CN102519810A - 测试水泥混凝土抗冲击强度用的拱门型试件及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试水泥混凝土抗冲击强度用的拱门型试件，由一个半圆形拱1和两个与半圆形拱的圆弧相切并连接的拱脚2组成，所述的半圆形拱1和拱脚2是水泥混凝土的一体结构；与试件配套使用的钢制底座的上表面设置有两个与拱脚2相吻合的凹槽3。本发明在试件拱形的应变最大处粘贴应变片4，并用导线将其连接到动态数据采集系统；再将试件置于落锤试验仪的底座上，通过试件出现初试裂纹和完全断裂时的冲击次数及动态采集系统记录的变化的规律，以此评价不同材料的抗冲击性能。本发明填补了目前国内外对于水泥混凝土的抗冲击强度测试方面的空白。

Description

测试水泥混凝土抗冲击强度用的拱门型试件及其测试方法

技术领域

本发明是关于建筑材料的测试用试件及其测试方法的，尤其涉及一种测试水泥混凝土抗冲击强度用的拱门型试件及其试验方法。

背景技术

冲击强度是建筑材料重要的机械力学性能之一。它用来衡量材料的抗冲击能力或者判断建筑材料的脆性或韧性程度，因此冲击强度也称为冲击韧性。

目前国内常用测试材料冲击强度的方法有：摆锤式冲击试验、落锤式冲击试验等。

摆锤式冲击试验是以摆锤所具有的势能，一次落摆冲击试样。摆锤是以冲击试验机摆轴为中心，在处于预仰角α位置时释放摆锤，以一定速度(5～515m/s)冲击试样，而不同的冲击速度所得到结果也并不一样。

落锤式冲击试验是把落锤或钢球由已知高度自由落下对试样进行冲击，测定试样抗冲击性能的方法。试验中将落锤在一定高度自由落下对下部试件(大多数为平板试件)产生冲击，试件受冲击后会产生开裂破坏。但在实际操作中，由于冲击时间极短，加上接触变形等因素的影响，冲击强度的计算结果不易准确。

但是这些方法都不是针对水泥混凝土材料的，国内外目前还没有出现针对水泥混凝土的抗冲击强度的测试方法。

发明内容

本发明的目的是，填补国内外目前对于水泥混凝土的抗冲击强度测试方面的空白，提供一种用于测试水泥混凝土冲击强度的拱门型试件及测试方法。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种测试水泥混凝土抗冲击强度用的拱门型试件，由一个半圆形拱1和两个与半圆形拱的圆弧相切并连接的拱脚2组成，所述的半圆形拱1和拱脚2是水泥混凝土的一体结构。

所述半圆形拱1的内径为83mm，外径为133mm，两拱脚2各高83mm，厚度为50mm。

测试水泥混凝土抗冲击强度用的拱门型试件的钢制底座，在钢制底座的上表面两边的对称位置分别设置有两个与拱脚2相吻合的凹槽3。

所述凹槽3为50mm×50mm×50mm的正方体凹槽。

测试水泥混凝土抗冲击强度用的拱门型试件的试验方法，具有如下步骤：

(1)采用常规水泥混凝土浇注工艺制成一体的拱门型试件，48h后拆除模具，将试件置于温度为20±2℃、相对湿度为90％的环境下养护28天；

(2)采用常规生产工艺，制备与拱门型试件相配合的钢制底座，

(3)在步骤(1)拱门型试件达到预定养护龄期后，取出拱门型试件，在试件的拱形内侧受拉区应变最大处贴上应变片4，并用导线将应变片4连接到动态数据采集系统；将试件的两拱脚2固定到钢制底座的凹槽3内，对试件进行刚性固定；

(4)将试件置于落锤试验仪的底座上，通过试件出现初始裂纹和试件完全断裂时的冲击次数来评价材料的抗冲击性能，并通过动态数据采集系统记录应变随冲击次数变化的规律，以此来评价其抗冲击性能；而动态数据采集系统上应变值发生突变说明试件已经开裂，记录数据采集系统上的时间即为试件的初始开裂时间，以此来评价材料初始开裂的冲击次数，并且由此实现试件开裂时间的准确定义。

目前，国内外还没有统一的水泥混凝土等建筑材料的抗冲击试验方法。传统方法问题较多，要方便、准确、定量地测定建筑材料的抗冲击性能需要解决好以下问题：

一是试件受冲击荷载能集中的一个横截面内；

二是试件要刚性固定，消除连接物体带来的能量分散；

三是在试验中能够引入动态数据采集系统，进行实时测量。

本发明的有益效果是，提供了一种用于测试水泥混凝土冲击强度的拱门型试件及其测试方法，有效地解决了如上的3个问题；本发明的拱门型试件能更好的反应材料承受冲击荷载的能力，刚性固定的底座可以减小冲击能量的耗散，本发明消除了测量过程中其他因素的影响，可以预先确定开裂的位置，提高了可预知性和抗冲击性能试验的精确度，本发明在试件拱形的应变最大处粘贴应变片以测量试件随冲击次数的应变值，从而评价不同材料的抗冲击性能，本发明操作方便、结果准确、做到了在试验中引入动态数据采集系统进行实时测量。

