一种用于制备带裂混凝土试件的三棱锥夹具及制备方法与流程

本发明属于建筑工程技术领域，涉及一种用于制备带裂混凝土试件的三棱锥夹具及制备方法。

背景技术：

混凝土结构在实际服役过程中，不同程度的存在裂缝，对于裂缝的存在是否危害到混凝土结构安全性能，能否保证混凝土结构正常使用等问题，需要及时可靠地加以评估，再对损伤混凝土以修复加固，保证混凝土结构的安全使用。因而，研究带裂混凝土性能具有重要意义，当前对带裂混凝土性能的研究得到了众多研究者的关注，而带裂混凝土试件制备，是研究裂缝对其影响的重要前提。

关于带裂混凝土制备的方法有很多，有通过插片的方法制备带裂混凝土试样，也有通过约束开裂的方法制备带裂混凝土试样，还有通过荷载开裂的方法制备带裂混凝土试样。但是这些方法都存在不足，插片法制备带裂混凝土试样，裂缝边缘比较光滑，和实际的裂缝相差较大；约束开裂法制备带裂混凝土试样，裂缝随机性较大，不能完全符合预先设计要求；而现有的荷载开裂的方法制备带裂混凝土试样，裂缝的诱导方法难以控制，制备带裂混凝土过程中会导致很多无效试件。

技术实现要素：

本发明提出了一种用于制备带裂混凝土试件的三棱锥夹具，还提出了一种应用该三棱锥模具，且裂缝分布与宽度可控的带裂混凝土试件制备方法，该方法制备的带裂混凝土试件与实际裂缝形态类似。

本发明所采用的技术方案为：

一种用于制备带裂混凝土试件的三棱锥夹具，包括a、b、c和d四个顶点，∠abd＝∠acd＝90°，△acd＝△abd，∠bac的范围为5°至15°，∠bad的范围为10°至25°。

一种带裂混凝土试件的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、浇筑标准混凝土试件，浇筑过程中，自下而上依次均匀放置若干与混凝土试件底面平行的钢丝，多根钢丝均分布在同一竖直面上，构成一竖直的钢丝组；同时，通过上述的三棱锥夹具竖直向下插入混凝土试件的上端面，预制出三棱锥孔，插入过程中，三棱锥夹具的a顶点朝下，abc面垂直于混凝土试件上端面，并与所述钢丝组所在竖直面保持平行，预制出的三棱锥孔的尖端正对所述钢丝组所在竖直面；待混凝土试件终凝后，取出三棱锥夹具，养护28d；

步骤二、将步骤一中成型并养护后的混凝土试件上端面朝上放置在压力机下压板上，然后，将三棱锥夹具插入预制三棱锥孔中，三棱锥夹具的bcd面保持竖直并贴着三棱锥孔的竖直面，三棱锥夹具的abc面平行于混凝土试件的上端面；

步骤三、在混凝土试件的四个侧面上部右侧位置分别固定一铁片，在混凝土试件的四个侧面上部左侧位置分别固定一位移传感器，四位移传感器分别与各自对侧的铁片一一相对；

步骤四、启动压力机，通过压力机上压板、压力机下压板以及三棱锥夹具对混凝土试件缓慢施加荷载，当四个位移传感器中任意一个测得的相对于对应铁片的位移达到预先设定的位移时，停止施加荷载；

步骤五、关闭压力机，取下带裂混凝土试件。

进一步地，步骤一中，浇筑的混凝土试件中设多个钢丝组，并在混凝土试件的上端面插入与钢丝组数量相等的三棱锥夹具，预制出多个三棱锥孔，所述多个三棱锥孔各自的尖端分别正对对应的钢丝组所在竖直面；

然后，在各三棱锥孔中逐个放置三棱锥夹具，并循环执行步骤二至四，逐次诱导多裂缝产生。

进一步地，步骤一中，三棱锥夹具插入混凝土试件的深度为其高度的1/2至3/4，三棱锥夹具距混凝土试件侧面边缘的距离不小于5mm。

进一步地，步骤一中，钢丝的直径为0.5～1mm，长度不小于混凝土试件边长的1/2，同组的钢丝间间距为10-30mm。

进一步地，步骤四中，位移传感器每秒采集一次位移数据，其分辨率为0.001mm。

进一步地，步骤四中，压力机加荷速度为20-50n/s。

本发明的有益效果在于：

本发明通过在混凝土成型制作过程中放置三棱锥夹具和钢丝组，通过预制的三棱锥孔使裂缝定向发展，并使用钢丝防止混凝土裂缝出现后骤然断裂，混凝土试件缓慢施加荷载，使裂缝缓慢扩展，并用位移传感器监控混凝土表面的裂缝宽度，可有效制备裂缝宽度可控的，并与实际工程裂缝形态类似的带裂混凝土试件。此外，本发明还可以通过多组三棱锥夹具和钢丝，诱导多裂缝产生，适用性更强，应用价值更大。

