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：
本发明涉及一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，而一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，一方面钢筋的承载力下降，另一方面钢筋的锈蚀膨胀，当膨胀力大于混凝土所能承受的拉力时，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力和应变，以致在低于静载强度下发生疲劳失效。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，这样与实际工况有相对较大的差别，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况。
发明内容
发明目的针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一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发明目的，本发明采用的技术方案为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(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2mm。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。有益效果本发明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1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。
具体实施例方式下面结合附图和具体实例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明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1所示，利用疲劳试验机(如美国MTS810)为平台，首先调整试验参数，主要参数如应力水平S(S定义为循环荷载产生的应力与静载强度的比值S = σ/f·，在每个循环荷载中分为Sfflax和Sfflin) 一般为0. 45 0. 9之间、循环应力比R(R = Sfflin/Sfflax)为0. 1 (可据实际情况而定)、采用正弦波加载，一般应力水平> 0. 75时频率为2 3Hz ；而当应力水平彡0. 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的距离调小，而上部两支点的距离较大，各支点分别连接疲劳试验机(图中未示出)。图1中试件尺寸的单位为“mm”。耐腐蚀容器置于试件上部。根据试件尺寸加工配套耐腐蚀容器，容器特征为透明、 无盖且底部有一圆孔；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2mm，本例为1mm，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勻。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
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
权利要求
1.一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，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二支点之间的耐腐蚀容器。
2.根据权利要求1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1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1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Imm至2mm。
7.根据权利要求1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。
全文摘要
本发明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。本发明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G01N3/00GK102359931SQ20111027847
公开日2012年2月22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