混凝土传输性能测试系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种混凝土传输性能测试系统及方法，涉及混凝土耐久性能的研究及测试领域，主要目的是在对混凝土试块加载恒定压应力的情况下测试混凝土的传输性能。本发明的主要技术方案为：一种混凝土传输性能测试系统，包括：由四根拉杆，以及自下而上顺序穿套在拉杆上的下压板、限位阀、中压板、弹簧、上压板、垫圈和螺母组成的恒定压应力加载装置；以及由一个溶液槽、一个恒流泵、一个水箱和三根防腐软管组成的溶液循环供应装置。其中，下压板和中压板之间的距离大于混凝土试块的高度；限位阀、垫圈和螺母在每根拉杆上各设置一个；中压板下方设置一个接触部件，该部件的一端与所述中压板的下表面接触，另一端与混凝土试块接触。
【专利说明】混凝土传输性能测试系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及混凝土耐久性能的研究及测试领域，具体涉及一种混凝土传输性能测试系统及方法。
【背景技术】
[0002]混凝土性能在很大程度上取决于水泥浆体中气孔的数量、大小及分布，骨料性能以及浆体和骨料界面的性能。混凝土结构在服役过程中不可避免要受到荷载和环境等外在因素的影响，这些因素会导致混凝土的传输性能产生变化，从而影响混凝土结构的耐久性。
[0003]在以往开展的荷载对混凝土性能影响的研究中，主要采用一次预压荷载，然后卸载后再对混凝土进行传输性测试，但此种方法无法模拟混凝土在实际环境中持续承受荷载的情况，因而试验的数据可靠性存在较大误差。还有一种是对混凝土施加持续荷载，同时进行传输性测试，但目前用该方法进行研究的较少，主要原因是受试验加载装置的限制。因为用于施加恒定压应力的加载装置存在加载应力水平与稳定性有限、操作步骤繁琐、误差较大等缺点，最终会影响试验结果的准确性，而且这些加载装置施加的都是弯曲荷载，受载的试样在中性层两侧承受压应力和拉应力这两种截然不同的荷载作用，无法模拟实际环境中单独承受恒定压应力的情况，也无法满足便于拆卸、便于换装维护、精确测量等要求。并且目前还没有一种适合用于在施加持续荷载情况下测试混凝土传输性的溶液供应装置。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明实施例提供一种混凝土传输性能测试系统及测试方法，主要目的是在对混凝土试块加载恒定压应力的情况下测试混凝土的传输性能。
[0005]为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案:
[0006]一方面，本发明实施例提供了一种混凝土传输性能测试系统，该系统包括:放置混凝土试块的恒定压应力加载装置和溶液循环供应装置。
[0007]溶液循环供应装置，包括一个溶液槽、一个恒流泵、一个水箱和三根防腐软管，溶液装入溶液槽中密封，溶液槽中插入两根防腐软管，其中一根连接恒流泵，恒流泵另一端通过一根防腐软管连接至水箱，水箱的另一端连接插入溶液槽的另一根防腐软管，形成一个使溶液循环的回路。
[0008]水箱的开口与在恒定压应力加载装置中放置的混凝土试块密封接触，使所述溶液循环的回路为封闭式回路。
[0009]如前所述的混凝土传输性能测试系统，所述恒定压应力加载装置包括:
[0010]四根拉杆，以及自下而上顺序穿套在拉杆上的下压板、限位阀、中压板、弹簧、上压板、垫圈和螺母。
[0011]下压板用于放置混凝土试块，所述下压板和中压板之间的距离大于所述混凝土试块的高度。
[0012]限位阀、垫圈和螺母在每根拉杆上各设置一个，所述限位阀用于固定未加混凝土试块前由于重力而向下移动的中压板、弹簧和上压板。
