专利名称：一种水泥基材料塑性抗拉强度的测定方法
技术领域：
本发明属于材料科学与工程技术领域，具体涉及一种水泥基材料及其类似材料塑性状态下的抗拉强度的测试方法。
背景技术：
水泥混凝土材料由于其原材料来源广泛、价格低廉、易于塑造、力学性能优异等，在建筑工程中得到广泛应用，是目前最大宗人造建筑材料，也将是21世纪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、抗拉强度低、易于塑性收缩开裂等，这些缺陷限制了其在结构工程中更广泛的使用。其中水泥混凝土易于塑性收缩开裂的缺陷对混凝土工程质量影响重大。尤其对高强混凝土，轻则在工程施工阶段因直接影响工程外观质量而造成返工，重则将塑性阶段收缩裂缝带入工程使用阶段，使混凝土因这一“先天”缺陷而影响其抗渗、抗冻、抗化学介质侵蚀、抗钢筋锈蚀等性能，造成混凝土使用寿命大大缩短，混凝土维护修复费用大量上升。
对水泥基材料的塑性收缩开裂机理进行分析可以发现，水泥基材料浇注成型后，由于水与水泥基材料的亲润性，水分蒸发时表层材料毛细管中形成凹液面，其凹液面上表面张力的垂直分量形成了对管壁间材料的拉应力，此时材料处于塑性阶段，材料自身的塑性抗拉强度较低，若材料表层毛细管失水收缩产生的拉应力σ毛细管与材料塑性抗拉强度f塑满足下式σ毛细管＞f塑-----------------------------------(1)则材料表层出现开裂现象。
当改变水泥基材料组成及其所处环境条件时，一方面可使材料抵抗开裂的塑性抗拉强度发生变化，另一方面也可使毛细管失水收缩形成的毛细管张力发生改变，从而使σ毛细管与f塑满足下式时σ毛细管≤f塑-----------------------------------(2)材料表层的开裂状况得以减轻，甚至消失。
根据上述分析，若要搞清水泥基材料塑性收缩开裂的机理，一方面需要研究其不同组成条件下的塑性抗拉强度，另一方面需要了解其不同条件下的毛细管收缩应力，然后对二者进行比较判断，从而对塑性收缩开裂现象采取针对性措施加以防止和消除。鉴于目前没有关于水泥基材料塑性性能的测试方法，如水泥基材料的塑性抗拉强度、水泥基材料的塑性失水收缩率、水泥基材料的塑性毛细管失水收缩拉应力等测试方法难以建立，使得此领域的研究虽被认为重要，但难以入手，只好“迂回侧击”或“退避三舍”。人们期望设计出水泥基材料的塑性抗拉强度测试方法，以测定水泥基材料塑性收缩开裂抵抗力。
发明内容
本发明的目的在于建立一种可以测试水泥基材料(包括类似材料)塑性抗拉强度的方法。
本发明提出的水泥基材料(包括类似材料，下同)塑性抗拉强度的测试方法如下将水泥基材料浇筑成试件先制作试件的模具，该模具为由两个对称形状的半模对拼组成。该对称的模具可以是对称的8字形半模对拼组成，中间拼接处相对较窄，如图1所示。模具也可以是两个对称的矩形半模对拼组成，或者为两个对称的梯形半模对拼组成，较短的底边为拼接处，等等。将水泥基材料浇筑在两个对称半模拼接的模具中，得到试件。
测试试件塑性抗拉强度的测试时间可有以下几种情况1)于自然条件下立即测试；2)于自然条件下放置一定时间后(但应在水泥基材料终凝以前)；3)于标准养护条件下养护一定时间后(同样应在水泥基材料终凝以前)；4)于加速养护条件下养护一定时间后(同样应在水泥基材料终凝以前)。
在试件模具的两端设置拉钩或拉绳，将一侧试件固定，对另一侧的试件水平方向匀速加力向外拉，当该侧半模试件明显移动时，即试件在拼接处分开，立即停止加力。记下该力为f1；用同样的方式再对另一侧半模试件匀速加力向外拉，直至该半模试件明显移动，立即停止加力，记下该力为f2。
计算水泥基材料塑性抗拉强度按下式计算f塑＝(f1-f2)/A (3)A为半模对接处的断面积。
为了克服测量误差，每组试件可制作n个，记相应的塑性抗拉强度为fi(fi＝fi1-fi2)，i＝1，……n，则f塑＝∑fi/n (4)一般n取4-8。
