CN111198155B - 一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型装置及成型方法 - Google Patents

一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型装置及成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型装置，包括纤维固定装置；所述纤维固定装置用于对试验所需的柔性纤维进行固定后得到带有柔性纤维的薄板；所述纤维固定装置包括底座、位于底座之上的两个可升降支架、固定在底座之上的两个定位夹以及安装在两个定位夹上的薄板。本发明提供了一种简单方便易操作，可调节高度和角度、精确度高的可用于柔性纤维拉拔试验的试样成型装置及成型方法，适用于柔性纤维等柔软不易固定的试样。

Description

一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型装置及成型方法
技术领域
本发明涉及建筑材料与测试技术领域，具体涉及一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型装置及成型方法。
背景技术
混凝土固有缺陷有自重大，收缩大，抗拉强度低，变形能力差，极限延伸率低，脆性大而易产生裂缝等，这些缺陷使得混凝土的优势不能得到充分发挥。而纤维复合水泥基材料是指以硅酸盐水泥为基体，以有机或无机纤维等为增强体，加入填料、化学助剂和水经复合工艺构成的复合材料。它可以优化水泥基材料原有的缺陷，强化、韧化水泥基材料,提高其拉伸、弯曲以及冲击强度，控制裂纹的扩展。而纤维类型可被分为刚性纤维和柔性纤维，应用领域几乎覆盖了工业及民用建筑、铁路与道路工程，桥梁与隧道工程。柔性纤维混凝土和普通混凝土相比，开裂后变形性能明显改善，弯曲韧性与断裂韧性显著提高，收缩、徐变变形较普通混凝土有一定程度的降低，可以约束混凝土中微裂纹的引发和扩展，提高抗疲劳、抗冲击、抗冻融以及抗渗性能。
在纤维水泥复合材料中，纤维材料与水泥基材料的界面粘结强度与界面效应直接影响到纤维材料自身性能的发挥和复合材料物理力学性能的优劣。纤维和水泥基体之间相互作用是复合材料性能的一个关键参数，界面特性保证了基体和纤维之间的应力传递。在既有柔性纤维本身性能保证的的前提下，影响柔性纤维和水泥基材料复合效果的一个根本原因，就是柔性纤维短切丝(束)与水泥基材料之间的界面粘结性能。因此，柔性纤维与水泥基材料的粘结性能试验测试对于纤维水泥基材料的发展至关重要。
对于粘结性能的研究方法最简单、经济、实用的是纤维与基体直接进行拉拔，拉拔界面力学模型的研究也是复合材料增强增韧机理研究的一个重要组成部分。目前对于柔性纤维与水泥基界面的拉拔试验的装置及测试方法还很不完善，且由于纤维直径和截面积极小，对其单丝直接进行拉拔有一定难度，同时柔性纤维本身较为柔软，纤维两端浇注水泥基材料极易导致纤维移位，不易控制，成型比较难。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种简单方便易操作，可调节高度和角度、精确度高的可用于柔性纤维拉拔试验的试样成型装置及成型方法，适用于柔性纤维等柔软不易固定的试样。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型装置，包括纤维固定装置；所述纤维固定装置用于对试验所需的柔性纤维进行固定后得到带有柔性纤维的薄板；所述纤维固定装置包括底座、位于底座之上的两个可升降支架、固定在底座之上的两个定位夹以及安装在两个定位夹上的薄板；
所述底座上表面设置有一个凹槽，所述凹槽的长边一侧以凹槽中部为零刻度中心对称设置有毫米制的刻度值，两个所述可升降支架分别设置在凹槽的左右两边，每个所述可升降支架包括滑动设置在凹槽上的支撑板、连接在支撑板两侧上端且带有刻度的两个圆杆、套设在圆杆上的套筒以及连接在两个套筒之间的横杆；其中一个所述可升降支架的套筒上安装有角度仪，所述套筒上设置有定位螺栓，所述套筒在上下移动后通过紧固定位螺栓来调整套筒在圆杆上的固定高度，所述支撑板上在处于底座有刻度值的一侧设置有带指针的方孔，所述支撑板的中部设置有可对支撑板在底座上位置进行固定的紧固螺栓；所述底座于表面上的零刻度值处以凹槽为基准对称安装有两个定位夹，所述底座通过两个定位夹固定薄板，所述薄板的中心位置开设有用于穿过待固定柔性纤维的圆孔。
