CN110057698B - 一种圆柱体混凝土试块劈裂装置及劈裂方法 - Google Patents

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Abstract

一种圆柱体混凝土试块劈裂装置及劈裂方法，包括丝杠滑轨系统、底座、试件定位系统、劈裂系统以及控制开关，所述丝杠滑轨系统安装在底座上的后端，试件定位系统安装在底座的前端，劈裂系统安装在丝杠滑轨系统上，控制开关安装在丝杠滑轨系统左侧。劈裂方法包括以下步骤：(1)设置上、下刀片的最小刀口间距；(2)放置试块；(3)劈裂试块；(4)取出劈裂后试块。采用本发明能够稳固居中放置圆柱体混凝土试块，使劈裂后的试块轴向断面平整完好，且与试块上、下底面垂直。

Description

一种圆柱体混凝土试块劈裂装置及劈裂方法
技术领域
本发明涉及混凝土耐久性试验研究领域，具体为一种圆柱体混凝土试块劈裂装置及劈裂方法。
背景技术
RCM法是测量混凝土氯离子扩散系数的重要手段。RCM试验中需要将圆柱体混凝土试块沿轴向劈裂为大小相等的两块柱状体，试块劈裂后的轴向断面应平整完好，且与试块的上、下底面相垂直。传统劈裂方法是先将一根劈裂钢垫条放在压力试验机的球座中心，接着将圆柱体试块(φ100mm×50±2mm)的下底面居中放置在垫条上，然后再用另一根劈裂钢垫条居中放置于试块上底面，且与下底面放置的垫条相互平行，最后通过压力试验机缓慢增大压力，直至混凝土试块劈裂为两半。该劈裂方法存在如下缺陷：(1)压力试验机加压过程中试块难以保持水平状态，使得轴向断面不能与试块上、下底面保持垂直；(2)垫条与混凝土接触面过大，造成劈裂后试块压碎带太宽，导致试块断面不平整；(3)人为操作压力试验机时由于施压速率不均匀，且需通过目视确定停止加载的时机，容易造成试块崩坏。
中国专利201220373397.5公开了一种混凝土圆柱体劈裂抗拉试验夹具，将混凝土试块安装在上、下承压板之间，上、下承压板宽边中点处设有沿长边方向的垫条，然后利用压力试验机对上承压板施加压力，将试块沿轴向进行劈裂。该装置通过上杆孔组、下杆孔组及侧杆的配合解决了传统劈裂方法的缺陷(1)，但由于使用的垫条和传统劈裂方法一致，且也是通过人为操作压力试验机开展试验，所以仍然存在传统劈裂方法的缺陷(2)和(3)。中国专利 201020594964.0公开了一种混凝土氯离子扩散系数试验试件劈开辅助装置，将圆柱体混凝土试块安装在盖板和底座之间，然后通过压力试验机对盖板施加压力，利用盖板下方的刀片和底座上方的刀片将试块进行劈裂。该装置虽然通过采用平行对齐的三角形尖刀口，解决了传统劈裂方法存在的缺陷(2)，但该装置的环箍直径稍大于试件直径，仍不能克服传统劈裂方法的缺陷(1)，而且该装置仍需采用压力试验机，难以控制刀片的劈入深度，因而不能克服传统劈裂方法的缺陷(3)。
发明内容
本发明提供一种圆柱体混凝土试块劈裂装置及劈裂方法，能够克服传统的圆柱体混凝土试块劈裂装置和劈裂方法的缺陷，使劈裂后的圆柱体混凝土试块断面平整，轴向断面通过试块上下底面的圆心，且与上、下底面垂直。
本发明的技术方案如下：一种圆柱体混凝土试块劈裂装置，包括丝杠滑轨系统、底座、试件定位系统、劈裂系统以及控制开关，具体结构和连接关系为：所述丝杠滑轨系统安装在底座上的后端，试件定位系统安装在底座的前端，劈裂系统安装在丝杠滑轨系统上，控制开关安装在丝杠滑轨系统左侧，
所述丝杠滑轨系统由丝杠、立柱导轨、转盘、限位螺母、滑座以及顿紧螺栓构成，丝杠安装在立柱导轨中部，转盘安装在丝杠上端，限位螺母安装在丝杠中端，滑座安装在丝杠下端，顿紧螺栓安装在立柱导轨后侧两端，
所述试件定位系统由下刀片、两个定位螺杆、两个缓震橡胶垫、垫板、挡板以及推杆构成，下刀片安装在底座中部，两个定位螺杆分别安装在下刀片后端的左右两侧，两个缓震橡胶垫分别安装在下刀片中部的左右两侧，垫板安装在底座前部，挡板安装在垫板前部，推杆安装在挡板上，
