混凝土材料高温中抗压试验机及高温中抗压试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种混凝土材料力学性能试验机，尤其是一种用于普通混凝土、纤维 混凝土、再生混凝土、高强混凝土等材料高温中抗压强度和本构关系的试验机;还涉及混凝 土材料的力学性能试验方法，尤其是混凝土高温中抗压强度和本构关系的试验方法。
【背景技术】
[0002] 混凝土是工程建设中用途最广、用量最大的建筑材料。近年来，随着混凝土材料在 高层、高耸、大跨等特殊使用条件和严酷环境应用的深入，对混凝土材料高温抗火性能提出 了新的要求，急需相应的高温试验设备以研发混凝土材料的高温抗火性能。现有混凝土高 温抗压试验设备的升温系统和加载系统往往是分离的，不能进行严格意义上的高温中混凝 土抗压性能试验，只能进行高温后混凝土抗压性能试验和近似的高温中混凝土抗压性能试 验。高温后混凝土抗压性能试验是将混凝土材料放到升温设备中加热，达到目标值后停止 加热，待混凝土材料冷却后在加载设备上进行加载。近似的高温中混凝土抗压性能试验则 是在升温设备中的混凝土温度达到目标值后，立即用特制的高温钳等工具将处于高温状态 的混凝土材料放到抗压试验机上加载。实际应用中发现，不论是高温后抗压试验，还是近似 的高温中抗压试验，所得的混凝土高温中抗压试验结果与火灾高温中混凝土实际的抗压性 能均有较大差异。
[0003] 为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
【发明内容】
[0004] 技术人员经过长时间的技术攻关，终于发现产生上述问题的原因，混凝土高温中 抗压试验结果与火灾高温中混凝土实际的抗压性能差异较大的原因在于：由于混凝土高温 中抗压试验设备的升温系统与加载系统往往是分离的，不能实现升温与加载的协同，加载 时混凝土试件的温度总会不同程度的低于加热时的目标温度，混凝土试件在降温过程中， 外部降温快，内部降温慢，从而产生热应力梯度，造成混凝土材料的应力损伤，进而使所得 试验结果与火灾高温中混凝土的实际抗压性能产生差异。对于高温后混凝土抗压性能试 验，加载时混凝土的温度已降至常温，热应力损伤非常明显。对于近似的高温中混凝土抗压 性能试验，虽然混凝土试件从升温设备中取出后立即进行加载，温度下降较少，但由于加载 时的环境温度远低于升温设备中的温度，混凝土试件的热应力梯度较大，热应力损伤同样 不可忽视。
[0005] 在研发的过程中，技术人员遇到另一个技术问题，即量测混凝土变形量的位移计 放入升温设备中会被烧坏，若用耐高温压头的位移量近似代替混凝土试件的变形量存在非 常大的误差。经过技术人员的不懈攻关，找到了造成上述技术问题的原因：即在高温环境 中，耐高温压头和垫块均会出现变形，与混凝土试件的变形相比，耐高温压头和垫块的变形 量不可忽视。
[0006] 此外，按照我国现行有关试验方法标准和规范，混凝土材料性能(例如，抗压强度） 是根据相同条件下3个混凝土试件的试验结果确定的，因此，必须解决3个相同混凝土试件 在相同高温环境下升温和加载的问题。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：混凝土材料高温中抗压试 验机，包括用于对混凝土试件施加压力的加载设备、用于加热混凝土试件的升温设备以及 用于测量混凝土试件变形量的位移采集装置； 所述加载设备包括底座、固定于该底座上的立柱、设于所述立柱上且沿所述立柱上下 移动并定位的横梁、固定于横梁底部的上压板、固定于上压板底部的耐高温上压头、设于所 述底座上的下压板、设于所述下压板上的耐高温下压头以及用于对所述下压板施加向上作 用力的加载动力源； 所述升温设备包括高温炉支撑架、设于该高温炉支撑架上的高温炉以及设于高温炉内 的发热体，所述高温炉位于所述上压板和所述下压板之间，所述高温炉的顶板设置供所述 耐高温上压头向下穿入高温炉内部的上穿孔，所述高温炉的底板设置供所述耐高温下压头 向上穿入高温炉内部的下穿孔，所述上穿孔和所述下穿孔在竖直方向上正对设置； 所述位移采集装置包括设于所述耐高温上压头上的两个位移计、采集两个位移计信息 的位移计采集盒以及两个导杆结构，其中一个导杆结构的耐高温导杆长于另一个导杆结构 的耐高温导杆，所述高温炉的顶板上设有两个供两所述耐高温导杆穿过的导向孔。
