一种多因素条件下混凝土耐久性试验动态加载装置与方法与流程

本发明属于混凝土耐久性研究技术领域，适用于多因素条件作用下混凝土加载试验研究，特别涉及一种多因素条件下混凝土耐久性试验动态加载装置与方法。

背景技术：

近年来，我国西部盐湖地区的混凝土耐久性问题越来越受到人们的重视，通过模拟盐湖地区环境来分析研究混凝土的结构耐久性可以有效地开展盐湖地区混凝土耐久性试验研究。西部盐湖地区多因素下混凝土结构腐蚀破坏是由盐卤环境、冻融环境、干湿环境，荷载等多种因素共同作用下形成的，在模拟盐湖地区多因素过程中，试样加载方式多通过扭矩扳手、试验压力机等进行静荷加载，试验过程中试件所受载荷会受到多种因素作用的影响发生变化(试样尺寸变化、螺杆变形等均会改变试样压力大小)，因此静态加载方式不能反应混凝土作业过程中的真实情况，并且加载试样受到盐卤离子侵蚀、冻融循环等多种因素的影响，持荷试件的加载及载荷控制比较困难。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多因素条件下混凝土耐久性试验动态加载装置，可通过调节试样架尺寸，满足不同目的、不同尺寸试样需求，保证了试样受力平衡，可定量施加试验所需荷载，加载平稳，操作简单，精度准确；通过plc，可根据冻融温度、盐卤离子浓度等反馈参数控制加载、保持载荷、卸载，装置各部件全部采用优质钢制作，并进行表面处理防止盐卤溶液中有害离子的腐蚀，可将试件和加载装置一起置于冻融、盐卤、加载等环境的试验箱，实现多因素损伤研究。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多因素条件下混凝土耐久性试验动态加载装置，包括用于安装混凝土试样的试样架1，最上方的混凝土试样上设置有用于对混凝土试样传递压力的加圧板3，在试样架1的上位于试样正上方固定连接有液压缸4，液压缸4上安装的压杆向下对加圧板3施加压力，液压缸4通过压力变送器5连接plc7向其传递压力信号，在混凝土试样处设置用于采集多因素条件信号的传感器6，传感器6连接plc7，plc7通过控制线路8连接液压站及蓄能器9，根据所述压力信号和多因素条件信号生成压力调整信号传递给液压站或蓄能器9，液压站或蓄能器9通过油管10连接液压缸4根据所述压力调整信号控制其压力变化。

所述试样架1上设置有若干位于不同水平面的试样隔板2，以将多个混凝土试样在竖直方向上相互隔开。

所述混凝土试样采用四分点加载，试样隔板2上下两面各有两条平行于试样隔板边缘且与边缘等距的半圆形凸起，混凝土试样数目通过调节试样架1上四个规格相同的螺杆长度与试样隔板2的数目改变，混凝土试样与试样隔板2之间采用四点半圆形凸起进行压力传递。

所述加圧板3根据混凝土试样外形设计为方形、矩形或圆形；所述压杆与液压缸4采用铰链、旋转球体或弹簧连接方式，保证混凝土试样受压均匀平稳。

加压方式为动态加载，最大压力上限为混凝土试样轴心抗压强度fc，加载速率、卸压速率、加压时间根据试验目的及相关要求情况下混凝土试样受力方式要求确定。

所述传感器6包括温度传感器、离子浓度传感器、压力传感器、ph传感器中的任一种或者多种。

所述温度传感器为接触式热电阻型温度传感器，将温度信号以电阻变化改变电流大小的形式进行收集，收集的电流信号直接传递给plc7，通过设定plc7将电流信号与压力信号转换，将压力调整信号传递给液压站及蓄能器9，由液压站及蓄能器9控制液压缸4的压力变化；

所述离子浓度传感器为膜式离子传感器，被测离子与敏感膜上的离子识别材料有选择性地结合，从而发生膜电位或膜电流的改变，将这些电位或电流信号变化传递给plc7，通过设定plc7将压力调整信号传递给液压站及蓄能器9，由液压站及蓄能器9控制液压缸4的压力变化；

所述压力传感器为压阻式压力传感器，将压力变化转化为电压或电阻变化，变化信号传递给plc7，通过设定plc7将压力调整信号传递给液压站及蓄能器9，由液压站及蓄能器9控制液压缸4的压力变化；

所述ph传感器将溶液中的测量电位与传感器中参比溶液电位的电位差转化为电信号，plc7将电信号转变为压力调整信号，然后将压力调整信号传递给液压站或蓄能器9，由液压站或蓄能器9控制液压缸4的压力变化。

