混凝土轴心抗拉试模的合理性设计与研究

王建东 陈捷 陈俊男 陈江南

摘 要：在对现有不同混凝土受拉试模进行分析与比较的基础上，针对现有各类模具存在的一些问题，提出更为合理的设计方案，并通过试验来比对效果。结果表明：新设计的模具所制作的混凝土轴心受拉试件断面效果较好，数据离散性相对较小，对同类型的实验具有一定的参考价值。

关键词：混凝土 轴心抗拉 模具设计

中图分类号：TU502 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）03（a）-0165-02

相比劈裂抗拉试验来测定混凝土的抗拉强度，轴心抗拉试验的方法更为直接和有效，它能直接而准确地测得混凝土轴心抗拉强度值，也是获得单轴受拉应力—应变关系曲线的唯一可行的方法[1～2]。目前，规范[2]常用的轴心抗拉实验试件制作工艺比较繁琐，对制作和施工时的要求比较高，在试验时较难保证轴心受拉。因此，本文提出了一种制作相对简单，但轴心抗拉比较容易控制的模具，使得混凝土轴心抗拉实验结果更为准确。

1 现有混凝土轴心抗拉试件的制作种类

目前混凝土抗拉试件设计常用的有内埋式、粘贴式、外夹式三大类[3～4]。

1.1 内埋式

常用内埋式的试件设计见图1[5]。在图1（a）中，试件呈两端大中间小，正常情况下，断口会出现在截面较小处（图中阴影部分）。但此类设计的难点在于拉环预埋。即拉环应在浇筑试件时就要埋入，为保证同一轴心，还须有支架来固定拉环。可往往在实验时，很有可能拉环不在同一轴线上，造成实验误差的增大。并且拉环的埋置深度也需要相对精准，否则试件就可能破坏在拉环处。图1（b）中，该模具虽然试块制作简单，但同样存在轴心较难对中的问题，并且在混凝土振捣过程中拉杆容易松动而移位。同时，内埋式试件的制作还要注意预埋拉杆端部的应力集中及预埋拉杆与混凝土间的黏结力小等问题[6]。

1.2 粘贴式

粘贴式的试件设计见图2[5]。该试件呈圆柱状，无变截面。如果断面出现在端部，则容易受到端部影响，破坏面在力影响区，使抗拉强度明显偏小。实验对中的效果很大程度上依赖于钢板的位置，并且粘贴前端面需要打磨处理，工序复杂，耗时较多。因此，该试件形式适用现场的混凝土试件， 特别是现场混凝土芯样。

1.3 外夹式

外夹式试件设计如图3[5]。由于模具加工所需条件相对较高，因此模具的尺寸往往有较大偏差，夹头与脱模后的试件无法紧密吻合，受拉的力很容易不在轴线上，因此也会同样影响到试验结果。同时，试件端部受夹头给的水平压力和竖向拉力，受到了双向异号力，致使试件在夹头处容易被拉断。再者，加工时夹具的螺杆垂直要求较高，一般往往考虑万向节来保证收拉时竖直。

2 新的混凝土轴心受拉模具

该模具[7]由一个钢质基础底板，两块角钢，两块弧形木板，两个组合拉杆端板，五个部分组成。基础底板上的铁条用于固定组合拉杆端板，便于试块定型，弧形木板上增加手柄方便取用，组合拉杆端板上有12根直径6 mm的细螺杆，用于增加拉杆与混凝土的粘结力。该模具只要确保拉杆固定在端板中心，试块成型时就能较好保证拉杆在同一轴线上。安装时，先用螺钉螺帽将角钢固定在基础底板上，放入组合拉杆端板，靠紧角钢上的铁条，再放入弧形木板，牢牢卡住组合拉杆端板，各部位尺寸和实物图如4所示。

3 试验分析

3.1 试验效果对比

由于内埋式对中问题较难解决，本文不进行相关的试验，而只进行粘贴式，外夹式和新模具制作的试件的进行断裂面的效果对比。具体各试件受拉破坏的端口位置情况如图5所示。

本次对比试验中，粘贴式试件试验效果，虽然粘贴非常细致，但试件直接在混凝土端部断裂，所用的环氧树脂已经充分发挥了作用，其测得的抗拉强度很小。分析原因，是由于振捣时试件上表面浮了一层没有石子骨架的水泥砂浆层，造成了试件抗拉强度偏低。

外夹式试件试验效果。试件的断面出现在中部最薄弱面，是可以较真实地反映该混凝土试块的抗拉强度。但经多次试验后，发现试验破坏面出现在不同的位置，大部分在理想区，但有40%的构件出现在力影响区或接近影响区。

新模具成型试件的试验破坏结果。试件的断面同样出现在中部最薄弱面，经多次试驗发现，破坏断面绝大部分都远离力影响区，并且抗拉强度实测值数据比较集中，离散性相对小。轴心抗拉试验合格率的数据统计情况如表1。

表1可知，外夹式试件与新模具制作才试件相比，抗拉实验的合格率相对较低，新模具制作才试件的合格率达到了76.67%。

3.2 新模具的进一步分析

新模具试件截面两端大，中间小，长边呈弧形，减小了截面积的突变所产生的应力集中现象。两端的拉杆由于有多根螺杆，大大增强了拉杆与试块的粘结力，同时端部受力均匀不会被破坏，因此大大提高了试件抗拉试验的成功率。而且模具加工精度较易满足要求，试件成型时对心相对容易。侧板与底板采用了螺栓连接，脱模方便，模具利用率高。但是由于组合拉杆端板端板成型于混凝土中，短时成型试件的数量就会受到端板的限制，没有外夹式试件批量成型那么方便。还有在试验结束后，为了重复使用端板，须敲除端板上的混凝土，创新调整或更换螺杆，比较费时费力。

4 结语

外夹式和新模具制作的混凝土轴心受拉试件，均能较好的地解决了实验中试件对中和受拉试件端部影响的问题，并且这两类试件使得混凝土受拉试验结果具有较好的稳定性，因此本文的研究和选择混凝土抗拉试件的制作具有一定的参考意义。

参考文献

[1] 张林俊，宋玉普，吴智敏.混凝土轴拉试验轴拉保证措施的研究[J].实验技术与管理，2003，20（2）：99-101.

[2] Liang Weiping，Tang，Jin.Green chemistry-one of the important frontiers in chemistry[J]，2000，12（2）：228-230.

[3] 姜福田.混凝土力学性能与测定[M].北京：中国铁道出版社，1989.

[4] 谢成新，郑建岚.早期混凝土轴心受拉试件的制作[J].黑龙江科技学院学报，2007，17（5）：338-340.

[5] 中华人民共和国水利行业标准.水工混凝土试验规程（SL 352-2006）[S].北京：中国水利水电出版社，2006.

[6] Swadd Iwudh Ipong Somsak，LU Hairong，Wee T Iong Huan.Direct tension test and tensile strain capacity of con crete atearly age[J].Cement and Concrete Research，2003，33（12）：2077-2084.

[7] 杨杨，江晨晖，许四法.高性能混凝土早龄期抗拉性能试验研究[J].建筑材料学报，2008，11（1）：94-99.