附图说明

图1为三棱锥夹具的结构示意图，其中，a、b、c、d分别为三棱锥对应的四个顶点；

图2为实施例一中，混凝土试件中钢丝及三棱锥孔分布示意图(正视)；

图3为图2的俯视图；

图4为实施例二中，混凝土试件中钢丝及三棱锥孔分布俯视图；

图5为实施例三中，混凝土试件中钢丝及三棱锥孔分布俯视图；

图6为混凝土试件施加载荷的示意图；

图7为混凝土试件施加载荷过程中，三棱锥孔与三棱锥夹具的位置示意图；

附图标记：1-钢丝，2-混凝土试件，3-三棱锥孔，4-三棱锥夹具，5-位移传感器，6-铁片，7-压力机下压板，8-压力机上压板。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明的用于制备带裂混凝土试件的三棱锥夹具及制备方法作进一步的详细说明。

如图1所示的用于制备带裂混凝土试件的三棱锥夹具4，包括a、b、c和d四个顶点，∠abd＝∠acd＝90°，△acd＝△abd，∠bac的范围为5°至15°，∠bad的范围为10°至25°。

实施例一(诱导单裂缝)

一种带裂混凝土试件的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、浇筑标准混凝土试件2，浇筑过程中，自下而上依次均匀放置若干与混凝土试件2底面平行的钢丝1，多根钢丝1均分布在同一竖直面上，构成一竖直的钢丝组，钢丝组所在平面与试件2上、下端面保持垂直，并与混凝土试件2的侧面保持平行，如图2和3所示。钢丝1的直径为0.5～1mm，长度不小于试件2边长的1/2，同组的钢丝1间间距为10-30mm。同时，通过上述的三棱锥夹具4竖直向下插入混凝土试件2的上端面，预制出三棱锥孔3，三棱锥夹具4插入混凝土试件2的深度为其高度的1/2至3/4，三棱锥夹具4距混凝土试件2侧面边缘的距离不小于5mm。插入过程中，三棱锥夹具4的a顶点朝下，abc面垂直于混凝土试件2上端面，并与钢丝组所在竖直面保持平行，预制出的三棱锥孔3的尖端正对钢丝组所在竖直面。待混凝土试件2终凝后，取出三棱锥夹具4，养护28d。本实施例中，同组钢丝1数量为4根，且同组钢丝1间的间距为20mm。

步骤二、将步骤一中成型并养护后的混凝土试件2上端面朝上放置在压力机下压板7上，然后，将三棱锥夹具4插入预制三棱锥孔3中，三棱锥夹具4的bcd面保持竖直并贴着三棱锥孔3的竖直面，三棱锥夹具4的abc面平行于混凝土试件2的上端面，如图7所示。

步骤三、在混凝土试件2的四个侧面上部右侧位置分别固定一铁片6，在混凝土试件2的四个侧面上部左侧位置分别固定一位移传感器5，四位移传感器5分别与各自对侧的铁片6一一相对，即构成四对测量装置。

步骤四、启动压力机，通过压力机上压板8、压力机下压板7以及三棱锥夹具4对混凝土试件2缓慢施加荷载，如图6所示，位移传感器5每秒采集一次位移数据，其分辨率为0.001mm，压力机加荷速度为20-50n/s。当四个位移传感器5中任意一个测得的相对于对应铁片6的位移达到预先设定的位移时，停止施加荷载。

步骤五、关闭压力机，取下带裂混凝土试件。

实施例二(诱导单裂缝)

参见图4，该实施例与实施例一基本相同，区别在于，步骤一中，钢丝组所在平面与混凝土试件2的侧面交叉。

实施例三(诱导多裂缝)

该实施例与上述两实施例的区别在于，步骤一中，浇筑的混凝土试件2中设多个钢丝组，并在混凝土试件2的上端面插入与钢丝组数量相等的三棱锥夹具4，预制出多个三棱锥孔3，多个三棱锥孔3各自的尖端分别正对对应的钢丝组所在竖直平面。多个钢丝组间可保持平行，也可相互交叉，参见图5。然后，在各三棱锥孔3中逐个放置三棱锥夹具4，并循环执行步骤二至四(即一次仅对一个三棱锥孔加载)，逐次诱导多裂缝产生。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。