CN114279783A - 一种预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件制作和试验方法 - Google Patents
一种预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件制作和试验方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提出了一种预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件制作和试验方法。所述模具由长方体木模、泡沫件、预埋螺丝和螺丝定位垫板组成。泡沫件加工成指定形状后与木模侧板相贴，实现拉伸试件端部和中间试验段的过渡。螺丝定位垫板与木模端板相接，孔洞与预埋螺丝的尺寸和位置对应，用于浇筑时嵌固螺丝，通过调节两板总厚度控制试件预埋螺丝的露出长度。所述试件制作包括浇筑和脱模。所述试验方法包括拉伸试验准备及试验流程。本申请提出的拉伸试件模具可方便地实现特殊形状拉伸试件的成型，及螺丝的定位与预埋，经济、灵活、可操作性强，且易加工成多联模具，结合所述试验方法，可方便地实现钢纤维混凝土直接拉伸性能的测试。
Description
技术领域
本申请涉及钢纤维混凝土材料的力学性能测试领域，具体涉及一种预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件多联木模及试件制作和试验方法。
背景技术
拉伸性能是钢纤维混凝土十分重要的力学性能，研究其最直接有效的方法是单轴拉伸试验。拉伸试件形状和拉伸方式的选择极大地影响着试验的难度和效果。为了使开裂和破坏主要发生在中部的试验段，单轴拉伸试验多采用“狗骨状”试件，大截面端部和中部小截面试验段之间通过光滑圆弧面或斜面等方式过渡，必要时还可在试验段中部设置小型缺口。此类试件一般通过预埋螺丝或在端头安装特制夹具来实现拉伸。目前，现有的外接夹具法需特制满足试件规格的钢制拉伸夹具，适用性不强，且调节不灵活。通过预埋螺丝与试验机相连的拉伸方式能较好地实现对中，且经济易行。因此，预埋螺丝的狗骨状钢纤维混凝土单轴拉伸试件是钢纤维混凝土拉伸性能试验研究的一种较为理想的选择。
此类试件的制作面临两个难点，一是试件中螺丝的定位与预埋，二是“狗骨状”拉伸试件特殊形状的成型。传统钢模精度较高，可重复利用，但特定的形状需要定制，且价格昂贵；传统木模经济，易操作，多用于长方体试件成型，特殊形状难以加工。因此，亟待发明一种预埋螺丝式钢纤维混凝土狗骨状拉伸试件制作的经济木模及相应可靠的拉伸试验方法，服务于钢纤维混凝土拉伸性能的探究。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述已有技术和方法的缺陷而提出一种预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件多联木模及试件制作和试验方法，服务于钢纤维混凝土拉伸性能的探究。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本申请提出的一种预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件多联木模，包括木模底板、木模侧板、木模端板、泡沫件、预埋螺丝、螺丝定位垫板；木模端板通过螺钉固定于木模底板上，木模侧板通过螺钉固定于两木模端板之间。
所述泡沫件通过切削等方式加工处理成指定形状后，侧面通过胶水与木模侧板相贴，底面与木模底板相贴，固定于木模中部，方便地实现任意特殊形状拉伸试件的成型，以满足不同拉伸试验的要求。
所述螺丝定位垫板和木模端板的预留孔洞与预埋螺丝的尺寸和位置一一对应，螺丝定位垫板和木模端板通过螺钉相接，螺丝定位垫板和木模端板总厚度等于钢纤维混凝土拉伸试件中预埋螺丝的露出长度，预埋螺丝嵌固其中，预埋螺丝端面与螺丝定位垫板外表面齐平。预埋螺丝为带端头的高强螺丝，试件两端面各四个，预埋深度需满足钢纤维混凝土试件拉伸时的抗拔要求。
可根据拉伸试件实际数量需求制成多联模具，采用通长底板和通长端板，相邻试件之间共用同一块侧板，泡沫件分别贴在侧板的两侧。
根据上述预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件多联木模制作试件的方法，主要包括模具制作、钢纤维混凝土配制、试件浇筑以及试件脱模，具体包括以下步骤：
(a)模具制作：根据拟成型试件的数量、尺寸以及木模的厚度计算通长底板、通长端板以及侧板的尺寸，各板通过螺钉相连，通长端板在通长底板之上，侧板在通长端板之间；根据钢纤维混凝土拉伸试件中预埋螺丝的露出长度选择适当厚度的螺丝定位垫板，并将其与通长端板通过螺钉相连，根据预埋螺丝的位置及尺寸在通长端板及螺丝定位垫板上钻孔，预埋螺丝嵌固其中，预埋螺丝端面与螺丝定位垫板外表面齐平；根据拟成型试件的形状及尺寸切削相应形状的泡沫件，其侧面通过胶水与木模侧板相贴，底面与通长底板相贴。
