CN110658060A - 混凝土纤维拉伸微观形貌演变的观察系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纤维混凝土领域，具体涉及一种混凝土纤维拉伸微观形貌演变的观察系统及方法。包括模具：用于制备纤维混凝土拉伸试件；高温炉：对试件进行高温处理；环境扫描电子显微镜：用于观察混凝土纤维拉伸微观形貌，设有观察仓；拉伸台：设有拉伸桩，试件通过拉伸桩固定在拉伸台上，观察时，拉伸台放置在所述的观察仓中；拉伸台控制器：与拉伸台连接，用于拉伸台的控制；计算机Ⅰ：与拉伸台连接，用于绘制力—位移曲线图；计算机Ⅱ：与拉伸台和环境扫描电子显微镜连接，用于成像。本发明通过试件上的孔和拉伸台上的拉伸桩，将试件固定在拉伸台上，上述拉伸试件的方法可以避免由于夹具等问题造成试件的意外损伤。

Description

混凝土纤维拉伸微观形貌演变的观察系统及方法
技术领域
本发明属于纤维混凝土领域，具体涉及一种混凝土纤维拉伸微观形貌演变的观察系统及方法。
背景技术
普通混凝土自身具有较高的抗压强度，但其抗裂性、抗冲击性和弯曲韧性性能较差。研究表明，在拌和过程中掺入适量的纤维之后，混凝土断裂处的纤维能够提供与混凝土受力方向相反的黏结阻力和摩擦阻力，使混凝土的破坏过程需要消耗更多能量，然而，纤维混凝土作为一种新型材料，对其力学性能的研究尚未成熟，纤维掺量、纤维刚度等因素的相互影响以及最优组合尚未形成统一的结论，因此制约了纤维混凝土在工程领域的推广应用。
对于上述纤维而言，研究纤维作用机理常见的方法有两种，一是制作标准混凝土试件，进行宏观力学性能分析。该技术方案存在如下两个缺陷：第一、无法保证所有纤维均匀地分布在基体混凝土的各个部位，试验结果的离散性较大，第二、无法观察纤维在混凝土各个破坏阶段的形貌，只能从力学曲线上进行定性分析。二是通过对破坏后的纤维混凝土进行取样，进行微观试验。该技术方案存在的缺陷为:只能观察纤维在破坏后的形貌特征，无法观察纤维在受力作用下的形貌演变过程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混凝土纤维拉伸微观形貌演变的观察系统及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种混凝土纤维拉伸微观形貌演变的观察系统，包括
模具：用于制备纤维混凝土拉伸试件；
高温炉：对试件进行高温处理；
环境扫描电子显微镜：用于观察混凝土纤维拉伸微观形貌，设有观察仓；
拉伸台：设有拉伸桩，试件通过拉伸桩固定在拉伸台上，观察时，拉伸台放置在所述的观察仓中；
拉伸台控制器：与拉伸台连接，用于拉伸台的控制；
计算机Ⅰ：与拉伸台连接，用于绘制力—位移曲线图；
计算机Ⅱ：与拉伸台和环境扫描电子显微镜连接，用于成像。
利用上述的观察系统进行观察的方法，包括如下步骤：
步骤(1)：通过模具制备纤维混凝土试件；
步骤(2)：通过高温炉对试件进行高温处理，达到预定温度后，恒温处理，随后随炉冷却至室温；
步骤(3)：将拉伸台放置在环境扫描电子显微镜的观察仓内，通过观察仓内的接口将拉伸台与控制器、环境扫描电子显微镜、计算机Ⅰ和计算机Ⅱ分别进行连接；
步骤(4)：将试件安装在拉伸台的拉伸桩上，关闭观察仓，启动拉伸台；
步骤(5)：启动环境扫描电子显微镜观察微观形貌，同时根据计算机所绘制的力—位移曲线图选择特征点进行拍摄微观照片。
进一步的，所述步骤中预定温度为150-250℃，恒温处理的时间为0.5-1.5h。
进一步的，所述试件两端宽，中部窄，两端为矩形，连接两端的中部为圆弧形，圆弧形中间的位置设有缺口，从而使缺口部位的宽度最窄，在拉伸过程中，具有缺口的位置断裂；所述试件两端分别设有孔。
进一步的，所述步骤中的将试件安装在拉伸台的拉伸桩上具体为：所述试件上的孔套设在拉伸桩上，从而将试件安装在拉伸台上。
