專利名稱：一種測試水泥基凈漿或砂漿直接拉伸強(qiáng)度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種測試水泥基凈漿或砂槳直接拉伸強(qiáng)度的方法，尤其涉及一種采用圓 弧型試件測試水泥基凈漿或砂漿直接拉伸強(qiáng)度的方法。
背景技術(shù)：
水泥基凈漿和砂漿是建筑工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的建筑材料。其優(yōu)越的工程性能得到業(yè)內(nèi)人 士的一致認(rèn)可。根據(jù)2006年4月13 R，國家發(fā)改委等八部門聯(lián)合緊急下發(fā)的《加快水泥結(jié) 構(gòu)調(diào)整的若干意見》，2010年水泥預(yù)期產(chǎn)量12.5億噸，將超過世界水泥總產(chǎn)量的1/3。'據(jù)業(yè) 內(nèi)專家預(yù)測，未來20年是中國城市化進(jìn)程最快的20年。中國將成為世界上商品化砂漿應(yīng)用 量最大的國家之一。
水泥是配制水泥混凝土的必備材料，其各個(gè)方面的性能都會(huì)對混凝土的質(zhì)量產(chǎn)生重要影 響。在混凝土工程施工甜，對水泥的質(zhì)量的檢測十分嚴(yán)格。國家針對水泥制定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 也比其他土木工程材料相對較多，主要有水泥化學(xué)分析方法、水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法、水 泥膠砂干縮試驗(yàn)方法、水泥安定性試驗(yàn)方法，水泥比表面積測定方法等。然而對水泥基凈漿 和砂漿直接拉伸強(qiáng)度的測試方法一直沒有相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)文獻(xiàn)也鮮見報(bào)道?，F(xiàn)在常見 的方法是用彎折或劈拉試驗(yàn)來間接的測試水泥基凈漿和砂漿的抗拉強(qiáng)度?？估瓘?qiáng)度應(yīng)該在試 件處于均勻拉伸應(yīng)力作用下測試，但是，彎折或劈拉試驗(yàn)都不符合這一個(gè)要求。這使得人們 對水泥性能的衡量一直處于不全面的狀態(tài)。許多專業(yè)人士也努力尋找方法測試水泥基凈漿和 砂漿的直接拉伸強(qiáng)度，但終因存在各種問題而不能達(dá)到理想效果。
測試水泥基凈漿和砂漿拉伸強(qiáng)度的主要難點(diǎn)在于O)水泥基凈槳和砂漿是一種脆性材 料，其抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，測試時(shí)需要用夾具將試件固定在試驗(yàn)機(jī)上，這就不可避免的在試件和夾具之間產(chǎn)生應(yīng)力集中。最后試件的破壞往往不是在指定的設(shè)計(jì)部位，而是在 夾具與試件的接觸部位。(2)試驗(yàn)時(shí)，由于加載方式等原因不能使試件處于均勻的拉伸狀態(tài)， 試件破壞時(shí)，斷裂面應(yīng)力分布不均勻，存在局部應(yīng)力集中現(xiàn)象。以上原因?qū)е略嚰鞆?qiáng)度 很難或不能準(zhǔn)確測試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種重復(fù)性好，測試準(zhǔn)確，試件能夠在設(shè) 計(jì)指定的部位斷裂，同時(shí)對設(shè)備要求不高的一種測試水泥基凈漿或砂漿直接拉伸強(qiáng)度的方法。 本發(fā)明的一種測試水泥基凈漿或砂漿直接拉伸強(qiáng)度的方法，它包括以下歩驟-(l)制備試件，所述的試件的平面形狀為由一aXb的矩形面在其相對的兩邊對稱的減去 圓心點(diǎn)設(shè)置在其兩邊上、半徑為r的兩個(gè)半圓面所構(gòu)成，所述的試件厚度為t，其中a， b, r， t均為正實(shí)數(shù)，并且滿足a^2r， b〉2r;
(2)在所述的試件的兩個(gè)圓弧面設(shè)置四個(gè)對稱的加力區(qū)域，在所述的加力區(qū)域套上柔性 索具，所述的柔性索具與拉伸試驗(yàn)機(jī)相連以加載。
本發(fā)明的有益效果是(1)試件形狀特殊，采用圓弧形狀實(shí)現(xiàn)試件截面積由大到小的均 勻過渡，不存在截面積的突變情況，有效降低了斷裂面處嚴(yán)重的應(yīng)力集中。(2)采用四點(diǎn)對 稱加載、可自動(dòng)滑動(dòng)的環(huán)形鋼槽作接觸面加墊等方法保證了試件在受拉時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)對中， 并處于直接拉伸狀態(tài)，試件能夠在設(shè)計(jì)的指定的截面最窄區(qū)段斷裂，測試結(jié)果能夠準(zhǔn)確的反 映材料的拉伸強(qiáng)度。


圖1是本發(fā)明的一種測試水泥基凈漿或砂漿直接拉伸強(qiáng)度的方法采用的試件的主視圖； 圖2是圖1所示的試件的左視圖3是制備圖1所示的試件采用的模具的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是采用本發(fā)明方法的試件加載示意圖5是本發(fā)明方法中試件的ABCDE斷面的受力分析模型圖;
