纤维增强混凝土单轴拉伸性能测试试件及其测试方法

摘要

本发明提出一种纤维增强混凝土单轴拉伸性能测试试件及其测试方法，测试试件呈骨头状，包括两端夹持段、中部测试段及传力段，夹持段为流线型，测试方法包括测试试件成型、拆模、拉伸试验准备以及实验数据记录，在两侧板、两端部夹持模具和底部的成型模板围成的成型腔内浇筑测试试件，拆模时将测试试件连同夹持模具取下，将夹持模具与试验设备连接；本发明的测试方法通过夹持模具与测试试件一体成形，测试试件与夹持夹具接触嵌合程度好，不易产生应力集中现象，传力均匀，且可直接安装于试验设备上，快速有效的测试测试试件；本发明的测试试件为骨头形状，各截面平缓过渡，受力与传力均匀，减少断裂发生在测试段以外位置的现象，试验成功率高。

说明书

技术领域

本发明属于混凝土性能试验技术领域，特别是指一种纤维增强混凝土单轴拉伸性能测试试件及其测试方法。

背景技术

抗拉性能是各种材料的重要机械性能，材料的抗拉性能可由单轴拉伸测试得到。在单轴拉伸测试中，试件的形状和夹持方式对于测试的成功率和准确度至关重要。混凝土材料包括大多数纤维增强混凝土是脆性材料，在单轴拉伸测试中，如果试件的形状和夹持方式不当的话，最终的断裂很容易出现试件的夹持端部，而不是在中间的预定破坏段，从而导致测试无效；现有技术的普通混凝土材料测试试件安装方法包括：预埋式制作试件方法，对于非均质的混凝土材料，预埋结构往往成为出现初期内部裂纹的原因，试验成功率不确定；端部设置孔型结构的试件，在试验过程中，拉孔出现因为应力集中引起偏载，导致断裂面和极限应力不能反应材料的实际情况；对于摩擦或粘接方式连接试件，往往出现摩擦力或者粘接力不足情况；而纤维增强混凝土材料除了具有与普通混凝土材料相似的脆性外，其抗拉性能和延展性差别较大，现有技术的抗拉试验测试试件的尺寸和结构并不是纤维增强混凝土材料拉伸测试最合适选择，现有技术的抗拉试验测试试件的尺寸和结构并不是纤维增强混凝土材料拉伸测试最合适选择，需要设计一种可靠的、且能够适应纤维增强混凝土材料的试件夹持方式和相应的试件形状，对成功实现纤维增强混凝土单轴拉伸性能测试具有举足轻重的意义。

发明内容

为解决以上现有技术的不足，本发明提供了一种快速有效地测量纤维增强混凝土单轴拉伸性能的方法，以试件的成型模具作为试验夹具，从而可快速、可靠、有效地测量纤维增强混凝土单轴拉伸性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种纤维增强混凝土单轴拉伸性能测试试件，其呈各处厚度均匀的骨头状板块，测试试件包括两端的夹持段、中部的测试段以及连接夹持段和测试段的传力段，测试段为长方体结构，传力段为横截面大小平缓变化的结构，夹持段的上端平面为弧形曲面，夹持段的两侧面为拉力作用面，其为多个连续弧形曲面，拉力作用面上端与上端平面相切，下端和传力段侧面相切。

优选地，测试试件总长与测试段长度A0比为7：3，夹持段的长度为(0.35-0.4)A0，传力段长度A1为(2/3A0-A2)。

优选地，测试段的宽度为B0，夹持段的最大横截面宽度B2为(2.2-2.5)B0，最小横截面宽度B1为(1.7-1.8)B0。

一种纤维增强混凝土单轴拉伸性能测试方法，基于以上的测试试件，包括：

步骤一、测试试件成型，通过使用两侧板、两端部夹持模具和底部的成型模板围成测试试件的成型腔，浇筑前对成型腔内壁进行充分的清洁，并涂抹一层便于脱模的涂层，向成型腔内浇筑纤维增强混凝土浆料，振实并均匀碾压各处浆料，使浆料充分填充成型腔四壁接缝处，沿成型腔上端平面将浆料上平面刮平，测试试件充分凝结后进行湿润养护，并用不透水薄膜覆盖表面保持其表面潮湿；