(b)钢纤维混凝土配制：按照计算配合比确定钢纤维混凝土各组分材料用量，先将粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰、矿渣粉加入搅拌机，搅拌时长2分钟；然后加水继续搅拌2分钟；而后加入减水剂，再搅拌2分钟；最后在搅拌的同时缓慢投入定量钢纤维，搅拌时长约5分钟。
(c)试件浇筑：在模具内侧壁包括泡沫件外表面上涂油，将模具置于振动台，将搅拌好的钢纤维混凝土浇入模具内，振动使材料密实，待试件上表面与侧板顶部平齐后可停止振动，编号后置于标准养护条件进行养护。
(d)试件脱模：养护24小时左右后可脱模，先将螺丝定位垫板从通长端板上拆除，再将通长端板从通长底板上拆除，然后按照从两侧到中间的顺序依次将侧板从通长底板上拆除，最后将试件取出，继续养护28天。
对上述预埋螺丝式钢纤维混凝土试件进行单轴拉伸试验的方法，主要包括试件DIC前处理、试件与试验机连接、试验数据采集、加载控制，具体包括以下步骤：
(a)试件DIC前处理：选取收浆面作为观测面，在观测面均匀涂上白漆，形成白色背景，待白漆干燥后，用黑漆在白色背景上进行点喷，形成较均匀的黑色斑点，静置至干燥。
(b)试件与试验机连接：将经过DIC前处理的试件通过预埋螺丝与连接板相连，再将其通过连接螺丝与试验机加载头相连，安装好防护杆和引伸计。
(c)试验数据采集：钢纤维混凝土试件单轴拉伸的荷载由试验机数据采集系统自动记录，应变通过引伸计获得，图像采集系统每隔特定时间间隔拍摄一组图像，后处理通过分析观测面黑斑的移动来计算应变场，由此获得观测面裂纹演化情况。
(d)加载控制：试验前先预拉，偏心率不大于15％，其后按照位移加载，直至钢纤维混凝土试件出现宏观裂缝。
与现有方法相比，本申请的有益效果在于：
提出了一种预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件多联木模制作方法，该模具可方便地实现“狗骨状”等特殊形状拉伸试件的成型，以及螺丝的定位与预埋，经济，灵活，易操作，且易加工成多联模具，同时完成多个试件的浇筑。基于此模具提出了相应的试件制作方法和单轴拉伸试验方法，规避了端面粘胶法和外接夹具法实现钢纤维混凝土试件拉伸的弊端。
附图说明
图1为本申请实施例提供的预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件单联木模三维示意图；
图2为本申请实施例提供的预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件单联木模平面示意图；
图3为本申请实施例提供的预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件单联木模侧视图(一)；
图4为本申请实施例提供的预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件单联木模侧视图(二)；
图5为本申请实施例提供的预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件多联木模平面示意图；
图6为本申请实施例提供的脱模后预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件三维示意图；
图7为本申请实施例提供的不同形状泡沫件及相应成型后试件平面示意图；
图8为本申请实施例提供的预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试验系统示意图。
附图标记说明
1为木模底板、11为多联木模通长底板、2为木模侧板、3为木模端板、31为多联木模通长端板、4为泡沫件、5为预埋螺丝、6为螺丝定位垫板、7为钢纤维混凝土拉伸试件、8为钢纤维混凝土拉伸试验加载系统、81为试验机加载头、82为试件-试验机连接板、83为连接板-试验机连接螺丝、84为防护杆、85为引伸计、9为钢纤维混凝土拉伸试验控制系统及数据采集系统、10为钢纤维混凝土拉伸试验图像采集系统。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及其附图对本申请提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本申请的优点和特征将更加清楚。
需要说明的是，本申请的实施例有较佳的实施性，并非是对本申请任何形式的限定。本申请实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本申请优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本申请实施例所属技术领域的技术人员所理解。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限定。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
