉拔法测得的带肋GFRP筋与高韧性可弯曲水泥基复合材料的粘结力-滑移量曲线；
附图标记说明：筋材1、PVC管2、左隔板3、右隔板4、第一小垫块5、第二小垫块6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1～3，本发明的基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备方法，包括如下步骤：
(1)根据筋材增强水泥基复合材料梁式拉拔试验所需试件的尺寸定制可拆卸的模具，确定筋材1的粘结段和无粘结段尺寸，并用比筋材1直径稍大的PVC管2设置无粘结段；
其中，所述筋材1可以是以下一种或几种类型：带肋或不带肋的钢筋、带肋或不带肋的玻璃纤维增强聚合物(GFRP筋)、带肋或不带肋的玄武岩纤维增强聚合物(BFRP筋)、带肋或不带肋的芳纶纤维增强聚合物(AFRP筋)和带肋或不带肋的碳纤维增强聚合物(CFRP筋)等；水泥基复合材料可以是以下一种或几种类型：自活性粉末混凝土、高延性水泥基复合材料、纤维增强水泥基复合材料、超高强超高延性水泥基复合材料、高韧性可弯曲水泥基复合材料等；PVC管2的直径比筋材1的直径大4～10mm，无粘结段设置的PVC管2的长度可保证PVC管2穿过最近的隔板。
(2)根据模具内部尺寸确定左隔板3和右隔板4的尺寸，根据PVC管2的尺寸确定模具短边、左隔板3和右隔板4的开孔位置，并将左隔板3和右隔板4沿开孔位置中心线切成两半；
左隔板3和右隔板4的尺寸包括高度a、长度b和厚度c。其中，左隔板3和右隔板4的长度b等于模具内部短边尺寸，高度a等于或大于模具的内部高度，厚度c为3～10mm；左隔板3和右隔板4的开孔位置可根据筋材1直径和保护层厚度确定；左隔板3和右隔板4沿开孔位置中心线切开的方向为隔板的高度方向。
(3)在模具放置左隔板3和右隔板4的位置做标记，并用胶水将左隔板3和右隔板4粘贴在两侧模具上，保证粘贴牢固；
左隔板3和右隔板4的放置位置根据钢铰等尺寸确定，放置方向是能保证筋材1穿过隔板孔，左隔板3和右隔板4均在切开处拼接整齐，保证不漏浆。
(4)在左隔板3的外侧粘贴第一小垫块5，在右隔板4的外侧粘贴第二小垫块6，第一小垫块5和第二小垫块6的尺寸根据钢铰尺寸和模具内部尺寸设计；
钢铰的高度是模具内部尺寸的四分之一，钢铰的宽度等于或大于模具内部短边尺寸，钢铰的长度根据试验加载方式设计；第一小垫块5和第二小垫块6的宽度f(平行于模具短边尺寸方向)等于模具内部短边尺寸，第一小垫块5和第二小垫块6在模具内部的高度e是模具内部尺寸的四分之一，第一小垫块5和第二小垫块6平行于模具长边方向的尺寸d根据钢铰的尺寸设计。
(5)沿模具开孔处插入筋材1，然后浇注水泥基复合材料；
(6)待水泥基复合材料终凝后，拆卸模具，取出左隔板3、右隔板4、第一小垫块5和第二小垫块6，然后将试件养护至龄期，在试件上用胶水粘贴钢铰，进行梁式拉拔试验，待试验结束后取出钢铰可用于下一块梁体试验。
实施例1
采用梁式拉拔法制备带肋BFRP筋增强高延性水泥基复合材料试件。具体实施步骤为：
(1)根据带肋BFRP筋增强高延性水泥基复合材料梁式拉拔试验所需试件的尺寸定制可拆卸的模具尺寸长度为500mm，宽度为100mm，高度为100mm，带肋BFRP筋1的直径为8mm，半个梁体的粘结段尺寸为40mm，无粘结段尺寸为90mm，用直径为12mm的PVC管2设置无粘结段；
(2)根据模具内部尺寸确定左隔板3和右隔板4的高度a为100mm、长度b为100mm、厚度c为3mm，左隔板3和右隔板4沿隔板高度方向在中心线处切成两半；
(3)在模具放置左隔板3和右隔板4的位置做标记，左隔板3和右隔板4的距离为60mm，并用胶水将左隔板3和右隔板4粘贴在两侧模具上，保证粘贴牢固，拼接整齐不漏浆；
(4)在左隔板3的外侧粘贴小垫块5，在右隔板4的外侧粘贴小垫块6，第一小垫块5和第二小垫块6平行于模具长边方向的尺寸d为25mm，高度e为25mm，宽度f为100mm；
(5)沿模具开孔处插入带肋BFRP筋1，然后浇注水泥基复合材料；
