评价材料低温抗开裂性能的试件及测量设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种评价材料的低温抗开裂性能的试件和测量设备，所述试件包括试件本体，所述试件本体设有第一面和与之相对的第二面，所述试件本体的第一面和第二面之间设有作为裂纹源的预制裂纹，该预制裂纹在试件本体受到相应的力时发生扩展，所述测量设备包括高低温试验箱和设于其中的温度应力试验机。本实用新型的试件为裂纹扩展温度的测定而设计，使材料抗裂性能的评价更科学、合理，并且试验结果具有很好的重现性。
【专利说明】评价材料低温抗开裂性能的试件及测量设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种评价刚性、半刚性材料的低温抗开裂性能的试件和测量设备。
【背景技术】
[0002]刚性和半刚性材料在约束条件下随着温度降低会呈现开裂的趋势，该特性在实际使用中具有一定的影响，然而，目前尚没有科学、合理的方法对材料的抗开裂性能进行评价。
[0003]目前，对于刚性和半刚性材料使用性能的评价，，通常情况下，主要是考察材料的韧性，例如通过冲击断裂试验、高速拉伸试验或断裂韧性测试来表征，然而，韧性只是抗开裂性能的一个方面，另一个重要方面是降温过程中材料本体应力的积累，使得材料的韧性与温度有密切的相关关系，但是，上述测定通常是在恒温条件下进行的，因此，上述方法不能准确的表征材料在变温条件下的抗开裂性能。而在实际应用时，基本不可能处于恒温条件下，通常都是处于变温条件下的，因此，现有的评价方法，对于材料在实际使用环境下的抗开裂性能评价指导性较差。
[0004]对于浙青混凝土材料而言，目前研究中有冻断试验方法，其试件是无缺陷的棱柱形试件，在线性降温过程中考察材料的冻断温度，但由于各种原因，其断裂位置和断裂温度结果重现性较差。
[0005]而对于有机树脂类材料而言，目前尚没有其低温抗开裂性能的评价试验方法。实用新型内容
[0006]为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型目的在于提供一种评价材料的低温抗开裂性能的试件，以便进行不同材料(主要指刚性或半刚性材料)的低温抗开裂性能的横向比较，能够用于有机树脂类材料的低温抗开裂性能的评价，并能获得较高的准确度，具有较高的实用性，容易制得参数一致的平行试件，并且制备简单、方便，成本较低。
[0007]本实用新型目的还在于提供一种测量设备，以利用该试件进行测量。
[0008]为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案是:
[0009]一种用于评价材料的低温抗开裂性能的试件，用于破坏性裂纹扩展测试，能够用于测量刚性、半刚性材料的裂纹扩展温度，其包括试件本体，所述试件本体设有第一面和与之相对的第二面，所述试件本体的第一面和第二面之间设有作为裂纹源的预制裂纹，该预制裂纹在试件本体受到相应的拉应力时发生扩展。
[0010]其中，所述预制裂纹可以为狭长状，其延伸方向与所述力的方向呈90°的角度。
[0011]其中，所述试件本体可以由刚性或半刚性的热固性树脂或热塑性树脂材料制成。
[0012]一种可以供上述试件进行裂纹扩展性能测试的设备，其主要包括:
[0013]约束与伺服装置，用于保持试件在拉应力方向的几何尺寸不变；
[0014]降温装置，用于降低试件所处的环境温度，以使试件在在降温过程中呈收缩趋势，配合所述约束装置使得所述预制裂纹扩展；以及
