混凝土冻结内应力测试装置

214 编辑：管理员来源：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院

2024-05-21 09:23:19

权利要求书： 1.一种混凝土冻结内应力测试装置，其特征在于，包括殷钢底板(1)、殷钢筒(2)、殷钢棒(3)、活动端板(10)、耐低温压力传感器(4)、信号放大器(5)、显示记录仪(6)，殷钢底板(1)为圆形板，殷钢底板(1)直径比殷钢筒(2)的直径大，殷钢筒(2)由两个尺寸完全相同的弧形半圆筒通过锁定螺母(13)拼接而成，在殷钢筒(2)的底沿形成有法兰边(7)，法兰边(7)上有多个贯通螺孔(9)，在殷钢筒(2)位于殷钢底板(1)中心时，在殷钢底板(1)上与法兰边(7)上的贯通螺孔(9)对应的位置设置有安装螺孔(15)，殷钢筒(2)通过螺栓拧入法兰边(7)上的贯通螺孔(9)和殷钢底板(1)上的安装螺孔(15)固定到殷钢底板(1)上，在殷钢底板(1)上沿中心线边缘两侧各开一个带有内螺纹的锁定孔(14)，底部带有外螺纹的两根殷钢棒(3)通过分别拧入锁定孔(14)中竖直固定在殷钢底板(1)上，殷钢棒(3)的上部带有外螺纹，活动端板(10)套在两根殷钢棒(3)上，通过螺母(11)固定在两根殷钢棒(3)上并位于殷钢筒(2)上部一定距离，耐低温压力传感器(4)依次与信号放大器(5)、显示记录仪(6)相连，耐低温压力传感器(4)能放在殷钢筒(2)和活动端板(10)之间；

所述殷钢筒(2)为直径不同的两个殷钢筒(2)，另外单独配置一个与大直径殷钢筒(2)的内径相同的一块殷钢圆板；

所述殷钢底板(1)厚20mm、直径600mm，沿底板中心线、距底板边缘25mm两侧各开一个孔径Φ8mm的锁定孔(14)，以殷钢底板(1)中心为圆心，半径分别为60mm、260mm的圆周上各开有6个安装螺孔，孔径均为Φ8mm；2个殷钢筒(2)高均为400mm、内径分别为Φ100mm、Φ

500mm，筒壁厚均为35mm，殷钢棒(3)高700mm；

上述混凝土冻结内应力测试装置的使用方法，具体步骤如下：

1)将两个弧形半圆筒通过锁定螺母拼接成殷钢筒(2)，在筒内壁刷上一薄层试模油；通过筒底的6个贯通螺孔与圆形殷钢底板连接固定，将单独配置内径殷钢圆板放入殷钢筒(2)中的底板上，形成带底板的殷钢筒备用；

2)按SL352?2006《水工混凝土试验规程》制作拌和混凝土，拌和好的混凝土装入带底板殷钢筒，表面抹平，待终凝后，松开殷钢筒上的锁定螺母，将混凝土试件取出送入标准养护室养护，殷钢筒清理干净备用；

3)在达到试验龄期前4d，将圆柱形混凝土试件在20℃±3℃的水中浸泡4d，使混凝土试件充分饱水；将饱水混凝土试件装入清理干净的殷钢筒内，装有试件的殷钢筒再通过筒底贯通螺孔与殷钢底板连接固定；

4)底部带有外螺纹的两根殷钢棒通过分别拧入锁定孔中竖直固定在殷钢底板上，耐低温压力传感器的下端与混凝土试件顶面中心接触，耐低温压力传感器的上端与活动端板接触；通过电缆线将耐低温压力传感器、信号放大器、显示记录仪进行连接，形成力传输采集系统；

5)将第4)步连接准备好的整套测试装置移入混凝土冻融试验设备，冻融试验按SL

352?2006《水工混凝土试验规程》的高低温及作用时间设定，也可根据试验需要自行设定温度及其降温、升温速率；冻融试验前开通力传输采集系统，调节殷钢棒上端的活动端板，确保耐低温传感器的下端、以及上端分别与混凝土试件顶面、活动端板接触，且力传输采集系统显示记录仪上显示的荷载为“0”；

