专利名称：混凝土疲劳荷载与环境耦合实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种混凝土疲劳荷载与环境耦合实验装置。
背景技术：
许多混凝土结构，如机场跑道、街道、公路与桥梁的路面、吊车梁、铁路轨枕等在服役过程中将承受周期重复的交通荷载，而ー些新型结构如高层建筑、重力式海洋平台、核电站混凝土保护层等还将承受地震荷载、风荷载、波浪荷载等的作用。除了这些外加荷载的作用外，环境因素的作用(如氯盐、硫酸盐侵蚀、温度的变化、冻融循环等)都会加速材料或结构内部发生损伤(如氯盐渗入混凝土当中可使钢筋发生锈蚀，一方面钢筋的承载カ下降，另ー方面钢筋的锈蚀膨胀，当膨胀カ大于混凝土所能承受的拉力吋，混凝土就会发生破坏)。在这些重复荷载作用下，结构(或结构构件)的各部位将承受重复应カ和应变，以致在低于静载強度下发生疲劳失效。在先前的研究中只是将环境与荷载交替作用后简单叠加 来处理，这样与实际エ况有相对较大的差別，难以准确检测混凝土结构在环境因素与荷载耦合作用下发生疲劳失效的情況。

实用新型内容实用新型目的针对上述现有存在的问题和不足，本实用新型的目的是提供ー种能够较为准确评估混凝土结构在环境因素与荷载耦合作用下的疲劳失效的耦合实验装置。技术方案为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为ー种混凝土疲劳荷载与环境耦合实验装置，包括设在混凝土试件(以下简称“试件”)上部的第一支点和第二支点，设在混凝土试件下部的第三支点和第四支点，所述第一支点和第二支点的间距大于第三支点和第四支点的间距，还包括设在混凝土试件上部的第一支点和第二支点之间的耐腐蚀容器。所述耐腐蚀容器可为无盖容器。所述耐腐蚀容器的底部可开有一孔。所述耐腐蚀容器与混凝土试件可通过胶粘接固定。所述胶可为硅胶。所述硅胶的厚度可为Imm至2_。所述混凝土试件的表面除了与所述耐腐蚀容器接触的部分可设有保水层。有益效果本实用新型可适用于通用的材料疲劳试验机(如美国MTS810系列金属及非金属材料疲劳试验系统)，打破传统做法，分别调整上下支点间的间距，将试件在四点弯曲试验中上部受弯，将腐蚀液作为环境因素置于受拉部位，来模拟环境与荷载双重因素对混凝土的破坏作用机理。

图I为混凝土疲劳荷载与环境耦合实验装置结构示意图；图2为混凝土中钢筋锈蚀的三阶段示意图；图3为疲劳荷载-位移关系曲线图；图4为氯离子浓度随应力水平及深度变化趋势图。
具体实施方式