[0015]测力装置和/或测温装置，所述测力装置与所述约束与伺服装置连接用于测量试件所受的拉应力值，所述测温装置设于降温装置中用于测量所述试件所处环境温度的值。
[0016]其中，所述测力装置为力传感器，所述测温装置为温度传感器，所述约束及伺服装置为温度应力试验机，所述降温装置为高低温箱。
[0017]本实用新型的有益效果是:
[0018]现有技术的浙青冻断试验中，其以材料强度理论为基础，认为当材料所受应力超过材料强度时试件发生破坏，并以试件发生破坏时的试验结果作为最终的试验结果，然而，在实际试验过程中，试件的断裂位置多为其端部与连接金属件的粘接处，而此处存在应力集中现象，当试件断裂时，应力集中现象的存在容易影响最终结果的准确性。
[0019]本实用新型的试件，根据断裂力学裂纹扩展原理，通过在试件本体上预制作为裂纹源的预制裂纹，使得所测结果的物理意义明确，使得测量数据更加集中，使得对于裂纹扩展温度的测定更准确，在通过测量刚性、半刚性材料的裂纹扩展温度来评价其低温抗开裂性能时，相较现有技术能够评定更准确，并且评定结果相较现有技术更符合产品的实际使用状况，并且试验结果具有很好的重现性；
[0020]本实用新型的测量设备，使得测量简单易行、结果准确。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型的试件的一个实施例的结构示意图(其中，a为主视图，b为A-A截面图)。
[0022]图2 (a)和图2 (b)为实施例3中不同缺陷大小环氧砂浆试样的裂纹扩展试验的试验曲线图(其中，a为21#试件，b为22#试件)。
[0023]图3 (a)、图3 (b)和图3 (C)为实施例3中不同配方环氧砂浆试样的裂纹扩展试验的试验曲线图(其中，a为23#试件，b为24#试件，c为25#试件)。
[0024]图4 (a)和图4 (b)为实施例5中不同缺陷大小环氧涂膜材料的裂纹扩展试验的试验曲线图(其中，a为31#试件，b为32#试件)。
[0025]图5 (a)、图5 (b)和图5 (C)为实施例5中不同配方环氧涂膜材料的裂纹扩展试验的试验曲线图(其中，a为33#试件，b为34#试件，c为35#试件)。
[0026]图6 (a)和图6 (b)为实施例4中无预制缺陷的2个相同试件，考察两次试验的结果符合性的测量结果示意图。
[0027]图7 Ca)和图7 (b)是实施例4中预制5mm缺陷的2个相同试件，考察本发明方法两次试验的结果符合性的测量结果示意图。
[0028]图8是本实用新型的测量设备的一个实施例的整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]为了更好理解，下面结合附图通过【具体实施方式】对本实用新型作进一步描述。
[0030]参见图1，本实用新型的一种评价材料的低温抗开裂性能的试件，用于破坏性裂纹扩展测试，能够用于测量刚性、半刚性材料的裂纹扩展温度，其主要包括试件本体1，所述试件本体I设有第一面11和与之相对的第二面12，所述试件本体I的第一面11和第二面12之间设有作为裂纹源的预制裂纹10，该预制裂纹10在试件本体I受到相应的拉应力时发生扩展。
[0031]其中，所述预制裂纹10为狭长状，其延伸方向与所述力的方向呈90°的角度。
[0032]其中，所述预制裂纹10的长度可以为所述试件本体宽度的1/10至1/2。