所述劈裂系统由电动机、皮带、飞轮、曲轴滑块、制动器以及上刀片构成，电动机通过皮带与飞轮相连，飞轮安装在曲轴滑块的右端，制动器安装在曲轴滑块和飞轮的中部，上刀片安装在曲轴滑块下端，
所述控制开关上有“启动”、“停止”和“劈裂”三个按钮，其中，“启动”和“停止”按钮分别驱动电动机开始工作和停止工作，“劈裂”按钮驱动曲轴滑块沿竖向运动。
所述上、下刀片是长度为150mm、高度为31mm，底面宽度为20mm的三角方形组合体；上刀片安装在曲轴滑块下端，且刀口线朝外；下刀片刀口线与上刀片刀口线处于同一竖直平面且相互平行。
所述缓震橡胶垫是直径为35mm，高度为30mm的圆柱体；两个缓震橡胶垫沿下刀片左右两侧对称布置，两圆柱体橡胶垫的圆心距为60mm，两圆心连线与下刀片刀口线垂直相交，且交点与刀口线后端点相距60mm。
所述定位螺杆是直径为6mm、高度为130mm的圆柱体金属杆；两个定位螺杆沿下刀片左右两侧对称布置，两圆心距为70mm，两圆心连线与下刀片刀口线垂直相交，且交点与刀口线后端点相距32mm。
所述的圆柱体混凝土试块劈裂装置的劈裂方法，，包括以下步骤：
(1)设置上、下刀片的最小刀口间距S：根据圆柱体混凝土试块的高度H、以及上刀片劈入试块的深度D来确定上、下刀片的最小刀口间距S，立柱导轨上的数字刻度线与上、下刀片的最小刀口间距S一一对应，拧松顿紧螺栓与限位螺母，关闭制动器，手动转动飞轮，驱动曲轴滑块运动至下极限位置，旋转转盘，驱动滑座上下运动，使立柱导轨上的刻度线数字S与滑座上顶面齐平，拧紧螺栓与限位螺母，手动转动飞轮，驱动曲轴滑块运动至上极限位置，制动器随之打开；
(2)放置试块：将圆柱体混凝土试块放置在垫板上，利用推杆向前推送直至混凝土试块紧靠定位螺杆；
(3)劈裂试块：按下“启动”按钮，电动机开始工作，驱动飞轮转动；按下“劈裂”按钮，制动器随之关闭，曲轴滑块向下运动，驱动上刀片疾速向下运动，将混凝土试块劈裂为平整的两部分，曲轴滑块运动至下极限位置后向上运动至上极限位置时，制动器随之打开，曲轴滑块停止运动；
(4)取出劈裂后试块：按下“停止”按钮，电动机停止工作，取出劈裂后的试块。
所述上刀口劈入混凝土试块的深度D(mm)为1～4mm。
所述上、下刀片的最小刀口间距S(mm)为上刀口运动至下极限位置时与下刀口之间的距离；可由下式计算确定：
S＝H-D
式中，H为圆柱体混凝土试块高度(mm)。
本发明的突出优点在于：
1、采用试件定位系统能够稳固放置试块，将定位螺杆对称布置，使上、下刀片经过圆柱体混凝土试块上下底面的圆心，且处于试块的同一轴向断面上，解决了传统劈裂方法由于压力试验机加压过程中试块难以保持水平状态，使得轴向断面不能与试块上、下底面保持垂直的缺陷。
2、采用三角口刀片解决了传统劈裂方法由于垫条与混凝土接触面过大，造成劈裂后试块压碎带太宽，导致试块断面不平整的缺陷。
3、采用刀片疾速冲击劈裂，精准设置上刀片的劈入深度，解决了传统劈裂方法人为操作压力试验机时由于施压速率不均匀，且需通过目视确定停止加载的时机，容易造成试块崩坏的缺陷。
附图说明
图1是本发明所述圆柱体混凝土试块劈裂装置的整体结构示意图。
图2是本发明所述圆柱体混凝土试块劈裂装置的丝杠滑轨系统结构示意图。
图3是本发明所述圆柱体混凝土试块劈裂装置的丝杠滑轨系统结构的后示图。
图4是本发明所述圆柱体混凝土试块劈裂装置的试件定位系统结构示意图。
图5是本发明所述圆柱体混凝土试块劈裂装置的劈裂系统结构示意图。
图6是本发明所述圆柱体混凝土试块劈裂装置的控制开关结构示意图。
图7是圆柱体混凝土试块采用传统劈裂方法劈裂后的效果图。
