CN110487715B - 一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置及试验方法,所述试验装置包括试模组件和拔出组件,所述试模组件由钢板、上试模条、下试模条和两个凹槽组成;所述拔出组件包括立柱、顶板、底板、固定于底板上的X‑Y轴位移平台和试验平台、旋入顶板中心的螺杆,螺杆一端安装有手轮、另一端连接测力传感器,测力传感器连接钢片和钢支撑板,钢支撑板上设置有位移传感器;所述试验方法包括:(a)拼装试模组件;(b)制备试件;(c)组装拔出组件;(d)开始测试。本发明实现了一次性浇铸多个试件,省去了切割环节,拆模方便;采用小量程测力传感器和手轮加力的方法能准确获得纤维和基质界面的粘结力;结构简易,容易操作。

Description

一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及高延性水泥基材料的测试领域,具体涉及一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置及试验方法。
背景技术
上世纪90年代初,Victor C.Li教授研发了一种具有“应变-硬化”特性的高延性水泥基材料ECC。ECC设计理念很好的把微观参数,中观材料性能和宏观力学性能联系起来。因此,ECC的设计是建立在微观到宏观多尺度框架之上的。ECC设计首先要根据纤维桥接应力-裂缝张开位移来确定设计准则。为了获得纤维桥接应力-裂缝张开位移,要先清楚单一纤维从ECC基质中拔出时所经历的界面脱粘和滑移行为。
高延性水泥基材料单纤维拔出试验一般包括试件的制作和单纤维拔出试验两个过程。高延性水泥基材料单纤维拔出试验试件制作时,一般使用预留孔的模具,待纤维穿过模具后,浇筑ECC材料,养生到规定龄期后,切割ECC材料以获得符合试验要求的试件。ECC材料单纤维拔出试验一般在小量程拉拔试验机上进行,一般包括试件的固定,纤维的粘结,调整底座使纤维处于竖直状态,然后在一定的控制位移下进行纤维的拔出试验。
但是,浇筑ECC材料然后切割获取试件的方法,在切割试件时存在人为控制误差,同时还受切割机刀片厚度和性能的影响,易造成试件底面不平整和各试件之间厚度不统一,影响ECC拔出试验效果。使用小量程万能试验机进行ECC单纤维拔出试验也存在问题,现有试验用拉拔试验机最小量程也要大于50N,而纤维从ECC基质中拔出力不足1N,为此小量程万能试验机并不是进行ECC单纤维拔出试验的合理选择。
发明内容
发明目的:本发明提出一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置,能够解决高延性水泥基材料基质界面和纤维的粘结行为评价问题。
本发明的另一目的是提出一种基于上述试验装置的试验方法。
技术方案:本发明的一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置,包括试模组件和拔出组件,所述试模组件由钢板、上试模条、下试模条和两个凹槽组成,所述钢板上固定有四个阻隔块,所述上试模条和下试模条的一侧等间距设置有挡板,所述上试模条和下试模条具有挡板的一侧上下对接并用两个凹槽固定左右两侧后放置于钢板上,且与所述阻隔块形成的内部空间相吻合;所述试模组件拼装后形成多个相同的试模内腔,形成单个试模内腔的上试模条和下试模条上设置有相对应的预留孔;所述拔出组件包括至少两根立柱、顶板、底板、固定于底板上的X-Y轴位移平台、固定于X-Y轴位移平台上的试验平台、旋入顶板中心的螺杆;所述立柱、顶板和底板之间组装成反力框架;所述螺杆位于顶板外侧的一端安装有手轮、另一端连接有测力传感器,所述测力传感器连接在在读数仪上且下端连接有钢片。
其中,所述拔出组件还包括连接在读数仪上的位移传感器;进一步的,所述钢片一侧固定有钢支撑板,所述位移传感器一端的测杆穿过顶板固定在钢支撑板上。
其中,所述阻隔块至少设置四个,分别位于钢板上下左右四个方位,防止水泥浇筑时试模移动影响试件大小。
其中,所述预留孔用于穿过纤维,纤维伸出多余部分粘贴在试模侧面。
其中,所述钢片用于固定纤维,便于测力传感器和位移传感器测试。
其中,所述顶板和底板为不锈钢材质,所述底板没有安装立柱的相对两侧分别设有调平螺栓,用于调节底板平衡。
其中,所述测力传感器的量程为0~5N。
本发明的基于上述高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置进行试验的方法,包括以下步骤:(a)拼装试模组件:将上试模条和下试模条具有挡板的一侧上下对接,使用凹槽固定左右两侧后放入钢板上四个阻隔块所形成的内部空间里;(b)制备试件:将纤维穿过上试模条和下试模条两侧的预留孔,使试模中纤维保持拉紧状态,浇筑高延性水泥基材料,置于养生室养生,拆模后获得试件;(c)组装拔出组件:将立柱、顶板和底板组装成反力框架;从顶板中心预留螺孔旋入螺杆,螺杆下端接测力传感器,上端安装手轮;测力传感器下端连接有钢片,钢片一侧固定有钢支撑板,位移传感器一端的测杆穿过顶板固定在钢支撑上;测力传感器和位移传感器分别连接在读数仪上;将X-Y轴位移平台固定在底板上,将试验平台旋入X-Y轴位移平台上;(d)开始测试:将试件粘贴在试验平台上,将纤维粘贴在钢板上,调节X-Y轴位移平台,使纤维处于竖直状态;开启读数仪,旋转手轮使螺杆上升,直至纤维从试件中完全拔出,测力传感器和位移传感器测试拔出力和拔出位移,记录数据。
