用于水泥基材料试件施加恒定荷载的装置及其测试方法与流程

本发明属于建筑工程领域，特别涉及一种用于水泥基材料试件施加恒定荷载的装置及其测试方法。

背景技术：

在多种环境因素例如碳化、氯盐、硫酸盐、冻融、碱骨料反应等的作用下，混凝土耐久性由于其研究的必要性以及难度已成为科学工作者研究的热点。但是，混凝土结构所处的实际受力情况主要表现为持续静荷载或者交变荷载，所有的混凝土结构都不是仅仅承受环境因素的作用，荷载对混凝土的耐久性的影响作用不可忽视。因此，荷载与环境因素共同作用下混凝土结构的耐久性才能反映实际情况。目前常用的施加荷载的方法是采用三点弯曲施加荷载，该方法施加的荷载相对不稳定，并且没有稳定的受弯区域。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的问题，提供用于水泥基材料试件施加恒定荷载的装置及其测试方法，以精确评估实际环境中的混凝土等水泥基材料结构的性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

用于水泥基材料试件施加恒定荷载的装置，包括多组水泥基材料，所述装置还包括螺杆、螺母、支撑杆和弹簧；所述多组水泥基材料由上至下依次垂直设置，每组水泥基材料由2块试件组成，所述试件的中心处于同一直线；试件两端各设置有一个贯穿的孔洞，所述试件之间孔洞的位置上下对应；所述螺杆由下至上依次穿过孔洞将多组水泥基材料固定连接，螺杆穿过最上端的试件并延伸一定距离，螺杆的顶端设有与之配套的螺母；所述弹簧套接于延伸的螺杆柱体外围，弹簧的两端分别与试件和螺母相抵触；所述一组水泥基材料中，2块试件之间设有两个支撑杆，用于试块表面恒定荷载的施加。

本发明进一步解决的技术问题是，所述一组水泥基材料中，试件两端的孔洞处设有垫片。

本发明进一步解决的技术问题是，其特征在于：所述弹簧与螺母的连接处设有垫片；所述弹簧的一端通过垫片与螺母连接，弹簧的另一端通过垫片与试件连接。

本发明进一步解决的技术问题是，其特征在于：所述支撑杆为钢筋棒，所述支撑杆将两端螺杆之间距离三等分。

本发明进一步解决的技术问题是，所述试件两端的孔洞对称分布，孔洞中心距离端部20mm，且孔洞离试件端头的距离大于所述弹簧的外径。

本发明进一步解决的技术问题是，所述水泥基材料为砂浆试件或混凝土试件。

本发明还保护一种用于水泥基材料试件施加恒定荷载装置的测试方法，包括如下步骤：

步骤一、选取一块待测的水泥基材料试件，采用四点弯曲方法测出试件的极限抗折强度f；

步骤二、选取弹簧，将其放入压力试验机中测出弹簧的弹性模量e；

步骤三、将螺杆穿过待测水泥基材料试件两端的孔洞，并在试件孔洞处安装垫片，然后将弹簧套接于螺杆的上端，并通过顶部的螺母进行固定；

步骤四、确定需要加载的恒定荷载值f，根据步骤二测得的弹簧弹性模量e，按下式计算出在规定荷载值f下所需要的弹簧压缩量δl：

式中f是加载的恒定荷载值，s是弹簧受压面积，l是弹簧原长，e是弹簧弹性模量；

步骤五、拧动螺杆上端的螺母使弹簧压缩，直到弹簧达到步骤四计算出的压缩量时，停止拧动螺母，此时装置中的水泥基材料试件均承受恒定荷载的作用。

进一步的，所述步骤一中的四点弯曲方法具体为：将水泥基材料试件平放，保持试件其中一面与两个支撑点接触，另外一面与垫片接触，然后拧紧螺杆，使得所述试件其中的一面受到支撑点的作用力，另一面受到垫片的作用力，形成四点受力状态。

进一步的，所述步骤二中弹簧的外径为40mm，直径为5-6mm。

进一步的，所述步骤五中拧动螺母时，采用顺序多次少量的方式进行拧紧。避免受力过程中产生偏心受压。

本发明是根据四点弯曲原理设计出的可实现一次加载多个相同荷载水平的水泥基材料试件的装置，所述的水泥基材料由两块试件组成，试件之间安装两个支撑杆，相当于四点弯曲试验中的施力点，同时在每个试件孔洞处安装垫片，相当于四点弯曲试验中的受力点，通过弹簧的弯曲对水泥基材料试块整体受力，达到一次加载多个相同荷载的效果，有利于载荷施加的稳定性。