本申请的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本申请实施例的目的，并非是限定本申请可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本申请所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。且本申请各附图中所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
本申请提出了一种预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件单联木模，如图1～图4所示，包括木模底板1、木模侧板2、木模端板3、泡沫件4、预埋螺丝5、螺丝定位垫板6；木模端板3通过螺钉固定于木模底板1上，木模侧板2通过螺钉固定于两木模端板3之间。
泡沫件4可通过切削等方式加工处理成指定形状，不同形状泡沫件及相应成型后试件如图7所示，如圆弧+直线型、梯形、三角形、弧形、尖口形、凸形等；泡沫件4侧面通过胶水与木模侧板2相贴，底面与木模底板1相贴，固定于木模中部，方便地实现任意特殊形状拉伸试件的成型，以满足不同拉伸试验的要求。
如图4所示，螺丝定位垫板6和木模端板3的预留孔洞与预埋螺丝5的尺寸和位置一一对应，螺丝定位垫板6和木模端板3通过螺钉相接，螺丝定位垫板6和木模端板3总厚度等于钢纤维混凝土拉伸试件7中预埋螺丝5的露出长度，预埋螺丝5嵌固其中，预埋螺丝5端面与螺丝定位垫板6外表面齐平。本实施例中，螺丝定位垫板6和木模端板3的厚度均为15mm，预埋螺丝5选取长度为100mm、直径为12mm的外六角端头高强螺丝，螺丝间距为60mm，试件两端面各四个，预埋深度为70mm，满足钢纤维混凝土试件7拉伸时的抗拔要求。
可根据拉伸试件的实际数量需求制成多联模具，如图5所示，通长底板11和通长端板31，相邻试件之间共用同一块侧板2，泡沫件4分别贴在侧板2的两侧。
利用前述预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件多联木模制作试件的方法主要包括模具制作、钢纤维混凝土配制、试件浇筑以及试件脱模。本实施实例拟成型试件8个，试件端部尺寸为160mm×90mm，中部试验段的尺寸为100mm×100mm，端部和试验段之间通过圆弧过渡，圆弧半径为30mm，试件厚度为100mm，所有木模的厚度均为15mm，计算得到通长底板11的平面尺寸为1415mm×370mm，通长端板31的平面尺寸为1415mm×100mm，侧板2的平面尺寸为340mm×100mm，各板通过螺钉相连，通长端板31在通长底板11之上，侧板2在通长端板31之间；钢纤维混凝土拉伸试件7中预埋螺丝5的露出长度为30mm，螺丝定位垫板6的厚度为15mm，将其与通长端板31通过螺钉相连，根据预埋螺丝5的位置在通长端板31及螺丝定位垫板6上钻孔，孔径为12mm，预埋螺丝5嵌固其中，预埋螺丝5端面与螺丝定位垫板6外表面齐平；根据拟成型试件的形状及尺寸切削相应形状的泡沫件4，其侧面通过胶水与木模侧板2相贴，底面与通长底板11相贴，如图5所示。按照计算配合比确定钢纤维混凝土各组分材料用量，先将粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰、矿渣粉加入搅拌机，搅拌时长2分钟；然后加水继续搅拌2分钟；而后加入减水剂，再搅拌2分钟；最后在搅拌的同时缓慢投入定量钢纤维，搅拌时长约5分钟。在模具内侧壁包括泡沫件外表面上涂油，将模具置于振动台，将搅拌好的钢纤维混凝土浇入模具内，振动使材料密实，待试件上表面与侧板2顶部平齐后可停止振动，编号后置于标准养护条件进行养护。养护24小时左右后可脱模，先将螺丝定位垫板6从通长端板31上拆除，再将通长端板31从通长底板11上拆除，然后按照从两侧到中间的顺序依次将侧板2从通长底板11上拆除，最后将试件取出，继续养护28天。脱模后的试件如图6所示。
利用上述预埋螺丝式钢纤维混凝土试件进行单轴拉伸试验的方法，主要包括试件DIC前处理、试件与试验机连接、试验数据采集、加载控制，如图8所示。选取收浆面作为观测面，在观测面均匀涂上白漆，形成白色背景，待白漆干燥后，用黑漆在白色背景上进行点喷，形成较均匀的黑色斑点，静置至干燥。将经过DIC前处理的试件7通过预埋螺丝5与连接板82相连，本实施例中连接板82的厚度为30mm，与试件7预埋螺丝的露出长度相等，再将其通过连接螺丝83与试验机加载头81相连，安装好防护杆84和引伸计85。钢纤维混凝土试件7单轴拉伸的荷载由试验机数据采集系统9自动记录，应变通过引伸计85获得，图像采集系统10每隔特定时间间隔拍摄一组图像，后处理通过分析观测面黑斑的移动来计算应变场，由此获得观测面裂纹演化情况。试验前先预拉，偏心率不大于15％，其后按照位移加载，直至钢纤维混凝土试件7出现宏观裂缝。
