CN113310811A - 一种可调控温湿度及荷载的水泥基材料轴压徐变测试装置 - Google Patents
一种可调控温湿度及荷载的水泥基材料轴压徐变测试装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可调控温湿度及荷载的水泥基材料轴压徐变测试装置包括：由固定钢架、承重支柱、承重杠杆、保护装置、稳定装置及螺栓等组成的整体测试框架；由可滑移连接装置、恒载配重装置、力传递装置构成的轴压荷载调控系统；由温度调控装置、湿度调控装置构成的测试条件控制系统；由水泥基材料试样、轴压形变测量装置和数据传递与采集装置构成的徐变数据采集记录系统。待试件及形变测试装置安装完毕，调节承重支柱位置并放置适配于测试所需徐变应力的配重块于承重托盘，随后设定需要的温湿度，最后定期核检温湿度变化并记录徐变度进展。整个轴压徐变测试装置和方法简单易行，能够获得水泥基材料在多种温湿度以及不同徐变应力下的变形特性。
Description
技术领域
本发明涉及水泥基材料耐久性能测试领域，特别是轴压徐变测试技术，具体涉及一种可调控温湿度及荷载的水泥基材料轴压徐变测试装置及测试方法。
背景技术
水泥基材料的轴压徐变是指水泥基材料在持续压应力作用下产生的应变连续增加的现象。轴压徐变作为影响材料以及工程结构耐久性能和安全性能的重要因素，受环境温湿度和加载应力影响显著。因此，能够准确测定温湿度和应力水平变化对于水泥基材料轴压徐变性能的影响具有重要意义。
当前，水泥基材料轴压徐变测试主要通过液压式徐变加载设备实施。该测试手段需要使用大型加卸载控制系统进行长期试验，通常在特定的徐变测试单位进行，对测试所需的物力和财力要求较高，单个测试人员或者普通测试单位很难独立完成。同时，当研究温湿度变化对于水泥基材料徐变发展的影响时，需要在具备大型温湿度控制器的试验单位进行，温湿度控制的难实施特点显著增加了测试场所硬件资源消耗与成本。与此同时，已有学者研制出不涉及温湿度变化的简易徐变控制装置。但是，这些装置或者采用难以维持恒定应力的液压千斤顶以及刚度较大的弹簧提供应力，或者采用需求量较大的配重块作为应力提供者，均难以实现准确且方便的目标。
为解决上述问题，本发明提供了一种可调控温湿度及荷载的水泥基材料轴压徐变测试装置及测试方法。该装置可以在多种温湿度条件，以及少量配重物下调控应力进行水泥基材料轴压徐变测试。该装置安装简便，操作方便，测试精度较高且成本较低。
发明内容
本发明旨在提供一种在水泥基材料轴压徐变测试中操作简便且成本较低，同时可以调控测试所需温湿度条件及应力水平的测试装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种可调控温湿度及荷载的水泥基材料轴压徐变测试装置，其特征在于：包括固定钢架(40),稳定钢板(36)、(39)，承重支柱一(10)，承重杠杆一(5)，承重支柱二(13)，承重杠杆二(9)，固定装置(41)，钢绞线(11)，支撑钢架(34)，上连接孔(6)，下连接孔(37)，上可调连接螺栓(7)，下可调连接螺栓(38)，受力螺管(8)，连接钢条(3)，钢滑轮(35)，传力套管(27)，配重物(2)，温度控制器(16)，湿度控制器(22)，恒温控制隔间(28)，位移传感器LVDT(26)，电源及数据采集器(12)。所述装置承重支柱一(10)和承重支柱二(13)的上端分别与承重杠杆(5)和(9)连接，下端和固定钢架(40)连接，构成装置整体框架；稳定钢板(36)、(39)与固定钢架(40)连接；配重物托盘(1)经由连接钢条(3)与承重杠杆(5)、(9)连接；钢绞线(11)连接受力螺管(8)与钢压板(25)，经由钢滑轮(35)转换力的方向构成压力传递链；测试仓(42)经由支撑钢架(34)固定于稳定钢板(36)；温度控制器(16)与湿度控制器(22)分别固定于恒温控制隔间(28)的上下两端；水泥基试样放置于测试仓(42)内；LVDT(26)固定于每个试样两侧，测得持续徐变应力作用下的试件变形信息，经过数据传输线(30)传递到数据采集器(12)。所述承重支柱一(10)和承重支柱二(13)通过上可调连接螺栓(7)分别与承重杠杆一(5)和承重杠杆二(9)连接，且可以移动至不同的上连接孔(6)处。所述承重杠杆(5)和承重杠杆(9)由受力螺管(8)连接。所述承重支柱一(10)和承重支柱二(13)与固定钢架(40)由可以移动到不同下连接孔(37)的固定装置(41)和下可调连接螺栓(38)连接；根据测试所需荷载分布情况移动承重支柱，并保证上下连接孔位置对齐。
