專利名稱：一種水泥基材料塑性抗拉強(qiáng)度的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水泥基材料及其類似材料塑性狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度的測試方法。
背景技術(shù)：
水泥混凝土材料由于其原材料來源廣泛、價(jià)格低廉、易于塑造、力學(xué)性能優(yōu)異等，在建筑工程中得到廣泛應(yīng)用，是目前最大宗人造建筑材料，也將是21世紀(jì)不可替代的主要建筑材料。但水泥混凝土材料自身存在一些缺陷，如自重大、抗拉強(qiáng)度低、易于塑性收縮開裂等，這些缺陷限制了其在結(jié)構(gòu)工程中更廣泛的使用。其中水泥混凝土易于塑性收縮開裂的缺陷對(duì)混凝土工程質(zhì)量影響重大。尤其對(duì)高強(qiáng)混凝土，輕則在工程施工階段因直接影響工程外觀質(zhì)量而造成返工，重則將塑性階段收縮裂縫帶入工程使用階段，使混凝土因這一“先天”缺陷而影響其抗?jié)B、抗凍、抗化學(xué)介質(zhì)侵蝕、抗鋼筋銹蝕等性能，造成混凝土使用壽命大大縮短，混凝土維護(hù)修復(fù)費(fèi)用大量上升。
對(duì)水泥基材料的塑性收縮開裂機(jī)理進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，水泥基材料澆注成型后，由于水與水泥基材料的親潤性，水分蒸發(fā)時(shí)表層材料毛細(xì)管中形成凹液面，其凹液面上表面張力的垂直分量形成了對(duì)管壁間材料的拉應(yīng)力，此時(shí)材料處于塑性階段，材料自身的塑性抗拉強(qiáng)度較低，若材料表層毛細(xì)管失水收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力σ毛細(xì)管與材料塑性抗拉強(qiáng)度f塑滿足下式σ毛細(xì)管＞f塑-----------------------------------(1)則材料表層出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。
當(dāng)改變水泥基材料組成及其所處環(huán)境條件時(shí)，一方面可使材料抵抗開裂的塑性抗拉強(qiáng)度發(fā)生變化，另一方面也可使毛細(xì)管失水收縮形成的毛細(xì)管張力發(fā)生改變，從而使σ毛細(xì)管與f塑滿足下式時(shí)σ毛細(xì)管≤f塑-----------------------------------(2)材料表層的開裂狀況得以減輕，甚至消失。
根據(jù)上述分析，若要搞清水泥基材料塑性收縮開裂的機(jī)理，一方面需要研究其不同組成條件下的塑性抗拉強(qiáng)度，另一方面需要了解其不同條件下的毛細(xì)管收縮應(yīng)力，然后對(duì)二者進(jìn)行比較判斷，從而對(duì)塑性收縮開裂現(xiàn)象采取針對(duì)性措施加以防止和消除。鑒于目前沒有關(guān)于水泥基材料塑性性能的測試方法，如水泥基材料的塑性抗拉強(qiáng)度、水泥基材料的塑性失水收縮率、水泥基材料的塑性毛細(xì)管失水收縮拉應(yīng)力等測試方法難以建立，使得此領(lǐng)域的研究雖被認(rèn)為重要，但難以入手，只好“迂回側(cè)擊”或“退避三舍”。人們期望設(shè)計(jì)出水泥基材料的塑性抗拉強(qiáng)度測試方法，以測定水泥基材料塑性收縮開裂抵抗力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于建立一種可以測試水泥基材料(包括類似材料)塑性抗拉強(qiáng)度的方法。
本發(fā)明提出的水泥基材料(包括類似材料，下同)塑性抗拉強(qiáng)度的測試方法如下將水泥基材料澆筑成試件先制作試件的模具，該模具為由兩個(gè)對(duì)稱形狀的半模對(duì)拼組成。該對(duì)稱的模具可以是對(duì)稱的8字形半模對(duì)拼組成，中間拼接處相對(duì)較窄，如圖1所示。模具也可以是兩個(gè)對(duì)稱的矩形半模對(duì)拼組成，或者為兩個(gè)對(duì)稱的梯形半模對(duì)拼組成，較短的底邊為拼接處，等等。將水泥基材料澆筑在兩個(gè)對(duì)稱半模拼接的模具中，得到試件。