6)开始冻融试验，混凝土试件因冻融导致的冻结应力由力传输采集系统进行采集、记录。

说明书：一种混凝土冻结内应力测试装置技术领域[0001] 本发明涉及一种混凝土性能测试装置，尤其是一种对混凝土冻融试验过程中的混凝土冻结内应力测试装置。背景技术[0002] 以水工混凝土为代表的大坝混凝土的耐久性问题几乎都与其涉水服役环境有关，对于寒冷地区而言，冻融作用是导致水工混凝土结构性能损伤的主要因素。目前国内外对于混凝土经受冻融作用后的性能裂化，主要通过测试动弹性模量、质量损失、力学强度等宏观物理和力学指标变化来表达，这些宏观的物理力学指标测试简单。而对于不同冻融引起的混凝土损伤差异而言，不同降温速率与升温速率引发的冻结内应力恰恰可能是导致混凝土结构内部微裂缝发展的主要原因之一，且从本质上而言，质量损失、力学强度性能下降等物理、力学指标性能的变化仅是混凝土冻融过程中微观损伤的外在表现，更需要从微观损伤层面对混凝土的冻害进行劣化损伤评价。[0003] 关于混凝土内部冻结应力的测试，目前没有标准试验方法可依据，也没有现成的成熟仪器设备。由于混凝土材料是典型的多相非均质材料，国内外学者通过在混凝土内部埋设微型传感器测试应力的方式所取得数据的可靠性和可重复性较差，混凝土内部的骨料分布、缺陷等均会对测试结果产生较大影响。发明内容[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以在混凝土冻融循环过程中对不同降温、升温速率引发的冻结应力进行测试的混凝土冻结内应力测试装置。[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种混凝土冻结内应力测试装置，包括殷钢底板、殷钢筒、殷钢棒、活动端板、耐低温压力传感器、信号放大器、显示记录仪，殷钢底板为圆形板，殷钢底板直径比殷钢筒的直径大，殷钢筒由两个尺寸完全相同的弧形半圆筒通过锁定螺母拼接而成，在殷钢筒的底沿形成有法兰边，法兰边上有多个贯通螺孔，在殷钢筒位于殷钢底板中心时，在殷钢底板上与法兰边上的贯通螺孔对应的位置设置有安装螺孔，殷钢筒通过螺栓拧入法兰边上的贯通螺孔和殷钢底板上的安装螺孔固定到殷钢底板上，在殷钢底板上沿中心线边缘两侧各开一个带有内螺纹的锁定孔，底部带有外螺纹的两根殷钢棒通过分别拧入锁定孔中竖直固定在殷钢底板上，殷钢棒的上部带有外螺纹，活动端板套在两根殷钢棒上，通过螺母固定在两根殷钢棒上并位于殷钢筒上部一定距离，耐低温压力传感器依次与信号放大器、显示记录仪相连，耐低温压力传感器能放在殷钢筒和活动端板之间。[0006] 所述殷钢筒为直径不同的两个殷钢筒，另外单独配置一个与大直径殷钢筒的内径相同的一块殷钢圆板。[0007] 殷钢底板厚20mm、直径600mm，沿底板中心线、距底板边缘25mm两侧各开一个孔径Φ8mm的锁定孔，以殷钢底板中心为圆心，半径分别为60mm、260mm的圆周上各开有6个安装螺孔，孔径均为Φ8mm；2个殷钢筒高均为400mm、内径分别为Φ100mm、Φ500mm，筒壁厚均为35mm，殷钢棒高700mm。

[0008] 本发明的有益效果是，本发明实现了在不同降温、升温速率条件下混凝土冻结内应力的实时测试，有效解决了由于混凝土材料本身非均质多相、内部骨料分布不均、缺陷分布复杂等因素导致的冻结应力测试难度大、测试结果可靠性及可重复性差的技术问题。附图说明[0009] 图1为本发明的混凝土冻结内应力测试装置的结构示意图。[0010] 图2是本发明的混凝土冻结内应力测试装置的殷钢底板结构示意图。具体实施方式[0011] 下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。[0012] 如图1、2所示，本发明的混凝土冻结内应力测试装置，包括殷钢底板1、殷钢筒2、殷钢棒3、活动端板10、耐低温压力传感器4、信号放大器5、显示记录仪6，殷钢底板1为圆形板，殷钢底板1直径比殷钢筒2的直径大，殷钢筒2由两个尺寸完全相同的弧形半圆筒通过锁定螺母13拼接而成，在殷钢筒2的底沿形成有法兰边7，法兰边7上有多个贯通螺孔9，在殷钢筒2位于殷钢底板1中心时，在殷钢底板1上与法兰边7上的贯通螺孔9对应的位置设置有安装螺孔15，殷钢筒2通过螺栓拧入法兰边7上的贯通螺孔9和殷钢底板1上的安装螺孔15固定到殷钢底板1上，在殷钢底板1上沿中心线边缘两侧各开一个带有内螺纹的锁定孔14，底部带有外螺纹的两根殷钢棒3通过分别拧入锁定孔14中竖直固定在殷钢底板1上，殷钢棒3的上部带有外螺纹，活动端板10套在两根殷钢棒3上，通过螺母11固定在两根殷钢棒3上并位于殷钢筒2上部一定距离，耐低温压力传感器4依次与信号放大器5、显示记录仪6相连，耐低温压力传感器4能放在殷钢筒2和活动端板10之间。