(6)待水泥基复合材料终凝后，拆卸模具，取出左隔板3、右隔板4、第一小垫块5和第二小垫块6，然后将试件养护至龄期，在试件上用胶水粘贴钢铰，进行梁式拉拔试验，并获得带肋BFRP筋与高延性水泥基复合材料的粘结力-滑移曲线，试验结果如图4所示。
实施例2
采用梁式拉拔法制备带肋BFRP筋增强超高强超高延性水泥基复合材料试件。具体实施步骤为：
(1)根据带肋BFRP筋增强超高强超高延性水泥基复合材料梁式拉拔试验所需试件的尺寸定制可拆卸的模具尺寸长度为600mm，宽度为100mm，高度为100mm，带肋BFRP筋1的直径为10mm，半个梁体的粘结段尺寸为60mm，无粘结段尺寸为102.5mm，用直径为18mm的PVC管2设置无粘结段；
(2)根据模具内部尺寸确定左隔板3和右隔板4的高度a为120mm、长度b为100mm、厚度c为5mm，左隔板3和右隔板4沿隔板高度方向在中心线处切成两半；
(3)在模具放置左隔板3和右隔板4的位置做标记，左隔板3和右隔板4的距离为70mm，并用胶水将左隔板3和右隔板4粘贴在两侧模具上，保证粘贴牢固，拼接整齐不漏浆；
(4)在左隔板3的外侧粘贴第一小垫块5，在右隔板4的外侧粘贴第二小垫块6，第一小垫块5和第二小垫块6平行于模具长边方向的尺寸d为30mm，高度e为25mm，宽度f为100mm；
(5)沿模具开孔处插入带肋BFRP筋1，然后浇注水泥基复合材料；
(6)待水泥基复合材料终凝后，拆卸模具，取出左隔板3、右隔板4、第一小垫块5和第二小垫块6，然后将试件养护至龄期，在试件上用胶水粘贴钢铰，进行梁式拉拔试验，并获得带肋BFRP筋与高延性水泥基复合材料的粘结力-滑移曲线，试验结果如图5所示。
实施例3
采用梁式拉拔法制备带肋钢筋增强纤维增强水泥基复合材料试件。具体实施步骤为：
(1)根据带肋钢筋增强纤维增强水泥基复合材料梁式拉拔试验所需试件的尺寸定制可拆卸的模具尺寸长度为700mm，宽度为100mm，高度为120mm，带肋钢筋1的直径为12mm，半个梁体的粘结段尺寸为120mm，无粘结段尺寸为100mm，用直径为25mm的PVC管2设置无粘结段；
(2)根据模具内部尺寸确定左隔板3和右隔板4的高度a为150mm、长度b为100mm、厚度c为8mm，左隔板3和右隔板4沿隔板高度方向在中心线处切成两半；
(3)在模具放置左隔板3和右隔板4的位置做标记，左隔板3和右隔板4的距离为60mm，并用胶水将左隔板3和右隔板4粘贴在两侧模具上，保证粘贴牢固，拼接整齐不漏浆；
(4)在左隔板3的外侧粘贴第一小垫块5，在右隔板4的外侧粘贴第二小垫块6，小垫块5和6平行于模具长边方向的尺寸d为25mm，高度e为30mm，宽度f为100mm；
(5)沿模具开孔处插入带肋钢筋1，然后浇注水泥基复合材料；
(6)待水泥基复合材料终凝后，拆卸模具，取出左隔板3、右隔板4、第一小垫块5和第二小垫块6，然后将试件养护至龄期，在试件上用胶水粘贴钢铰，进行梁式拉拔试验，并获得带肋钢筋与纤维增强水泥基复合材料的粘结力-滑移曲线，试验结果如图6所示。
实施例4
采用梁式拉拔法制备带肋GFRP筋增强高韧性可弯曲水泥基复合材料试件。具体实施步骤为：
(1)根据带肋GFRP筋增强高韧性可弯曲水泥基复合材料梁式拉拔试验所需试件的尺寸定制可拆卸的模具尺寸长度为800mm，宽度为120mm，高度为150mm，带肋GFRP筋1的直径为16mm，半个梁体的粘结段尺寸为160mm，无粘结段尺寸为280mm，用直径为25mm的PVC管2设置无粘结段；
(2)根据模具内部尺寸确定左隔板3和右隔板4的高度a为150mm、长度b为120mm、厚度c为10mm，左隔板3和右隔板4沿隔板高度方向在中心线处切成两半；
(3)在模具放置左隔板3和右隔板4的位置做标记，左隔板3和右隔板4的距离为80mm，并用胶水将左隔板3和右隔板4粘贴在两侧模具上，保证粘贴牢固，拼接整齐不漏浆；
(4)在左隔板3的外侧粘贴第一小垫块5，在右隔板4的外侧粘贴第二小垫块6，第一小垫块5和第二小垫块6平行于模具长边方向的尺寸d为30mm，高度e为37.5mm，宽度f为120mm；
(5)沿模具开孔处插入带肋GFRP筋1，然后浇注水泥基复合材料；