步骤二、拆模，拆除两侧板，将测试试件连同两端部的夹持模具从成型模板上取下，获得本发明的测试试件；

步骤三、拉伸试验准备，两端部的夹持模具通过万向连接头和试验设备的上下机械加载端分别连接，测试试件上连接有用于采集测试试件产生的瞬时应变和总应变量的LVDT位移系统；

步骤四、实验及数据记录，试验时先施预紧力，根据需要选择以等应变或等应力的方式开始进行拉伸试验，加载拉伸应力，直至测试试件断裂，记录试验数据并做统计，绘制应力-应变曲线，获得材料拉伸性能参数。

进一步地，还包括在测试试件的前后两侧面上标记延伸基准线并安装LVDT位移系统，延伸基准线为测试段与传力段的交界线，LVDT位移系统包括与测试试件两端连接的两位移夹具、分别安装于一位移夹具的两侧上的两个LVDT位移传感器、连接另一位移夹具和LVDT位移传感器的两个弹片，弹片为L形结构，位移夹具包括两个夹板及其中间的缓冲层，位移夹具安装时，其两个夹板由测试试件的前后两侧面沿延伸基准线位置夹紧试件，并将两夹板固定连接，缓冲层填充覆盖所有夹板与测试试件的接触表面。

与现有技术相比，本发明的纤维增强混凝土单轴拉伸性能的测试方法通过将夹持模具与测试试件一体成形，测试试件与夹持夹具接触嵌合程度较好，不易产生应力集中现象，传力均匀，且可直接安装于试验设备上，快速有效的测试测试试件；夹持模具通过万向连接头和试验设备连接，夹持模具可根据测试试件中心的变化灵活自调节，可防止试验过程中的偏载现象；

本发明使用的测试试件为骨头状，各截面平缓过渡，受力与传力均匀，减少拉伸时断裂发生在测试段以外位置以及回缩时夹持段发生变形损坏的现象，适应纤维增强混凝土材料的材料性质，试验成功率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的测试试件在试验设备上的安装示意图；

图2为图1中测试试件一的结构示意图；

图3为图1中测试试件二的结构示意图。

图中：1、测试试件，11、夹持段，12、传力段，13、测试段，14、延伸基准线，15、拉力作用面，16、上端平面，2、夹持模具，3、LVDT位移系统，31、位移夹具，32、弹片，33、LVDT位移传感器，4、万向节。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种纤维增强混凝土单轴拉伸性能的测试试件及其测试方法，测试试件1的尺寸和形状、测试试件1的制作及应力-应变试验过程均参照和满足《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的相关规定，试验设备为万能力学试验机；

其中，基于纤维增强混凝土材料的脆性，本发明的测试试件1设计为骨头形状，其各处厚度一致，两端为流线型设计，如图2和3所示，其包括两端的夹持段11、中部的测试段13以及连接夹持段11和测试段13的传力段12，传力段12为横截面大小平缓变化的结构，即其侧面为一圆弧面或斜平面，以平缓过渡变径截面，均匀传递内应力，夹持段11的上端平面16为弧形曲面，增大测试试件上端平面与模具的接触面积，可在回缩时有效减小应力集中，避免夹持段在回缩时损坏或挤压变形而难以脱模的现象，夹持段11的两侧面为测试试件1受拉力的部位，即拉力作用面15，传统的测试试件1为工字形，受拉紧力的部位为一凸台，对于纤维混凝土这类脆性材料，突变的截面往往成为裂纹产生和断裂的位置，因此，该拉力作用面15设置为多个连续弧形曲面，其可为中部一个或一个以上大弧形曲面，一端通过上端弧面过渡至上端平面，下端通过下端弧面过渡至传力段，如图2所示的试件一，中部可为一大圆弧曲面，如图3所示的试件二，中部为两个连续圆弧，当然，设置过多的圆弧加大夹持模具2内槽的加工难度，拉力作用面15上端与上平面相切，下端和传力段12的圆弧面或斜平面相切；测试段13为按照试验标准规定的长方体，其长度A0采用国家标准试件长度，为150mm，根据测试经验总结，测试试件总长与A0长度比为7：3较佳，即测试试件总长为350mm，不仅试验成功率高，便于制作模具，且不会浪费材料，其中，夹持段11的长度A2为(0.35-0.4)A0，传力段12长度A1为(2/3A0-A2)，因此，测试试件1具有足够长的应力受力面，且设置的连续弧形曲面可增大应力作用面积，同时，传力段12足够长度均匀传递内应力，测试段13的宽度为B0，夹持段11的最大横截面宽度B2为(2.2-2.5)B0，最小横截面宽度B1为(1.7-1.8)B0，因此，受力的截面宽度为B2-B1，具有足够的拉力承受面，且不会因为最小横截面宽度B1过小先于测试段13断裂；

