CN113640142A - 一种测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置及方法 - Google Patents

一种测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的方法：抗压测试：将待检测混凝土试块加热达到实验所需温度，待检测混凝土试块在实验所需温度下保温达到规范要求的时间，采用抗压测试装置对待检测混凝土试块进行加载至待检测混凝土试块失去承载能力；抗拉拔测试：将待检测混凝土试块加热达到实验所需温度，待检测混凝土试块在实验所需温度下保温达到规范要求的时间，采用抗拉测试装置对待检测混凝土试块进行加载至待检测混凝土试块失去承载能力。本发明填补了高温下力学性能的拉拔和单轴受压测试装置的空白，有助于学者研究火灾下材料的劣化机理和残余强度，有助于推动混凝土的防火结构设计。

Description

一种测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置及方法
技术领域
本发明涉及土木工程领域技术领域，具体涉及一种测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置及方法。
背景技术
随着我国经济的发展,城乡均在进行大规模建设。建筑施工中会用到砌块、混凝土等材料。而这些材料也将最终影响建筑的质量。现经常发生建筑物因施工质量问题出现裂缝、墙体脱落、倾斜甚至倒塌。为了避免事后的“豆腐渣”工程的出现,在施工前或施工过程中对酥块、混凝土等材料进行检测是非常重要的,可以较大程度提高工程施工质量。
混凝土作为广泛的建筑用材料，抗压强度是其基本力学性能之一，而火灾下的混凝土本构，是结构抗火领域最基本也是最重要的属性之一。目前测定火灾下的混凝土抗压，主要采取先烧后测的步骤，与实际情况略有不符。测定火灾下的钢筋拉拔强度，也是采取先烧后测的步骤，也与实际情况略有不符。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置及方法，解决现有技术中的装置采用先烧后测的方法导致的结果不准确的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：一种测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：抗压测试：将待检测混凝土试块加热达到实验所需温度，待检测混凝土试块在实验所需温度下保温并采用抗压测试装置对待检测混凝土试块进行加载至待检测混凝土试块失去承载能力，得到待检测混凝土试块失去承载能力时的极限抗压强度，抗压测试完成；
步骤二：抗拉拔测试：将待检测混凝土试块加热达到实验所需温度，待检测混凝土试块在实验所需温度下保温并采用抗拉测试装置对待检测混凝土试块进行加载至待检测混凝土试块失去承载能力，得到待检测混凝土试块失去承载能力时的极限粘结位移和极限粘结强度，抗拉测试完成。
步骤一中将待检测混凝土试块加热达到实验所需温度为50-1000℃；
步骤二中将待检测混凝土试块加热达到实验所需温度为20-1000℃。
一种测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置，所述的测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置采用权利要求1所述的方法进行测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的测量。
包括底座，所述的底座上安装有支撑装置，所述的支撑装置包括与底座垂直连接的立柱和与立柱定端连接的横梁，所述的支撑装置上还连接有高温炉、抗压测试装置和抗拉测试装置；
所述的抗压测试装置包括与立柱连接的支承座和与横梁连接的压力装置，所述的高温炉布置在支承座上，所述的压力装置伸入高温炉中；
所述的抗拉测试装置包括安装在支承座和底座之间的丝杠与安装在丝杠上的传动梁，所述的传动梁上安装有夹持装置；
所述的支承座和高温炉的底部还开设有预制孔，预制孔的位置与夹持装置的位置相对应。
本发明还具有如下技术特征：
