恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种持续恒定轴向拉应力与侵蚀性介质共同作用下混凝土性能测试装置，涉及混凝土耐久性能测试领域，解决了现有测试装置在测试不能实现恒定应力和介质侵蚀共同作用下混凝土性能测试的问题。测试装置包括：底板，底板上固定连接立柱；连接座，固定在底板的中部；第一拉头，铰接在连接座上并可绕连接座转动；中间压板，穿过立柱，并固定在立柱的限位点；上压板，穿过立柱；拉杆，穿过中间压板和上压板的通孔，拉杆的一端连接球面关节，第二拉头连接在球面关节上；拉杆的另一端旋拧有螺母；碟形弹簧，套设在拉杆上，位于中间压板和上压板之间；混凝土试件的一端连接在第一拉头，另一端连接在第二拉头；以及介质循环装置。
【专利说明】恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于混凝土耐久性能测试领域，特别是涉及一种持续恒定轴向拉应力与侵 蚀性介质共同作用下混凝土性能测试装置，以研究不同水平的恒定拉应力下侵蚀性气体或 者离子在混凝土中的传输性能及机理。
【背景技术】
[0002] 在现有技术的拉应力与侵蚀介质共同作用下混凝土耐久性测试装置中，该装置利 用压缩弹簧的反作用力对夹在拉伸夹头之间的混凝土施加拉应力，将整套装置置于化学腐 蚀箱中模拟介质侵蚀的环境条件，通过抗渗仪对混凝土试件施加不同的水压，但该装置拉 伸夹头与混凝土试件的接触情况会直接影响受力情况，同时夹头与试件接触的部位容易出 现应力集中导致试件头部断裂；两个万向球铰会使得试件活动自由度太大不利试件的安 装。同时，在进行与侵蚀介质共同作用时的性能测试时，需要将整套装置放入腐蚀环境中， 这样不可避免地会对装置本身有一定的腐蚀，且操作不便，影响测试结果。浸泡式的介质侵 蚀环境，也不能反映试件单面渗透特性。
[0003] 实际服役中的混凝土通常受到荷载和外界侵蚀性介质等环境因素多重作用，因 此，为了模拟服役混凝土在实际应力状态下侵蚀性介质在混凝土中的传输性能，应当设计 一套恒定恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装置，这对于研究不同水平 的恒定轴向拉应力下侵蚀性介质（离子、气体）在混凝土中的传输性能及机理具有十分重 要的意义。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明实施例提供一种持续恒定轴向拉应力与侵蚀性介质共同作用下 混凝土性能测试装置，主要目的是解决现有测试装置在测试过程中出现拉应力偏心、应力 松弛，以及不能实现应力和介质侵蚀耦合作用下混凝土性能测试的问题。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：持续恒定轴向拉应力与侵 蚀性介质共同作用下混凝土性能测试装置，其包括：
[0006] 底板，所述底板上固定连接至少四根立柱；
[0007] 连接座，固定在所述底板的中部；
[0008] 第一拉头，铰接在所述连接座上并可绕所述连接座转动；
[0009] 中间压板，穿过所述立柱，并固定在立柱的限位点；上压板，穿过所述立柱；
[0010] 拉杆，穿过所述中间压板和上压板的通孔，所述拉杆的一端连接球面关节，第二拉 头连接在球面关节上；所述拉杆的另一端旋拧有螺母；
[0011] 碟形弹簧，套设在所述拉杆上，位于所述中间压板和上压板之间；
[0012] 所述混凝土试件的一端连接在第一拉头，另一端连接在第二拉头；
[0013] 介质循环装置，与混凝土试件接触，提供液体腐蚀环境。
[0014] 如上所述的恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装置，还包括介 质循环装置，其包括：
[0015] 溶液箱，包括间隔设置的进液口和出液口；所述溶液箱的一面具有开口槽；
[0016] 恒流泵，恒流泵的出液口通过导管与溶液箱的进液口连通；
[0017] 储液箱，恒流泵的进液口通过导管与储液箱连通；储液箱与溶液箱的出液口连通。
[0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0019] 1、解决拉伸过程中偏心问题
