一种用于测试柔性纤维在水泥基体中拉拔行为的制样方法与流程

1.本发明涉及建筑材料的表征技术领域，具体涉及一种用于测试柔性纤维在水泥基体中拉拔行为的制样方法。


背景技术：

2.水泥基材料是目前世界上使用最广泛的建筑材料，但是水泥基材料是脆性材料、容易开裂。研究表明纤维对水泥基材料的开裂具有很好的控制作用。应用于水泥基材料的纤维主要包括：钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、合成纤维等。纤维的增韧阻裂效应除了与自身抗拉强度有关以外，还取决于纤维与水泥基体界面粘结强度。许多研究者对纤维进行预处理以提高其与水泥基体之间的粘结性能。
3.在将预处理的纤维用于混凝土工程前，需要对预处理的纤维与水泥基体之间的界面粘结行为进行评估。纤维拉拔实验可以获得单根纤维与水泥基体之间的界面粘结强度、纤维从水泥基体中拔出所消耗的能量。目前广泛采用8字型试样测试纤维
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基体界面粘结性能。在制作试样时，试件中间采用塑料薄板进行隔开，以确保薄板两侧的浆体不产生粘结。再在隔板上设置纤维的圆孔(孔径略大于纤维直径)，用于埋入纤维。
4.对于碳纤维、人工合成纤维、植物纤维等柔性纤维，采用如上所述的插入法不能保证纤维垂直插入水泥基体中，一方面导致在纤维拉拔过程中受其他方向的剪切力，使测试结果不准；另一方面，也不能保证插入水泥基体中的纤维深度与实验设计值相吻合。此外，该种方法模具与制样方法相对繁锁复杂，一个模具只能插入少量纤维进行拉拔实验；模具的使用效率低。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术测试柔性纤维在水泥基体中拉拔行为制样复杂且无法保证柔性纤维的埋入深度与实验设计值相吻合等问题，本发明提供了一种用于测试柔性纤维在水泥基体中拉拔行为的快速制样方法，本发明的方法能使批量柔性纤维垂直插入水泥基体中；本发明的方法简单、易于操作且纤维埋入深度准确；本发明的制样成本较低。
6.本发明是通过如下技术方案实现的：
7.一种用于测试柔性纤维在水泥基体中拉拔行为的制样方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
8.s1、将所述柔性纤维裁剪至固定长度；
9.s2、准备制样模具：所述的制样模具包括制样槽和两块隔板；
10.s3、通过穿孔装置将若干所述柔性纤维垂直穿过两块所述隔板；
11.s4、将穿有所述柔性纤维的两块所述隔板插入所述制样槽中并固定，使得两块所述隔板保持平行且所述柔性纤维垂直于两块所述隔板；然后将所述柔性纤维拉直，固定；
12.s5、沿所述隔板的边缘向所述隔板与所述制样槽围合的区域内浇注砂浆，并使砂浆漫过所述柔性纤维，振出砂浆中的气泡，将浇注后的砂浆表面抹平；
13.s6、标准养护至特定龄期后，脱掉所述隔板和所述制样槽，获得垂直穿插有若干柔性纤维的水泥基体试样；
14.s7、将所述水泥基体试样切割形成若干块状试样，保证每个块状试样中垂直插入一根柔性纤维；
15.s8、将暴露在块状试样外部的多余纤维剪掉，然后将块状试样固定在拉力试验机上进行纤维拉拔测试。
16.进一步的，步骤s2中所述的制样槽选用矩形槽；所述的隔板选用两块尺寸相同的t型隔板。
17.进一步的，所述的矩形槽由亚克力材料制得；所述t型隔板的材质为pvc。所述t型隔板的厚度设置为2mm。