[0033]根据断裂力学裂纹扩展原理，由于试件本身相对理论模型通常都是带有一定缺陷的，而在破坏性的裂纹扩展试验中，由于应力的集中，试件在缺陷位置断裂的可能性较大，而试件自身缺陷的位置由于不可预测，因此，通常导致断裂位置不确定，测量结果离散性较大，不够准确，为了提高测量结果的准确性，优选为，所述裂纹扩展温度是采用设有作为裂纹源的预制裂纹的试件测量得到的，以便令试件的断裂可预测的发生于预制裂纹位置，进而“掩盖”或“消除”试件中的其他缺陷对测量结果的不利影响，使得测量结果具有很好的重现性，而且，还可以根据实际需求，适当调整预制裂纹的尺寸等参数，以简化操作，并提高测量结果的准确性。
[0034]通常，预制裂纹10 (缺陷)的尺寸参数(如长度)可根据材料和试验用设备的参数来确定，原则是在设备可提供的温度变化范围内尽可能将材料的裂纹扩展温度显著区分开，以方便进行横向比较，而且，本实用新型的试件，测定裂纹扩展温度时，可以根据实际情况调整试件的结构尺寸参数，就可以进行材料性能的横向比较，试验设计的灵活性大，应用范围广。
[0035]为了使预制裂纹起到良好的裂纹源的效果，并能使测量结果更准确，重现性更好，所述预制裂纹的宽度越窄越好，并且在一批次试验中应保持一致，例如可以为0.07mm。
[0036]通常，预制裂纹的尺寸增大，材料的裂纹扩展温度升高，对应的应力降低。
[0037]其中，所述预制裂纹不延伸至试件本体的边缘。
[0038]优选为，所述预制裂纹设于试件本体的中部位置。
[0039]所述预制裂纹的深度贯穿所述试件本体的厚度。
[0040]上述任一种试件，所述试件本体可以由刚性或半刚性的热固性树脂或热塑性树脂材料制成。。
[0041]上述试件可以采用如下方法予以制备，成型所述试件本体时，在预设置预制裂纹的位置夹入预定厚度的薄片，以使成型后的试件本体中形成所述预制裂纹，并在试件本体成型后移除该薄片或不移除该薄片，完成所述试件的制备。
[0042]其中，所述薄片可以由与成型后的所述试件本体不粘连的材质制成；和/或，所述薄片的至少一面涂有使其与成型后的所述试件本体不粘连的涂层。
[0043]例如，所述薄片可以为薄纸片。
[0044]优选为，所述薄纸片为不沾薄纸片。
[0045]优选为，所述不沾薄纸片为至少一面涂有硅油的不沾薄纸片。
[0046]优选为,所述薄片的厚度为不大于0.07mm。
[0047]一种测量设备，可以供上述任一种试件进行测试，其主要包括:
[0048]约束及伺服装置，用于保持试件在拉应力方向的几何尺寸不变；
[0049]降温装置，用于降低试件所处的环境温度，以使试件在在降温过程中呈收缩趋势，配合所述约束及伺服装置使得所述预制裂纹有扩展趋势；以及
[0050]测力装置和/或测温装置，所述测力装置与所述约束及伺服装置连接用于测量试件所受的拉应力值，所述测温装置设于降温装置中用于测量所述试件所处环境温度的值。
[0051]其中，所述测力装置为力传感器，所述测温装置为温度传感器，所述约束及伺服装置为温度应力试验机，所述降温装置为高低温箱。
[0052]所述高低温试验箱，用于提供适宜的试验温度环境。
[0053]所述温度应力试验机，设于高低温试验箱中，约束试件的尺寸变化，测定试件在变温条件下的温度应力变化。
[0054]所述温度应力试验机中设有固定装置和伺服系统，用于保持试件在拉应力方向的几何尺寸不变。
[0055]优选为，所述固定装置包括:
[0056]两个固定件，分别固定所述试件的两端，固定件的连线与试件中部的裂缝走向垂直。
[0057]所述伺服系统，与一个或两个所述固定件连接，以调整试件拉应力方向的几何尺寸，使其保持不变。
[0058]优选为，所述伺服系统包括:
[0059]位移传感器，设于两个固定件之间，用于测量第一面和第二面之间的相对位移；以及
[0060]驱动装置，驱动一个或两个所述固定件，调整试件拉应力方向的几何尺寸，使其保持不变。