[0013]在中压板下方设置一个接触部件，该接触部件的一端与所述中压板的下表面接触，另一端与混凝土试块接触，该接触部件用于在加压过程中将中压板的压应力均匀地传递给混凝土试块，使混凝土试块受力均匀。
[0014]如前所述的混凝土传输性能测试系统，所述混凝土恒定压应力加载装置中的接触部件为球面滚轴。
[0015]球面滚轴的上部为半圆形、下部为长方形。
[0016]中压板正中心位置有一个小于所述半圆形的凹槽，该凹槽的高度为中压板厚度的一半，并且小于所述半圆形的半径。
[0017]球面滚轴的半圆形大部分嵌入中压板中并可在其中自由转动，长方形下表面与混凝土试块接触。
[0018]如前所述的混凝土传输性能测试系统，所述混凝土恒定压应力加载装置中的接触部件为弹性部件；
[0019]弹性部件包括底座和设置在该底座上表面的弹性机构；所述底座的下表面与所述混凝土试块充分接触；所述弹性机构的顶端与所述中压板的下表面接触。
[0020]如前所述的混凝土传输性能测试系统，所述混凝土恒定压应力加载装置中的拉杆上均设置有应变计，所述应变计设置在所述中压板和下压板之间。
[0021]如前所述的混凝土传输性能测试系统，所述弹簧为碟形弹簧，其每根拉杆上的数量为40个。
[0022]如前所述的混凝土传输性能测试系统，所述上压板分为上、下两部分:
[0023]上半部分的上表面在所述螺母拧到最低时高于所述四根拉杆的上表面；
[0024]下半部分开有4个与所述四根拉杆相匹配的圆孔。
[0025]如前所述的混凝土传输性能测试系统，所述恒定压应力加载装置包括:
[0026]四根拉杆，以及自下而上顺序穿套在拉杆上的下压板、中压板、弹簧、上压板、垫圈和螺母。
[0027]下压板用于放置混凝土试块，所述下压板和中压板之间的距离大于所述混凝土试块的高度。
[0028]垫圈和螺母在每根拉杆上各设置一个。
[0029]另一方面，本发明实施例提供了一种混凝土传输性能测试方法，应用于上述的混凝土传输性能测试系统，该方法包括:
[0030]将恒定压应力加载装置中的4个限位阀尽量向上固定于拉杆上；
[0031]将混凝土试块放于下压板和中压板之间，放置好后松开限位阀，调整混凝土试块位置让中压板下端的接触部件下表面充分接触混凝土试块；
[0032]将所述恒定压应力加载装置放置在压力试验机上，所述上压板上表面充分接触压力试验机上压板，所述下压板充分接触压力试验机下压板；
[0033]启动压力试验机持续加压，直到装置拉杆侧面黏贴的应变计上显示的应变数值达到预定要求，停止加载，控制压力试验机荷载稳定；
[0034]均匀缓慢地拧紧4个螺母，在拧紧螺母的过程中，弹簧逐渐被压缩开始蓄能，压力试验机显示的荷载逐渐下降，当压力试验机荷载刚好为O时，将恒定压应力加载装置从压力试验机上取下来连接溶液循环供应装置；
[0035]装配好所述溶液循环供应装置，选择混凝土试块的一个光滑侧面，将所述溶液循环供应装置中的水箱密封固定于此侧面上；
[0036]在溶液槽中装入溶液密封后在其下方放置一台称重仪记录其初始重量，试验过程中每隔固定的一段时间称重记录一次，开动恒流泵，使溶液在溶液循环供应装置中循环，使溶液能连续不断的接触该混凝土侧面；
[0037]达到预定试验时间后根据用溶液传输速率和渗透深度测试混凝土的传输性能。
[0038]如前所述的混凝土传输性能测试方法，所述根据用溶液传输速率和渗透深度测试混凝土的传输性能包括:
[0039]根据称重试验结果计算溶液质量的减少速率，得到溶液传输速率。
[0040]将混凝土试块卸下沿着安装水箱的一段横向劈裂后，用显色法测试溶液渗透深度。
[0041]用溶液传输速率和渗透深度表征混凝土的传输性能。