进一步的，还包括成型模具，所述成型模具用于在放置带有薄板的柔性纤维并利用水泥基材料对其进行进一步固定成型。
进一步的，所述成型模具包括左右两个半边模板，两个半边模板之间通过两端的固定螺栓连接在一起，两个半边模板之间在连接后与底部的底板通过螺栓连接，每个所述半边模板上设置均有三个间隔开的半边试样模腔，两个所述半边模板连接后于连接位置具有用于卡设放置薄板的卡槽。
进一步的，所述薄板的规格为23mmⅹ23mmⅹ0.5mm，所述薄板的中部开设有直径约1mm的圆孔。
本发明还提供了一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型方法，采用上述的试样成型装置，对纤维水泥基材料进行粘结力拉拔试验测试所用试样进行成型包括以下步骤：
准备工作：
准备试验所需的柔性纤维，按照设计长度制成相应短切纤维样品，准备23mmⅹ23mmⅹ0.5mm的薄板，称量试验需要的水泥基体各组成材料。
纤维固定装置的组装：
首先将纤维固定装置的底座置于水平桌面上，将两个可升降支架放入底座上的凹槽上，通过左右滑动调整可升降支架的支撑板位置，当支撑板的方孔处所带指针对应设计的刻度时，拧紧支撑板上的紧固螺栓，接着调整可升降支架的套筒高度，高度调整好后拧紧套筒上的定位螺栓，若需控制柔性纤维在水泥基体中的埋入角度，则通过调整两边横杆的高度差，以获得柔性纤维的埋入角度；接着将带孔的薄板固定于于0刻度线上的定位夹上，将柔性纤维穿过薄板预设的圆孔中，并将柔性纤维两端用定位胶布固定在可升降支架的横杆上，然后在薄板的圆孔内填入胶水，待胶水固化后获得试验所需的带纤维的薄板。
成型模具的组装与试件的浇筑：
成型模具通过拧紧两端的固定螺栓拼装完成，将步骤所得的带纤维的薄板置于成型模具的卡槽内，薄板和成型模具上涂上脱模剂后，将充分搅拌均匀的水泥基材料浇筑于成型模具中，试件成型后立即放入标准养护室进行养护到设定龄期，养护结束后得到柔性纤维拉拔试验所需的试样。
进一步的，在步骤(3)中，将水泥基材料浇筑于成型模具中的步骤如下：
首先注入砂浆直至薄板的中间处并刚好和柔性纤维的下边缘接触，充分振捣；继续注入砂浆，至刚好盖住柔性纤维，再继续振捣一定时间；最后将成型模具注满砂浆，继续振捣。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)由于柔性纤维直径和截面积极小可达微米级，而且纤维柔性纤维本身较脆，在试验中若直接夹持，则会使得纤维两端造成损伤，所测数据不能反映纤维的真实特性。针对以上问题，本发明能够将纤维与薄板固定起来，再将纤维的两端都埋入水泥基体中，所得试样设置一端固定端而一段为拔出端，可避免现行试验设计中利用平板夹紧方式或者缠绕的方式在验过程中出现的纤维损伤造成的实验误差的现象。
(2)本发明所述固定装置可以通过纤维的设计的埋入深度和埋入角度调节可升降支架之间的距离以及横杆高度，灵活，高效，可重复的达成设计者所需要的进行不同长度、埋入角度纤维的试验量测设计目标。
(3)装置简单易制作，造价低廉，可重复利用。
附图说明
图1是本发明纤维固定装置的整体结构示意图；
图2是本发明纤维固定装置的俯视图；
图3是本发明带有角度仪11的套筒7与圆杆6的连接示意图；
图4是本发明纤维固定装置的侧视图；
图5是本发明定位夹3结构示意图；
图6是本发明成型模具整体示意图；
图7是本发明成型模具连接后卡槽位置示意图；
图8是本发明所得的成型后试样的示意图；
图9是柔性纤维水泥基拉拔试验加载示意图。
附图标记说明：
1、底座；2、可升降支架；3、定位夹；4、凹槽；5、支撑板；6、圆杆；7、套筒；8、横杆；9、定位螺栓；10、薄板；11、角度仪；12、方孔；13、柔性纤维；14、紧固螺栓；15、成型模具；16、半边模板；17、半边试样模腔；18、固定螺栓；19、卡槽；20、圆孔。
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9所示，本发明实施例提供一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型装置，包括纤维固定装置；纤维固定装置用于对试验所需的柔性纤维13进行固定后得到带有柔性纤维的薄板10；纤维固定装置包括底座1、位于底座1之上的两个可升降支架2、固定在底座1之上的两个定位夹3以及安装在两个定位夹3上的薄板10；