[0061]优选为，所述位移传感器为两个，两个所述位移传感器并列设于所述试件的两侧。
[0062]优选为，温度应力试验机中的伺服系统，根据位移传感器反馈的信号进行调整，保证试件的尺寸在变温过程中保持恒定。
[0063]所述伺服系统包括伺服电机。优选为，还包括控制系统，分别与所述力传感器、温度传感器和位移传感器连接以获取相应信号，还与伺服电机和高低温箱的控制系统连接，以实现对伺服电机和高低温箱的控制。
[0064]优选为，所述力传感器设于温度应力试验机中，测定、记录试件在变温过程中的温度应力变化。
[0065]优选为，所述固定装置还包括支架，所述支架包括底座、顶板和左、右支柱，所述左、右支柱并列支撑于所述底座和顶板之间，两个所述固定件分别通过伺服电机和力传感器与底座和顶板连接，所述伺服电机设于底座，并与一个固定件驱动连接，通过驱动该固定件沿支柱方向的平移来调整所述第一面和第二面之间的几何尺寸，所述力传感器设于顶板和另一个固定件之间，所述温度传感器设于所述左右支柱邻近所述试件的预制裂纹的位置，所述位移传感器与所述试件并列设于两个固定件之间，所述支架设于高低温箱内，所述控制系统设于高低温箱外。
[0066]优选为，所述力传感器通过一个微调装置连接于顶板，根据试件的尺寸调整力传感器与顶板之间的安装距离，以便试件安装之后使力传感器处于归零状态(是否归零还取决于力传感器本身的调校，此处是指力传感器处于检测不到外力的状态)。
[0067]上述试件可以采用下述方法评价刚性、半刚性材料的低温抗开裂性能，通过测量试件的裂纹扩展温度并进行横向比较来评价刚性、半刚性材料的低温抗开裂性能。
[0068]其中，所述刚性材料指的是:不发生应力屈服现象而直接断裂的材料；所述半刚性材料指的是:断裂时发生应力屈服现象的材料。
[0069]其中，所述裂纹扩展温度指:刚性材料的低温断裂温度，或，半刚性材料的低温屈服温度。
[0070]其中，还可以结合测量刚性、半刚性材料裂纹扩展时的应力来评价其低温抗开裂性能，如可以根据应力-温度曲线来评价其低温抗开裂性能。
[0071]结合方式为:
[0072]试验得到的应力-温度曲线一般有两种类型:一种是应力曲线按一定斜率上升直至试件断裂破坏，此时认为裂纹扩展温度与断裂温度是重合的；另一种应力曲线在某一温度前保持一定斜率上升，到达此温度后随温度降低应力不再上升，应力曲线走平，曲线出现两个温度特征点，一个是应力屈服温度(可作为裂纹扩展温度)，另一个是断裂温度。
[0073]当裂纹扩展温度相同时，断裂温度越高其抗开裂性能越好。
[0074]其中，所述裂纹扩展温度的测量方式可以为:在保持所述试件的预制裂纹两侧的尺寸不变的条件下，持续降温直至试件断裂，将刚性材料制成的试件发生低温断裂时或半刚性材料制成的试件发生低温应力屈服时的温度作为所述裂纹扩展温度。
[0075]其主要包括如下步骤:
[0076]步骤一、将位移传感器固定于试件的预制裂纹的两侧，并将位移传感器与控制系统连接；
[0077]步骤二、将试件固定于固定件，并调整力传感器至归零状态；
[0078]步骤三、根据设定的高低温箱的温控程序恒速降温，并始终保持试件的预制裂纹两侧的尺寸不变，直至试件发生断裂；
[0079]步骤四、记录步骤三中相应的试验数据；
[0080]步骤五、根据步骤四中记录的试验数据，分析、确定裂纹扩展温度。
[0081]其中，试件可以首先在标准实验室条件下养护7天，再进行试验。
[0082]其中，步骤四中，降温之前可以先在20°C条件下保温I小时。
[0083]其中，步骤四中，初始温度可以为20°C，降温速率可以为10°C /小时。
[0084]其中，步骤五中，可以保温30分钟后开始记录试验数据。