[0042]本发明实施例提供的混凝土传输性能测试系统中的混凝土恒定压应力加载装置，通过螺母固定上压板，再利用碟形弹簧的弹性形变蓄能，可以对混凝土试块加载大载荷的恒定压应力，同时通过在中压板下方设置的接触部件，使该装置加载的恒定压应力加载更加稳定，在采用了限位阀后，使混凝土试块的放置更加便捷，由于整个装置是由四根拉杆串接而成，使得该装置的整体结构简单，便于拆卸及维修保养。而本发明实施例提供的混凝土传输性能测试系统，通过恒定压应力加载装置和溶液循环供应装置的配合，可以模拟出实际工程中不同水平的恒定压应力以及溶液侵蚀等混凝土构件的真实工况，再结合本发明实施例提供的混凝土传输性能测试方法，使该测试系统所测试出的数据结果更加具有工程参考价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1为本发明实施例提供的混凝土传输性能测试系统结构示意图；
[0044]图2为本发明实施例提供的另一种混凝土传输性能测试系统结构示意图；
[0045]图3为本发明实施例提供的混凝土恒定压应力加载装置的结构示意图；
[0046]图4为本发明实施例提供的恒定压应力加载装置球面滚轴的侧面图和俯视图；
[0047]图5为本发明实施例提供的恒定压应力加载装置中压板的俯视图和侧面图；
[0048]图6为本发明实施例提供的另一种混凝土恒定压应力加载装置结构示意图；
[0049]图7为本发明实施例提供的恒定压应力加载装置拉杆的侧面图；
[0050]图8为本发明实施例提供的恒定压应力加载装置下压板的俯视图和侧面图；
[0051]图9为本发明实施例提供的恒定压应力加载装置上压板的侧面图和俯视图；
[0052]图10为本发明实施例提供的恒定压应力加载装置限位阀的侧面图和俯视图。
【具体实施方式】
[0053]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，但附图和实施例都仅是用于说明本发明的技术方案，其中各部件的具体结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换或改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
[0054]本发明实施例提供了一种混凝土传输性能测试系统，如图1所示，包括:放置混凝土试块的恒定压应力加载装置和溶液循环供应装置。
[0055]混凝土恒定压应力加载装置，如图3所示，该装置包括:四根拉杆8，以及自下而上顺序穿套在拉杆上的下压板9、限位阀7、中压板5、弹簧4、上压板3、垫圈2和螺母I。
[0056]其中，下压板9用于放置混凝土试块，所述下压板9和中压5板之间的距离大于所述混凝土试块的高度；
[0057]限位阀7、垫圈2和螺母I在每根拉杆上各设置一个，限位阀7用于固定未加混凝土试块前由于重力而向下移动的中压板5、弹簧4和上压板3 ；
[0058]在中压板5下方设置一个接触部件6，该接触部件的一端与所述中压板5的下表面接触，另一端与混凝土试块接触，该接触部件6用于在加压过程中将中压板的压应力传递给混凝土试块，使混凝土试块受力均匀。
[0059]溶液循环供应装置，包括一个溶液槽10、一个恒流泵11、一个水箱12和三根防腐软管13，溶液装入溶液槽10中密封，溶液槽10中插入两根防腐软管13，其中一根连接恒流泵11，恒流泵11另一端通过一根防腐软管连接至水箱12，水箱12的另一端连接插入溶液槽10的另一根防腐软管，形成一个使溶液循环的回路；其中水箱12的开口与在恒定压应力加载装置中放置的混凝土试块密封接触，使溶液循环的回路为封闭式回路。
[0060]该混凝土传输性能测试系统中的恒定压应力加载装置可以为上述的混凝土恒定压应力加载装置，也可以是其他形式的恒定压应力加载装置，具体的本发明实施例对此不进行限制。
[0061]当该恒定压应力加载装置为上述的恒定压应力加载装置时，本发明实施例提供的混凝土传输性能测试系统中的溶液循环供应装置的水箱12与放置在该恒定压应力加载装置上的混凝土试块密封连接。