本发明提出测试水泥基材料的塑性抗拉强度的方法，简单易行，数据可靠。为有关水泥基材料塑性收缩开裂方面的研究，如水泥基材料塑性收缩开裂实验方法的科学建立、影响其塑性收缩开裂因素的研究、纤维防止其塑性收缩开裂的机理研究、实际工程水泥基材料塑性收缩开裂预警机制的建立、纤维防止其塑性开裂技术规范标准的制订等，提供强有力的理论基础和方法支持；同时，将为研究水泥基材料塑性状态的结构形成发展过程提供测试手段基�。箍墒褂泄赜不炷恋难芯浚缬不缙谑�、大体积混凝土的水化热开裂等的研究，延伸到本应延伸到的、而以往因缺乏测试手段而不易进行的塑性阶段。故本发明首次建立了水泥基材料塑性抗拉强度测试方法，具有重大的基础理论意义和巨大的现实经济意义。
图1为8字形模具平面结构图示。
图2为对试件测试图示。
图中标号1为模具，其内模为对称的8字形，2为模具的底板，3为水平支撑板，4为桌面，5为拉绳，6为1/4柱面或滑轮，7为砂筐。
具体实施例方式
下面以8字形模具为例，进一步阐述本发明。
1、制作塑性抗拉强度测试模具该模具由两个对称的8字形半模组成，如图1所示。每个半模底板与8字形半�？谝槐咂狡耄礁隽械装�2的8字形半�？烧米楹铣梢桓鐾暾�8字形模具1。在两个8字形半模的两端中心处各开一个穿孔，将线绳穿入并在半模内固定；或直接在半模外面中心处各固定连接上一根线绳5。将两个8字形半模对拼成的8字形模具，放在一整块平整托板3上，托板面积应适当大于两个8字形半模拼对成的8字形模所占具的总面积，托板上表面与底板下表面均应平整光滑，或者于两者间安装滚轴，以减少其相对运动时的摩擦力。测试水泥净浆、砂浆时采用小尺寸8字形模具，测试混凝土时采用较大尺寸8字形模具，整套模具示意于图1。8字形模具颈部横断面为一矩形，其尺寸对小尺寸8字形模具可为20mm×20mm，对大尺寸8字形模具可为100mm×100mm、或者为150mm×150mm。整套模具可采用钢材制作，也可用其它材料替代。
加力方式可采用灌砂法，也可采用其它起同样作用的方法代替，采用灌砂法时称量器具天平或台秤。
加载材料一般采用普通黄砂，也可用其它材料代替。
其它自制砂筐、砂漏，也可用其它起类似作用器物代替。
2、测试首先将两个8字形半模拼对好，两对接面应自然密合，在两8字形半模顶面、侧面用胶带横跨对接面进行临时固定，以防止成型水泥基材料时半模移动。将8字模内表面及底部平板表面涂油以利于脱模，以黄油等将穿绳孔穿绳后剩余部分空隙堵塞，以防漏浆。
采用相应的搅拌机搅拌不同品种的水泥基材料。
将拌好的水泥基材料沿8字模边缘螺旋式进行浇注，直至拌和料自动流满整个模具，立即用刮刀刮平试模。并选择测试的时间段。
测试时，将试件小心搬置于水平、平整的台面边上，小心撕开胶带(注意各种条件下试件表面是否有明显的裂缝，若有，则该试件作废)，从顶面按住一个8字形半模，将另一8字形半模顶端的线绳水平引至托板一边，沿固定于托板上的1/4园柱(其半径等于8字形半模端面小孔中心到底面的距离)的园弧面转90度向下，系上砂筐(砂筐应尽可能轻巧)，参见图2。将砂子用砂漏缓慢匀速加入筐中，加荷速度对净浆、砂浆可以为200g/min，对混凝土可以为500g/min，当连有砂筐的半模试件明显移动时，立即停止加荷。取下砂筐，称量砂与砂筐的质量，记为m1。然后将已滑动的半模取走(对于塑性较大的试样，需用塑料薄膜等沿两半模对接面小心切至底板，并用胶带固定在未移动过的半模上，再将另一半模移走)，将托板连同未移动半模小心掉头置于台面边，按住托版，按上述同样的方法进行测量这一半模明显移动时砂和砂筐的总质量，记为m2。水泥基材料塑性抗拉强度按下式计算f塑＝(m1-m2)/A--------------------------------------(3)式中A为8字模颈部断面积。每组平行试件为六个，剔除一个最大值和一个最小值，以余下的四个试件测试值的平均值作为此组试件的代表值。
下面是具体实测的几个例子。
实例1采用如图1所示的8字模，外模长度为140mm，宽度为74mm，其8字形模内侧长度为77mm，宽度为52mm，颈部宽度为20mm，深度为20mm，即颈部断面尺寸为20mm×20mm。将32.5普通硅酸盐水泥与水按1∶0.28的比例(质量比)于净浆搅拌机内搅拌，然后浇注于模具内，待试件表面抹平后，即采用图2所示方式测试其塑性抗拉强度，可得其塑性抗拉强度约为0.013MPa。各次测试结果见表1。