所述的高温炉的侧壁由外至内包括外壳、保温层、发热元件和炉腔；
所述的高温炉的顶部由上至下包括外壳、保温层和防火棉，高温炉的顶部开口；
所述的高温炉的底部为钨钢板，钨钢板与支承座连接，钨钢板上开设有预制孔。
所述的高温炉内部还布置有热电偶，所述的热电偶与外部控制器连接。
所述的压力装置包括与横梁连接的千斤顶和与千斤顶连接的压头，所述的压头伸入高温炉中。
所述的千斤顶和压头之间还布置有压力传感器，压力传感器与仪表连接；
所述的压头上还布置有位移计，位移计与计算机连接。
所述的钨钢板上安装有垫块，垫块上开设有预制孔，所述的垫块用于放置待检测混凝土试块。
所述的高温炉上还连接有高温炉控制器；
所述的传动梁上还连接有外部电脑。
一种测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的方法，该方法采用上述装置实现，包括以下步骤：
步骤一：抗压测试：
将待检测混凝土试块放入高温炉5中，通过高温炉控制器29控制炉内温度达到实验所需温度；待检测混凝土试块在实验所需温度下达到规范要求的时间，采用千斤顶22对待检测混凝土试块进行加载至待检测混凝土试块失去承载能力时的极限抗压强度，抗压测试完成；
具体步骤如下
步骤1.1：将待检测混凝土试块放入高温炉5中的垫块28上，暂时采用锥体封闭预制孔13；
步骤1.2：打开高温炉5的开关，热电偶20连接外部控制器21，可以读取高温炉5内温度，通过高温炉控制器29控制炉内温度达到实验所需温度；
步骤1.3：当待检测混凝土试块在规定温度下达到规范要求的时间，打开油泵，启动千斤顶22，根据试验拟静力速率要求，调整千斤顶的加载速率，当待检测混凝土试块失去承载能力，回油，记录极限抗压强度数据，抗压测试完成；
步骤二：抗拉拔测试：
待检测混凝土试块放入高温炉5中，通过夹持装置12将待检测混凝土试块的钢筋夹住，通过高温炉控制器29控制炉内温度达到实验所需温度；待检测混凝土试块在规定温度下达到规范要求的时间，传动梁11向下移动对钢筋施加载荷至待检测混凝土试块破坏失去受荷能力时的极限粘结位移和极限粘结强度，抗拉拔测试完成。
具体步骤如下：
步骤2.1：拿掉椎体，将待检测混凝土试块放入高温炉5中的垫块28上，待检测混凝土试块上连接的钢筋通过36的预制孔13穿过高温炉5炉体以及支承座8，通过夹持装置12，将钢筋夹住，并且在待检测混凝土试块上安装应变片以方便读取数据；
步骤2.2：打开高温炉5的开关，热电偶20连接外部控制器21，可以读取高温炉5内温度，通过高温炉控制器29控制炉内温度达到实验所需温度；
步骤2.3：当待检测混凝土试块在规定温度下达到规范要求的时间，传动梁11向下移动，通过外部电脑30读取数据，当待检测混凝土试块破坏失去受荷能力，记录极限粘结位移和极限粘结强度数据，抗拉拔测试完成。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明填补了高温下力学性能的拉拔和单轴受压测试装置的空白，不需要采取先烧后测的步骤，与实际情况更加贴近，有助于学者研究火灾下材料的劣化机理和残余强度，有助于推动混凝土的防火结构设计。
(Ⅱ)本发明将拉拔试验和受压试验相结合融为一体，除了可以得到试件的强度，还可以检测受压试验时的位移时程曲线，不用额外加实验仪器，节约了实验室空间和成本。
(Ⅲ)本发明结构简单，采施工方便，可以极大的节约人力物力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为极限粘结位移和极限粘结强度与温度的关系图
图3为极限抗压强度与温度的关系图；
附图中各个标号含义：1-底座，2-支撑装置，3-立柱，4-横梁，5-高温炉，6-抗压测试装置，7-抗拉测试装置，8-支承座，9-压力装置，10-丝杠，11-传动梁，12-夹持装置，13-预制孔，14-外壳，15-保温层，16-炉腔，17-发热元件，18-防火棉，19-钨钢板，20-热电偶，21-外部控制器，22-千斤顶，23-压头，24-压力传感器，25-仪表，26-位移计，27-计算机，28-垫块，29-高温炉控制器，30-外部电脑，31-电源，32-油缸。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