所述温度控制器(16)为电子反射式温度控制器(15)，通过电能转化为红外辐射控制温度；恒温控制隔间(28)外侧为保温性能较好的聚氨酯发泡材料。通气管(18)为PVC材质，可使气体有效通过。温度计(17)为准确度高的电子温度计。温度控制系统满足20℃～80℃需求，精度为0.1％。
所述湿度控制器(22)包括电子加湿器(23)和普通电子湿度计(21)。湿度控制系统精度为0.1％。
所述传力套管(27)为PVC材质，厚度1.55mm，直径20mm。
所述测试试样(32)为底面边长5mm-50mm，高度10mm-150mm的水泥基材料试样。可调控伸缩套(19)改变测试室的高度以达到同时测试多个试样的目的。试件通过固定环带(31)与间隔钢板(29)固定。
所述LVDT(26)量程为2mm，分辨率为0.0001mm，重复误差≤0.0005mm。
所述水泥基材料轴压徐变测试装置的测试步骤如下：
步骤一：将LVDT(26)安装在待测试样(32)，同时数据传输线(30)与数据采集器(12)连接；
步骤二：提拉挂钩(24)，同时根据试样的高度和个数调整伸缩套(19)，将测试试样(32)放置在压缩平台(33)；
步骤三：根据试样压缩徐变测试所需应力强度计算得到所需拉力，同时根据钢绞线(11)在受力螺管(8)处将拉力平均分配到承重杠杆一(5)和二(9)，调节承重杠杆一(10)和二(13)与上连接孔(6)和下连接孔(37)的位置，旋紧上可调连接螺栓(7)和下可调连接螺栓(38)，在由液压千斤顶支撑的承重托板(1)上放置适当的配重物(2)后，缓慢撤掉液压千斤顶；
步骤四:将温度控制器(16)连接电源(12)，调整温度控制器(16)和湿度控制器(22)设置测试所需的适当温湿度；
步骤五：在测试所需的连续间隔时间点记录数据采集器(12)给出的位移数据，根据GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中给出的压缩徐变测试公式计算得到水泥基材料试样(32)在确定时间内的徐变度Ct；
水泥基材料徐变度Ct的计算公式(a)如下：
式中，ΔLt(mm)表示加荷后t时刻的变形值，精确到0.001mm/m，ΔL0(mm)表示加荷瞬时测得的变形值，精确到0.001mm/m，Lb(mm)表示测量标距，精确到1mm，δ表示徐变应力(MPa)。
该装置可以在少量配重物下调控应力，同时能够在多种温湿度条件下进行水泥基材料轴压徐变测试。该装置安装简便，操作方便，测试精度较高且成本较低。
附图说明
图1是一种可调控温湿度及荷载的水泥基材料轴压徐变测试装置结构正面示意图。
图2是一种可调控温湿度及荷载的水泥基材料轴压徐变测试装置结构侧面示意图。
图3是温湿度控制系统细部示意图。
图4是测试试件及LVDT位移传感器(26)连接示意图。
图5是水灰比0.3试样持载30天徐变度进展趋势图。
图6是水灰比0.5试样持载30天徐变度进展趋势图。
具体实施方式
具体实施例一：
下面结合附图及具体实施方式，对本发明作进一步详细说明：
水灰比为0.3，规格为20*20*60mm的硬化水泥浆体试样经标准养护28天后进行持续时间为30天的轴压徐变测试。首先将两个LVDT固定在试样对侧，连接好数据采集器。设定徐变应力为10MPa。根据徐变应力与牛顿力的转换关系得到所需的拉力为4000N，拉力通过钢绞线(11)经由受力螺管(8)平均分配到承重杠杆一(5)和承重杠杆二(9)，分别为2000N，转化为质量是204kg。将承重支柱一(10)的上下两端分别与中间上连接孔(6)和下连接孔(37)相连。承重支柱二(13)的上下两端分别与中间上连接孔(6)和下连接孔(37)相连。经由杠杆原理计算得到承重杠杆一(5)和承重杠杆二(9)对应的承重托板(1)上分别放置115kg和170kg配重物(2)。承重托板(1)放置完毕配重物(2)后，缓慢撤去承重托板下部液压千斤顶。