[0062]本发明实施例还提供一种混凝土传输性能测试系统，如图2所示，该混凝土恒定压应力加载装置为:
[0063]四根拉杆26，以及自下而上顺序穿套在拉杆上的下压板27、中压板25、弹簧24、上压板23、垫圈22和螺母21 ;其中，下压板27用于放置混凝土试块，下压板27和中压板25之间的距离大于混凝土试块的高度，并且垫圈22和螺母21在每根拉杆上各设置一个。
[0064]该混凝土传输性能测试系统中的溶液循环供应装置与前述的本发明实施例提供的混凝土传输性能测试系统中的溶液循环供应装置相同，也是通过水箱12与放置在该恒定压应力加载装置上的混凝土试块密封连接。
[0065]如图1所示，混凝土传输性能测试系统中混凝土恒定压应力加载装置的接触部件可以为球面滚轴，也可以为弹性部件，具体的本发明实施例对此不进行限制，其只要能够起到一端与混凝土试块上表面接触，另一端与中压板接触，在中压板向下运动时，能将压应力完整均匀地传递给混凝土试块即可。
[0066]当所述接触部件为球面滚轴时，如图4所示，该球面滚轴的上部为半圆形、下部为长方形，在中压板5下表面正中心位置有一个小于所述半圆形的凹槽,如图5所不,该凹槽的高度为中压板厚度的一半，并且小于所述半圆形半径，使球面滚轴6的半圆形大部分嵌入中压板5中并可在其中自由转动，球面滚轴6下部长方形的下表面与混凝土试块上表面接触。
[0067]当所述接触部件为弹性部件时，如图6所示，在中压板5下方设置的接触部件可以为一弹性部件，该弹性部件包括底座和设置在该底座上表面的弹性机构，其中底座的下表面与混凝土试块充分接触，弹性机构的顶端与中压板5的下表面接触。
[0068]上述的混凝土恒定压应力加载装置的四根拉杆上均设置有应变计20，如图3中所示，应变计20黏贴在中压板5和下压板9之间。
[0069]进一步的，上述的混凝土恒定压应力加载装置所用弹簧为碟形弹簧，该碟形弹簧又名贝勒维尔垫圈，其与一般弹簧不同，该碟形弹簧的主要特点是:弹性模量高、行程短、组合使用方便、维修换装容易和安全性能高等，尤其能在较小的空间内承受极大的荷载。碟形弹簧单位体积的变性能较大，特别是采用叠加组合时，由于表面摩擦阻力作用，吸收冲击和消散能量的作用明显。本装置根据施加荷载范围计算后，在每根拉杆上可以各使用40个40*20.4*1.5*1.15mm的碟形弹簧叠加组合使用，但具体的本发明实施例对此也不进行限制，可以根据具体的使用需求设置碟形弹簧的数量，例如30个，或者35个等。
[0070]上述的混凝土恒定压应力加载装置中，四根拉杆8分别从下压板9四个角上的圆孔穿过，拉杆8最下端一段直径大于其上面的部分，如图7所示，并且这一段高度要小于下压板9厚度的一半，下压板9四个角上的圆孔与拉杆8下端相配套，为下部分的孔径大、上部分的孔径小，如图8所示，二者穿套连接后使用以达到相互固定的作用；中压板5和上压板3四个角上均设有圆孔，孔径大于拉杆8上面部分的直径，将限位阀7、中压板5、碟形弹簧4及上压板3依次从拉杆8的上端穿过，套装在四根拉杆8之间并可上下滑动，拉杆8的上端用垫圈2和螺母I固定，且拉杆8的上沿高于螺母I的上沿。
[0071]如图7和图9所示，图7中拉杆8上端有一段螺纹与螺母I相配套，有螺纹的这一段长度要小于图9中上压板3的总高度，以保证该装置上压板3的上表面与压力试验机上压板的下表面能够在加压过程中一直接触，从而借助于压力试验机进行加压操作。
[0072]如图10和图7所示，图10中限位阀7中心的圆孔直径与图7中的拉杆8上端的直径一致，两者相配套，限位阀7可通过一侧的螺丝固定在拉杆8上。
[0073]上述混凝土传输性能测试系统中的混凝土恒定压应力加载装置，所用的螺母I均为防松螺母。
[0074]基于上述混凝土传输性能测试系统，本发明实施例提供一种混凝土传输性能测试方法，该方法具体包括以下步骤:
[0075]1.将恒定压应力加载装置中的4个限位阀尽量向上固定于拉杆上，使得下压板与中压板之间的距离大于混凝土试块的高度。
[0076]2.将混凝土试块放于下压板和中压板之间，放置好后松开限位阀，调整混凝土试块位置让中压板下端的接触部件下表面充分接触混凝土试块。
[0077]3.将恒定压应力加载装置放置在压力试验机上，该装置的上压板上表面充分接触压力试验机上压板，该装置的下压板充分接触压力试验机下压板。
[0078]4.启动压力试验机持续加压，直到装置拉杆侧面黏贴的应变计上显示的应变数值达到预定要求，停止加载，控制压力试验机使荷载稳定。
[0079]5.均匀缓慢地拧紧4个螺母，在拧紧螺母的过程中，碟形弹簧逐渐被压缩开始蓄能，压力试验机显示的荷载逐渐下降，当压力试验机荷载刚好为O时，碟形弹簧也刚好被压缩到预定位置，这时就可以将恒定压应力加载装置从压力试验机上取下来连接溶液循环供应装置。
[0080]6.装配好所述溶液循环供应装置，选择混凝土试块的一个光滑侧面，将溶液循环供应装置中的水箱密封固定于此侧面上。
[0081]7.在溶液槽中装入溶液密封后，在其下方放置一台称重仪记录其初始重量，试验过程中每隔固定的一段时间称重记录一次，同时开动恒流泵，使溶液在溶液循环供应装置中循环，这样溶液能连续不断的接触该混凝土侧面。
[0082]8.达到预定试验时间后根据用溶液传输速率和渗透深度测试混凝土的传输性能。
[0083]其中，在根据用溶液传输速率和渗透深度测试混凝土的传输性能时，可以采用但不局限于以下的方法，该方法包括:
[0084]根据称重试验结果计算溶液质量的减少速率，得到溶液传输速率；
[0085]将混凝土试块卸下沿着安装水箱的一段横向劈裂后，用显色法测试溶液渗透深度；
[0086]用溶液传输速率和渗透深度表征混凝土的传输性能。
[0087]本发明实施例提供的混凝土恒定压应力加载装置，通过螺母I固定上压板3，再利用碟形弹簧4的弹性形变蓄能，对混凝土试块加载大载荷的恒定压应力，同时通过在中压板5下方设置的接触部件6，使该装置加载的恒定压应力加载更加稳定，在采用了限位阀7后，使混凝土试块的放置更加便捷，由于整个装置是由四根拉杆8串接而成，使得该装置的整体结构简单，便于拆卸及维修保养。而本发明实施例提供的混凝土传输性能测试系统，通过恒定压应力加载装置和溶液循环供应装置相配合，可以模拟出实际工程中不同水平的恒定压应力以及溶液侵蚀等混凝土构件的真实工况，再结合本发明实施例提供的混凝土传输性能测试方法，使该测试系统所测试出的数据结果更加具有工程参考价值。
[0088]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种混凝土传输性能测试系统，其特征在于，包括:放置混凝土试块的恒定压应力加载装置和溶液循环供应装置； 溶液循环供应装置，包括一个溶液槽、一个恒流泵、一个水箱和三根防腐软管，溶液装入溶液槽中密封，溶液槽中插入两根防腐软管，其中一根连接恒流泵，恒流泵另一端通过一根防腐软管连接至水箱，水箱的另一端连接插入溶液槽的另一根防腐软管，形成一个使溶液循环的回路； 所述水箱的开口与在恒定压应力加载装置中放置的混凝土试块密封接触，使所述溶液循环的回路为封闭式回路。
2.根据权利要求1所述的混凝土传输性能测试系统，其特征在于，所述恒定压应力加载装置包括: 四根拉杆，以及自下而上顺序穿套在拉杆上的下压板、限位阀、中压板、弹簧、上压板、垫圈和螺母； 所述下压板用于放置混凝土试块，所述下压板和中压板之间的距离大于所述混凝土试块的高度； 所述限位阀、垫圈和螺母在每根拉杆上各设置一个，所述限位阀用于固定未加混凝土试块前由于重力而向下移动的中压板、弹簧和上压板； 在所述中压板下方设置一个接触部件，该接触部件的一端与所述中压板的下表面接触，另一端与混凝土试块接触，该接触部件用于在加压过程中将中压板的压应力均匀地传递给混凝土试块，使混凝土试块受力均匀。