18.进一步的，所述矩形槽的两端对称设置有若干用于固定所述t型隔板的限位槽；步骤s4、将两块所述的t型隔板插入在所述矩形槽中后，同时t型隔板的侧翼嵌入在所述限位槽中，用于固定所述t型隔板。具体的，所述矩形槽的两端分别设有若干个限位槽，限位槽的宽度设置为2mm，限位槽之间的距离设置为3
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5mm。应当理解的是：将两块t型隔板分别嵌入在不同的限位槽中后，即可以调节两块隔板之间的距离，在浇注砂浆后两块隔板之间的距离即为该柔性纤维在砂浆(水泥基体)中的埋入深度。将所述t型隔板的厚度设置为2mm,使其两个侧翼刚好能嵌入在矩形槽两端的限位槽中，可根据纤维埋入深度确定两个隔板的放置位置。
19.进一步的，步骤s3、将所述柔性纤维穿入细针孔中，然后通过细针将所述柔性纤维垂直穿过两块所述隔板。
20.进一步的，步骤s4、将穿有所述柔性纤维的两块所述隔板插入所述制样槽中后，将所述柔性纤维拉直并采用夹子和胶带固定在所述隔板上。具体的，夹子和胶带可以对纤维进行双重固定，即夹子固定能保证纤维不会在隔板间弯曲；胶带固定能保证纤维不左右晃动，能与隔板保持垂直，即保证该柔性纤维垂直埋入在砂浆(水泥基体)中。将所述柔性纤维垂直埋入砂浆中可以避免在纤维拉拔过程中受其他方向剪切力的影响。
21.进一步的，步骤s5、沿所述隔板的边缘向所述隔板与所述制样槽围合的区域内第一次浇注砂浆，使砂浆表面刚好接触纤维，振出其中气泡；然后再轻轻进行第二次砂浆浇注，使砂浆漫过所述柔性纤维，振出其中的气泡，将第二次浇注后的砂浆表面用刮刀抹平。
22.进一步的，步骤s5、所述砂浆漫过所述柔性纤维的高度与所述柔性纤维至所述砂浆底部的高度相同。具体的，可以理解为第一次浇注砂浆和第二次浇注砂浆的体积相同，在砂浆全部浇注完成后，所述的柔性纤维刚好处于水泥基体试样的中间位置，即柔性纤维至水泥基体试样上下两个表面的距离相同；这样使纤维上下水泥砂浆厚度一致能够进一步保证拉拔试验结果的准确性。
23.进一步的，步骤s5、浇注砂浆前在所述隔板和所述制样槽上均匀涂抹润滑剂。具体的，可在浇注砂浆前在所述隔板和所述制样槽的侧面上涂油，这样使得水泥砂浆凝固后便于脱掉制样槽和隔板，更容易取出浇注成型的水泥基体试样。
24.具体的，本发明的方法包括如下具体步骤：
25.s1、将柔性纤维裁剪至固定长度，然后两端用夹子夹稳、拉直；
26.s2、准备制样模具：所述的制样模具包括矩形的制样槽和两块尺寸相同的t型隔
板；矩形的制样槽和两块t型隔板共同组成制作拉拔试样的模具；
27.s3、通过穿孔装置将若干所述柔性纤维垂直贯穿两块所述隔板，贯穿后将所述柔性纤维两端拉直，并用夹子和胶带固定；优选的，为了保证穿入的柔性纤维能够与两块t型隔板均保持垂直，在穿纤维前，可在两块t型模板上画一条水平直线，并在这条直线上用记号笔均匀的标记若干个点(标记点的作用是：使多根纤维之间的间距保持一致，这样在后续切割时，能使纤维上下左右的水泥砂浆尺寸一致，使纤维处于砂浆的正中心位置)；两个隔板所标记的点应当一一对应，不能有偏差；然后将柔性纤维穿入细针孔中，通过细针将纤维穿过两块t型隔板上相互对应的两个标记点，此时纤维与隔板保持垂直；
28.s4、将上述穿有多根柔性纤维的两块t型隔板插入矩形制样槽中并固定，使得两块t型隔板与所述制样槽中相对的两个侧面均保持平行；然后将所述柔性纤维拉直并采用夹子和胶带固定在所述隔板上(具体的，用夹子固定能保证柔性纤维在两块隔板之间不会弯曲；用胶带固定可防止因针孔的直径大于纤维直径而导致后续纤维无法保持垂直插入砂浆(水泥基体)中，从而使纤维拉拔过程中受其他方向的剪切力)；在将两块t型隔板插入矩形制样槽后，由两块t型隔板和矩形制样槽中的两个侧壁围合形成了用于浇注砂浆的区域，在该区域中浇注砂浆形成水泥基体试样；