[0085]其中，步骤五中，记录的试验数据包括力值和温度值。
[0086]其中，步骤一中，所述位移传感器可以分别与两个固定件连接，并测定两个固定件之间的相对位移。
[0087]其中，步骤二中，可以采用粘接或夹固方式将试件固定于固定件。
[0088]其中，步骤五中，可以将试件发生断裂或应力屈服时的环境温度作为所述的裂纹扩展温度。
[0089]以下还提供了本实用新型的几个实施例，其中，实施例1是一种较佳试验设备，实施例2是采用环氧树脂砂浆材料制得的一种较佳试件，实施例3是采用环氧树脂涂层材料制得的一种较佳试件，实施例4是与现有技术的对比实验。
[0090]实施例1，是本实用新型的一种试验设备的较佳实施例(参见图8)，其主要包括:
[0091]高低温箱2;
[0092]两个固定件，分别固定所述试件的第一面和第二面；
[0093]两个位移传感器21，设于两个固定件之间，用于测量第一面和第二面之间的相对位移，可以并列设于所述试件的两侧；
[0094]力传感器23 ；
[0095]温度传感器22 ；
[0096]伺服电机24;
[0097]控制系统25，分别与所述力传感器23、温度传感器22和位移传感器21连接以获取相应信号，还与伺服电机24和高低温箱2的控制系统连接，以实现对伺服电机24和高低温箱2的控制；
[0098]支架，所述支架包括底座、顶板和左、右支柱，所述左、右支柱并列支撑于所述底座和顶板之间，两个所述固定件分别通过伺服电机24和力传感器23与底座和顶板连接，所述伺服电机24设于底座，并与一个固定件驱动连接，通过驱动该固定件沿支柱方向的平移来调整所述第一面和第二面之间的几何尺寸，所述力传感器23设于顶板和另一个固定件之间，所述温度传感器22设于所述左右支柱邻近所述试件的预制裂纹的位置，所述位移传感器21与所述试件并列设于两个固定件之间，所述支架设于高低温箱2内，所述控制系统25设于高低温箱2外；以及
[0099]微调装置，所述力传感器23通过一个微调装置连接于顶板，根据试件的尺寸调整力传感器23与顶板之间的安装距离，以便试件安装之后使力传感器23处于归零状态。
[0100]实施例2，是采用环氧树脂砂浆材料制得的21#试件、22#试件、23#试件、24#试件和25#试件，其中，21#、22#为不同裂纹长度的平行试件；23#、24#和25#为不同配方材料进行对比的平行试件(所述平行试件指，除了指定参数不同之外，其余参数均相同的一组试件)。具体如下:
[0101]21#试件:1#环氧砂浆配方，长X宽X高=200mmX40 mm X 20 mm，中部位置设有一个长条形缺陷(预制裂纹)，裂纹长度2mm，贯穿20mm厚度方向，裂纹宽度为0.07mm (参见图1);
[0102]22#试件:1#环氧砂浆配方，长X宽X高=200mm X 40mm X 20mm，中部位置设有一个长条形缺陷(预制裂纹)，裂纹长度5mm，贯穿20mm厚度方向，裂纹宽度为0.07mm (参见图1);
[0103]23#试件:2#环氧砂浆配方，长X宽X高=200 mmX 40mmX 20mm，中部位置设有一个长条形缺陷(预制裂纹)，裂纹长度2mm，贯穿20mm厚度方向，裂纹宽度为0.07mm (参见图1);
[0104]24#试件:3#环氧砂浆配方，长X宽X高=200mm X 40mm X 20mm,中部位置设有一个长条形缺陷(预制裂纹)，裂纹长度2mm，贯穿20mm厚度方向，裂纹宽度为0.07mm (参见图1);
[0105]25#试件:4#环氧砂浆配方，长X宽X高=200 mmX 40mmX 20mm，中部位置设有一个长条形缺陷(预制裂纹)，裂纹长度2mm，贯穿20mm厚度方向，裂纹宽度为0.07mm (参见图1)。