图8是圆柱体混凝土试块采用本发明劈裂后的效果图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图和实施案例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明所述圆柱体混凝土试块劈裂装置，由丝杠滑轨系统1、底座2、试件定位系统3、劈裂系统4以及控制开关5组成，丝杠滑轨系统1安装在底座2上的后端，试件定位系统3安装在底座2的前端，劈裂系统4安装在丝杠滑轨系统1上，控制开关5安装在丝杠滑轨系统1左侧。
如图2和图3所示，所述丝杠滑轨系统1由丝杠1.1、立柱导轨1.2、转盘1.3、限位螺母1.4、滑座1.5以及顿紧螺栓1.6构成，丝杠1.1安装在立柱导轨1.2中部，转盘1.3安装在丝杠1.1上端，限位螺母1.4安装在丝杠1.1中端，滑座1.5安装在丝杠1.1下端，顿紧螺栓1.6安装在立柱导轨1.2后侧两端。
如图4所示，所述试件定位系统3由下刀片3.1、两个定位螺杆3.2、两个缓震橡胶垫3.3、垫板3.4、挡板3.5以及推杆3.6构成，下刀片3.1安装在底座2中部，两个定位螺杆 3.2分别安装在下刀片3.1后端的左右两侧，两个缓震橡胶垫3.3分别安装在下刀片3.1中部的左右两侧，垫板3.4安装在底座2前部，挡板3.5安装在垫板3.4前部，推杆3.6安装在挡板3.5上。
如图5所示，所述劈裂系统4由电动机4.1、皮带4.2、飞轮4.3、曲轴滑块4.4、制动器4.5以及上刀片4.6构成，电动机4.1通过皮带4.2与飞轮4.3相连，飞轮4.3安装在曲轴滑块4.4的右端，制动器4.5安装在曲轴滑块4.4和飞轮4.3的中部，上刀片4.6安装在曲轴滑块4.4下端。
如图6所示，所述控制开关5有“启动”5.1、“停止”5.2和“劈裂”5.3三个按钮，其中，“启动”5.1和“停止”5.2按钮分别驱动电动机开始工作和停止工作，“劈裂”5.3 按钮驱动曲轴滑块4.4沿竖向运动。
所述的圆柱体混凝土试块劈裂装置的劈裂方法，包括以下步骤：
(1)设置上、下刀片的最小刀口间距S：根据圆柱体混凝土试块的高度H、以及上刀片4.6劈入试块的深度D来确定上、下刀片的最小刀口间距S＝H-D，立柱导轨1.2上的数字刻度线与上、下刀片的最小刀口间距S一一对应。拧松顿紧螺栓1.6与限位螺母1.4，关闭制动器4.5，手动转动飞轮4.3，驱动曲轴滑块4.4运动至下极限位置，旋转转盘1.3，驱动滑座1.5上下运动，使立柱导轨1.2上的刻度线数字S与滑座1.5上顶面齐平。拧紧顿紧螺栓 1.6与限位螺母1.4，手动转动飞轮4.3，驱动曲轴滑块4.4运动至上极限位置，制动器4.5 随之打开；
(2)放置试块：将圆柱体混凝土试块放置在垫板3.4上，利用推杆3.6向前推送直至混凝土试块紧靠定位螺杆3.2；
(3)劈裂试块：按下“启动”5.1按钮，电动机开始工作，驱动飞轮4.3转动；按下“劈裂”5.3按钮，制动器4.5随之关闭，曲轴滑块4.4向下运动，驱动上刀片4.6疾速向下运动，并将混凝土试块冲击劈裂为平整的两部分，曲轴滑块4.4运动至下极限位置后向上运动，至上极限位置时，制动器4.5随之打开，曲轴滑块4.4停止运动；
(4)取出劈裂后试块：按下“停止”5.2按钮，电动机停止工作，取出劈裂后的试块。
实施案例
本实施例为验证本发明装置及方法有效性的具体实例，即根据上述的圆柱体混凝土试块劈裂装置及劈裂方法，设置上刀片劈入混凝土试块的深度D为2mm，劈裂了14块直径为 100mm、高度H为50mm、强度标号为C35～C55的圆柱体混凝土试块。
如图7与图8所示分别为圆柱体混凝土试块采用传统劈裂方法劈裂后的效果图与采用本发明劈裂后的效果图。根据效果图可直观判断，采用本发明的圆柱体混凝土试块劈裂后的断面平整性较使用传统劈裂方法得到很大提升。14个标号为C35～C55的圆柱体混凝土试块采用本发明劈裂后的断面全部与图6相似，验证了本发明装置及方法在不同标号混凝土试块中的普遍适用性和有效性。

