轴拉荷载作用下水泥基材料渗透性测试方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种轴拉荷载作用下水泥基材料渗透性测试装置，其包括底板、主承力框架、上支撑板、荷载传感器、球铰、位移传感器、活动夹头、传动齿轮、蜗旋减速器。该测试装置适用于研究水泥基材料在不同拉应力水平及不同拉应变水平作用下渗透性能的变化规律，可以克服传统拉应力作用下拉伸过程中试件容易偏心，无法精确施加拉应力，并且会出现应力松弛现象等缺陷。
【专利说明】轴拉荷载作用下水泥基材料渗透性测试方法及装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及检测【技术领域】，尤其涉及一种用于研究水泥基材料在轴拉荷载作用下渗透性能的测试方法及装置，该方法及装置适用于研究水泥基材料在不同拉应力水平及不同拉应变水平作用下渗透性能的变化规律。

【背景技术】
[0002]随着社会的进步与发展，水泥基材料已成为当代最大宗的人造材料，更是最主要的建筑材料。据统计，当今世界水泥产量已经超过15亿吨，折合成混凝土超过60亿m3。水泥基材料的用量之多，社会与经济意义之大，是人所共知的。普通的水泥基材料(普通混凝土)具有脆性大、抗拉强度低、韧性差、易开裂等缺点，在实际工程中，往往导致结构劣化甚至不能使用。水泥基材料剔除了普通水泥基材料中的粗骨料，使材料内部缺陷减少到最小，掺入钢纤维以提高韧性和抗拉强度，并通过热水养护来加速水泥水化反应、改善微观结构与界面粘结力，从而提高各项性能。
[0003]在水泥基材料应用于土木工程的150多年问，大量的水泥基材料构件由于各种各样的原因提前失效，达不到预期的服役年限。分析其原因，有的是由于结构设计抗力不足引起的，有的是由于使用荷载的不利变化造成的，但更多的是由于结构的耐久性不足导致的。特别是沿海及近海地区，混凝土结构长期受海水的腐蚀，导致钢筋锈蚀，从而使结构提前失效。这已成为实际工程中的一个重要问题。
[0004]在造成水泥基材料耐久性破坏的的众多方式当中，氯盐渗入到水泥基材料内部引起钢筋锈蚀是主要破坏方式之一。国内外虽然在有关氯盐侵蚀环境作用下水泥基材料的渗透性能研究已有数十年，但研究内容大多都是水泥基材料在单一氯盐侵蚀环境作用下的渗透性能。然而在实际工程中，混凝土结构均处于承载状态。在氯盐侵蚀环境作用下实际工程中的水泥基材料渗透性应是在荷载与氯盐侵蚀共同作用下测得的。因此，将荷载与氯盐侵蚀环境作用进行耦合，系统研究拉伸荷载作用下水泥基材料的渗透性能对水泥基材料耐久性设计及寿命预测具有重要。CN 101482477B公开了一种拉应力作用下混凝土渗透系数测试装置及测试方法，该装置由拉伸装置和电加速氯离子快速渗透装置两部分组成。该装置能够实时调整荷载，并能保持拉应力稳定，并能使拉伸应力与渗透作用进行耦合，但测试时间较长、传感器造价较高。CN 201266163Y公开了一种拉应力下混凝土渗透性测试装置，该装置结构简单，易于操作，但拉伸过程中试件容易偏心，无法精确施加拉应力，并且会出现应力松弛现象。
[0005]轴拉荷载作用下水泥基材料渗透性测试装置能够为水泥基材料结构耐久性评价提供科学的依据，因此，研制轴拉荷载作用下水泥基材料渗透性测试装置具有重要意义，前景十分广阔。


【发明内容】