[0106]21#试件、22#试件、23#试件、24#试件和25#试件所测得的结果分别如图2(a)、图2(b)、图 3(a)、图 3(b)和图 3(c)所示。
[0107]图2(a)为试验得到的21#试件的裂纹扩展温度试验曲线，由图可知，当温度降低到-14.6°C时，21#试件发生了断裂。由试验曲线的形状可以看出，21#试件断裂前裂纹边缘未发生显著的应力屈服现象，其裂纹扩展温度与断裂温度重合，可以确定为-14.6°C
[0108]图2(b)为试验得到的22#试件的裂纹扩展温度试验曲线，由图可知，当温度降低到-13°C时，22#试件发生了断裂。由试验曲线的形状可以看出，22#试件断裂前裂纹边缘未发生显著的应力屈服现象，其裂纹扩展温度可以确定为_13°C ；
[0109]图3(a)为试验得到的23#试件的裂纹扩展温度试验曲线，由图可知，当温度降低到-ll°c时，23#试件发生了断裂。由试验曲线的形状可以看出，23#试件断裂前裂纹边缘未发生显著的应力屈服现象，其裂纹扩展温度可以确定为-1i°c ；
[0110]图3(b)为试验得到的24#试件的裂纹扩展温度试验曲线，由图可知，当温度降低到-5.3°C时，24#试件发生了断裂。由试验曲线的形状可以看出，24#试件断裂前裂纹边缘未发生显著的应力屈服现象，其裂纹扩展温度可以确定为-5.3°C ；
[0111]图3(c)为试验得到的25#试件的裂纹扩展温度试验曲线，由图可知，当温度降低到3.7°C时，25#试件发生了断裂。由试验曲线的形状可以看出，25#试件断裂前裂纹边缘未发生显著的应力屈服现象，其裂纹扩展温度可以确定为3.7V。
[0112]由此可知，裂纹扩展温度测试中，21#试件< 22#试件，说明裂纹长度小，测试得到的裂纹扩展温度比较低；23#试件< 24#试件< 25#试件，这3个试件尺寸参数相同，而材料配方不同，其中，23#试件的裂纹扩展温度最低，其抗开裂能力最好。
[0113]实施例3，是采用环氧树脂涂层材料制得的31#试件、32#试件、33#试件、34#试件和35#试件，其中:31#、32#为不同裂纹长度的平行试件；33#、34#和35#为不同配方材料进行对比的平行试件。具体如下:
[0114]31#试件:1#环氧树脂涂层材料配方,长X宽X高=200mmX40 mmX4 mm,中部位置设有一个长条形缺陷(预制裂纹)，裂纹长度IOmm,贯穿4mm厚度方向,裂纹宽度为0.07mm(参见图1)；
[0115]52#试件:1#环氧树脂涂层材料配方，长X宽X高=200mmX40mmX4mm,中部位
置设有一个长条形缺陷(预制裂纹)，裂纹长度20mm，贯穿4mm厚度方向，裂纹宽度为0.07mm(参见图1)；
[0116]53#试件:2#环氧树脂涂层材料配方，长X宽X高=200mmX40mmX4mm,中部位置设有一个长条形缺陷(预制裂纹)，裂纹长度20mm，贯穿4mm厚度方向，裂纹宽度为0.07mm(参见图1)；
[0117]54#试件:3#环氧树脂涂层材料配方，长X宽X高=200mmX40mmX4mm,中部位置设有一个长条形缺陷(预制裂纹)，裂纹长度20mm，贯穿4mm厚度方向，裂纹宽度为0.07mm(参见图1)；
[0118]55#试件:4#环氧树脂涂层材料配方，长X宽X高=200mmX40mmX4mm,中部位置设有一个长条形缺陷(预制裂纹)，裂纹长度20mm，贯穿4mm厚度方向，裂纹宽度为0.07mm(参见图1)。