底座1上表面设置有一个凹槽4，凹槽4的长边一侧以凹槽中部为零刻度中心对称设置有毫米制的刻度值，在本实施例中，两侧的刻度值一直到4mm，两个可升降支架2分别设置在凹槽4的左右两边，每个可升降支架2包括滑动设置在凹槽4上的支撑板5、连接在支撑板两侧上端且带有刻度的两个圆杆6、套设在圆杆6上的套筒7以及连接在两个套筒7之间的横杆8；其中一个可升降支架2的套筒7上安装有角度仪11，可供调节纤维试样在水泥基体中埋入的角度，套筒7上设置有定位螺栓9，套筒7在上下移动后通过紧固定位螺栓9来调整套筒7在圆杆6上的固定高度，支撑板5上在处于底座1有刻度值的一侧设置有带指针的方孔12，支撑板5的中部设置有可对支撑板在底座1上位置进行固定的紧固螺栓14；底座1于表面上的零刻度值处以凹槽为基准对称安装有两个定位夹3，底座1通过两个定位夹3固定薄板10，薄板10的中心位置开设有用于穿过待固定柔性纤维的圆孔20。
在本发明实施例中，该用于柔性纤维拉拔试验的试样成型装置还包括成型模具15，成型模具15用于在放置带有薄板10的柔性纤维13并利用水泥基材料对其进行进一步固定成型。
其中，成型模具15包括左右两个半边模板16，两个半边模板16之间通过两端的固定螺栓18连接在一起，两个半边模板16之间在连接后与底部的底板通过螺栓连接，每个半边模板16上设置均有三个间隔开的半边试样模腔17，两个半边模板16连接后于连接位置具有用于卡设放置薄板10的卡槽19。
在本发明实施例中，薄板10的规格为23mmⅹ23mmⅹ0.5mm，薄板10的中部开设有直径约1mm的圆孔20。
本发明实施例提供的一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型方法，采用上述本发明试样成型装置，对纤维水泥基材料进行粘结力拉拔试验测试所用试样进行成型包括以下步骤：
(1)准备工作：
准备试验所需的柔性纤维，按照设计长度制成相应短切纤维样品，准备23mmⅹ23mmⅹ0.5mm的薄板10，称量试验需要的水泥基体各组成材料。
(2)纤维固定装置的组装：
首先将纤维固定装置的底座1置于水平桌面上，将两个可升降支架2放入底座1上的凹槽4上，通过左右滑动调整可升降支架2的支撑板5位置，当支撑板5的方孔12处所带指针对应设计的刻度时，拧紧支撑板5上的紧固螺栓14，接着调整可升降支架2的套筒7高度，高度调整好后拧紧套筒7上的定位螺栓9，若需控制柔性纤维13在水泥基体中的埋入角度，则通过调整两边横杆8的高度差，以获得柔性纤维13的埋入角度；接着将带孔的薄板10固定于于0刻度线上的定位夹3上，将柔性纤维13穿过薄板10预设的圆孔20中，并将柔性纤维13两端用定位胶布固定在可升降支架2的横杆8上，然后在薄板10的圆孔20内填入胶水，待胶水固化后获得试验所需的带纤维的薄板，其中所用的胶水为Zhanlida E7000胶水。
(3)成型模具的组装与试件的浇筑：
成型模具15通过拧紧两端的固定螺栓18拼装完成，将步骤2所得的带纤维的薄板10置于成型模具15的卡槽20内，薄板10和成型模具15上涂上脱模剂后，将充分搅拌均匀的水泥基材料浇筑于成型模具15中，试件成型后立即放入标准养护室进行养护到设定龄期，养护结束后得到柔性纤维拉拔试验所需的试样，所得试样的示意图如8所示。其中的成型模具15中一次可以成型三块试件，采用纤维固定装置固定好一个带有薄板的柔性纤维之后就可以拿下来放置于成型模具15中的其中一个卡槽，分三次做好放入成型装置的卡槽中。如图9所示，将达到龄期的试件放入试验装置上进行拉拔试验，通过设置位移加载程序0.02mm/min，直至纤维从水泥基体中拔出或者拔断，即可进行拉板试验。
在步骤(3)中，将水泥基材料浇筑于成型模具15中的步骤如下：
首先注入砂浆直至薄板的中间处并刚好和柔性纤维的下边缘接触，充分振捣；继续注入砂浆，至刚好盖住柔性纤维，再继续振捣一定时间；最后将成型模具15注满砂浆，继续振捣。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型装置，其特征在于，包括纤维固定装置；所述纤维固定装置用于对试验所需的柔性纤维（13）进行固定后得到带有柔性纤维的薄板（10）；所述纤维固定装置包括底座（1）、位于底座（1）之上的两个可升降支架（2）、固定在底座（1）之上的两个定位夹（3）以及安装在两个定位夹（3）上的薄板（10）；