[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种用于研究水泥基材料在轴拉荷载作用下渗透性能的测试方法及装置，该方法及装置适用于研究水泥基材料在不同拉应力水平及不同拉应变水平作用下渗透性能的变化规律，可以克服传统拉应力作用下拉伸过程中试件容易偏心，无法精确施加拉应力，并且会出现应力松弛现象等缺陷。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供了一种轴拉荷载作用下水泥基材料渗透性测试装置，其包括底板、主承力框架、上支撑板、荷载传感器、定位支架、球铰、位移传感器、活动夹头、传动齿轮、蜗旋减速器。
[0008]其中，所述主承力框架为四个高强度的支撑杆，构成四面镂空的腔体，四个支撑杆各自和上支撑板和底板相连。
[0009]其中，所述活动夹头为两个，分别为上活动夹头，下活动夹头，下活动夹头通过球铰连接于底板，上活动夹头通过球铰连接于荷载传感器。
[0010]其中，所述荷载传感器与所述定位支架和所述蜗轮减速器的作用轴相连。
[0011]其中，所述两个活动夹头分别设有两个主螺栓，六个辅助螺栓，主螺栓位于每个夹头两侧中间位置，辅助螺栓呈三角形排列位于每个夹头两侧。
[0012]其中，所述位移传感器通过粘贴式固定支座粘贴于测试试件上。
[0013]其中，所述测试试件可以是哑铃形、长条形板材或I字形板材。
[0014]其中，所述水泥基材料渗透性测试装置装有腐蚀物质的腐蚀器皿。
[0015]其中，所述腐蚀器皿由两部分组成，内侧为一侧敞开的长方体容器，用以增大腐蚀液与试件的接触面积，中间设有圆孔，外侧容器形状类似于烟斗，管口向上，刻有刻度，粘贴于内侧容器中间的圆孔上，该器皿能够避免对实验装置自身的腐蚀。
[0016]本发明还提供了采用上述水泥基材料渗透性测试装置的进行水泥基材料渗透性测试的方法，具体为通过摇动蜗轮减速器的把手给试件施加拉力，通过荷载传感器精确采集试件受力情况，通过固定于试件上的位移传感器精确采集其变形情况，通过上、下夹头内的凹槽使试件位于夹头中间位置，并通过上、下活动夹头上的球铰与受力试件在同一轴线上的精密配合，避免拉伸过程中试件的偏心，确保实施单轴拉伸载荷。
[0017]本发明的有益效果:
[0018]该测试方法及装置适用于研究水泥基材料在不同拉应力水平及不同拉应变水平作用下渗透性能的变化规律，可以克服传统拉应力作用下拉伸过程中试件容易偏心，无法精确施加拉应力，并且会出现应力松弛现象等缺陷。

【专利附图】

【附图说明】
[0019]图1为本发明整体结构立面示意图；
[0020]图2为本发明整体结构侧面示意图；
[0021]图3为本发明夹头立面示意图；
[0022]图4为本发明夹头侧面示意图；
[0023]图5为本发明腐蚀器皿立面示意图；
[0024]图6为本发明腐蚀器皿侧面示意图。
[0025]1-底板；2-球铰；3_主承力框架；4_上支撑板；5_定位支架；6_荷载传感器；7-粘帖式固定支座；8_位移传感器；9_下活动夹头；10_上活动夹头；11_腐蚀器皿；12_传动齿轮；13-蜗旋减速器；14-摇动把手；15-主螺栓；16_辅助螺栓；17_凹槽；18_长方体容器； 19-外侧容器。

【具体实施方式】
[0026]本发明提供了一种轴拉荷载作用下水泥基材料渗透性测试装置，其包括底板、主承力框架、上支撑板、荷载传感器、球铰、位移传感器、活动夹头、传动齿轮、蜗旋减速器。
[0027]所述主承力框架为四个高强度的支撑杆，构成四面镂空的腔体，四个支撑杆各自和上支撑板和底板相连，镂空的腔体使待测试的测试试件暴露在大气中承受大气环境的腐蚀。