以下结合附图和具体实例，进ー步阐明本实用新型，应理解这些实例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图I所示，利用疲劳试验机(如美国MTS810)为平台，首先调整试验參数，主要參数如应力水平S(S定义为循环荷载产生的应カ与静载强度的比值S = σ/f·，在每个循环荷载中分为Smax和Smin) 一般为O. 45 O. 9之间、循环应カ比R(R = Smin/Smax)为O. I (可据实际情况而定)、采用正弦波加载，一般应カ水平> O. 75时频率为2 3Hz ;而当应力水 平彡O. 75时频率为10Hz。接下来根据试件的尺寸来确定四点弯曲实验中四个支点的距离，较为关键的是将下部两支点(即第三支点3和第四支点4)的距离调小，而上部两支点(即第一支点5和第二支点6)的距离较大，各支点分别连接疲劳试验机(图中未示出)。图I中试件尺寸的单位为“mm”。耐腐蚀容器I置于试件2上部。根据试件尺寸加工配套耐腐蚀容器，容器特征为透明、无盖且底部有ー圆孔；将容器置于试件上部，并用硅胶NQ-704将容器与试件胶黏在一起，注意硅胶的厚度要适度，可取Imm至2_，本例为1_，尽量避免胶层对试件力学性能的影响；加入所选腐蚀液，开始实验，实验时将腐蚀液(如NaCl、Na2S04溶液等，本实例选择NaCl溶液)装置底部的圆孔封住，避免溶剂流失，影响溶液浓度，间隔一定时间更换腐蚀液并搅拌，以保持证实验过程中溶液浓度不发生变化且均匀。本装置主要研究疲劳荷载与环境因素耦合作用机制对结构混凝土的腐蚀作用。研究发现，造成结构混凝土破坏的主要因素除不同的荷载外，钢筋的锈蚀膨胀成为失效的又一主导因素，而造成钢筋锈蚀膨胀的主要原因为氯离子到达钢筋表面后，将其钝化膜破坏引发钢筋锈蚀，如图2所示，氯离子从混凝土表面扩散到钢筋表面的时间较长(T1)，所以研究此段较为有意义。氯离子的扩散速率主要依据Fick (菲克)第二定律，具体如下................................j.J ゴ.........................式中，t，时间；X，据混凝土内部据其表面的距离；Dd，氯离子扩散系数；C，氯离子浓度。初始条件为T = 0，X > O 时，C = C0 ;叉=0，1:>0时，0= (^;因此，可解得氯离子在混凝土中ー维扩散理论模型为C-Co+ (Cs-Co) · (I-erf-—=)式中，C。，混凝土内的初始氯离子浓度；Cs，混凝土暴露表面的氯离子浓度，一般认为与暴露环境介质的氯离子浓度相当。erf,误差函数 erfu =}" e—r dt实验实例不同应カ水平下，疲劳荷载与氯离子扩散耦合作用规律，如图3和图4所示从图3中可以看出在疲劳荷载与氯离子扩散耦合作用时，荷载的波形仍为正弦波形式，说明将混凝土试件由传统的下部受拉改为上部受拉，荷载的形式没有发生偏移，能与氯离子扩散过程较好的匹配。由图4可以发现，每种应カ水平下，氯离子浓度随深度的増加而减少；随着应水平的提高，氯离子在每ー深度的含量在明显增加，特别是在0-15mm之间。这说明氯离子在疲劳荷载的耦合作用下，在较短时间内能迅速的扩散至30mm处，氯离子扩散过程与疲劳荷载能较好的耦合。 由图3及图4的实验结果验证了此耦合装置的实用性，为以后更好的科研提供了有力的助手。本装置实现了真正意义上在环境(氯盐、硫酸盐等)与荷载耦合作用下来研究混凝土的耐久性。一方面，混凝土在持续荷载作用下，损伤不断累积，另一方面环境介质也同步对混凝土进行侵蚀，在这样的装置下研究混凝土的损伤劣化更符合实际其服役状况，且对耐久性评估以及寿命预测尤为重要。该装置的实用新型克服了以往那种先加载后环境侵蚀或先环境侵蚀后加载的非协同作用机制。
权利要求1.ー种混凝土疲劳荷载与环境耦合实验装置，包括设在混凝土试件上部的第一支点和第二支点，设在混凝土试件下部的第三支点和第四支点，其特征在于所述第一支点和第二支点的间距大于第三支点和第四支点的间距，还包括设在混凝土试件上部的第一支点和第ニ支点之间的耐腐蚀容器。
2.根据权利要求I所述混凝土疲劳荷载与环境耦合实验装置，其特征在于所述耐腐蚀容器为无盖容器。
3.根据权利要求I所述混凝土疲劳荷载与环境耦合实验装置，其特征在于所述耐腐蚀容器的底部开有一孔。
4.根据权利要求I所述混凝土疲劳荷载与环境耦合实验装置，其特征在于所述耐腐蚀容器与混凝土试件通过胶粘接固定。
5.根据权利要求4所述混凝土疲劳荷载与环境耦合实验装置，其特征在于所述胶为硅胶。
6.根据权利要求5所述混凝土疲劳荷载与环境耦合实验装置，其特征在于所述硅胶的厚度为1_至2_。
7.根据权利要求I所述混凝土疲劳荷载与环境耦合实验装置，其特征在于所述混凝土试件的表面除了与所述耐腐蚀容器接触的部分设有保水层。
专利摘要本实用新型公开了一种混凝土疲劳荷载与环境耦合实验装置，包括设在混凝土试件上部的第一支点和第二支点，设在混凝土试件下部的第三支点和第四支点，所述第一支点和第二支点的间距大于第三支点和第四支点的间距，还包括设在混凝土试件上部的第一支点和第二支点之间的耐腐蚀容器。本实用新型能够较为准确的检测混凝土结构在环境因素与荷载综合作用下发生疲劳失效。
文档编号G01N17/00GK202433285SQ20112035128
公开日2012年9月12日 申请日期2011年9月19日 优先权日2011年9月19日
发明者孙伟, 孙国文, 王彩辉, 蒋金洋, 韩建德 申请人:东南大学