本发明所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明中的所有部件，如无特殊说明，全部采用现有技术中已知的部件。
实施例1：
遵从上述技术方案，如图1至图3所示，一种测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置，包括底座1，所述的底座1上安装有支撑装置2，所述的支撑装置2包括与底座1垂直连接的立柱3和与立柱3定端连接的横梁4，所述的支撑装置2上还连接有高温炉5、抗压测试装置6和抗拉测试装置7；支撑装置2用于布置安装高温炉5、抗压测试装置6和抗拉测试装置7，高温炉5用于给待检测混凝土试块加热，并且可以在加热条件下对待检测混凝土试块进行抗拉压测试；抗压测试装置6和抗拉测试装置7分别用于对待检测混凝土试块进行抗压和抗拉测试。
所述的抗压测试装置6包括与立柱3连接的支承座8和与横梁4连接的压力装置9，所述的高温炉5布置在支承座8上，所述的压力装置9伸入高温炉5中；压力装置9用于对待检测混凝土试块施加载荷以进行抗压测试。
所述的抗拉测试装置7包括安装在支承座8和底座1之间的丝杠10与安装在丝杠10上的传动梁11，所述的传动梁11上安装有夹持装置12；测试时，传动梁11可以在丝杠10上上下运动，夹持装置12用于夹持检测混凝土试块上的钢筋，传动梁11向下运动，施加载荷以进行抗拉测试。
所述的支承座8和高温炉5的底部还开设有预制孔13，预制孔13的位置与夹持装置12的位置相对应。对待检测混凝土试块上的钢筋通过预制孔13穿出抗压测试装置6。
作为本实施例的一种优选，所述的高温炉5的侧壁由外至内包括外壳14、保温层15、发热元件17和炉腔17；外壳14作为高温炉的外观层，主要起到美观和耐久性的作用，保温层15减少与外界的热传递，控制炉体内部的温度，减少了能耗，发热元件17主要起到加热炉体内空气的作用，是主要的加热元件，和炉腔17主要是耐高温材料，是炉体内部的主要框架结构，
所述的高温炉5的顶部由上至下包括外壳14、保温层15和防火棉18，高温炉5的顶部开口；
所述的高温炉5的底部为钨钢板19，钨钢板19与支承座8连接，钨钢板19上开设有预制孔13。
作为本实施例的一种优选，所述的高温炉6内部还布置有热电偶20，所述的热电偶20与外部控制器21连接。热电偶20连接外部控制器21，可以读取高温炉5内温度。
作为本实施例的一种优选，所述的压力装置9包括与横梁4连接的千斤顶22和与千斤顶22连接的压头23，所述的压头23伸入高温炉5中。千斤顶22用于给压头23施加载荷，压头23直接给检测混凝土试块施加载荷。本实施例中，千斤顶采用液压千斤顶，连接有油缸32。
作为本实施例的一种优选，所述的千斤顶22和压头23之间还布置有压力传感器24，压力传感器24与仪表25连接；压力传感器24与仪表25的设置方便查看施加的载荷的具体数值。
所述的压头23上还布置有位移计26，位移计26与计算机27连接。因为压头是刚度较大的材料，不易发生变形，随着压头的向下压缩，可以等效测得试件的竖向位移，27可以把位移计的物理量转化为电量，并通过计算机数字化。
作为本实施例的一种优选，所述的钨钢板19上安装有垫块28，垫块28上开设有预制孔13，所述的垫块28用于放置待检测混凝土试块。垫块28内部空洞有冷却水通过。
作为本实施例的一种优选，所述的高温炉5上还连接有高温炉控制器29；高温炉控制器29用于控制炉内温度。
所述的传动梁11上还连接有外部电脑30，外部电脑30方便控制传动梁11的上下运动。
实施例2：
一种测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的方法，该方法采用实施例2中的装置实现，包括以下步骤：
步骤一：抗压测试：
步骤1.1：将待检测混凝土试块放入高温炉5中的垫块28上，暂时采用锥体封闭预制孔13；
步骤1.2：打开高温炉5的开关，热电偶20连接外部控制器21，可以读取高温炉5内温度，通过高温炉控制器29控制炉内温度达到实验所需温度；
步骤1.3：当待检测混凝土试块在规定温度下达到规范要求的时间，打开油泵，启动千斤顶22，根据试验拟静力速率要求，调整千斤顶的加载速率，当待检测混凝土试块失去承载能力，回油，记录极限抗压强度数据，抗压测试完成；