[0028]所述活动夹头为两个,分别为上活动夹头,下活动夹头,下活动夹头通过球铰连接于底板，上活动夹头通过球铰连接于荷载传感器。
[0029]所述上、下两个活动夹头精确对齐，确保其只发生轴向位移。
[0030]所述荷载传感器与所述定位支架和所述蜗轮减速器的作用轴相连。
[0031]所述两个活动夹头分别各自设有两个主螺栓，六个辅助螺栓，主螺栓位于每个夹头两侧中间位置，辅助螺栓呈三角形排列位于每个夹头两侧。
[0032]待测试的测试试件由所述两个活动夹头的主螺栓及辅助螺栓分别固定，上下活动夹头刻有使测试试件处于活动夹头中间位置的凹槽。
[0033]所述位移传感器通过粘贴式固定支座粘贴于测试试件上。
[0034]所述测试试件可以是哑铃形、长条形板材或I字形板材。
[0035]当需要做其它有害液体物质的直拉应力下渗透性能试验时，在试件上固定一个装有腐蚀物质的腐蚀器皿。
[0036]所述腐蚀器皿由两部分组成，内侧为一侧敞开的长方体容器，用以增大腐蚀液与试件的接触面积，中间设有圆孔，外侧容器形状类似于烟斗，管口向上，刻有刻度，粘贴于内侧容器中间的圆孔上，该器皿能够避免对实验装置自身的腐蚀。
[0037]本发明还提供了采用上述水泥基材料渗透性测试装置的进行水泥基材料渗透性测试的方法，具体为通过摇动蜗轮减速器的把手给试件施加拉力，通过荷载传感器精确采集试件受力情况，通过固定于试件上的位移传感器精确采集其变形情况，通过上、下活动夹头内的凹槽使试件位于夹头中间位置，并通过上、下活动夹头上的球铰与受力试件在同一轴线上的精密配合，避免拉伸过程中试件的偏心，确保实施单轴拉伸载荷。
[0038]进一步，使用时，先将测试试件安装在上活动夹头和下活动夹头之间，并使试件两端分别位于上、下活动夹头中间位置的凹槽内，固定好位置后，拧紧上、下活动夹头两侧的主螺栓及辅助螺栓，在固定过程中应注意上、下夹活动头两侧的螺栓应同时同步用力均匀的拧紧，测试试件在安装完毕后在试件两侧通过粘贴式固定支座粘贴位移传感器，然后进行加载，摇动蜗轮减速器的把手使上活动夹头向上移动，给试件施加拉力，试件应力的大小通过荷载传感器采集的数据进行确定，应变的大小通过位移传感器采集的数据进行确定，荷载传感器和位移传感器同时连接到电脑上，当荷载传感器采集到的数据或位移传感器采集到的数据达到目标应力或者目标应变时，停止摇动把手，此时在蜗旋减速器的作用下，试件就处于持载状态，这样就可以将此装置整体置于室外，进行自然环境下的应力腐蚀渗透性能实验。
[0039]需要在腐蚀液的条件下进行腐蚀渗透性试验，则可以在试件的中部粘帖一个专用玻璃器皿作为腐蚀器皿，器皿由两部分组成，内侧为一侧敞开的长方体容器，用以增大腐蚀液与试件的接触面积，中间设有圆孔，外侧容器形状类似于烟斗，管口向上，刻有刻度，粘贴于内侧容器中间的圆孔上。该器皿可以同时观测记录腐蚀液的渗入时间与渗入量。试验可长期进行，这对于研究材料的耐久性能是十分重要的。
[0040]以下采用实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