3.根据权利要求2所述的混凝土传输性能测试系统，其特征在于，所述混凝土恒定压应力加载装置中的接触部件为球面滚轴； 所述球面滚轴的上部为半圆形、下部为长方形； 所述中压板正中心位置有一个小于所述半圆形的凹槽，该凹槽的高度为中压板厚度的一半，并且小于所述半圆形的半径； 所述球面滚轴的半圆形大部分嵌入中压板中并可在其中自由转动，所述长方形下表面与所述试块接触。
4.根据权利要求2所述的混凝土传输性能测试系统，其特征在于，所述混凝土恒定压应力加载装置中的接触部件为弹性部件； 所述弹性部件包括底座和设置在该底座上表面的弹性机构；所述底座的下表面与所述混凝土试块充分接触；所述弹性机构的顶端与所述中压板的下表面接触。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的混凝土传输性能测试系统，其特征在于，所述混凝土恒定压应力加载装置中的拉杆上均设置有应变计，所述应变计设置在所述中压板和下压板之间。
6.根据权利要求5所述的混凝土传输性能测试系统，其特征在于，所述弹簧为碟形弹簧，其每根拉杆上的数量为40个。
7.根据权利要求6所述的混凝土传输性能测试系统，其特征在于，所述上压板分为上、下两部分: 上半部分的上表面在所述螺母拧到最低时高于所述四根拉杆的上表面； 下半部分开有4个与所述四根拉杆相匹配的圆孔。
8.根据权利要求1所述的混凝土传输性能测试系统，其特征在于，所述恒定压应力加载装置包括: 四根拉杆，以及自下而上顺序穿套在拉杆上的下压板、中压板、弹簧、上压板、垫圈和螺母; 所述下压板用于放置混凝土试块，所述下压板和中压板之间的距离大于所述混凝土试块的高度； 所述垫圈和螺母在每根拉杆上各设置一个。
9.一种混凝土传输性能测试方法，应用于上述权利要求4-6中任一项所述的混凝土传输性能测试系统，其特征在于，包括: 将恒定压应力加载装置中的4个限位阀尽量向上固定于拉杆上； 将混凝土试块放于下压板和中压板之间，放置好后松开限位阀，调整混凝土试块位置让中压板下端的接触部件下表面充分接触混凝土试块； 将所述恒定压应力加载装置放置在压力试验机上，所述上压板上表面充分接触压力试验机上压板，所述下压板充分接触压力试验机下压板； 启动压力试验机持续加压，直到装置拉杆侧面黏贴的应变计上显示的应变数值达到预定要求，停止加载，控制压力试验机荷载稳定； 均匀缓慢地拧紧4个螺母，在拧紧螺母的过程中，弹簧逐渐被压缩开始蓄能，压力试验机显示的荷载逐渐下降，当压力试验机荷载刚好为O时，将恒定压应力加载装置从压力试验机上取下来连接溶液循环供应装置； 装配好所述溶液循环供应装置，选择混凝土试块的一个光滑侧面，将所述溶液循环供应装置中的水箱密封固定于此侧面上； 在溶液槽中装入溶液密封后在其下方放置一台称重仪记录其初始重量，试验过程中每隔固定的一段时间称重记录一次，开动恒流泵，使溶液在溶液循环供应装置中循环，使溶液能连续不断的接触该混凝土侧面； 达到预定试验时间后根据用溶液传输速率和渗透深度测试混凝土的传输性能。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据用溶液传输速率和渗透深度测试混凝土的传输性能包括: 根据称重试验结果计算溶液质量的减少速率，得到溶液传输速率； 将混凝土试块卸下沿着安装水箱的一段横向劈裂后，用显色法测试溶液渗透深度； 用溶液传输速率和渗透深度表征混凝土的传输性能。
【文档编号】G01N33/38GK104198684SQ201410439247
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】姚燕, 王振地, 王玲, 杜鹏 申请人:中国建筑材料科学研究总院