圖6是本發(fā)明方法中采用墊塊的試件加載示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作以詳細(xì)描述。
本發(fā)明的一種測試水泥基凈漿或砂槳直接拉伸強(qiáng)度的方法，它包括以下歩驟(l)制備試 件，如圖1所示，試件的平面形狀為由邊長為aXb的矩形面減去兩個(gè)圓心點(diǎn)設(shè)置在其對稱 兩邊上、半徑為r的半圓面后所形成的平面。試件厚度為t。其中a， b, r， t均為正實(shí)數(shù)， 并且滿足a》2r, b〉2r; (2)在所述的試件的兩個(gè)圓弧面設(shè)置四個(gè)對稱的加力區(qū)域，加力 區(qū)域通常選擇在圓弧的30° 60°范圍內(nèi)(圓弧邊緣處定為0。)。在所述的四個(gè)加力區(qū)域上 分別套上柔性索具，所述的柔性索具與拉伸試驗(yàn)機(jī)相連以加載。優(yōu)選的鉤焊接在環(huán)形剛槽3 上，所述的環(huán)形剛槽3與所述的圓弧面具有相同的曲率，兩者能夠貼緊配合，所述的環(huán)形剛 槽起到墊塊的作用，所述的環(huán)形剛槽上的鉤通過柔性索具與拉伸試驗(yàn)機(jī)相連以加載。試件上 下邊緣與合力點(diǎn)之間的距離為L，加載方式如圖4、 6所示，加載時(shí)應(yīng)連續(xù)均勻地加載荷，加 載速率為100N/s ±10N/s。
試件直接拉伸強(qiáng)度按下式計(jì)算
<formula>formula see original document page 5</formula>
式中試件直接拉伸強(qiáng)度F:試件破壞荷載試件受拉面積 t:試件厚度
所述的試件可以采用以下方法制備模板由硬質(zhì)塑料圍板和鋼質(zhì)中心鐵塊組成。如圖 3所示為組裝完畢的模具，其中2為中心鐵塊，l為硬質(zhì)塑料圍板，然后在所述的中心鐵塊和硬質(zhì)塑料圍板圍成的區(qū)域中澆注測試水泥制得試件4。當(dāng)然，所述的試件也可采用與所述的 試件形狀相同的模具，然后在模具中澆注測試水泥制得。試件的截面最寬處向最窄處采用的 是圓弧幾何過渡，這種形狀設(shè)計(jì)保證了試件在最窄區(qū)段斷裂時(shí)基本無應(yīng)力集中現(xiàn)象。將澆注 制得的試件根據(jù)規(guī)范GBT 17671-1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)振搗、養(yǎng)護(hù)。達(dá)到標(biāo)準(zhǔn) 養(yǎng)護(hù)齡期后，將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，將試件表面擦干凈。
在拉伸試驗(yàn)機(jī)上，采用柔性索具四點(diǎn)對稱拉伸加載，加載處采用加墊手段，使加載處不 會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力過高以至于導(dǎo)致試件局部破壞。加墊有許多方法可取，這里僅采取的是用環(huán) 形剛槽3作墊塊，環(huán)形剛槽在圓弧45。 ±15°范圍內(nèi)可相對滑動(dòng)(圓弧邊緣處定為0。)。柔 性索具和環(huán)形鋼槽的相對滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)了試件加載時(shí)的自動(dòng)對中，保證了加載不會(huì)產(chǎn)生偏心現(xiàn)象。 加載方式如圖6所示。加載時(shí)應(yīng)連續(xù)均勻地加載荷，加載速率為100N/s ±10N/s。
本發(fā)明采用有限元軟件對1/4對稱試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)數(shù)值計(jì)算，模型如圖4所示。在斷 裂界面DC處沿箭頭所指的方向從左至右劃分了七個(gè)單元，根據(jù)計(jì)算結(jié)果提取的各單元的應(yīng)力 值見表1，邊緣處單元最大拉應(yīng)力和最小拉應(yīng)力數(shù)值的相對誤差為7.64%。這驗(yàn)證了在受到外 力拉伸加載時(shí)，試件在截面最窄區(qū)段是基本處于均勻拉伸應(yīng)力狀態(tài)，從而對本專利發(fā)明的有 效性提供了一個(gè)符合物理原理的核實(shí)，實(shí)現(xiàn)了對水泥基凈漿和砂漿拉伸強(qiáng)度力學(xué)性能指標(biāo)的 直接測試。
表l，斷裂面上各單元的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力(單元序號(hào)從左到右l-7)
單元號(hào)1234567
拉應(yīng)力/MPa3. 4053. 3253. 2653.2203. 1853. 1603. 145
剪應(yīng)力/MPa0. 0410. 0360.0300. 0240.0180.0110. 006
實(shí)施例1
在硬質(zhì)塑料圍板上加設(shè)兩個(gè)半圓形鐵板作為模具，然后在所述的模具中澆注測試水泥制