[0041]如图1所示，轴拉荷载作用下水泥基材料渗透性测试装置，其包括底板1、主承力框架3、上支撑板4、荷载传感器5、球铰2、位移传感器6、下活动夹头7、上活动夹头8、腐蚀器皿9、传动齿轮10和蜗旋减速器11，主承力框架3为四个高强度的支撑杆，构成四面镂空的腔体，四个支撑杆各自和底板1、上支撑板4相连，镂空的腔体使待测试的测试试件暴露在大气中承受大气环境的腐蚀，下活动夹头7通过球铰2连接于底板1，上活动夹头8通过球铰2连接于荷载传感器5，所述上、下两个活动夹头精确对齐，确保其只发生轴向位移，所述荷载传感器5与所述定位支架和所述蜗轮减速器的作用轴相连，所述两个活动夹头分别设有两个主螺栓12，六个辅助螺栓13，主螺栓位于夹头两侧中间位置，辅助螺栓呈三角形排列位于夹头两侧，待测试的测试试件由所述两个活动夹头的主螺栓及辅助螺栓分别固定，上下活动夹头刻有使测试试件处于活动夹头中间位置的凹槽14，所述位移传感器6通过粘贴式固定支座粘贴于测试试件上，所述测试试件可以是哑铃形、长条形板材或I字形板材，所述腐蚀器皿9由两部分组成，内侧为一侧敞开的长方体容器15，用以增大腐蚀液与试件的接触面积，中间设有圆孔，外侧容器16形状类似于烟斗，管口向上，刻有刻度，粘贴于内侧容器中间的圆孔上，该器皿能够避免对实验装置自身的腐蚀。
[0042]所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。
[0043]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【权利要求】
1.一种轴拉荷载作用下水泥基材料渗透性测试装置，其特征在于:包括底板、主承力框架、上支撑板、荷载传感器、球铰、位移传感器、活动夹头、传动齿轮、蜗旋减速器。
2.如权利要求1所述的渗透性测试装置，其特征在于:所述主承力框架为四个高强度的支撑杆，构成四面镂空的腔体，四个支撑杆各自和上支撑板和底板相连。
3.如权利要求1或2所述的渗透性测试装置，其特征在于:所述活动夹头为两个，分别为上活动夹头，下活动夹头，下活动夹头通过球铰连接于底板，上活动夹头通过球铰连接于荷载传感器。
4.如权利要求1至3所述的渗透性测试装置，其特征在于:所述荷载传感器与所述定位支架和所述蜗轮减速器的作用轴相连。
5.如权利要求1至4所述的渗透性测试装置，其特征在于:所述两个活动夹头各自分别设有两个主螺栓，六个辅助螺栓，主螺栓位于夹头两侧中间位置，辅助螺栓呈三角形排列位于夹头两侧。
6.如权利要求1至5所述的渗透性测试装置，其特征在于:所述位移传感器通过粘贴式固定支座粘贴于测试试件上。
7.如权利要求1至6所述的渗透性测试装置，其特征在于:所述测试试件可以是哑铃形、长条形板材或I字形板材。
8.如权利要求1至7所述的渗透性测试装置，其特征在于:所述水泥基材料渗透性测试装置装有腐蚀物质的腐蚀器皿。
9.如权利要求1至8所述的渗透性测试装置，其特征在于:所述腐蚀器皿由两部分组成，内侧为一侧敞开的长方体容器，用以增大腐蚀液与试件的接触面积，中间设有圆孔，夕卜侧容器形状类似于烟斗，管口向上，刻有刻度，粘贴于内侧容器中间的圆孔上，该器皿能够避免对实验装置自身的腐蚀。
10.权利要求1至9所述水泥基材料渗透性测试装置的进行水泥基材料渗透性测试的方法，其特征在于:具体为通过摇动蜗轮减速器的把手给试件施加拉力，通过荷载传感器精确采集试件受力情况，通过固定于试件上的位移传感器精确采集其变形情况，通过上、下夹头内的凹槽使试件位于夹头中间位置，并通过上、下活动夹头上的球铰与受力试件在同一轴线上的精密配合，避免拉伸过程中试件的偏心，确保实施单轴拉伸载荷。
【文档编号】G01N15/08GK104132878SQ201410346225
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】王鹏刚, 赵铁军, 姜福香, 姚小川 申请人:青岛理工大学