本发明的一种纤维增强混凝土单轴拉伸性能的测试方法，采用本发明所设计的测试试件，包括以下步骤：

步骤一、测试试件1成型，通过使用两侧板、两端部夹持模具2和底部的成型模板围成测试试件1的成型腔，侧板上可设置定位凸台，定位凸台与夹持模具2两侧面接触定位两侧板内侧面的位置，定位好后，可使用两弹簧夹板从两侧板外侧夹紧两侧板，完成夹持模具2和两侧板相对位置的锁定，浇筑前对成型腔内壁进行充分的清洁，并凃一薄层矿物油或者脱模剂，向成型腔内浇筑纤维增强混凝土浆料，振实并均匀碾压各处浆料，使浆料充分填充成型腔四壁接缝处，沿成型腔上端平面16将浆料上平面刮平，测试试件1成型后进行充分湿润养护，并用不透水薄膜覆盖表面保持其表面潮湿；

步骤二、拆模，拆除两侧板，将测试试件1连同两端部的夹持模具2从成型模板上取下，获得本发明的测试试件1；

步骤三、拉伸试验准备，如图1所示，两端部的夹持模具2通过万向连接头和试验设备的上下机械加载端分别连接，夹持模具2上设有连接铰接端头，其与万向连接头通过销轴连接，万向连接头可为万向节4或者在连接结构内设置球形轴承实现可相对三维转动的连接头，因此，测试试件1与两端的夹持模具2可根据中心的变化灵活自调节，可防止试验过程中的偏载现象，在测试试件1的前后两侧面上标记延伸基准线14，延伸基准线14为测试段13与传力段12的交界线；在测试试件1上安装LVDT位移系统3，其用于采集测试试件1产生的瞬时应变和总应变量，LVDT位移系统3包括与测试试件1连接的两位移夹具31、分别安装于一位移夹具31的两侧上的两个LVDT位移传感器33、连接另一位移夹具31和LVDT位移传感器33的两个弹片32，两个弹片32分别与LVDT位移传感器33的铁芯固定连接，为了防止弹片32的变形影响试验，弹片32设置为L形，位移夹具31由两个夹板及其中间的缓冲层组成，其夹紧于延伸基准线14上，两个夹板由测试试件1的前后面夹紧试件，通过螺钉固定连接，夹板间的缓冲层可避免夹板夹紧力损坏测试试件1表面或引起应力集中，保证试验精度，夹板随着测试试件1的变形而发生移动，实时反应两延伸基准线14的距离变化，即延伸量；

步骤四、实验及数据记录，基于本发明的测试试件1，并在其上安装本发明设计的LVDT位移系统3实施拉伸试验，试验时先施预紧力，根据需要选择以等应变或等应力的方式开始进行拉伸试验，加载拉伸应力，直至测试试件1断裂，记录试验数据并做统计，绘制应力-应变曲线，获得材料拉伸性能参数。

本发明的描述中，所涉及的术语“侧面”、“内侧面”、“前后两侧面”、“上端平面”、“横截面”、“前后面”等所指示的方位或位置关系均为基于附图1-3中所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述和理解本发明，其不作为本发明保护内容的限制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。