[0020] 施加拉应力过程中，极容易出现受拉试样的轴线与拉伸荷载作用不重合，从而出 现应力偏心现象。为保证所施加的拉应力为轴心拉伸荷载，本发明从以下几方面来减小或 者消除偏心：第一拉头与平面关节相连，保证第一拉头能沿试件轴心所在的平面转动；第 二拉头与球面关节相连，可绕球面关节的球体部分万向自由摆动。试件安装在第一拉头和 第二拉头之间进行测试时，如果某一拉头出现偏心现象，侧相应的拉头会进行偏转，直至偏 心消除。
[0021] 2、解决应力施加过程中应力松弛问题
[0022] 在对试件施加长期荷载时，由于试件的变形会出现应力松弛的现象，尤其是在拉 应力与环境因素耦合时，混凝土内部可能产生更严重的损伤，试件变形较大，导致应力松弛 更严重。本发明采用碟形弹簧施加应力，能通过碟形弹簧自身的变形缓解部分应力松弛。
[0023] 3、能够适应不同长度的试件。本发明第二拉头与拉杆相连，拉杆可以上下移动，从 而能满足不同试件的长度要求。
[0024] 4、本发明采用配套的介质循环系统实现了应力和介质侵蚀耦合作用下的混凝土 性能测试。混凝土试件侧面的水箱中可通入侵蚀性液体或气体，实现环境因素与拉应力的 耦合；恒流泵可以调整侵蚀性液体或气体的循环速率，从而实现处于拉伸状态的混凝土在 不同循环速率的介质侵蚀下的性能测试。
[0025] 如上所述的恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装置，进一步， 所述球面关节包括夹座和球体，球体设置在夹座的球形内腔，第二拉头穿过夹座的开孔与 球体连接。
[0026] 如上所述的恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装置，进一步， 试件的一端均匀布置有螺栓，通过螺栓与第一拉头连接，另一端均匀布置有螺栓，通过螺栓 与第二拉头连接。优选实施例中，第一拉头和第二拉头均设有四个以轴心为对称中心的螺 纹孔，用于与相应试件连接。
[0027] 现有测试装置在施加拉应力时，试件通过夹头与拉杆连接，这样容易导致在夹持 处的应力集中从而使试件在夹持处破坏，而并非是在中间拉断。为消除夹头处的应力集中， 本发明试件通过试件上均布的螺栓与拉头连接，避免了直接的刚性夹持所带来的应力集 中，同时避免了夹具与试件的直接刚性接触，不会由试件表面平整度而影响应力的施加。
[0028] 如上所述的恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装置，进一步， 所述拉杆的另一端还套设有推力轴承，位于螺母与上压板之间。
[0029] 如上所述的恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装置，进一步， 所述拉杆上粘贴应变计。在拉杆上粘贴上应变计，其引线与计算机相连，可以实时监测各处 应力值的变化，若应力值偏离设定阈值，则可通过调整螺母使之保持原始值。
[0030] 如上所述的恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装置，进一步， 所述立柱、底座、底板、上压板、中间压板、第一拉头、第二拉头、拉杆、球面单元均为不膨胀 钢材质。
[0031] 如上所述的持续恒定轴向拉应力与侵蚀性介质共同作用下混凝土性能测试装置， 进一步，所述试件外形为哑铃型。
【专利附图】
【附图说明】
[0032] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0033] 图1为本发明实施例提供的持续恒定轴向拉应力与侵蚀性介质共同作用下混凝 土性能测试装置示意图；
[0034] 图2为本发明实施例提供的一种介质循环装置示意图；
[0035] 图3为本发明实施例提供的一种球面关节示意图。
[0036] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0037] 1、底板，2、连接座，21、第一拉头，3、中间压板，4、上压板，5、拉杆，51、螺母，52、碟 形弹簧，53、推力轴承，6、球面关节，61、第二拉头，7、混凝土试件，8、溶液箱，9、恒流泵，10、 储液箱。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