[0119]31#试件、32#试件、33#试件、34#试件和35#试件所测得的结果分别如图4 (a)、图4 (b)、图5 (a)、图5 (b)和图5 (c)所示。
[0120]图4 (a)为31#试件的裂纹扩展温度试验曲线，其在_50°C时发生断裂，31#试件断裂前裂纹前端未发生明显的应力松弛现象，其裂纹扩展温度可以确定为_50°C ；
[0121]图4 (b)为32#试件的裂纹扩展温度试验曲线，其在_31°C发生断裂，32#试件断裂前裂纹前端未发生明显的应力松弛现象，其裂纹扩展温度可以确定为_31°C ；
[0122]图5(a)为33#试件的裂纹扩展温度试验曲线，其在-9.5°C发生断裂，但在_6°C之后曲线发生了屈服，此时对应裂纹前端发生了应力松弛现象，裂纹开始扩展，由此确定其裂纹扩展温度为-6°C，断裂温度为-9.5°C ；
[0123]图5 (b)为34#试件的裂纹扩展温度试验曲线，其在-38 °C发生断裂，但在-21 °C之后曲线发生了屈服，此时对应裂纹前端发生了应力松弛现象，裂纹开始扩展，由此确定其裂纹扩展温度为_21°C，断裂温度为-38°C ；
[0124]图5 (c)为35#试件的裂纹扩展温度试验曲线，其在_51°C发生断裂，但在_34°C之后曲线发生了屈服，此时对应裂纹前端发生了应力松弛现象，裂纹开始扩展，由此确定其裂纹扩展温度为_34°C，断裂温度为-51°C。
[0125]由此可知，裂纹扩展温度测试中，31#试件< 32#试件，说明裂纹长度小，测试得到的裂纹扩展温度比较低；33#试件> 34#试件> 35#试件，这3个试件尺寸参数相同，而材料配方不同，其中，35#试件的裂纹扩展温度最低，其抗开裂能力最好。
[0126]综合实施例2中的测量结果可知，缺陷(预制裂纹)的设置，使得试件的断裂位置可控，且，测量数据的分布趋势基本一致(即测量数据基本由平行试件的制备材料决定，而缺陷形式基本不影响测量数据的分布趋势)，基本消除了其他因素对测量结果的干扰，使得测量结果具有很好的重现性。
[0127]实施例4，为了与现有技术进行对比，以便更好的体现本实用新型的有益效果，以下还提供了两组试件试验结果重现性的对比试验。
[0128]41#试件和42#试件，为5#环氧砂浆材料制成的2个平行试件，长X宽X高=200mmX 40mmX 20mm,试件未设置缺陷；
[0129]43#试件和44#试件，为6#环氧砂浆材料制成的2个平行试件，长X宽X高=200mmX 40mmX 20mm,中部位置设有一个长条形缺陷(预制裂纹)，裂纹长度5mm,贯穿20mm厚度方向，裂纹宽度为0.07mm；
[0130]采用相同的设备和条件对试件进行冻断试验，并测得各对比试件的冻断温度。
[0131]图6 (a)和图6 (b)为41#和42#试件的试验曲线，两个试件的冻断温度分别为-ll°c和-6°C，断裂位置为头部设备连接处；
[0132]图7 (a)和图7 (b)为43#和44#试件的试验曲线，两个试件的裂纹扩展温度(冻断温度)分别为-13.08°C和-13.04°C，断裂位置为预设裂纹处；
[0133]将测量结果进行对比可知，现有技术的试验方法中，存在测量结果不一致的情况，其重现性较低，难以控制，测量结果的准确度低，要想消除各因素的影响，获得较准确的结果，需要使用多个平行试件进行试验，操作复杂，成本高。
[0134]根据上述试验结果的比对可知，采用本实用新型的试件所测得的横向比较结果与现有技术相比能更准确的反应实际情况。