进一步的，所述试件两端分别设有两个孔，相应的拉伸桩的数量为四个
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本发明通过试件上的孔和拉伸台上的拉伸桩，将试件固定在拉伸台上，上述拉伸试件的方法可以避免由于夹具等问题造成试件的意外损伤；
(2)本发明采用两端为矩形，连接两端的中部为圆弧形，且两端宽、中部窄，圆弧形中间的位置设有缺口，缺口部位的宽度最窄，使得再拉伸的过程中，具有缺口的位置断裂，可以观察目标观察区域的形貌变化。
(3)本发明采用一个计算机绘制力-位移曲线，另一计算机根据力-位移曲线选择特征点进行拍摄，可以对拉伸过程中最具代表性的点进行拍摄，可以在试件在拉伸过程中进行拍摄，可以完整地记录纤维在混凝土中的形貌演变过程和力学曲线。
附图说明
图1本发明的观察系统的示意图。
图2本发明的拉伸台示意图。
图3本发明的环境扫描电子显微镜示意图。
图4本发明模具三维示意图。
图5本发明200℃后的PVA混凝土的拉伸力-位移曲线。
图6混凝土纤维微观形貌演变的电镜图；其中图(a)为图5中特征点1的电镜图，图(b)为图5中特征点2的电镜图，图(c)为图5中特征点3的电镜图，图(d)为图5中特征点4的电镜图，图(e)为图5中特征点5的电镜图。
附图标记说明：
1-模具，2-高温炉，3-拉伸台，4-拉伸台控制器，5-计算机Ⅰ，6-环境扫描电子显微镜，7-计算机Ⅱ，8-试件，11-底板，12-隔板，13-挡板，14-套管，31-拉伸桩，61-观察仓。
具体实施方式
如图1-3所示，一种混凝土纤维拉伸微观形貌演变的观察系统，包括模具1：用于制备纤维混凝土拉伸试件8；高温炉2：对试件8进行高温处理；环境扫描电子显微镜6：用于观察混凝土纤维拉伸微观形貌，设有观察仓61；拉伸台3：设有拉伸桩31，试件8通过拉伸桩31固定在拉伸台3上，观察时，拉伸台3放置在所述的观察仓61中；拉伸台控制器4：与拉伸台3连接，用于拉伸台3的控制；计算机Ⅰ5：与拉伸台3连接，用于绘制力—位移曲线图；计算机Ⅱ7：与拉伸台3和环境扫描电子显微镜6连接，用于成像。
本发明所述的水泥混凝土用纤维高温后在拉力作用下微观形貌演变测试方法，包括如下步骤：
(1)在模具1上制作好纤维试件8；
(2)通过高温炉2对试件进行高温处理，达到预定温度后，恒温相应的时间，随后随炉冷却至室温；将拉伸台3放置在环境扫描电子显微镜6的观察仓的6-1内，通过观察仓6-1内的接口将拉伸台3与控制器4、环境扫描电子显微镜6、计算机Ⅰ5、计算机Ⅱ7进行连接；
(3)将试件8相应位置分别安装在拉伸台3的拉伸桩31上；关闭观察仓61，启动拉伸台3；
(4)启动环境扫描电子显微镜6观察微观形貌，同时根据计算机5所绘制的力—位移曲线图选择特征点进行拍摄微观照片。
步骤2中所述的高温处理，可根据试验需要进行相应的温度处理。
步骤2中所述的环境电子显微镜和拉伸台需可以建立连接。
实施例
以200℃后的聚乙烯醇纤维(PVA)混凝土为例，采用的环境扫描电子显微镜为XL30ESEM环境扫描电镜，所匹配的拉伸台型号为MT10107 2KNtensileTester。
试件制作：
如图4所示，①将隔板12内侧覆盖一层隔离膜，隔离膜可以使试件更容易脱模，同时保证试件内表面光滑与平整。裁剪长度、尺寸、数量合适的套管14，用于套在底膜的孔上，同样可以使试件更容易脱模。将隔板12，底板11，套管14浸泡在脱模剂中待用；
②拌制砂浆：按照水泥:砂:水为1:1:0.4的比例配置砂浆；
③浇筑：将两个隔板12组合成浇筑仓，将组合好的浇筑仓与挡板13放置到底板11的对应位置，将按一定比例调制的砂浆铺满浇筑仓的1/3厚并振实，然后在缺口的浇筑位置的中间部位放置一定数量的纤维；取出挡板13；用砂浆覆盖包裹住纤维并将浇筑仓浇筑至2/3厚后振实；然后在缺口的浇筑位置的中间部位放置一定数量的纤维；用砂浆覆盖包裹住纤维并将浇筑仓剩余区域填满；对装置四周进行敲击确保砂浆均匀地布满浇筑区域；将溢出的砂浆处理干净。