步骤二：抗拉拔测试：
步骤2.1：拿掉椎体，将待检测混凝土试块放入高温炉5中的垫块28上，待检测混凝土试块上连接的钢筋通过36的预制孔13穿过高温炉5炉体以及支承座8，通过夹持装置12，将钢筋夹住，并且在待检测混凝土试块上安装应变片以方便读取数据；
步骤2.2：打开高温炉5的开关，热电偶20连接外部控制器21，可以读取高温炉5内温度，通过高温炉控制器29控制炉内温度达到实验所需温度；
步骤2.3：当待检测混凝土试块在规定温度下达到规范要求的时间，传动梁11向下移动，通过外部电脑30读取数据，当待检测混凝土试块破坏失去受荷能力，记录极限粘结位移和极限粘结强度数据，抗拉拔测试完成。
如图2所示，材料：C30普通混凝土，HRB400钢筋。
试件在高温下的极限粘结强度随温度的升高均逐渐降低，而极限粘结位移量却随着温度的升高逐渐增加。
如图3所示，
混凝土配合比(水泥品种：p.042.5)
强度等级 水泥 水 沙石 碎石 粉煤灰 外加剂
C25 255 160 855 1032 80 10.0
C30 290 160 820 1031 80 11.1
不同温度作用下，混凝土抗压强度随着混凝土强度的减小而降低，在130℃内出现强度衰减现象，在130℃-300℃强度又有所恢复，随后在300℃后强度显著下降。
以上所述，仅是本发明的较优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的方法，其特征在于，该方法，包括以下步骤：
步骤一：抗压测试：将待检测混凝土试块加热达到实验所需温度，待检测混凝土试块在实验所需温度下保温并采用抗压测试装置对待检测混凝土试块进行加载至待检测混凝土试块失去承载能力，得到待检测混凝土试块失去承载能力时的极限抗压强度，抗压测试完成；
步骤二：抗拉拔测试：将待检测混凝土试块加热达到实验所需温度，待检测混凝土试块在实验所需温度下保温并采用抗拉测试装置对待检测混凝土试块进行加载至待检测混凝土试块失去承载能力，得到待检测混凝土试块失去承载能力时的极限粘结位移和极限粘结强度，抗拉测试完成。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中将待检测混凝土试块加热达到实验所需温度为50-1000℃；
步骤二中将待检测混凝土试块加热达到实验所需温度为20-1000℃。
3.一种测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置，其特征在于，所述的测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置采用权利要求1所述的方法进行测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的测量。
4.如权利要求3所述的测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置，其特征在于，包括底座(1)，所述的底座(1)上安装有支撑装置(2)，所述的支撑装置(2)包括与底座(1)垂直连接的立柱(3)和与立柱(3)定端连接的横梁(4)，其特征在于，所述的支撑装置(2)上还连接有高温炉(5)、抗压测试装置(6)和抗拉测试装置(7)；
所述的抗压测试装置(6)包括与立柱(3)连接的支承座(8)和与横梁(4)连接的压力装置(9)，所述的高温炉(5)布置在支承座(8)上，所述的压力装置(9)伸入高温炉(5)中；
所述的抗拉测试装置(7)包括安装在支承座(8)和底座(1)之间的丝杠(10)与安装在丝杠(10)上的传动梁(11)，所述的传动梁(11)上安装有夹持装置(12)；
所述的支承座(8)和高温炉(5)的底部还开设有预制孔(13)，预制孔(13)的位置与夹持装置(12)的位置相对应。
5.如权利要求3所述的测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置，其特征在于，所述的高温炉(5)的侧壁由外至内包括外壳(14)、保温层(15)、发热元件(17)和炉腔(17)；