測試試件塑性抗拉強(qiáng)度的測試時(shí)間可有以下幾種情況1)于自然條件下立即測試；2)于自然條件下放置一定時(shí)間后(但應(yīng)在水泥基材料終凝以前)；3)于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間后(同樣應(yīng)在水泥基材料終凝以前)；4)于加速養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間后(同樣應(yīng)在水泥基材料終凝以前)。
在試件模具的兩端設(shè)置拉鉤或拉繩，將一側(cè)試件固定，對(duì)另一側(cè)的試件水平方向勻速加力向外拉，當(dāng)該側(cè)半模試件明顯移動(dòng)時(shí)，即試件在拼接處分開，立即停止加力。記下該力為f1；用同樣的方式再對(duì)另一側(cè)半模試件勻速加力向外拉，直至該半模試件明顯移動(dòng)，立即停止加力，記下該力為f2。
計(jì)算水泥基材料塑性抗拉強(qiáng)度按下式計(jì)算f塑＝(f1-f2)/A (3)A為半模對(duì)接處的斷面積。
為了克服測量誤差，每組試件可制作n個(gè)，記相應(yīng)的塑性抗拉強(qiáng)度為fi(fi＝fi1-fi2)，i＝1，……n，則f塑＝∑fi/n (4)一般n取4-8。
本發(fā)明提出測試水泥基材料的塑性抗拉強(qiáng)度的方法，簡單易行，數(shù)據(jù)可靠。為有關(guān)水泥基材料塑性收縮開裂方面的研究，如水泥基材料塑性收縮開裂實(shí)驗(yàn)方法的科學(xué)建立、影響其塑性收縮開裂因素的研究、纖維防止其塑性收縮開裂的機(jī)理研究、實(shí)際工程水泥基材料塑性收縮開裂預(yù)警機(jī)制的建立、纖維防止其塑性開裂技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的制訂等，提供強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)和方法支持；同時(shí)，將為研究水泥基材料塑性狀態(tài)的結(jié)構(gòu)形成發(fā)展過程提供測試手段基礎(chǔ)，還可使有關(guān)硬化混凝土的研究，如硬化早期失水開裂、大體積混凝土的水化熱開裂等的研究，延伸到本應(yīng)延伸到的、而以往因缺乏測試手段而不易進(jìn)行的塑性階段。故本發(fā)明首次建立了水泥基材料塑性抗拉強(qiáng)度測試方法，具有重大的基礎(chǔ)理論意義和巨大的現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)意義。


圖1為8字形模具平面結(jié)構(gòu)圖示。
圖2為對(duì)試件測試圖示。
圖中標(biāo)號(hào)1為模具，其內(nèi)模為對(duì)稱的8字形，2為模具的底板，3為水平支撐板，4為桌面，5為拉繩，6為1/4柱面或滑輪，7為砂筐。
具體實(shí)施例方式
下面以8字形模具為例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
1、制作塑性抗拉強(qiáng)度測試模具該模具由兩個(gè)對(duì)稱的8字形半模組成，如圖1所示。每個(gè)半模底板與8字形半模開口一邊平齊，兩個(gè)連有底板2的8字形半模可正好組合成一個(gè)完整的8字形模具1。在兩個(gè)8字形半模的兩端中心處各開一個(gè)穿孔，將線繩穿入并在半模內(nèi)固定；或直接在半模外面中心處各固定連接上一根線繩5。將兩個(gè)8字形半模對(duì)拼成的8字形模具，放在一整塊平整托板3上，托板面積應(yīng)適當(dāng)大于兩個(gè)8字形半模拼對(duì)成的8字形模所占具的總面積，托板上表面與底板下表面均應(yīng)平整光滑，或者于兩者間安裝滾軸，以減少其相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力。測試水泥凈漿、砂漿時(shí)采用小尺寸8字形模具，測試混凝土?xí)r采用較大尺寸8字形模具，整套模具示意于圖1。8字形模具頸部橫斷面為一矩形，其尺寸對(duì)小尺寸8字形模具可為20mm×20mm，對(duì)大尺寸8字形模具可為100mm×100mm、或者為150mm×150mm。整套模具可采用鋼材制作，也可用其它材料替代。
加力方式可采用灌砂法，也可采用其它起同樣作用的方法代替，采用灌砂法時(shí)稱量器具天平或臺(tái)秤。
加載材料一般采用普通黃砂，也可用其它材料代替。
其它自制砂筐、砂漏，也可用其它起類似作用器物代替。