所述底座（1）上表面设置有一个凹槽（4），所述凹槽（4）的长边一侧以凹槽中部为零刻度中心对称设置有毫米制的刻度值，两个所述可升降支架（2）分别设置在凹槽（4）的左右两边，每个所述可升降支架（2）包括滑动设置在凹槽（4）上的支撑板（5）、连接在支撑板两侧上端且带有刻度的两个圆杆（6）、套设在圆杆（6）上的套筒（7）以及连接在两个套筒（7）之间的横杆（8）；其中一个所述可升降支架（2）的套筒（7）上安装有角度仪（11），所述套筒（7）上设置有定位螺栓（9），所述套筒（7）在上下移动后通过紧固定位螺栓（9）来调整套筒（7）在圆杆（6）上的固定高度，所述支撑板（5）上在处于底座（1）有刻度值的一侧设置有带指针的方孔（12），所述支撑板（5）的中部设置有可对支撑板在底座（1）上位置进行固定的紧固螺栓（14）；所述底座（1）于表面上的零刻度值处以凹槽为基准对称安装有两个定位夹（3），所述底座（1）通过两个定位夹（3）固定薄板（10），所述薄板（10）的中心位置开设有用于穿过待固定柔性纤维的圆孔（20）。
2.如权利要求1所述的一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型装置，其特征在于，还包括成型模具（15），所述成型模具（15）用于在放置带有薄板（10）的柔性纤维（13）并利用水泥基材料对其进行进一步固定成型。
3.如权利要求2所述的一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型装置，其特征在于，所述成型模具（15）包括左右两个半边模板（16），两个半边模板（16）之间通过两端的固定螺栓（18）连接在一起，两个半边模板（16）之间在连接后与底部的底板通过螺栓连接，每个所述半边模板（16）上设置均有三个间隔开的半边试样模腔（17），两个所述半边模板（16）连接后于连接位置具有用于卡设放置薄板（10）的卡槽（19）。
4.如权利要求1-3任一所述的一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型装置，其特征在于，所述薄板（10）的规格为23mmⅹ23mmⅹ0.5mm，所述薄板（10）的中部开设有直径约1mm的圆孔（20）。
5.一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的试样成型装置，对纤维水泥基材料进行粘结力拉拔试验测试所用试样进行成型包括以下步骤：
（1）准备工作：
准备试验所需的柔性纤维，按照设计长度制成相应短切纤维样品，准备23mmⅹ23mmⅹ0.5mm的薄板（10），称量试验需要的水泥基体各组成材料；
（2）纤维固定装置的组装：
首先将纤维固定装置的底座（1）置于水平桌面上，将两个可升降支架（2）放入底座（1）上的凹槽（4）上，通过左右滑动调整可升降支架（2）的支撑板（5）位置，当支撑板（5）的方孔（12）处所带指针对应设计的刻度时，拧紧支撑板（5）上的紧固螺栓（14），接着调整可升降支架（2）的套筒（7）高度，高度调整好后拧紧套筒（7）上的定位螺栓（9），若需控制柔性纤维（13）在水泥基体中的埋入角度，则通过调整两边横杆（8）的高度差，以获得柔性纤维（13）的埋入角度；接着将带孔的薄板（10）固定于0刻度线上的定位夹（3）上，将柔性纤维（13）穿过薄板（10）预设的圆孔（20）中，并将柔性纤维（13）两端用定位胶布固定在可升降支架（2）的横杆（8）上，然后在薄板（10）的圆孔（20）内填入胶水，待胶水固化后获得试验所需的带纤维的薄板；
（3）成型模具的组装与试件的浇筑：
成型模具（15）通过拧紧两端的固定螺栓（18）拼装完成，将步骤（2）所得的带纤维的薄板（10）置于成型模具（15）的卡槽（20）内，薄板（10）和成型模具（15）上涂上脱模剂后，将充分搅拌均匀的水泥基材料浇筑于成型模具（15）中，试件成型后立即放入标准养护室进行养护到设定龄期，养护结束后得到柔性纤维拉拔试验所需的试样。
6.如权利要求5所述的一种用于柔性纤维拉拔试验的试样成型方法，其特征在于，在步骤（3）中，将水泥基材料浇筑于成型模具（15）中的步骤如下：
首先注入砂浆直至薄板的中间处并刚好和柔性纤维的下边缘接触，充分振捣；继续注入砂浆，至刚好盖住柔性纤维，再继续振捣一定时间；最后将成型模具（15）注满砂浆，继续振捣。
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