29.s5、浇注砂浆前在所述隔板和所述制样槽上均匀涂抹润滑剂，然后沿所述隔板的边缘向所述隔板与所述制样槽围合的区域内第一次浇注砂浆，使砂浆表面刚好接触纤维，振出其中气泡；然后再轻轻进行第二次砂浆浇注，使砂浆漫过所述柔性纤维，振出其中的气泡，将第二次浇注后的砂浆表面抹平；在该浇注砂浆时应当保证砂浆漫过柔性纤维的高度与柔性纤维至砂浆底部的高度相同，即保证纤维上下砂浆的厚度相同，使纤维处于水泥基体试样的中间位置；
30.s6、标准养护至特定龄期后，脱掉所述隔板和所述制样槽，获得垂直穿插有若干柔性纤维的水泥基体试样；
31.s7、将所述水泥基体试样用金刚刀切割形成若干矩形块状试样，保证每个块状试样中垂直插入一根柔性纤维，且所述纤维是处于试样的中心位置；
32.s8、将暴露在块状试样外部的多余纤维(较短的一侧)剪掉，然后将块状试样固定在拉力试验机上进行纤维拉拔测试。
33.本发明的有益效果：
34.(1)本发明的制样方法能够精确控制柔性纤维埋入水泥基体中的深度，并保持纤维垂直插入水泥基体中，精确测试纤维在水泥基体中的拉拔行为，具体措施如下：a、用两个隔板控制纤维埋入深度，可组合多种埋入深度，满足不同实验设计需要；b、用夹子固定，可使隔板内的纤维处于拉直状态，使其平行于水平面，在浇注时避免纤维被砂浆压弯而使埋入纤维长度大于设计值；c、处于隔板外的多余纤维可用胶带固定于隔板上，可避免纤维在针孔内左右晃动，能保证纤维垂直插入水泥基体中；d、在浇注水泥砂浆时，先浇注一部分，使砂浆表面刚好接触到纤维；然后再在上面浇注另一部分水泥砂浆；该砂浆浇注方法不是一次性浇满，若一次性浇满，则砂浆的重力作用会将纤维压弯，使纤维不能垂直插入水泥基体中，也不能保证纤维埋入深度与实验设计值相吻合。
35.(2)本发明的制样方法无需使用复杂的模具，制样方法简单易于实施，制样时能保证纤维埋入水泥基体中的深度精确；本发明的方法同时适用于柔性纤维和刚性纤维，每次
制样可批量获得多个样品，提高模具使用效率及制样效率，实现快速制样。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
37.图1为本发明制样模具中矩形槽的俯视图；
38.图2为本发明制样模具中矩形槽的侧视图；
39.图3为本发明制样模具中t型隔板的主视图；
40.图4为本发明实施例1中隔板标记点的示意图；
41.图5为本发明实施例1纤维穿入隔板中的示意图；
42.图6为本发明实施例1纤维埋入砂浆后的示意图；
43.图7为本发明实施例1制得的垂直穿插有10根柔性纤维的水泥基体试样的示意图；
44.图8为本发明实施例1制得的块状试样的示意图。
45.图中：1矩形槽、2t型隔板、3水泥基体试样、4块状试样、5柔性纤维、6夹子、7砂浆、11限位槽。
具体实施方式
46.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的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
47.实施例1
48.一种用于测试柔性纤维在水泥基体中拉拔行为的制样方法，包括如下步骤：
49.s1、取10根柔性纤维5并将其裁剪至固定长度，然后两端用夹子夹稳、拉直；
