[发明专利]一种水泥基复合材料受力形变的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水泥基复合材料受力形变的检测方法，属于建筑材料技术范畴。

背景技术

水泥基复合材料，是由水泥、水、砂石集料及少许辅助材料配制而成。通过水泥发生水化反应产生胶凝作用，构成水泥基复合材料的连续相，将砂石集料和辅助材料凝结在一起，形成坚固的人工石。是目前用量最大、应用最广的建筑材料。

根据采用的集料不同，水泥基复合材料可分为水泥砂浆和混凝土两大类：水泥砂浆主要有水泥、水和细集料(砂子)配制而成；配制混凝土还需包括粗集料即砂石料。普通水泥基复合材料虽然具有较高的杨氏模量(10～40GPa)，但抗拉强度低(1～6MPa)、破坏应变小(10^-4～10^-2)，几乎是脆性材料(Birchall J D.J Mat Sci Lett，2，125-126，1982)。这些物理、力学性能上的不足，是普通水泥基复合材料在水化、胶凝成型过程中所造成的缺陷所决定的。

水泥基复合材料存在的缺陷包括：(1)水泥基复合材料凝固过程中不均匀收缩所产生的裂纹；(2)水泥基复合材料水化搅拌过程中由集料带入的气泡在水泥基复合材料固化后所形成的孔穴。这些缺陷使水泥基复合材料受到拉伸、弯曲形变时，导致应力迅速向裂缝尖端集中，产生裂纹扩张引起材料本体的破坏。同时这些缺陷使普通水泥基复合材料易产生渗漏和可溶性盐的溶出，加速水泥基复合材料的老化。B.Zhang(Cem.Concr.Res.20(5)，699-771，1998)对水泥基复合材料的强度与缺陷的关系进行了系统的研究，得出水泥基复合材料的强度与孔隙率和孔隙直径呈负相关。

为改善水泥基复合材料的综合性能，提高抗拉强度、绕曲性、应变性和延长水泥基复合材料的使用寿命，人们推出了无宏观缺陷(Macro-Defect-Free)MDF水泥基复合材料(N.McN.ALFORD，J.Mat.Sci.20，37-45，1985)。根据是否采用纤维增强技术，又细分为MDF水泥基复合材料和纤维增强MDF水泥基复合材料；MDF水泥基复合材料是通过添加少量高聚物以去除水泥基复合材料的宏观缺陷；纤维增强MDF水泥基复合材料是加入无机或聚合物纤维，在基体内形成三维互穿网络，综合改善水泥基复合材料的物理、力学性能。

迄今为止，针对水泥基复合材料，人们已做了大量的研究，但针对水泥基复合材料的部分力学性能的检测方法不一致，使检测数据失去可比性。

水泥基复合材料的物理、力学性能检测方法及其缺陷

除了抗折强度、抗压强度有ISO统一检测标准以外，所有MDF水泥基和纤维增强水泥基复合材料的物理、力学性能----冲击强度(Impact Energy/ImpactStrength)、抗弯性能、弯曲韧性(Flexural Toughness)、抗拉性能检测指标均和第一裂纹出现有关。但目前ISO、ASTM尚未对纤维增强混凝土的冲击强度(Impact Energy/Impact Strength)建立标准的检测方法，对第一裂纹的尺度没有明确的界限，对纤维增强混凝土重要的性能指标之一---冲击强度的检测，其检测数据因检测方法和冲击造成的永久破裂的界限不同而失去可比性。

中国国家标准GB/T 15231.1～15231.5--94，玻璃纤维增强水泥性能试验方法，用游标卡尺测量冲击断口的宽度和深度(精确到0.02mm)，进而计算冲击强度，同样遇到断口不规则性和未完全断裂条件下的冲击断口的宽度和深度的测量问题。

纤维增强混凝土及砂浆的抗拉性能的检测，国内基本参照GB15231.4-94玻璃纤维增强水泥性能试验方法。通过粘贴试件中央的电阻应变片，检测试件在拉伸过程中相应的荷载-应变(应力-应变)曲线。通过荷载-应变(应力-应变)曲线计算抗拉强度和抗拉弹性模量，从荷载-应变(应力-应变)曲线上刚开始离开直线时的极限荷载得出抗拉比例极限强度，由最大荷载得出抗拉强度，对纤维增强混凝土的抗拉性能进行评价。

纤维增强水泥基复合材料的抗弯性能的检测方法，国内均参照GB15231.4-94玻璃纤维增强水泥性能试验方法。用电子万能试验机(量程50kN，精度1％)，以2～5mm/min的速度加荷，直至破坏，并由函数记录亦绘出荷载-挠度曲线。从荷载-挠度曲线上刚开始离开直线时的极限荷载得出抗弯比例极限强度，由最大荷载得出抗弯强度，对纤维增强混凝土的抗弯性能进行评价。