[0039] 本发明所要解决的问题现有测试装置在测试过程中出现拉应力偏心、应力松弛， 以及不能实现应力和介质侵蚀耦合作用下混凝土性能测试。如图1和图2所示，一种持续 恒定轴向拉应力与侵蚀性介质共同作用下混凝土性能测试装置，其包括：
[0040] 底板1，所述底板上固定连接至少四根立柱；优选的，如图1所示的实施例中，底板 为矩形，立柱数量为四根，分别通过螺栓固定连接到底板的四个边角处。
[0041] 连接座2,固定在所述底板的中部；第一拉头21，铰接在所述连接座上并可绕所述 连接座转动；所述连接座和第一拉头组成平面关节，在试件测试过程中起到平衡拉应力的 作用。
[0042] 中间压板3,穿过所述立柱，并固定在立柱的限位点；在具体的实施过程中，中间 压板可以焊接在立柱的限位点处，也可以是卡设在立柱的限位点处。所述限位点是中间压 板的固定位置，在立柱的具体位置根据所需测试的试件长度进行确定，试件越长则限位点 也更靠近立柱的上端。上压板4,穿过所述立柱，可沿所述立柱滑动；
[0043] 拉杆5,穿过所述中间压板和上压板的通孔，所述拉杆的一端连接球面关节6,在 试件测试过程中防止施加的应力出现偏心，确保所施加的应力总是沿试件轴向的。第二拉 头61连接在球面关节上；所述拉杆的另一端旋拧有螺母51 ;如图3所示，所述球面关节6 包括夹座62和球体64,球体设置在夹座62的球形内腔63,第二拉头穿过夹座的开孔65与 球体64连接。
[0044] 碟形弹簧52,套设在所述拉杆5上，位于所述中间压板3和上压板4之间；
[0045] 所述混凝土试件7的一端连接在第一拉头21，另一端连接在第二拉头61。在一种 实施方式中，所述拉头具有夹手，通过夹手将试件与测试装置相连；
[0046] 介质循环装置，其包括：溶液箱8,包括间隔设置的进液口和出液口；所述溶液箱 的一面具有开口槽；恒流泵9,恒流泵的出液口通过导管与溶液箱的进液口连通；储液箱 10，恒流泵的进液口通过导管与储液箱连通；储液箱与溶液箱的出液口连通。
[0047] 上述实施例的持续恒定轴向拉应力与侵蚀性介质共同作用下混凝土性能测试装 置使用过程如下：首先将密封垫圈放置到溶液箱安装位置，将溶液箱的开口槽压在密封垫 圈上实现密封，然后利用U形管将溶液箱与试件固定连接，然后试件安装。（也可以使用铁 丝缠绕将将溶液箱与试件固定连接。当溶液箱为有机玻璃材质时，也可以使用环氧树脂等 粘接剂直接将溶液箱与混凝土试件粘接固定，这样不需要加装密封垫圈。）试件安装过程 如下，将试件的一端连接到第一拉头，试件的另一端连接到另一拉头。然后旋紧拉杆另一端 的螺母，逐渐拉近试件，在拉近试件的同时碟形弹簧逐渐压缩，储存弹性势能；当施加的拉 应力达到测试的预定值时，停止旋拧螺母进行测试。
[0048] 上述装置解决了 ：1、拉伸过程中偏心问题。试件安装在第一拉头和第二拉头之间 进行测试时，如果某一拉头出现偏心现象，侧相应的拉头会进行偏转，直至偏心消除。2、应 力施加过程中应力松弛问题。当应力松弛时，由于碟形弹簧中储存了弹性势能，能通过碟形 弹簧自身的变形缓解部分应力松弛，提高测试的拉应力准确性。此外，由于第二拉头与拉杆 相连，拉杆可以上下移动，从而能满足不同试件的长度要求。采用配套的介质循环系统实现 了应力和介质侵蚀耦合作用下的混凝土性能测试。混凝土试件侧面的溶液箱中可通入侵蚀 性液体或气体，实现环境因素与拉应力的耦合；恒流泵可以调整侵蚀性液体或气体的循环 速率，从而实现处于拉伸状态的混凝土在不同循环速率的介质侵蚀下的性能测试。
[0049] 上述实施例中的测试装置在施加拉应力时，试件通过夹头与拉杆连接，这样容易 导致在夹持处的应力集中从而使试件在夹持处破坏，而并非是在中间拉断。
[0050] 对如上所述的持续恒定轴向拉应力与侵蚀性介质共同作用下混凝土性能测试装 置进一步改进，试件的一端均匀布置有螺栓，通过螺栓与第一拉头连接，另一端均匀布置有 螺栓，通过螺栓与第二拉头连接。优选实施例中，第一拉头和第二拉头均设有四个以轴心为 对称中心的螺纹孔，用于与相应试件连接。通过试件上均布的螺栓与拉头连接，避免了直接 的刚性夹持所带来的应力集中，同时避免了夹具与试件的直接刚性接触，不会由试件表面 平整度而影响应力的施加。