④养护：将制作好的试件放入水中养护3天。
⑤脱模：取出套管14；取出隔板12组合成浇筑仓。
⑥将试件放入40℃的烘箱中烘干3h。
⑦高温处理：将试件放置到高温炉中200℃恒温1h，随后随炉冷却至室温，取出试件。
拉伸并拍摄纤维微观形貌图
将拉伸台3放置在环境扫描电子显微镜6的观察仓的61内，通过观察仓61内的接口将拉伸台3与控制器4、环境扫描电子显微镜6、计算机Ⅰ5、计算机Ⅱ7进行连接。
将试件8相应位置分别安装在拉伸台3的拉伸桩31上；关闭观察仓61，启动拉伸台。
启动环境扫描电子显微镜6观察微观形貌，同时根据计算机Ⅰ5所绘制的力—位移曲线图选择特征点进行拍摄微观照片。
取出试件，并关闭环境扫描电子显微镜。
试验结果如下如图5和6所示：
a→1：试件未拉伸阶段；
b～c→2～3：试件初始破坏阶段；
d～e→4～5：试件后期破坏阶段。

Claims (6)

1.一种混凝土纤维拉伸微观形貌演变的观察系统，其特征在于，包括
模具(1)：用于制备纤维混凝土拉伸试件(8)；
高温炉(2)：对试件(8)进行高温处理；
环境扫描电子显微镜(6)：用于观察混凝土纤维拉伸微观形貌，设有观察仓(61)；
拉伸台(3)：设有拉伸桩(31)，试件(8)通过拉伸桩(31)固定在拉伸台(3)上，观察时，拉伸台(3)放置在所述的观察仓(61)中；
拉伸台控制器(4)：与拉伸台(3)连接，用于拉伸台(3)的控制；
计算机Ⅰ(5)：与拉伸台(3)连接，用于绘制力—位移曲线图；
计算机Ⅱ(7)：与拉伸台(3)和环境扫描电子显微镜(6)连接，用于成像。
2.利用权利要求1所述的观察系统进行观察的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)：通过模具(1)制备纤维混凝土试件(8)；
步骤(2)：通过高温炉(2)对试件进行高温处理，达到预定温度后，恒温处理，随后随炉冷却至室温；
步骤(3)：将拉伸台(3)放置在环境扫描电子显微镜(6)的观察仓(61)内，通过观察仓(6-1)内的接口将拉伸台(3)与控制器(4)、环境扫描电子显微镜(6)、计算机Ⅰ(5)和计算机Ⅱ(7)分别进行连接；
步骤(4)：将试件(8)安装在拉伸台(3)的拉伸桩(31)上，关闭观察仓(61)，启动拉伸台(3)；
步骤(5)：启动环境扫描电子显微镜(6)观察微观形貌，同时根据计算机(5)所绘制的力—位移曲线图选择特征点进行拍摄微观照片。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中预定温度为150-250℃，恒温处理的时间为0.5-1.5h。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述试件(8)两端宽，中部窄，两端为矩形，连接两端的中部为圆弧形，圆弧形中间的位置设有缺口，从而使缺口部位的宽度最窄，在拉伸过程中，具有缺口的位置断裂；所述试件(8)两端分别设有孔。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中的将试件(8)安装在拉伸台(3)的拉伸桩(31)上具体为：所述试件(8)上的孔套设在拉伸桩(31)上，从而将试件(8)安装在拉伸台(3)上。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述试件(8)两端分别设有两个孔，相应的拉伸桩(31)的数量为四个。
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