上述描述仅是对本申请较佳实施例的描述，并非是对本申请范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本申请技术方案保护的范围。
Claims (6)
1.一种预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件多联木模，其特征在于：包括木模底板(1)、木模侧板(2)、木模端板(3)、泡沫件(4)、预埋螺丝(5)、螺丝定位垫板(6)；
木模端板(3)通过螺钉固定于木模底板(1)上，木模侧板(2)通过螺钉固定于两木模端板(3)之间。
2.根据权利要求1所述的预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件多联木模，其特征在于：所述泡沫件(4)通过切削等方式加工处理成指定形状后，侧面通过胶水与木模侧板(2)相贴，底面与木模底板(1)相贴，固定于木模中部，方便地实现任意特殊形状拉伸试件的成型，以满足不同拉伸试验的要求。
3.根据权利要求1所述的预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件多联木模，其特征在于：所述螺丝定位垫板(6)和木模端板(3)的预留孔洞与预埋螺丝(5)的尺寸和位置一一对应，螺丝定位垫板(6)和木模端板(3)通过螺钉相接，螺丝定位垫板(6)和木模端板(3)总厚度等于钢纤维混凝土拉伸试件(7)中预埋螺丝(5)的露出长度，预埋螺丝(5)嵌固其中，预埋螺丝(5)端面与螺丝定位垫板(6)外表面齐平；预埋螺丝(5)为带端头的高强螺丝，待测的试件(7)两端面各四个，预埋深度需满足钢纤维混凝土试件(7)拉伸时的抗拔要求。
4.根据权利要求1所述的预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件多联木模，其特征在于：可根据实际数量需求制成多联模具，采用通长底板(11)和通长端板(31)，相邻试件(7)之间共用同一块侧板(2)，泡沫件(4)分别贴在侧板(2)的两侧。
5.一种利用权利要求1所述的预埋螺丝式钢纤维混凝土单轴拉伸试件多联木模制作试件的方法，其特征在于：包括模具制作、钢纤维混凝土配制、试件浇筑以及试件脱模，具体包括以下步骤：
(a)模具制作：根据拟成型试件的数量、尺寸以及木模的厚度计算通长底板(11)、通长端板(31)以及侧板(2)的尺寸，各板通过螺钉相连，通长端板(31)在通长底板(11)之上，侧板(2)在通长端板(31)之间；根据钢纤维混凝土拉伸试件(7)中预埋螺丝(5)的露出长度选择适当厚度的螺丝定位垫板(6)，并将其与通长端板(31)通过螺钉相连，根据预埋螺丝(5)的位置及尺寸在通长端板(31)及螺丝定位垫板(6)上钻孔，预埋螺丝(5)嵌固其中，预埋螺丝(5)端面与螺丝定位垫板(6)外表面齐平；根据拟成型试件的形状及尺寸切削相应形状的泡沫件(4)，其侧面通过胶水与木模侧板(2)相贴，底面与通长底板(11)相贴；
(b)钢纤维混凝土配制：按照计算配合比确定钢纤维混凝土各组分材料用量，先将粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰、矿渣粉加入搅拌机，搅拌时长2分钟；然后加水继续搅拌2分钟；而后加入减水剂，再搅拌2分钟；最后在搅拌的同时缓慢投入定量钢纤维，搅拌时长约5分钟；
(c)试件浇筑：在模具内侧壁包括泡沫件外表面上涂油，将模具置于振动台，将搅拌好的钢纤维混凝土浇入模具内，振动使材料密实，待试件上表面与侧板(2)顶部平齐后可停止振动，编号后置于标准养护条件进行养护；
(d)试件脱模：养护24小时后可脱模，先将螺丝定位垫板(6)从通长端板(31)上拆除，再将通长端板(31)从通长底板(11)上拆除，然后按照从两侧到中间的顺序依次将侧板(2)从通长底板(11)上拆除，最后将试件取出，继续养护28天。
6.一种利用权利要求5所述的预埋螺丝式钢纤维混凝土试件进行单轴拉伸试验的方法，其特征在于：包括试件的DIC(为一种已知的数字图像法)前处理、试件与试验机连接、试验数据采集、加载控制，具体包括以下步骤：
(a)试件的DIC前处理：选取收浆面作为观测面，在观测面均匀涂上白漆，形成白色背景，待白漆干燥后，用黑漆在白色背景上进行点喷，形成较均匀的黑色斑点，静置至干燥；
(b)试件与试验机连接：将经过DIC前处理的试件(7)通过预埋螺丝(5)与连接板(82)相连，再将其通过连接螺丝(83)与试验机加载头(81)相连，安装好防护杆(84)和引伸计(85)；
(c)试验数据采集：钢纤维混凝土试件(7)单轴拉伸的荷载由试验机数据采集系统(9)自动记录，应变通过引伸计(85)获得，图像采集系统(10)每隔特定时间间隔拍摄一组图像，后处理通过分析观测面黑斑的移动来计算应变场，由此获得观测面裂纹演化情况；
(d)加载控制：试验前先预拉，偏心率不大于15％，其后按照位移加载，直至钢纤维混凝土试件(7)出现宏观裂缝。
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