得試件；將所述的試件在規(guī)范GBT 17671-1999規(guī)定的條件(90%相對濕度，20土rC)下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期后，將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，將試件表面擦干凈備用，所述的試件各 值為a=250mm, b=220mm， r=100mm, t=20mm,在所述的試件的兩個(gè)圓弧面具有四個(gè)對稱 的加力區(qū)域，所述的加力區(qū)域通過柔性索具與拉伸試驗(yàn)機(jī)相連加載，加載時(shí)應(yīng)連續(xù)均勻地加 載荷，加載速率為100N/S ±10N/s 。
經(jīng)測試試件的應(yīng)力分布邊緣處單元最大拉應(yīng)力和最小拉應(yīng)力數(shù)值的相對誤差為 8.0%，所以在受到外力拉伸加載時(shí)，試件在截面最窄區(qū)段是基本處于均勻拉伸應(yīng)力狀態(tài)。
實(shí)施例2
在鐵質(zhì)圍板上加設(shè)兩個(gè)半圓形塑料塊板作為模具，然后在所述的模具中澆注測試水泥制 得試件；將所述的試件在規(guī)范GBT 17671-1999規(guī)定的條件(90%相對濕度，20±1°C)下進(jìn)行 養(yǎng)護(hù)；達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期后，將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，將試件表面擦干凈備用，所述的試件各 值為a=300mm, b=240mm， r=100mm, t=30mm，在所述的試件的兩個(gè)圓弧面具有四個(gè)對稱 的加力區(qū)域，所述的加力區(qū)域通過柔性索具與拉伸試驗(yàn)機(jī)相連加載，并在索具與試件接觸部 位加墊塊(如環(huán)形剛槽)，然后加載進(jìn)行續(xù)均勻地加載荷，加載速率為lOON/s 土10N/s 。
經(jīng)測試試件的應(yīng)力分布邊緣處單元最大拉應(yīng)力和最小拉應(yīng)力數(shù)值的相對誤差為 7.8%，所以在受到外力拉伸加載時(shí)，試件在截面最窄區(qū)段是基本處于均勻拉伸應(yīng)力狀態(tài)。
權(quán)利要求
1. 一種測試水泥基凈漿或砂漿直接拉伸強(qiáng)度的方法，其特征在于它包括以下步驟(1)制備試件，所述的試件的平面形狀為由一a×b的矩形面在其相對的兩邊對稱的減去圓心點(diǎn)設(shè)置在其兩邊上、半徑為r的兩個(gè)半圓面所構(gòu)成，所述的試件厚度為t，其中a，b，r，t均為正實(shí)數(shù)，并且滿足a≥2r，b>2r；(2)在所述的試件的兩個(gè)圓弧面設(shè)置四個(gè)對稱的加力區(qū)域，在所述的加力區(qū)域上分別套有柔性索具，所述的柔性索具與拉伸試驗(yàn)機(jī)相連以加載。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試水泥基凈漿或砂漿直接拉伸強(qiáng)度的方法，其特征在于 所述的步驟(1)中的制備試件步驟包括(a) 在硬質(zhì)塑料圍板上加設(shè)兩個(gè)半圓形鐵板作為模具，然后在硬質(zhì)塑料圍板和兩個(gè)半 圓形鐵板圍成的區(qū)域中澆注測試水泥制得試件；(b) 將所述的歩驟(a)中的試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；(c) 達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期后，將試件從養(yǎng)護(hù)室取出，將試件表面擦干凈備用。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試水泥基凈槳或砂漿直接拉伸強(qiáng)度的方法，其特征在于 它還包括其上焊接有鉤的環(huán)形剛槽，所述的環(huán)形剛槽與所述的圓弧面具有相同的曲率，兩 者能夠貼緊配合，所述的鉤通過柔性索具與拉伸試驗(yàn)機(jī)相連以加載。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測試水泥基凈漿或砂漿直接拉伸強(qiáng)度的方法，它包括以下步驟制備試件，所述的試件的平面形狀為由一a×b的矩形面在其相對的兩邊對稱的減去圓心點(diǎn)設(shè)置在其兩邊上、半徑為r的兩個(gè)半圓面所構(gòu)成，所述的試件厚度為t；在所述的試件的兩個(gè)圓弧面設(shè)置四個(gè)對稱的加力區(qū)域，在所述的加力區(qū)域套上柔性索具，所述的柔性索具與拉伸試驗(yàn)機(jī)相連以加載。本發(fā)明的試件形狀特殊，不存在截面積的突變情況，有效降低了斷裂面處嚴(yán)重的應(yīng)力集中。采用四點(diǎn)對稱加載、可自動(dòng)滑動(dòng)的環(huán)形鋼槽作接觸面加墊保證了試件在受拉時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)對中，并處于直接拉伸狀態(tài)，試件能夠在設(shè)計(jì)的指定的截面最窄區(qū)段斷裂，測試結(jié)果能夠準(zhǔn)確的反映材料的拉伸強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G01N3/28GK101435758SQ20081015420
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者涵 朱, 楊林虎, 汪維學(xué), 震 謝 申請人:天津大學(xué)