所述的高温炉(5)的顶部由上至下包括外壳(14)、保温层(15)和防火棉(18)，高温炉(5)的顶部开口；
所述的高温炉(5)的底部为钨钢板(19)，钨钢板(19)与支承座(8)连接，钨钢板(19)上开设有预制孔(13)。
6.如权利要求4所述的测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置，其特征在于，所述的高温炉(6)内部还布置有热电偶(20)，所述的热电偶(20)与外部控制器(21)连接。
7.如权利要求3所述的测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置，其特征在于，所述的压力装置(9)包括与横梁(4)连接的千斤顶(22)和与千斤顶(22)连接的压头(23)，所述的压头(23)伸入高温炉(5)中。
8.如权利要求6所述的测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置，其特征在于，所述的千斤顶(22)和压头(23)之间还布置有压力传感器(24)，压力传感器(24)与仪表(25)连接；
所述的压头(23)上还布置有位移计(26)，位移计(26)与计算机(27)连接。
9.如权利要求4所述的测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置，其特征在于，所述的钨钢板(19)上安装有垫块(28)，垫块(28)上开设有预制孔(13)，所述的垫块(28)用于放置待检测混凝土试块；
所述的高温炉(5)上还连接有高温炉控制器(29)，所述的传动梁(11)上还连接有外部电脑(30)。
10.一种测定高温下混凝土抗压和钢筋拉拔强度的装置的操作方法，其特征在于，该方法采用如权利要求3～9所述的装置实现，包括以下步骤：
步骤一：抗压测试：
将待检测混凝土试块放入高温炉5中，通过高温炉控制器29控制炉内温度达到实验所需温度；待检测混凝土试块在实验所需温度下达到规范要求的时间，采用千斤顶22对待检测混凝土试块进行加载至待检测混凝土试块失去承载能力时的极限抗压强度，抗压测试完成；
具体步骤如下
步骤1.1：将待检测混凝土试块放入高温炉5中的垫块28上，暂时采用锥体封闭预制孔13；
步骤1.2：打开高温炉5的开关，热电偶20连接外部控制器21，可以读取高温炉5内温度，通过高温炉控制器29控制炉内温度达到实验所需温度；
步骤1.3：当待检测混凝土试块在规定温度下达到规范要求的时间，打开油泵，启动千斤顶22，根据试验拟静力速率要求，调整千斤顶的加载速率，当待检测混凝土试块失去承载能力，回油，记录极限抗压强度数据，抗压测试完成；
步骤二：抗拉拔测试：
待检测混凝土试块放入高温炉5中，通过夹持装置12将待检测混凝土试块的钢筋夹住，通过高温炉控制器29控制炉内温度达到实验所需温度；待检测混凝土试块在规定温度下达到规范要求的时间，传动梁11向下移动对钢筋施加载荷至待检测混凝土试块破坏失去受荷能力时的极限粘结位移和极限粘结强度，抗拉拔测试完成。
具体步骤如下：
步骤2.1：拿掉椎体，将待检测混凝土试块放入高温炉5中的垫块28上，待检测混凝土试块上连接的钢筋通过36的预制孔13穿过高温炉5炉体以及支承座8，通过夹持装置12，将钢筋夹住，并且在待检测混凝土试块上安装应变片以方便读取数据；
步骤2.2：打开高温炉5的开关，热电偶20连接外部控制器21，可以读取高温炉5内温度，通过高温炉控制器29控制炉内温度达到实验所需温度；
步骤2.3：当待检测混凝土试块在规定温度下达到规范要求的时间，传动梁11向下移动，通过外部电脑30读取数据，当待检测混凝土试块破坏失去受荷能力，记录极限粘结位移和极限粘结强度数据，抗拉拔测试完成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114608962A (zh) * 2022-05-12 2022-06-10 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司 单轴抗压试验仪

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