50.s2、准备制样模具：所述的制样模具包括矩形的制样槽1和两块尺寸相同的t型隔板2；所述矩形槽1的两端对称设置有十一个用于固定所述t型隔板的限位槽11；如图1
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2所示，限位槽11的宽度设计为2mm、深度可设计为10mm，限位槽11之间的距离设置为3
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5mm，制样槽1的长度设计为250mm；所述t型隔板2的厚度设计为2mm、t型隔板2的侧翼宽度设计为10mm，t型隔板2的尺寸设计如图3所示；矩形的制样槽1和两块t型隔板2共同组成制作拉拔试样的模具；
51.s3、通过细针将10根柔性纤维5垂直穿过两块t型隔板2；优选的，在该步骤中为了保证穿入的柔性纤维5能够与两块t型隔板2均保持垂直，在穿纤维之前，可在两块t型模板2上画一条水平直线(该水平线与t型隔板的底部距离设置为1cm，即穿入的纤维与制样槽1的底部距离为1cm)，并在这条直线上用记号笔均匀的标记若干个点(点之间的距离设置为10mm)，如图4所示；两个隔板2上所标记的点应当一一对应，不能有偏差；然后将柔性纤维5穿入细针孔中，通过细针将纤维穿过两块t型隔板上相互对应的两个标记点；此时纤维5与隔板2保持垂直；
52.s4、将穿有10根纤维的两块t型隔板2竖直插入矩形制样槽1中，并使得t型隔板2的两个侧翼嵌入在限位槽11中(t型隔板2的厚度对应于限位槽11的宽度，限位槽11的深度对应于t型隔板侧翼的宽度)；同时保证两块t型隔板2与矩形制样槽1中相对的两个侧面均保持平行；然后将所述柔性纤维5拉直并采用夹子6和胶带固定在所述隔板2上(如图5所示)；在将两块t型隔板2插入矩形制样槽1之后，由两块t型隔板2和矩形制样槽1中的两个侧壁共同围合形成了用于浇注砂浆的矩形区域，在该区域中浇注砂浆形成水泥基体试样3；
53.s5、浇注砂浆前在隔板2和制样槽上1涂油，然后沿隔板2的边缘向所述隔板2与所述矩形制样槽1共同围合的矩形区域内第一次浇注所需体积一半的砂浆7，并使砂浆7表面刚好接触纤维(此时砂浆的浇注深度为1cm)，然后振出其中气泡；然后再轻轻进行第二次砂浆7浇注，使砂浆漫过所述柔性纤维1cm，振出其中的气泡，将第二次浇注后的砂浆表面抹平(此时纤维5刚好处于所浇注的水泥砂浆的中间高度)，如图6所示；
54.s6、标准养护至特定龄期后，脱掉隔板2和制样槽1，获得垂直穿插有10根柔性纤维的水泥基体试样3，如图7所示；
55.s7、将水泥基体试样3用金刚刀切割形成若干如图8(a)所示的矩形块状试样，保证每个块状试样中垂直插入一根柔性纤维，且所述纤维是处于试样的中部位置；
56.s8、将暴露在块状试样外部的多余纤维(较短的一侧)剪掉，如图8(b)所示，然后将块状试样固定在拉力试验机上进行纤维拉拔测试。
57.本发明的制样方法可以适用于不同纤维在水泥基体中的埋入，并且可通过调节两块隔板之间的距离，精确控制纤维在水泥基体中的埋入深度；同时采用本发明的制样方法能够保证纤维垂直插入水泥基体中，精确测试纤维在水泥基体中的拉拔行为，避免纤维在拉拔过程中受其他方向的剪切力，从而影响纤维与水泥基体之间的界面粘结行为的评估结果，保证评估的准确性。本发明的方法能够同时适用于柔性纤维和刚性纤维等多种纤维的试样制备，每次制样可批量获得多个样品，提高模具使用效率及制样效率，实现快速制样。
58.上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。