[发明专利]一种检测纤维水泥基材粘接性能的夹具及检测方法

说明书

本发明公开了一种检测纤维水泥基材粘接性能的夹具及检测方法，该夹具包括分别与拉拔试验机支撑套筒连接的上下柱形连接座；所述上下柱形连接座分别通过上下传力螺杆连接上下夹具，所述上夹具包括倒U型刚框和带孔钢板，所述下夹具包括U型刚框、刚度支撑和绕丝辊轴，所述绕丝辊轴外活动套设环形卡具，所述环形卡具上设置有锁紧螺栓，所述环形卡具通过锁紧螺栓压紧绕丝辊轴；所述上夹具和下夹具之间竖直设置引伸计。该夹具设计合理，通过缠绕的方式进行锁紧，适用于纤维或金属丝等不易夹持又易断的试样，针对多种纤维，包括钢纤维、柔性纤维等，进行纤维/水泥基材的粘结力试验，各个环节协调性好，能提高测试效率，保证测试的准确性。

技术领域

本发明一种检测纤维水泥基材粘接性能的夹具及检测方法，属于纤维动态拉伸夹具技术领域。

背景技术

混凝土是当今人类社会用量最大、应用范围最广的土木工程材料，具有较高的抗压强度，但存在抗拉强度低、抗裂性差和脆性大等缺点。其抗拉强度仅是抗压强度的1/10～1/7，受拉的极限延伸率只有 0.01％～0.06％，在较低的拉伸变形时即易发生开裂。随着混凝土材料的抗压强度的大幅度提高，其收缩和脆性问题也更为突出。混凝土的上述缺点是不可能通过本身材质的改良来解决的，只有采用“复合化”的技术途径。由此人们开发出了纤维增强混凝土复合材料。纤维增强混凝土，简称纤维混凝土，是以水泥浆、水泥砂浆或混凝土为基材，以各种纤维为增强相组成的复合材料，是兴起于 20 世纪后半叶的一种新型建筑材料。在混凝土中掺入纤维，从微观机制上改变了基体材料的性能，弥补了混凝土抗拉强度低、韧性差以及极限延伸率小等弱点，使之具有一系列优越的物理和力学性能，从而广泛应用于道路、桥梁、隧道、水利、海洋、建筑等土木工程各领域。

作为一种典型的复合材料，在纤维混凝土中增强相（纤维）与基材（水泥浆、水泥砂浆或混凝土）之间的区域为界面。界面起着在纤维与基体之间传递应力的作用，且破坏往往是从界面开始的。界面粘结性状，直接影响纤维对混凝土增强、增韧、与阻裂的效果；界面太弱，纤维的增强作用将无法得以充分发挥，而导致复合材料强度较低；界面如果太强，复合材料的抗损伤性能又会比较弱，纤维很容易被拉断形成载荷的突然释放，导致其断裂韧性的下降。因此，纤维与基体界面的强度是影响复合材料宏观性能的重要参数，成为目前复合材料研究中的重点。

为获得良好的粘结作用，增加拉拔荷载以及滑移过程中的能耗，材料工作者们采用各种方法来改进界面性能。通过各种电镜扫描，对不同纤维/混凝土基体材料的界面进行微观结构及组成的观测试验。人们发现，界面层组成及厚度与纤维半径大小及混凝土基体微观孔隙分布有关。对于直径远大于水泥颗粒的纤维(如工程中常用钢纤维、聚丙烯纤维)，在水化结晶过程中纤维与混凝土基体界面之间未能形成致密结构，存在大量的微观孔隙及水化钙结晶体。为改善界面层性质，材料工作者在纤维混凝土材料的制造过程中掺加硅粉或高岭土等各种细颗粒填充剂来填充界面层孔隙或对纤维表面进行处理，增大摩擦作用，或减小纤维直径以提高界面强度。但是，在实际工程中应用最为广泛且有效的是采用各种异型钢纤维(金属纤维)，即通过改变纤维轴向体形来获得额外的机械咬合与锚固作用。通过各种异形纤维与平直纤维的拉拔对比试验，材料工作者发现异型纤维无论是最大拔出载荷，还是拉拔过程全曲线性能都远远超过了同样条件下的圆直形纤维，这是由复杂的拔出破坏过程决定的。不同体形的纤维其界面作用机理，也有较大的差异。由于纤维体形的多样性，其拉拔计算模型也不尽相同。

1960年首先由 Broutman提出，主要用于纤维增强混凝土和碳纤维增强金属基材料的研究中。Favre 与合作者成功地将这种方法推广用于 FRP 复合材料测量中，具体步骤如图 1.4 所示。将单根纤维垂直埋入基体中并将其固化；用夹具夹住基体，持续增加非常小的力对纤维进行拉伸，将纤维从基体中拔出，记录下纤维脱粘瞬间的力P，测出埋入纤维的长度 l 和纤维直 2r，可计算出纤维的脱粘力τ，即界面粘结强度：