附图说明

图1是本发明拱门型试件的结构示意图；

图2是钢制底座的结构示意图；

图3是钢制底座的剖视图。

附图标记如下：

1——半圆形栱  2——栱脚

3——凹槽      4——应变片

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明做进一步的说明，本发明并不局限于下述实施例，很多数据的变化是依据实际情况确定，但这并不因此违背本发明的范围和精神。

如图1所示，本发明的测试水泥混凝土抗冲击强度用的拱门型试件，由一个半圆形拱1和两个与半圆形拱的圆弧相切并连接的拱脚2组成，所述的半圆形拱1和拱脚2是水泥混凝土的一体结构。

拱门型试件厚50mm，半圆形拱1的内侧半径为83mm，外侧半径为133mm，拱脚2高度为83mm。试件的横截面为50mm×50mm的正方形截面。

试件是采用有机玻璃的外箍和内嵌块的模具，采用常规水泥混凝土浇注工艺制成一体试件，48h后拆除模具，将试件置于温度为20±2℃、相对湿度为90％的环境下养护28天。

冲击试验中，冲击载荷在试件中产生的冲击应力除与试件的形状、体积和局部弹塑性变形等有关外，还同与其相连接的物体有关。如与试件相连接的物体是绝对刚体，则冲击能全部为该零件所承受；如与试件相连接的物体刚度为某一值，则冲击能为整个体系所承担，该试件只承受冲击能的一部分。因此试件的底座设计至关重要。本发明采用钢制底座，在底座的上表面设置有50mm×50mm见方，深50mm的凹槽3，底座为333mm×130mm×65mm的长方体，如图2、图3所示。

在试件达到预定养护龄期后，取出拱门型试件，每种材料成型3组试件。将试件的两拱脚2固定到钢制底座的凹槽3内，对试件进行刚性固定。

根据ANSYS应力分析，拱门型试件的最大应力在试件的半圆形栱1的中点，此处最先发生开裂破坏。因此，在试件的拱形内侧受拉应变最大处粘贴应变片4，如图1所示。应变片的规格为10mm×5mm纸质应变片，用导线将应变片连接到动态数据应变仪上。

将连接好的试件放在落锤试验仪底座上，落锤重量选0.875kg，自350mm处自由释放，记录试件出现初始裂纹和试件完全断裂时的冲击次数。

试验结果的表征方法有：①经过落锤反复冲击，当试验板出现初始裂缝时的冲击次数；②试件破坏时的冲击次数；③破坏与初裂时冲击次数的差值和破坏时的冲击耗能。

冲击耗能按式(1)计算：

W＝N·mgh    (公式1)

式中，W～冲击耗能，N·m；

      N～破坏时冲击次数；

      h～冲击锤下落高度，350mm；

      g～9.81m/s²；

      m～落锤质量，kg。

Claims (5)

1.一种测试水泥混凝土抗冲击强度用的拱门型试件，由一个半圆形拱(1)和两个与半圆形拱的圆弧相切并连接的拱脚(2)组成，所述的半圆形拱(1)和拱脚(2)是水泥混凝土的一体结构。

2.根据权利要求1测试水泥混凝土抗冲击强度用的拱门型试件，其特征在于，所述半圆形拱(1)的内径为83mm，外径为133mm，两拱脚(2)各高83mm，厚度为50mm。

3.权利要求1的测试水泥混凝土抗冲击强度用的拱门型试件的钢制底座，在钢制底座的上表面两边的对称位置分别设置有两个与拱脚(2)相吻合的凹槽(3)。

4.根据权利要求3的拱门型试件的钢制底座，其特征在于，所述凹槽(3)为50mm×50mm的正方形、深50mm的凹槽；钢制底座为333mm×130mm×65mm的长方体。

5.权利要求1的测试水泥混凝土抗冲击强度用的拱门型试件的试验方法，具有如下步骤：

(1)采用常规水泥混凝土浇注工艺制成一体的拱门型试件，48h后拆除模具，将试件置于温度为20±2℃、相对湿度为90％的环境下养护28天；

(2)采用常规生产工艺，制备与拱门型试件相配合的钢制底座。

(3)在步骤(1)拱门型试件达到预定养护龄期后，取出拱门型试件，在试件的拱形内侧受拉区应变最大处粘贴应变片(4)，并用导线将应变片(4)连接到动态数据采集系统；将试件的两拱脚(2)固定到钢制底座的凹槽(3)内，对试件进行刚性固定；

(4)将试件置于落锤试验仪的底座上，通过试件出现初试裂纹和试件完全断裂时的冲击次数来评价材料的抗冲击性能，并通过动态数据采集系统记录应变随冲击次数变化的规律，以此来评价其抗冲击性能；而动态数据采集系统上应变值发生突变说明试件已经开裂，记录数据采集系统上的时间即为试件的初始开裂时间，以此来评价材料初始开裂的冲击次数，并且由此实现试件开裂时间的准确定义。

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