[0051] 在另一种持续恒定轴向拉应力与侵蚀性介质共同作用下混凝土性能测试装置的
【具体实施方式】中，所述拉杆的另一端还套设有推力轴承53,位于螺母与上压板之间。推力轴 承可以减小拧螺母时的阻力，方便应力的施加。
[0052] 在另一种持续恒定轴向拉应力与侵蚀性介质共同作用下混凝土性能测试装置的
【具体实施方式】中，所述拉杆上粘贴应变计，具体的，将应变计粘贴到拉杆靠近球面关节的位 置。在拉杆上粘贴上应变计，其引线与计算机相连，可以实时监测各处应力值的变化，若应 力值偏离设定阈值，则可通过调整螺母使之保持原始值。
[0053] 在另一种持续恒定轴向拉应力与侵蚀性介质共同作用下混凝土性能测试装置的
【具体实施方式】中，所述立柱、底座、底板、上压板、中间压板、第一拉头、第二拉头、拉杆、球面 单元均为不膨胀钢材质，在-80°C?KKTC内不变形。不膨胀钢在收到外力作用时，形变小， 能进一步防止在施加拉应力进行试件测试时产生偏心力。
[0054] 以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围 由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各 种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装置，其特征在于，包 括： 底板，所述底板上固定连接至少四根立柱； 连接座，固定在所述底板的中部； 第一拉头，铰接在所述连接座上并可绕所述连接座转动； 中间压板，穿过所述立柱，并固定在立柱的限位点；上压板，穿过所述立柱； 拉杆，穿过所述中间压板和上压板的通孔，所述拉杆的一端连接球面关节，第二拉头连 接在球面关节上；所述拉杆的另一端旋拧有螺母； 碟形弹簧，套设在所述拉杆上，位于所述中间压板和上压板之间； 所述混凝土试件的一端连接在第一拉头，另一端连接在第二拉头； 介质循环装置，与混凝土试件接触，提供液体腐蚀环境。
2. 根据权利要求1所述的恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装置， 其特征在于，还包括介质循环装置，其包括： 溶液箱，包括间隔设置的进液口和出液口；所述溶液箱的一面具有开口槽； 恒流泵，恒流泵的出液口通过导管与溶液箱的进液口连通； 储液箱，恒流泵的进液口通过导管与储液箱连通；储液箱与溶液箱的出液口连通。
3. 根据权利要求1或2所述的恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装 置，其特征在于，所述球面关节包括夹座和球体，球体设置在夹座的球形内腔，第二拉头穿 过夹座的开孔与球体连接。
4. 根据权利要求1或2所述的恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装 置，其特征在于，试件的一端均匀布置有螺栓，通过螺栓与第一拉头连接，另一端均匀布置 有螺栓，通过螺栓与第二拉头连接。
5. 根据权利要求1或2所述的恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装 置，其特征在于，所述拉杆的另一端还套设有推力轴承，位于螺母与上压板之间。
6. 根据权利要求1或2所述的恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装 置，其特征在于，所述拉杆上粘贴应变计。
7. 根据权利要求1或2所述的恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装 置，其特征在于，所述立柱、底座、底板、上压板、中间压板、第一拉头、第二拉头、拉杆、球面 单元均为不膨胀钢材质。
8. 根据权利要求1或2所述的恒定拉伸荷载与侵蚀介质共同作用下混凝土性能测试装 置，其特征在于，所述试件外形为哑铃型。
【文档编号】G01N3/08GK104155185SQ201410438479
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】姚燕, 王振地, 王玲, 曹银 申请人:中国建筑材料科学研究总院