2、測試首先將兩個(gè)8字形半模拼對(duì)好，兩對(duì)接面應(yīng)自然密合，在兩8字形半模頂面、側(cè)面用膠帶橫跨對(duì)接面進(jìn)行臨時(shí)固定，以防止成型水泥基材料時(shí)半模移動(dòng)。將8字模內(nèi)表面及底部平板表面涂油以利于脫模，以黃油等將穿繩孔穿繩后剩余部分空隙堵塞，以防漏漿。
采用相應(yīng)的攪拌機(jī)攪拌不同品種的水泥基材料。
將拌好的水泥基材料沿8字模邊緣螺旋式進(jìn)行澆注，直至拌和料自動(dòng)流滿整個(gè)模具，立即用刮刀刮平試模。并選擇測試的時(shí)間段。
測試時(shí)，將試件小心搬置于水平、平整的臺(tái)面邊上，小心撕開膠帶(注意各種條件下試件表面是否有明顯的裂縫，若有，則該試件作廢)，從頂面按住一個(gè)8字形半模，將另一8字形半模頂端的線繩水平引至托板一邊，沿固定于托板上的1/4園柱(其半徑等于8字形半模端面小孔中心到底面的距離)的園弧面轉(zhuǎn)90度向下，系上砂筐(砂筐應(yīng)盡可能輕巧)，參見圖2。將砂子用砂漏緩慢勻速加入筐中，加荷速度對(duì)凈漿、砂漿可以為200g/min，對(duì)混凝土可以為500g/min，當(dāng)連有砂筐的半模試件明顯移動(dòng)時(shí)，立即停止加荷。取下砂筐，稱量砂與砂筐的質(zhì)量，記為m1。然后將已滑動(dòng)的半模取走(對(duì)于塑性較大的試樣，需用塑料薄膜等沿兩半模對(duì)接面小心切至底板，并用膠帶固定在未移動(dòng)過的半模上，再將另一半模移走)，將托板連同未移動(dòng)半模小心掉頭置于臺(tái)面邊，按住托版，按上述同樣的方法進(jìn)行測量這一半模明顯移動(dòng)時(shí)砂和砂筐的總質(zhì)量，記為m2。水泥基材料塑性抗拉強(qiáng)度按下式計(jì)算f塑＝(m1-m2)/A--------------------------------------(3)式中A為8字模頸部斷面積。每組平行試件為六個(gè)，剔除一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，以余下的四個(gè)試件測試值的平均值作為此組試件的代表值。
下面是具體實(shí)測的幾個(gè)例子。
實(shí)例1采用如圖1所示的8字模，外模長度為140mm，寬度為74mm，其8字形模內(nèi)側(cè)長度為77mm，寬度為52mm，頸部寬度為20mm，深度為20mm，即頸部斷面尺寸為20mm×20mm。將32.5普通硅酸鹽水泥與水按1∶0.28的比例(質(zhì)量比)于凈漿攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，然后澆注于模具內(nèi)，待試件表面抹平后，即采用圖2所示方式測試其塑性抗拉強(qiáng)度，可得其塑性抗拉強(qiáng)度約為0.013MPa。各次測試結(jié)果見表1。


實(shí)例2采用如圖1所示的8字模，其尺寸同實(shí)例1。按32.5普通硅酸鹽水泥∶砂∶水＝1∶1∶0.5的比例(質(zhì)量比)于砂漿攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，然后澆注于模具內(nèi)，于自然環(huán)境下放置30min后，采用圖2所示方式測試其塑性抗拉強(qiáng)度，可得其塑性抗拉強(qiáng)度約為0.011MPa。各次測試結(jié)果見表2。

實(shí)例3采用如圖1所示的8字模，其尺寸同實(shí)例1。按32.5普通硅酸鹽水泥∶砂∶水＝1∶1∶0.5的比例(質(zhì)量比)于砂漿攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，然后澆注于模具內(nèi)，于1000W燈照、5m/s風(fēng)吹環(huán)境下放置100min后，采用圖2所示方式測試其塑性抗拉強(qiáng)度，可得其塑性抗拉強(qiáng)度約為0.027MPa。各次測試結(jié)果見表3。

實(shí)例4采用如圖1所示的8字模，其尺寸同實(shí)例1。按32.5普通硅酸鹽水泥∶砂∶水∶尼龍纖維＝1∶1∶0.5∶0.0018的比例(質(zhì)量比)于砂漿攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，然后澆注于模具內(nèi)，于1000W燈照、5m/s風(fēng)吹環(huán)境下放置100min后，采用圖2所示方式測試其塑性抗拉強(qiáng)度，可得其塑性抗拉強(qiáng)度約為0.048MPa。各次測試結(jié)果見表4。