实例2采用如图1所示的8字模，其尺寸同实例1。按32.5普通硅酸盐水泥∶砂∶水＝1∶1∶0.5的比例(质量比)于砂浆搅拌机内搅拌，然后浇注于模具内，于自然环境下放置30min后，采用图2所示方式测试其塑性抗拉强度，可得其塑性抗拉强度约为0.011MPa。各次测试结果见表2。
实例3采用如图1所示的8字模，其尺寸同实例1。按32.5普通硅酸盐水泥∶砂∶水＝1∶1∶0.5的比例(质量比)于砂浆搅拌机内搅拌，然后浇注于模具内，于1000W灯照、5m/s风吹环境下放置100min后，采用图2所示方式测试其塑性抗拉强度，可得其塑性抗拉强度约为0.027MPa。各次测试结果见表3。
实例4采用如图1所示的8字模，其尺寸同实例1。按32.5普通硅酸盐水泥∶砂∶水∶尼龙纤维＝1∶1∶0.5∶0.0018的比例(质量比)于砂浆搅拌机内搅拌，然后浇注于模具内，于1000W灯照、5m/s风吹环境下放置100min后，采用图2所示方式测试其塑性抗拉强度，可得其塑性抗拉强度约为0.048MPa。各次测试结果见表4。
实例5采用如图1所示的8字模，其大小尺寸为外模长度为420mm，宽度为225mm，模内侧长度为204mm，宽度为145mm，颈部宽度为100mm，深度为100mm，即颈部断面尺寸为100mm×100mm。按32.5普通硅酸盐水泥∶砂∶石(5-25mm)∶水∶尼龙纤维＝1∶0.5∶0.5∶0.5∶0.0018的比例(质量比)于混凝土搅拌机内搅拌，然后浇注于模具内，于1000W灯照、5m/s风吹环境下放置100min后，采用图2所示方式测试其塑性抗拉强度，可得其塑性抗拉强度约为0.04MPa。各次测试结果见下表5。
权利要求
1.一种水泥其材料塑性抗拉强度的测定方法，其特征在于具体步骤如下(1)制作试件模具，该模具为由两个对称形状的半模对拼组成，水泥基材料浇筑在该模具内，得到待测试件；(2)测试，在试件模具的两端设置拉钩或拉绳，将一侧试件固定，对另一侧半模试件水平方向匀速加力向外拉，当该侧半模试件明显移动时，立即停止加力，记下该力为f1；用同样的方式再对另一侧半模试件匀速加力向外拉，直至该半模试件明显移动，立即停止加力，记下该力为f2；(3)计算水泥基材料塑性抗拉强度f塑按下式计算获得f塑＝(f1-f2)/AA为半模对接处的断面积。
2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于每次测定使用相同的试件为n个，记每个试件测得的塑性抗拉强度为fi(fi＝fi1-fi2)，i＝1，……n，则f塑＝∑fi/n这里n取4-8。
3.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于所用的试件模具由对称的2个8字形半模对拼组成。
4.根据权利要求3所述的测定方法，其特征在于测试时，加载采用灌砂法在一侧半模试件的中心处引出拉绳，水平拉直至转角处向下，下端挂砂筐，将砂子用砂漏匀速加入筐中，当半模试件明显移动时，立即停止加荷，记下砂筐与砂的质量，记为m1；用同样的方式测试另一侧半模试件移动时的砂筐与砂的质量，记为m2；则f塑＝(m1-m2)/A。
5.根据权利要求4所述的测定方法，其特征在于每次测定使用相同的8字形模具为n个，记每个试件测得的塑性抗拉强度为fi(fi＝fi1-fi2)，i＝1，……n，则f塑＝∑fi/nn＝4-8。
全文摘要
本发明为一种水泥基材料塑性抗拉强度的测定方法，主要采用了沿颈部横断面平分的两个8字形半模、底板、托板等，使水平放置的塑性体材料在重力场中既可获得支撑，又可对其水平施加拉应力进行其塑性抗拉强度的测试。该方法可对水泥基材料，如净浆、砂浆、混凝土及其复合材料，自成型后开始至终凝前的任意时间，进行其塑性抗拉强度的测试，可应用在水泥基材料的研究、开发、生产、应用和管理过程中，评定材料的抗开裂等性能。
文档编号G01N3/00GK1527042SQ03151079
公开日2004年9月8日 申请日期2003年9月19日 优先权日2003年9月19日
发明者马一平 申请人:同济大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
