關于建工檢測領域金屬材料拉伸試驗的問題探討

莫明志

（廣東榮駿建設工程檢測股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

當前的金屬拉伸檢測標準發生變化，對關鍵項目的控制方面也提出更多要求。在這樣的背景下，出于對高質量控制應變速率與應力速率的考量，需要進行金屬拉伸試驗設備與技術的更新，實現對金屬拉伸試驗方法關鍵問題的有效控制，提升金屬拉伸試驗質量。

1 有關金屬拉伸試驗的現行標準拉伸速率方法A與方法B主要內容概述

（1）在國標《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》（GB/T 228.1—2010）中對于金屬拉伸試驗方法分為兩種：①方法A：方法A在GB/T 228—2002中并沒有，為國標GB/T 228.1—2010標準新增內容，方法A引入的目的是減少應變速率敏感的參數測定時引起的結果差異性。方法A里面又分為了兩個控制模式：a.基于引伸計反饋的應變速率控制模式eLe，一般稱為“閉環控制模式”；b.根據鋼材的平行長度估計的應變速率eLc，即是根據標準推薦的期望應變速率×試樣的平行長度得到，一般稱為“開環控制模式”；②方法B：方法B為在彈性階段內根據材料的彈性模量范圍選取相應的應力速率控制；在彈性模量E低于150000MPa的條件下，應力速率最小值為2MPa/s，應力速率最大值為2MPa/s；在彈性模量E不低于150000MPa的條件下，應力速率最小值為6MPa/s，應力速率最大值為60MPa/s，其他階段為根據測量不同參數選取不同的應變速率控制。

（2）方法A與方法B相比的主要優勢是什么？

如果兩臺試驗機，一臺剛度大，另一臺剛度相對較低，以相同的橫梁位移速率測試相同的材料，結果將有所不同，夸張些說當兩個系統的剛度差異足夠大時，剛度大的系統應變速率顯著高于剛度低的系統，那么相同材料的測試結果將相差10%以上。使用方法A，應變速率的公差只有±20%，嚴格的公差可保證不同測試實驗室之間的結果具有更高的可重復性和可再現性。將來，方法B可能會完全刪除，以提高這種可比性和可重復性。使用方法A1測試連續屈服材料時，若測試系統在測試過程中可以以屈服點作為切換速率切換點，則可以節省大量時間，根據該設置，它可能會使測試時間縮短30%，通常對于金屬材料，試驗機在屈服過程中的速度非常慢（<2mm/min）。但是在應變控制下，考慮到整體系統的剛度影響，試驗機在測試的彈性區域可以更快地運行，然后隨著樣品開始屈服，速度變慢。

應變速率與應力速率施加的不同會促使金屬拉伸試驗中所得到的相關強度數據存在差異性，同時，結合現行標準能夠了解到，在展開金屬拉伸試驗中，需要著重落實對應變速率與應力速率的控制[1]。

2 建筑工程領域下金屬拉伸試驗的優化展開策略探究

隨著國內技術水平與建筑行業建設施工要求不斷提升，在金屬拉伸檢測標準方面發生了一系列變化，且對關鍵項目的控制方面也提出更多要求。實踐中，必須要參考金屬拉伸試驗方法選用要求及主要控制指標的相關內容進行對金屬拉伸試驗方法策略的優化，具體如下：

2.1 金屬拉伸試驗樣本的合理提取

金屬拉伸試驗樣本的取樣位置會對相應試驗中的斷后伸長率、屈服強度、抗拉強度等多種指標參數造成影響。造成這一結果的主要原因在于，同批次金屬材料在各個成分含量、結構等方面保持一致，但是分布情況并不均勻。例如，以鐵元素來說，其在構件不同位置的含量并非保持一致，因此不僅是同批次的金屬構件在不同位置所表現出的力學性能存在差異性，即便是相同構件的金屬材料在不同位置所表現出的力學性能也不盡相同[2]。基于此，必須嚴格依照規范要求實施取樣，并著重避免樣本受到升溫加熱、加工硬化、變形等方面的影響，保證力學性能不發生改變。同時，在取樣時還要對樣本形狀、尺寸與精度做出合理控制，保證嚴格遵循試驗標準要求設置樣本。另外，如果要在試驗中對不同金屬樣本的拉伸性進行對比，則要保證兩金屬材料試樣規格尺寸、形狀保持一致。

2.2 試驗設備的優化選用

2.2.1 測量儀器方面的基本要求

依照現行試驗標準落實對尺寸測量儀和量具精度的把控，實踐中，必須要在展開金屬拉伸試驗前對后續需要使用的測量儀器實施調試與校驗處理，并保證儀器始終清潔。

2.2.2 試驗設備選用

金屬拉伸試驗中較為常用的設備為試驗機與引伸計，其中，試驗機主要承擔對作用力數值進行檢測的任務；引伸計主要承擔著測定位移或延伸數據的任務。試驗中，為保證試驗結果具有真實準確性，就必須要提前檢查實驗設備的檢定年限，保證其在檢定合格有效期內。如設備超出檢定合格有效期，就要在試驗之前實施校驗。