(6)待水泥基复合材料终凝后，拆卸模具，取出左隔板3、右隔板4、第一小垫块5和第二小垫块6，然后将试件养护至龄期，在试件上用胶水粘贴钢铰，进行梁式拉拔试验，并获得带肋GFRP筋与高韧性可弯曲水泥基复合材料的粘结力-滑移曲线，试验结果如图7所示。
以上所述，仅是本发明较佳的实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化和修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)根据筋材增强水泥基复合材料梁式拉拔试验所需试件的尺寸定制可拆卸的模具，确定筋材的粘结段和无粘结段尺寸，并用比筋材直径大的PVC管设置无粘结段；
(2)根据模具内部尺寸确定左隔板和右隔板的尺寸，根据PVC管尺寸确定模具短边、左隔板和右隔板的开孔位置，并将左隔板和右隔板沿开孔位置中心线切成两半；
其中，所述左隔板和右隔板的开孔位置根据所述筋材的直径和保护层厚度确定；所述左隔板和右隔板沿开孔位置中心线切开的方向为隔板的高度方向；
(3)在模具放置左隔板和右隔板的位置做标记，并用胶水将左隔板和右隔板粘贴在两侧模具上，保证粘贴牢固；
(4)在左隔板和右隔板的外侧分别粘贴第一小垫块和第二小垫块，所述第一小垫块和第二小垫块的尺寸根据钢铰尺寸和模具内部尺寸设计；
其中，钢铰的高度是模具内部尺寸的四分之一，钢铰的宽度等于或大于模具内部短边尺寸，钢铰的长度根据试验加载方式设计；第一小垫块和第二小垫块的宽度等于模具内部短边尺寸，其中所述宽度方向为平行于模具短边尺寸方向；所述第一小垫块和第二小垫块的在模具内部的高度尺寸是模具内部尺寸的四分之一，所述第一小垫块和第二小垫块平行于模具长边方向的尺寸根据钢铰的尺寸设计；
(5)沿模具开孔处插入筋材，然后浇注水泥基复合材料；
(6)待水泥基复合材料终凝后，拆卸模具，取出左隔板、右隔板、第一小垫块和第二小垫块，然后将试件养护至龄期，在试件上用胶水粘贴钢铰，进行梁式拉拔试验，待试验结束后取出钢铰可用于下一块梁体试验。
2.根据权利要求1所述的一种基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中筋材为带肋或不带肋的钢筋、带肋或不带肋的玻璃纤维增强聚合物、带肋或不带肋的玄武岩纤维增强聚合物、带肋或不带肋的芳纶纤维增强聚合物或带肋或不带肋的碳纤维增强聚合物中的一种或一种以上。
3.根据权利要求1所述的一种基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中PVC管直径比所述筋材直径大4-10mm，所述无粘结段设置的PVC管长度应该穿过左隔板和右隔板。
4.根据权利要求1所述的一种基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中水泥基复合材料为自活性粉末混凝土、高延性水泥基复合材料、纤维增强水泥基复合材料、超高强超高延性水泥基复合材料或高韧性可弯曲水泥基复合材料。
5.根据权利要求1所述的一种基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备方法，其特征在于，所述左隔板、右隔板和小垫块的板材为钢板、有机玻璃板或木质板。
6.根据权利要求1所述的一种基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中左隔板和右隔板的尺寸包括高度、长度和厚度；其中，所述左隔板和右隔板的长度等于所述模具内部短边尺寸，所述左隔板和右隔板的高度等于或大于所述模具的内部高度，所述左隔板和右隔板的厚度为3-10mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于梁式拉拔试验的筋材增强水泥基复合材料试件的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中所述左隔板和右隔板的放置位置根据钢铰尺寸确定，放置方向是能保证筋材穿过隔板孔，且所述左隔板和右隔板均在切开处拼接整齐，保证不漏浆。
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