将温度控制器(16)和湿度控制器(22)接通电源，设置温度为20℃，相对湿度为40％。记录下瞬时应变值，随后连续间隔2天统计30天内应变变化，根据计算公式(a)得到持载30天内的徐变度变化如图5所示。
具体实施例二：
水灰比为0.5，规格为30*30*100mm的硬化水泥浆体试样经标准养护28天后进行持续时间为30天的轴压徐变测试。首先将两个LVDT固定在试样对侧，连接好数据采集器。设定徐变应力为10MPa。根据徐变应力与牛顿力的转换关系得到所需的拉力为9000N，拉力通过钢绞线(11)经由受力螺管(8)平均分配到承重杠杆一(5)和承重杠杆二(9)，分别为4500N，转化为质量是460kg。将承重支柱一(10)的上下两端分别与最内侧上连接孔(6)和下连接孔(37)相连。承重支柱二(13)的上下两端分别与最内侧上连接孔(6)和下连接孔(37)相连。经由杠杆原理计算得到承重杠杆一(5)和承重杠杆二(9)对应的承重托板(1)上分别放置102kg和204kg配重物(2)。承重托板(1)放置完毕配重物(2)后，缓慢撤去承重托板下部液压千斤顶。
将温度控制器(16)和湿度控制器(22)接通电源，设置温度为40℃，相对湿度为60％。记录下瞬时应变值，随后连续间隔2天统计30天内应变变化，根据计算公式(a)得到持载30天内的徐变度变化如图6所示。
Claims (10)
1.一种可调控温湿度及荷载的水泥基材料轴压徐变测试装置，其特征在于：包括固定钢架(40),稳定钢板，承重支柱一(10)，承重杠杆一(5)，承重支柱二(13)，承重杠杆二(9)，固定装置(41)，钢绞线(11)，支撑钢架(34)，上连接孔(6)，下连接孔(37)，上可调连接螺栓(7)，下可调连接螺栓(38)，受力螺管(8)，连接钢条(3)，钢滑轮(35)，传力套管(27)，配重物(2)，温度控制器(16)，湿度控制器(22)，恒温控制隔间(28)，位移传感器LVDT(26)，电源及数据采集器(12)；所述装置承重支柱一(10)和承重支柱二(13)的上端分别与承重杠杆(5)和(9)连接，下端和固定钢架(40)连接，构成装置整体框架；稳定钢板(36)、(39)与固定钢架(40)连接；配重物托盘(1)经由连接钢条(3)通过开口(4)与承重杠杆(5)、(9)连接；钢绞线(11)连接受力螺管(8)与钢压板(25)，经由钢滑轮(35)转换力的方向构成压力传递链；测试仓(42)经由支撑钢架(34)固定于稳定钢板(36)；温度控制器(16)与湿度控制器(22)分别固定于恒温控制隔间(28)的上下两端；水泥基试样放置于测试仓(42)内；LVDT(26)固定于每个试样两侧，测得持续徐变应力作用下的试件变形信息，经过数据传输线(30)传递到数据采集器(12)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述承重支柱一(10)和承重支柱二(13)通过上可调连接螺栓(7)分别与承重杠杆一(5)和承重杠杆二(9)连接，且可以移动至不同的上连接孔(6)处；所述承重杠杆(5)和承重杠杆(9)由受力螺管(8)连接；所述承重支柱一(10)和承重支柱二(13)与固定钢架(40)由可以移动到不同下连接孔(37)的固定装置(41)和下可调连接螺栓(38)连接；根据测试所需荷载分布情况移动承重支柱，并保证上下连接孔位置对齐。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述测试所需徐变应力由配重物(2)产生，经由钢绞线(11)和受力螺管(8)平均分配到承重杠杆一(5)和承重杠杆二(9)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：测试仓(42)最外层为恒温控制隔间(28)，温度控制器(16)与湿度控制器(22)分别固定于恒温控制隔间(28)的上下两端；随后为四根传力套管(27)；恒温控制隔间(28)和传力套管(27)的中间部位为可调控长短的伸缩套(19)；最内部为围绕测试试样(32)组成的应变测试系统。