本发明的有益效果为：

本发明的一种用于水泥基材料试件施加恒定荷载的装置及其测试方法，根据四点弯曲原理可实现一次加载多个相同水平的荷载，提高了水泥基材料试件耐久性测试的稳定性。通过本发明所述的方法还可以实现在不同的环境条件对水泥基材料试件施加荷载，研究荷载状态下水泥基材料的性能反映实际情况；并且该方法可以对多个同尺寸的水泥基材料试件同时施加相同的荷载，保证同一组试件受力状态的一致性；对于常规的实验仪器只能对一定龄期的水泥基材料试件进行短时间内的加载破坏，而通过本发明中的方法可以对多个同尺寸的水泥基材料试件同时施加长期的恒定荷载。本发明装置结构简单，可根据需求对多组水泥基材料试件同时进行检测，提高试验效率，节约测试成本，适用范围广泛。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明试件的俯视图。

图中序号，1-螺杆、2-螺母、3-支撑杆、4-弹簧、5-试件、6-孔洞、7-垫片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的发明内容作进一步地说明。

参见图1-2，用于水泥基材料试件施加恒定荷载的装置，包括多组水泥基材料，所述装置还包括螺杆1、螺母2、支撑杆3和弹簧4；所述多组水泥基材料由上至下依次垂直设置，每组水泥基材料由2块试件5组成，所述试件5的中心处于同一直线；试件5两端各设置有一个贯穿的孔洞6，所述试件5之间孔洞6的位置上下对应；所述螺杆1由下至上依次穿过孔洞6将多组水泥基材料固定连接，螺杆1穿过最上端的试件并延伸一定距离，螺杆1的顶端设有与之配套的螺母2；所述弹簧4套接于延伸的螺杆1柱体外围，弹簧4的两端分别与试件5和螺母2相抵触；所述一组水泥基材料中，2块试件5之间设有两个支撑杆3，用于试块表面恒定荷载的施加。

本实施例中，所述一组水泥基材料中，试件5两端的孔洞6处设有垫片7。

本实施例中，所述弹簧4与螺母2的连接处设有垫片7；所述弹簧4的一端通过垫片7与螺母2连接，弹簧4的另一端通过垫片7与试件5连接。

本实施例中，所述支撑杆3为钢筋棒，所述支撑杆3将两端螺杆1之间距离三等分；优选的，支撑杆3之间的距离为47mm。

本实施例中，所述试件5两端的孔洞6对称分布，孔洞6中心距离端部20mm，且孔洞6离试件端头的距离大于所述弹簧4的外径。

本实施例中，所述水泥基材料为砂浆试件或混凝土试件。

采用上述装置进行水泥基材料试件施加恒定荷载的测试方法。

实施例1

制作水泥砂浆试件，所述水泥砂浆试件由标号为42.5普通硅酸盐水泥、标准砂以及水制备形成，试件尺寸40mm×40mm×160mm，选取5个试件标准养护到28d龄期后进行试验。选择其中的1个试件，采用采用四点弯曲方法测出试件的极限抗折强度为3.71kn，将其余的4个试件安装图1所示的方式组装至相应的位置；

选择外径为40mm，直径为5mm，长度l为180mm的弹簧放入压力机中测试得到弹簧的弹性系数e为11130n/m；

确定需要加载的恒定荷载值为施加抗拉极限应力水平的30％，通过计算试件两端的应力f为556.5n；

由弹簧的弹性系数以及公式计算得到在上述恒定荷载值作用下弹簧所需压缩量为0.05m。

拧动螺母，直到弹簧压缩量达到0.05m停止，拧动过程中采用顺序多次少量的方式进行拧紧，避免受力过程中产生偏心，此时4个砂浆试件均承受了30％应力水平的恒定荷载。

实施例2：

制作水泥砂浆试件，所述水泥砂浆试件由标号为42.5普通硅酸盐水泥、标准砂以及水制备形成，试件尺寸40mm×40mm×160mm，选取5个试件标准养护到28d龄期后进行试验。选择其中的1个试件，采用采用四点弯曲方法测出试件的极限抗折强度为3.71kn，将其余的4个试件安装图1所示的方式组装至相应的位置；

选择外径为40mm，直径为6mm，长度l为180mm的弹簧放入压力机中测试得到弹簧的弹性系数为27825n/m；

确定需要加载的恒定荷载值为施加抗拉极限应力水平的60％，通过计算试件两端的应力为1113n；

由弹簧的弹性系数以及公式计算得到在上述恒定荷载值作用下弹簧所需压缩量为0.04m。

拧动螺母，直到弹簧压缩量达到0.04m停止，拧动过程中采用顺序多次少量的方式进行拧紧，避免受力过程中产生偏心，此时4个砂浆试件均承受了60％应力水平的恒定荷载。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。