[0135]本实用新型的试件，通过在试件本体预制作为裂纹源的预制裂纹，使得测量数据更加集中，使得所测结果的物理意义明确，使得对于裂纹扩展温度的测定更准确，在通过测量刚性、半刚性材料的裂纹扩展温度来评价其低温抗开裂性能时，相较现有技术能够评定更准确，并且评定结果相较现有技术更符合产品的实际使用状况，并且试验结果具有很好的重现性；[0136]本实用新型的测量设备，使得测量简单易行、结果准确。
【权利要求】
1.一种评价材料的低温抗开裂性能的试件，用于破坏性裂纹扩展测试，能够用于测量刚性、半刚性材料的裂纹扩展温度，其特征在于:包括试件本体，所述试件本体设有第一面和与之相对的第二面，所述试件本体的第一面和第二面之间设有作为裂纹源的预制裂纹，该预制裂纹在试件本体受到拉应力时发生扩展。
2.如权利要求1所述的试件，其特征在于:所述预制裂纹为狭长状，其延伸方向与所述力的方向呈90°的角度。
3.如权利要求1所述的试件，其特征在于:所述预制裂纹的长度为所述试件本体宽度的 1/10 至 1/2。
4.如权利要求1所述的试件，其特征在于:所述预制裂纹不延伸至试件本体的边缘。
5.如权利要求1所述的试件，其特征在于:所述预制裂纹设于试件本体的中部位置。
6.如权利要求1所述的试件，其特征在于:所述预制裂纹的深度贯穿所述试件本体的厚度。
7.如权利要求1所述的试件，其特征在于:所述试件本体为平板状，所述预制裂纹沿平板状试件本体的板面延伸。
8.如权利要求1所述的试件，其特征在于:所述预制裂纹的宽度<0.07mm。
9.如权利要求1所述的试件，其特征在于，所述预制裂纹的形式为: 成型所述试件本体时通过夹持异物在试件本体中形成的空间缝隙。
10.如权利要求9所述的试件，其特征在于:所述异物与试件本体的接触面是不粘连试件本体的表面。
11.如权利要求9所述的试件，其特征在于:所述异物为薄片状。
12.如权利要求9所述的试件，其特征在于，所述预制裂纹的形式为:成型所述试件本体时通过夹持异物在试件本体中形成的填充有所述异物的夹层。
13.如权利要求12所述的试件，其特征在于:所述异物与试件本体的接触面是不粘连试件本体的表面。
14.如权利要求12所述的试件，其特征在于:所述预制裂纹的形式为夹层时， 所述异物的抗拉强度显著低于所述试件本体，或，所述异物的至少一个表面与试件本体之间设有防止二者粘连的防粘层。
15.如权利要求12所述的试件，其特征在于:所述异物为薄片状。
16.如权利要求1至15中任一项所述的试件，其特征在于:所述试件本体由刚性或半刚性的热固性或热塑性树脂材料制成。
17.—种可以供权利要求1至16中任一项所述的试件进行裂纹扩展性能测试的设备，其特征在于包括: 约束及伺服装置，用于保持试件在拉应力方向的几何尺寸不变； 降温装置，用于降低试件所处的环境温度，以使试件在在降温过程中呈收缩趋势，配合所述约束及伺服装置使得所述预制裂纹有扩展趋势；以及 测力装置和/或测温装置，所述测力装置与所述约束及伺服装置连接用于测量试件所受的拉应力值，所述测温装置设于降温装置中用于测量所述试件所处环境温度的值。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于:所述测力装置为力传感器，所述测温装置为温度传感器，所述约束及伺服装置为温度应力试验机，所述降温装置为高低温箱。
【文档编号】G01N33/44GK203758810SQ201420061367
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年2月11日 优先权日:2014年2月11日
【发明者】赵波, 李敬玮, 鲁一晖, 郝巨涛, 瞿杨, 刘增宏, 何旭升, 邓正刚, 李蓉, 王秀军 申请人:中国水利水电科学研究院, 北京中水科海利工程技术有限公司