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述温度控制器(16)采用电子反射式温度控制器(15)，通过电能转化为红外辐射控制温度；恒温控制隔间(28)外侧为保温效果较好的聚氨酯发泡材料；通气管(18)为PVC材质；温度计(17)为准确度高的电子温度计；温度控制系统满足20℃～80℃。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述湿度控制器(22)包括电子加湿器(23)和普通电子湿度计(21)；直角通气管(20)为PVC材质。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述传力套管(27)为PVC材质，厚度1.55mm，直径20mm。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述测试试样(32)为底边长5mm-50mm，高度10mm-150mm的水泥基材料试样；所述试样上端与钢压板(25)相接触，下端与压缩平台(33)相接触；可调控伸缩套(19)改变测试室的高度以达到同时测试多个试样的目的；当测试多个试样时，试样之间通过固定环带(31)与间隔钢板(29)连接固定。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述LVDT(26)量程为2mm，分辨率为0.0001mm，重复误差≤0.0005mm。
10.利用权利要求1-9任意一项所述的装置的方法，其特征在于，测试步骤如下：
步骤一：将两个LVDT(26)安装在待测试样(32)相对的侧面，同时连接数据传输线(30)与数据采集器(12)；
步骤二：提拉挂钩(24)，同时根据试样的高度和个数调整伸缩套(19)，将测试试样(32)放置在压缩平台(33)；
步骤三：根据试样进行压缩徐变测试所需徐变应力计算得到钢绞线(11)需提供的拉力，同时钢绞线(11)在受力螺管(8)处将拉力平均分配到承重杠杆一(5)和承重杠杆二(9)，调节承重杠杆一(10)和承重杠杆二(13)与上连接孔(6)和下连接孔(37)的位置，旋紧上可调连接螺栓(7)和下可调连接螺栓(38)；在由液压千斤顶支撑的承重托板(1)上放置适当的配重物(2)后，缓慢撤掉液压千斤顶；
步骤四:将温度控制器(16)和湿度控制器(22)通过电线(14)连接电源(12)并设置测试所需的固定温湿度；
步骤五：在测试所需的间隔时间记录数据采集器(12)给出的变形数据，根据GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中压缩徐变测试计算公式得到水泥基材料试样(32)在确定时间内的徐变度Ct；水泥基材料徐变度Ct的计算公式如下：
式中，ΔLt(mm)表示加荷后t时刻的变形值，精确到0.0001mm/m，ΔL0(mm)表示加荷瞬时测得的变形值，精确到0.0001mm/m，Lb(mm)表示测量标距，精确到1mm，δ表示徐变应力(MPa)。
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| Title |
|---|
| 张为民等: "聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料轴压徐变性能研究", 硅酸盐通报, vol. 37, no. 9, pages 2743 - 2747 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113310811B (zh) | 2024-01-26 |
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Legal Events
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