實(shí)例5采用如圖1所示的8字模，其大小尺寸為外模長度為420mm，寬度為225mm，模內(nèi)側(cè)長度為204mm，寬度為145mm，頸部寬度為100mm，深度為100mm，即頸部斷面尺寸為100mm×100mm。按32.5普通硅酸鹽水泥∶砂∶石(5-25mm)∶水∶尼龍纖維＝1∶0.5∶0.5∶0.5∶0.0018的比例(質(zhì)量比)于混凝土攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，然后澆注于模具內(nèi)，于1000W燈照、5m/s風(fēng)吹環(huán)境下放置100min后，采用圖2所示方式測試其塑性抗拉強(qiáng)度，可得其塑性抗拉強(qiáng)度約為0.04MPa。各次測試結(jié)果見下表5。

權(quán)利要求
1.一種水泥其材料塑性抗拉強(qiáng)度的測定方法，其特征在于具體步驟如下(1)制作試件模具，該模具為由兩個(gè)對(duì)稱形狀的半模對(duì)拼組成，水泥基材料澆筑在該模具內(nèi)，得到待測試件；(2)測試，在試件模具的兩端設(shè)置拉鉤或拉繩，將一側(cè)試件固定，對(duì)另一側(cè)半模試件水平方向勻速加力向外拉，當(dāng)該側(cè)半模試件明顯移動(dòng)時(shí)，立即停止加力，記下該力為f1；用同樣的方式再對(duì)另一側(cè)半模試件勻速加力向外拉，直至該半模試件明顯移動(dòng)，立即停止加力，記下該力為f2；(3)計(jì)算水泥基材料塑性抗拉強(qiáng)度f塑按下式計(jì)算獲得f塑＝(f1-f2)/AA為半模對(duì)接處的斷面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定方法，其特征在于每次測定使用相同的試件為n個(gè)，記每個(gè)試件測得的塑性抗拉強(qiáng)度為fi(fi＝fi1-fi2)，i＝1，……n，則f塑＝∑fi/n這里n取4-8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定方法，其特征在于所用的試件模具由對(duì)稱的2個(gè)8字形半模對(duì)拼組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測定方法，其特征在于測試時(shí)，加載采用灌砂法在一側(cè)半模試件的中心處引出拉繩，水平拉直至轉(zhuǎn)角處向下，下端掛砂筐，將砂子用砂漏勻速加入筐中，當(dāng)半模試件明顯移動(dòng)時(shí)，立即停止加荷，記下砂筐與砂的質(zhì)量，記為m1；用同樣的方式測試另一側(cè)半模試件移動(dòng)時(shí)的砂筐與砂的質(zhì)量，記為m2；則f塑＝(m1-m2)/A。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測定方法，其特征在于每次測定使用相同的8字形模具為n個(gè)，記每個(gè)試件測得的塑性抗拉強(qiáng)度為fi(fi＝fi1-fi2)，i＝1，……n，則f塑＝∑fi/nn＝4-8。
全文摘要
本發(fā)明為一種水泥基材料塑性抗拉強(qiáng)度的測定方法，主要采用了沿頸部橫斷面平分的兩個(gè)8字形半模、底板、托板等，使水平放置的塑性體材料在重力場中既可獲得支撐，又可對(duì)其水平施加拉應(yīng)力進(jìn)行其塑性抗拉強(qiáng)度的測試。該方法可對(duì)水泥基材料，如凈漿、砂漿、混凝土及其復(fù)合材料，自成型后開始至終凝前的任意時(shí)間，進(jìn)行其塑性抗拉強(qiáng)度的測試，可應(yīng)用在水泥基材料的研究、開發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用和管理過程中，評(píng)定材料的抗開裂等性能。
文檔編號(hào)G01N3/00GK1527042SQ03151079
公開日2004年9月8日 申請(qǐng)日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月19日
發(fā)明者馬一平 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)