[0008] 优选的，所述耐高温上压头包括固设于所述上压板上的上压头支座以及固设于所 述上压头支座上的上压头本体，所述耐高温下压头包括固设于所述下压板上的下压头支 座以及固设于所述下压头支座上的下压头本体。
[0009] 优选的，所述立柱上部设有螺纹，所述横梁上的两端转动设有螺母，所述横梁上设 有用于驱动两所述螺母转动的电机，所述横梁通过与所述立柱的螺纹配合实现上下移动并 定位。
[0010] 优选的，所述升温设备还包括温控系统和设于所述高温炉内的温度传感器，所述 发热体为碳硅棒，所述温控系统与所述温度传感器采样连接，所述温控系统与所述硅碳棒 电连接。
[0011]优选的，所述导杆结构包括设于所述上压头支座的底面上且具有压簧的弹簧座以 及顶部设于所述压簧底端的所述耐高温导杆，所述弹簧座的外侧沿轴向方向设有导向缝， 所述耐高温导杆的上端部设置横向压板，所述横向压板滑动插设在导向缝中且该横向压板 用于与相应的所述位移计的探测部顶压配合，所述位移计设于所述上压头支座的侧壁上。
[0012] 优选的，还包括推动装置，所述推动装置包括设于所述高温炉的底板内表面上且 与炉门垂直设置的耐高温导轨、设于所述下压头本体上的耐高温垫块、滑动插设于高温炉 侧壁上的推动杆以及驱动所述推动杆往复运动的动力源，所述耐高温垫块的底部设有与所 述耐高温导轨滑动配合的滑槽，所述推动杆用于推动所述耐高温垫块在所述耐高温滑轨上 滑动。
[0013] 优选的，所述动力源包括电机支架以及设于电机支架上的电机，所述电机支架包 括设置于所述高温炉后侧的两个水平布置的丝杠，电机与所述丝杠上的丝母驱动连接，丝 杠旁设有刻度尺。
[0014] 优选的，还包括计算机，所述计算机与所述位移计采集盒信息连接用于采集位移 计采集盒的位移信号，所述计算机与试验机控制盒控制连接以便通过试验机控制盒控制加 载动力源对所述下压板施加向上作用力并接收试验机控制盒反馈的荷载信号。
[0015] 利用混凝土高温中抗压试验机对混凝土进行高温中抗压试验的方法，包括如下步 骤： ① 将试验所用的3个混凝土试件放到高温炉中的耐高温垫块上，将钢制垫板设于混凝 土试件上、下两个面上； ② 打开炉门，沿高温炉内的耐高温导轨将3个放有混凝土试件的耐高温垫块推到高温 炉炉体最里面，即图2所示位置，此时最外面的第1个混凝土试件刚好位于可以直接加载进 行试验的加载位置； ③ 关闭高温炉炉门，在温控系统上设置温度加载制度，即升温速度和恒温时间，并开始 加热； ④ 炉内混凝土试件达到规定的目标温度和恒温时间后，启动加载设备，使下压板向上 移动，下压头本体顶起耐高温垫块后停止，启动横梁，使上压板向下移动，上压头本体与混 凝土试件上的钢垫板接触时停止； ⑤ 调整位移计和耐高温导杆的位置，使两个耐高温导杆分别顶住混凝土试件两端的钢 垫板，同时两个位移计分别顶住两个耐高温导杆上端部的横向压板； ⑥ 在计算机上设置压力加载制度并开始加载;此时下压板会按照设定的加载速度不断 向上移动，并依次通过下压头支座、下压头本体、耐高温垫块和钢垫板将荷载传递到混凝土 试件上，需要指出的是，上压头本体会随荷载的增大产生一定的变形，混凝土试件上端也会 有向上的移动；因此，需架设两个位移计分别量测才能准确测出混凝土试件上、下端部产生 的位移量； ⑦ 第1个混凝土试件加载结束后，存储试验数据;然后向下移动下压板，耐高温垫块回 落到导轨上，且下压头本体与耐高温垫块脱离接触后停止移动;接着向上移动横梁，耐高温 导杆与混凝土试件两端的钢垫板脱离接触后停止移动； ⑧ 启动推动装置的动力源，耐高温垫块在推动杆的作用下沿导轨向炉口方向移动，待 第2个混凝土试件移动到加载位置后停止移动； ⑨ 重复步骤④~⑥，对第2个混凝土试件加载;加载结束后重复步骤⑦~⑧，将第3个混 凝土试件移动到加载位置，再次重复步骤④~⑥，对第3个混凝土试件加载； ⑩ 3个混凝土试件全部加载完毕后，下压板回落到底，然后关闭加载设备和高温炉，并 打开炉门，待混凝土试件冷却后从炉内取出，试验完成。
[0016] 本发明相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，混凝土材料高温中抗压 试验机，将混凝土试验的升温设备和加载设备巧妙结合在一起，并辅以位移采集装置，形成 了可用于混凝土试件高温中抗压试验的综合试验系统，高温炉通过高温炉支撑架设于上压 板和下压板