其中,所述步骤(c)中底板没有安装立柱的相对两侧分别设有调平螺栓。
本发明的一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置,其中制模组件采用两条试模条对接固定后穿入纤维,浇铸高延性水泥基材料,养护拆模获得多个尺寸均匀的试件;其中拔出组件采用反力框架,通过手摇手轮加载力,采用小量程的测力传感器来测试拔出力,避免使用大量程的试验机控制加载导致测试的不准确性。
有益效果:本发明具有以下优点:(1)本发明的试验装置实现了一次性浇铸多个试件,省去了切割试件的环节,拆模方便;(2)本发明采用小量程测力传感器和手轮加力方法能够准确地获得纤维和基质界面的粘结力,有利于对高延性水泥基材料基质界面和纤维的粘结行为作出评价;(3)本发明结构简易,容易操作。
附图说明
图1是本发明的试模组件拼装示意图;
图2是图1中B-B方向的剖面图;
图3是本发明的拔出组件拼装示意图;
图4是图3中A-A方向的剖面图;
图5是本发明的试件单纤维拔出力-位移曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1、图2、图3和图4所示,本发明的高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置,包括试模组件和拔出组件,其中试模组件由钢板19、上试模条20、下试模条21和两个凹槽22组成,钢板19上固定有四个阻隔块23,上试模条20和下试模条21的一侧等间距设置有多个挡板,试模组件拼装后通过阻隔块23固定在钢板19上,内部形成多个相同的试模内腔,形成单个试模内腔的模条上下设置有相对应的预留孔26,预留孔26用于穿过纤维10;其中拔出组件包括由两根立柱1、顶板2和底板3通过第一螺栓4组装而成的反力框架、通过第二螺栓7固定于底板3上的X-Y轴位移平台6、固定于X-Y轴位移平台6上的试验平台8、通过顶板2中心预留的螺孔旋入的螺杆15;其中,底板3上未安装有立柱1的相对两侧设置有调平螺栓5,螺杆15上端安装有手轮16,下端连接测力传感器14;测力传感器14下端连接有钢片11,钢片11一侧通过第三螺栓12固定有钢支撑板13,位移传感器17一端的测杆穿过顶板2固定在钢支撑板13上,测力传感器14和位移传感器17分别连接在读数仪18上。
本发明的试验装置可根据实际需要确定合适的尺寸大小,本实施例所采用的试模组件拼装后形成五个试模内腔,其中单个试模内腔的尺寸为10mm×10mm×5mm;预留孔26的直径为1mm;立柱1长100mm;顶板2和底板3长100mm、宽80mm;试验平台8顶面长15mm、宽15mm;钢片长40mm、宽30、厚3mm。采用上述试验装置进行试验,包括以下步骤:
将上试模条20和下试模条21具有挡板的一侧相互对齐,左右两端用固定凹槽22固定,整体置于带有阻隔块23的钢板19上,完成试模组件的拼装;
通过试模两侧预留孔26穿入单根纤维10,两端伸出的纤维部分使用透明胶带粘贴在试模侧壁上,使试模中的纤维10处于拉紧状态;
按设计要求确定高延性水泥基材料中石英砂、水泥、粉煤灰和水的比例,拌和后浇筑在试模内;
高延性型水泥基材料连同试模置于温度为20±2℃和相对湿度≥95%的条件下养生28天,拆除试模,沿底面剪断一端纤维后备用,每组共有五个试件9;
将立柱1、顶板2和底板3通过第一螺栓4组装成反力框架后,底板3上没有安装立柱的相对两侧安装好调平螺栓5,从顶板2中心的预留螺孔旋入螺杆15,螺杆15下端接测力传感器14,上部安装手轮16,测力传感器14下接钢片11,位移传感器17穿过顶板预留孔,其测杆置于固定在钢片11上的钢支撑13上,将X-Y轴位移平台6通过第二螺栓7固定在底板3上,将试验平台8旋入X-Y轴位移平台6上,完成单纤维拔出组件的组装;
调节底板3两侧的调平螺栓5,使反力框架处于水平状态,摇动手轮16使螺杆15上升或下降,调整位移传感器17,使其指针位于0刻度处;
使用环氧树脂将试件9粘贴在试验平台8上,将纤维10粘贴在钢片11上,再使用透明胶带将纤维10粘贴牢固,调节底座的X-Y轴位移平台6,使纤维10处于竖直拉紧状态;
开启读数仪18,旋转手轮16使螺杆15上升,直至纤维10从试件9中完全拔出,拔出力和拔出位移被测力传感器14和位移传感器17量测,并被读数仪18记录;
将五个试件重复上述测试步骤,所测得数据取平均值,获得一组单纤维拔出力-位移曲线,如图5所示。
从图5可以看出,试件中单纤维拔出位移最大不超过0.6mm,拔出力最大不超过0.3N,因此本发明的试验装置能准确获得纤维和水泥基材料界面的粘结力。