Claims (5)

1.圆柱体混凝土试块劈裂装置的劈裂方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）设置上、下刀片的最小刀口间距S：根据圆柱体混凝土试块的高度H、以及上刀片劈入试块的深度D来确定上、下刀片的最小刀口间距S，立柱导轨上的数字刻度线与上、下刀片的最小刀口间距S一一对应，拧松顿紧螺栓与限位螺母，关闭制动器，手动转动飞轮，驱动曲轴滑块运动至下极限位置，旋转转盘，驱动滑座上下运动，使立柱导轨上的刻度线数字S与滑座上顶面齐平，拧紧螺栓与限位螺母，手动转动飞轮，驱动曲轴滑块运动至上极限位置，制动器随之打开；
（2）放置试块：将圆柱体混凝土试块放置在垫板上，利用推杆向前推送直至混凝土试块紧靠定位螺杆；
（3）劈裂试块：按下“启动”按钮，电动机开始工作，驱动飞轮转动；按下“劈裂”按钮，制动器随之关闭，曲轴滑块向下运动，驱动上刀片疾速向下运动，将混凝土试块劈裂为平整的两部分，曲轴滑块运动至下极限位置后向上运动至上极限位置时，制动器随之打开，曲轴滑块停止运动；
（4）取出劈裂后试块：按下“停止”按钮，电动机停止工作，取出劈裂后的试块，
所述圆柱体混凝土试块劈裂装置的劈裂方法采用的劈裂装置，包括丝杠滑轨系统、底座、试件定位系统、劈裂系统以及控制开关，所述丝杠滑轨系统安装在底座后端，试件定位系统安装在底座的前端，劈裂系统安装在丝杠滑轨系统上，控制开关安装在丝杠滑轨系统左侧，
所述丝杠滑轨系统由丝杠、立柱导轨、转盘、限位螺母、滑座以及顿紧螺栓构成，丝杠安装在立柱导轨中部，转盘安装在丝杠上端，限位螺母安装在丝杠中端，滑座安装在丝杠下端，顿紧螺栓安装在立柱导轨后侧两端，
所述试件定位系统由下刀片、两个定位螺杆、两个缓震橡胶垫、垫板、挡板以及推杆构成，下刀片安装在底座中部，两个定位螺杆分别安装在下刀片后端的左右两侧，两个缓震橡胶垫分别安装在下刀片中部的左右两侧，垫板安装在底座前部，挡板安装在垫板前部，推杆安装在挡板上，
所述劈裂系统由电动机、皮带、飞轮、曲轴滑块、制动器以及上刀片构成，电动机通过皮带与飞轮相连，飞轮安装在曲轴滑块的右端，制动器安装在曲轴滑块和飞轮的中部，上刀片安装在曲轴滑块下端，所述上、下刀片是长度为150mm、高度为31mm，底面宽度为20mm的三角方形组合体；上刀片安装在曲轴滑块下端，且刀口线朝外；下刀片刀口线与上刀片刀口线处于同一竖直平面且相互平行，
所述控制开关上有“启动”、“停止”和“劈裂”三个按钮，其中，“启动”和“停止”按钮分别驱动电动机开始工作和停止工作，“劈裂”按钮驱动曲轴滑块沿竖向运动。
2.根据权利要求1所述的圆柱体混凝土试块劈裂装置的劈裂方法，其特征在于，所述缓震橡胶垫是直径为35mm，高度为30mm的圆柱体；两个缓震橡胶垫沿下刀片左右两侧对称布置，两圆柱体橡胶垫的圆心距为60mm，两圆心连线与下刀片刀口线垂直相交，且交点与刀口线后端点相距60mm。
3.根据权利要求1所述的圆柱体混凝土试块劈裂装置的劈裂方法，其特征在于，所述定位螺杆是直径为6mm、高度为130mm的圆柱体金属杆；两个定位螺杆沿下刀片左右两侧对称布置，两圆心距为70mm，两圆心连线与下刀片刀口线垂直相交，且交点与刀口线后端点相距32mm。
4.根据权利要求1所述的圆柱体混凝土试块劈裂装置的劈裂方法，其特征在于，上刀口劈入混凝土试块的深度D(mm)为1~4mm。
5.根据权利要求1所述的圆柱体混凝土试块劈裂装置的劈裂方法，其特征在于，所述上、下刀片的最小刀口间距S（mm）为上刀口运动至下极限位置时与下刀口之间的距离，由下式计算确定：
S=H-D
式中，H为圆柱体混凝土试块高度(mm)。
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