2.3 強化對多種試驗參數的控制

2.3.1 試驗環境溫度

部分金屬材料對于環境溫度有著相對較高的敏感性，因此環境溫度會對金屬拉伸試驗結果造成影響，必須要著重控制。通常情況下，在試驗環境溫度不斷下降的背景下，基于體心立方形式的金屬材料的屈服強度會隨之表現出大幅增高的狀態，而基于面心立方形式的金屬材料的屈服強度所呈現出的變化水平并不顯著。在試驗環境溫度持續提升的條件下，金屬材料的屈服強度一般會顯現出下滑的水平，出于規避溫度對結果精度造成負面影響的考量，需要將金屬拉伸試驗環境溫度維持在10～35℃；如果在試驗溫度方面的要求相對嚴格，則應當將試驗環境溫度維持在23±5℃；如果在溫度方面有特定要求，則要按照相應要求內容完成溫度調控。

2.3.2 拉伸速率

金屬材料應力與應變之間的關系主要受到拉伸速率的影響，在金屬材料不同的情況下，在速度方面所表現出的敏感性程度也表現出不盡相同的狀態，因此受到拉伸速率影響的程度也有所差異。在控制金屬拉伸試驗速率參數的過程中，必須切實參考國標《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》（GB/T 228.1—2010）中的內容規定完成，對測定應變速率敏感參數時的試驗速率應優先考慮使用方法A，降低試驗結果的測量不確定度。

2.3.3 拉伸試樣橫截面積

結合現行金屬拉伸試方法中的規定或是金屬材料對應產品標準要求完成對拉伸試樣橫截面積參數的確定。實踐中，若是金屬構件存在拉伸試驗試樣的橫截面積按名義尺寸的橫截面積的明確要求，則必須結合要求內容設定拉伸試樣橫截面積；而針對未提出特殊要求的試樣，則相應拉伸試樣橫截面積參數可依賴于現行試驗標準設定，并對實際尺寸計量橫截面積展開測量。

3 現今建筑工程檢測領域金屬拉伸試驗存在的問題分析

3.1 萬能試驗機拉伸程序問題

建筑工程檢測領域對應鋼材的檢測大多數為熱軋帶肋鋼筋、碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼，其中以熱軋帶肋鋼筋檢測最為普遍。熱軋帶肋鋼筋的拉伸典型曲線分為彈性階段—明顯的不連續屈服階段—強化階段，據了解目前還有很多檢測單位的鋼筋拉伸萬能試驗機試驗程序存在一些問題，例如列舉某廠家試驗機加載方式顯示為方法B，加載過程為：彈性階段20MPa/s—屈服階段6mm/min—強化階段48mm/min。按國家標準GB/T 228.1—2010的方法B加載方式來分析，鋼筋鋼材的彈性模量E不低于150000MPa，在彈性階段的加載速度為6～60MPa/s，此試驗機設置彈性階段速率為20MPa/s符合要求，在屈服階段標準要求為應變速率控制0.00025～0.0025/s之間，因熱軋帶肋鋼筋的屈服階段呈現出不連續屈服應采用期望的應變速率×試樣的平行長度得到，試樣的平行長度為一變值，計算得出的結果也不是一個定值，此試驗機在屈服階段的位移速率為一定值6mm/min不符合標準要求，同理強化階段的設置48mm/min亦為不合理的設置。

3.2 試驗檢測人員水平問題

在試驗設備確定的情況下，對試驗檢測結果的影響完全取決于試驗檢測人員。

據作者了解目前建工領域內試驗機的操作人員綜合素質普遍不高，專業知識與理論水平普遍欠缺，對標準試驗方法等一知半解，對所使用的設備性能不夠了解，例如有些鋼筋的萬能試驗機是采用油壓傳感器的，試驗前需要把油缸整體抬升幾毫米然后力值清零才能準確試驗，但有些萬能試驗機是采用負荷傳感器就不需要此操作。

4 結語

綜上所述，在明確有關金屬拉伸試驗的現行標準主要內容、金屬拉伸試驗方法選用要求及主要控制指標的基礎上，通過金屬拉伸試驗樣本的合理提取、試驗設備的優化選用、強化對多種試驗參數的控制這些建筑工程領域下金屬拉伸試驗的優化展開策略的落實，實現了金屬拉伸檢測工作的升級，并指出了建工領域金屬檢測的不足之處。在未來發展中，出于對金屬拉伸試驗的質量提升要求，必須要持續加深在金屬拉伸試驗方法策略方面的研究，為建筑工程高質量展開提供支持。