Claims (10)

1.一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置,其特征在于:包括试模组件和拔出组件,所述试模组件由钢板(19)、上试模条(20)、下试模条(21)和两个凹槽(22)组成,所述钢板(19)上固定有阻隔块(23),所述上试模条(20)和下试模条(21)的一侧等间距设置有挡板;所述上试模条(20)和下试模条(21)具有挡板的一侧上下对接并用两个凹槽(22)固定左右两侧后放置于钢板(19)上,且与所述阻隔块(23)形成的内部空间相吻合;所述试模组件拼装后形成多个相同的试模内腔,单个试模内腔的上试模条(20)和下试模条(21)上设置有相对应的预留孔(26);
所述拔出组件包括至少两根立柱(1)、顶板(2)、底板(3)、固定于底板(3)上的X-Y轴位移平台(6)、固定于X-Y轴位移平台(6)上的试验平台(8)、顶板(2)中心螺孔旋入的螺杆(15);所述立柱(1)、顶板(2)和底板(3)组装形成反力框架;所述螺杆(15)位于顶板(2)外侧的一端安装有手轮(16)、另一端连接有测力传感器(14);所述测力传感器(14)连接在读数仪(18)上且下端连接钢片(11)。
2.根据权利要求1所述的一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置,其特征在于:所述拔出组件还包括连接在读数仪(18)上的位移传感器(17)。
3.根据权利要求2所述的一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置,其特征在于:所述钢片(11)一侧固定有钢支撑板(13),所述位移传感器(17)一端的测杆穿过顶板(2)固定在钢支撑板(13)上。
4.根据权利要求1所述的一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置,其特征在于:所述阻隔块(23)至少设置四个。
5.根据权利要求1所述的一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置,其特征在于:所述预留孔(26)用于穿过纤维(10)。
6.根据权利要求1所述的一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置,其特征在于:所述钢片(11)用于固定纤维(10)。
7.根据权利要求1所述的一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置,其特征在于:所述底板(3)没有安装立柱(1)的相对两侧分别设有调平螺栓(5)。
8.根据权利要求1所述的一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置,其特征在于:所述测力传感器(14)的量程为0~5N。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的高延性水泥基材料单纤维拔出试验装置进行试验的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(a)拼装试模组件:将上试模条(20)和下试模条(21)具有挡板的一侧上下对接,使用凹槽(22)固定左右两侧后放入钢板(19)上四个阻隔块(23)所形成的内部空间里;
(b)制备试件:将纤维(10)穿过上试模条(20)和下试模条(21)两侧的预留孔(26),使试模中纤维保持拉紧状态,浇筑高延性水泥基材料,置于养生室养生,拆模后获得试件(9);
(c)组装拔出组件:将立柱(1)、顶板(2)和底板(3)组装成反力框架,从顶板(2)中心预留螺孔旋入螺杆(15),螺杆(15)下端接测力传感器(14),上端安装手轮(16);测力传感器(14)下端连接有钢片(11),钢片(11)一侧固定有钢支撑板(13),位移传感器(17)一端的测杆穿过顶板(2)固定在钢支撑(13)上;测力传感器(14)和位移传感器(17)分别连接在读数仪(18)上;将X-Y轴位移平台(6)固定在底板(3)上,将试验平台(8)旋入X-Y轴位移平台(6)上;
(d)开始测试:将试件(9)固定于在试验平台(8)上,将纤维(10)固定在钢片(11)上,调节X-Y轴位移平台(6),使纤维(10)处于竖直状态;开启读数仪(18),旋转手轮(16)使螺杆(15)上升,直至纤维(10)从试件(9)中完全拔出,测力传感器(14)和位移传感器(17)测试拔出力和拔出位移,记录数据。
10.根据权利要求9所述的一种高延性水泥基材料单纤维拔出试验方法,其特征在于:所述步骤(c)中底板(3)没有安装立柱(1)的相对两侧分别设有调平螺栓(5)。
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Assignee: Suzhou Lifuyuan New Material Technology Co.,Ltd.

Assignor: HUAIYIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980042499

Denomination of invention: A single fiber pull-out test device and test method for high ductility cement-based materials

Granted publication date: 20220527

License type: Common License

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