[0013] 所述殷钢筒2为直径不同的两个殷钢筒2，另外单独配置一个与大直径殷钢筒2的内径相同的一块殷钢圆板。[0014] 优选，殷钢底板1厚20mm、直径600mm，沿底板中心线、距底板边缘25mm两侧各开一个孔径Φ8mm的锁定孔14，以殷钢底板1中心为圆心，半径分别为60mm、260mm的圆周上各开有6个安装螺孔，孔径均为Φ8mm；2个殷钢筒2高均为400mm、内径分别为Φ100mm、Φ500mm，筒壁厚均为35mm，殷钢棒3高700mm。[0015] 本发明通过将混凝土试件作为冻融过程中冻结应力作用单元，根据作用力与反作用力的力学原理，将冻融过程中产生的冻结应力通过耐低温压力传感器进行实时监测；并通过采用在?100℃～100℃温度范围内保持低线膨胀系数特征的殷钢测试装置，有效解决了冻融过程温度上下大幅波动导致的测试装置自身变形对混凝土冻结应力测试结果影响的技术难题；通过增加殷钢筒壁的厚度，加强了对混凝土试件在冻融过程中的横向约束，使冻融过程中混凝土产生的冻结应力沿试件中心轴向分布，并由顶在混凝土试件顶面耐低温压力传感器进行传递；[0016] 以混凝土最大骨料粒径80mm为例，本发明混凝土冻结内应力测试装置的使用方法，具体步骤如下：[0017] 1)将两个弧形半圆筒通过锁定螺母13拼接成高400mm、内径Φ500mm的殷钢筒2，殷钢筒厚度35mm，在筒内壁刷上一薄层试模油；通过筒底的6个贯通螺孔9与圆形殷钢底板1连接固定，将单独配置内径Φ500mm殷钢殷钢圆板放入殷钢筒2中的底板上，形成带底板的殷钢筒备用；[0018] 2)按《水工混凝土试验规程》(SL352?2006)制作拌和混凝土，拌和好的混凝土装入高400mm、内径Φ500mm的带底板殷钢筒，表面抹平，待终凝后，松开殷钢筒上的锁定螺母13，将Φ500mm×400mm的混凝土试件取出送入标准养护室养护，殷钢筒清理干净备用；

[0019] 3)在达到试验龄期前4d，将Φ500mm×400mm的圆柱形混凝土试件在20℃±3℃的水中浸泡4d，使混凝土试件充分饱水；将饱水混凝土试件装入清理干净的殷钢筒内，装有试件的殷钢筒再通过筒底贯通螺孔9与殷钢底板1连接固定；[0020] 4)底部带有外螺纹的两根殷钢棒3通过分别拧入锁定孔14中竖直固定在殷钢底板1上，耐低温压力传感器4的下端与混凝土试件顶面中心接触，耐低温压力传感器4的上端与活动端板10接触；通过电缆线将耐低温压力传感器4、信号放大器5、显示记录仪6进行连接，形成力传输采集系统；

[0021] 5)将第4)步连接准备好的整套测试装置移入混凝土冻融试验设备，冻融试验按《水工混凝土试验规程》(SL352?2006)的高低温及作用时间设定，也可根据试验需要自行设定温度及其降温、升温速率；冻融试验前开通力传输采集系统，调节殷钢棒3上端的活动端板10，确保耐低温传感器4的下端、以及上端分别与混凝土试件顶面、活动端板10接触，且力传输采集系统显示记录仪6上显示的荷载为“0”；[0022] 6)开始冻融试验，混凝土试件因冻融导致的冻结应力由力传输采集系统进行采集、记录。[0023] 当混凝土最大骨料粒径40mm时，仅需将第1)步中的两个弧形半圆筒通过锁定螺母13拼接成高400mm、内径Φ100mm的殷钢筒即可，省去放置另配的殷钢圆板，其余步骤均相同。

[0024] 以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。