所述传感器6工作过程中均经过表面处理使其能够不受损害且正常工作，其信号采集的周期为plc7加载、保压或卸载、保压的持续时间。

对于给定的试验目的，以及相应的试验要求，所述加载装置可预设载荷调控程序，也可人工调整编制相应控制程序，将收到的传感器信号处理后，给出相应的调控作业。

本发明还提供了一种利用所述多因素条件下混凝土耐久性试验动态加载装置的动态加载方法，将所述加载装置设置于提供各多因素的设备中模拟作业环境，具体步骤如下：

1、将混凝土试样放置于加压板3与试样架1的底板之间，多个混凝土试样通过试样隔板2传递压力，通过压杆和加圧板3施加压力；

2、根据传感器6接收的多因素条件信号和液压缸4通过压力变送器5反馈给plc7的压力信号，plc7通过控制液压站及蓄能器9来调节液压缸4的压力变化。

与现有技术相比，本发明装置可对试样所受压力进行实时监测并调整，同一系统可控制多组试样架，试样架与加圧板之间可放置数块用于测试多因素条件下混凝土耐久性的试样，试样之间通过试样隔板分开，同时可通过调节试样架尺寸，满足不同目的、不同尺寸试样需求，加压板与液压缸铰链联接，保证了试样受力平衡，可定量施加试验所需荷载，加载平稳，操作简单，精度准确；通过plc，可根据冻融温度、盐卤离子浓度等反馈参数控制加载、保持载荷、卸载，装置各部件全部采用优质钢制作，并进行表面处理防止盐卤溶液中有害离子的腐蚀，可将试件和加载装置一起置于冻融、碳化等仪器的试验箱，实现多因素损伤研究。

附图说明

图1是本发明结构示意图。图中，1、试样架，2、试样隔板，3、加压板，4、液压缸，5、压力变送器，6、传感器7、可编程逻辑控制器(plc)，8、控制线路，9、液压站及蓄能器，10、油管。

图2是试样隔板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，一种多因素条件下混凝土耐久性试验动态加载装置，包括用于安装混凝土试样的试样架1，试样架1由四个相同规格的特制螺杆联结。试样架1上设置有若干位于不同水平面的试样隔板2，以将多个混凝土试样在竖直方向上相互隔开。

混凝土试样采用四分点加载，如图2所示，试样隔板2上下两面各有两条平行于试样隔板边缘且与边缘等距的半圆形凸起，混凝土试样数目通过调节试样架1上四个规格相同的螺杆长度与试样隔板2的数目改变，混凝土试样与试样隔板2之间采用四点半圆形凸起进行压力传递。

试样架1最上方的混凝土试样上设置有用于对混凝土试样传递压力的加圧板3，加圧板3根据混凝土试样外形设计为方形、矩形或圆形，加压板3可与油缸压杆联接，与试样上部表面接触；在试样架1的上位于试样正上方固定连接有液压缸4，液压缸4上安装的压杆向下对加圧板3施加压力，压杆与液压缸4采用铰链、旋转球体或弹簧连接方式，保证混凝土试样受压均匀平稳。加压方式为动态加载，最大压力上限为混凝土试样轴心抗压强度fc，加载速率、卸压速率、加压时间根据试验目的及相关要求情况下混凝土试样受力方式要求确定。

液压缸4通过压力变送器5连接plc7向其传递压力信号，加载，卸载由plc控制，液压站及蓄能器保证载荷变化平稳。在混凝土试样处设置用于采集多因素条件信号的传感器6，传感器6连接plc7，plc7通过控制线路8连接液压站及蓄能器9，根据压力信号和多因素条件信号生成压力调整信号传递给液压站或蓄能器9，液压站或蓄能器9通过油管10连接液压缸4根据压力调整信号控制其压力变化。

传感器6包括温度传感器、离子浓度传感器、压力传感器、ph传感器中的任一种或者多种。其中：

温度传感器为接触式热电阻型温度传感器，将温度信号以电阻变化改变电流大小的形式进行收集，收集的电流信号直接传递给plc7，通过设定plc7将电流信号与压力信号转换，将压力调整信号传递给液压站及蓄能器9，由液压站及蓄能器9控制液压缸4的压力变化；

离子浓度传感器为膜式离子传感器，被测离子与敏感膜上的离子识别材料有选择性地结合，从而发生膜电位或膜电流的改变，将这些电位或电流信号变化传递给plc7，通过设定plc7将压力调整信号传递给液压站及蓄能器9，由液压站及蓄能器9控制液压缸4的压力变化；

压力传感器为压阻式压力传感器，将压力变化转化为电压或电阻变化，变化信号传递给plc7，通过设定plc7将压力调整信号传递给液压站及蓄能器9，由液压站及蓄能器9控制液压缸4的压力变化；

ph传感器将溶液中的测量电位与传感器中参比溶液电位的电位差转化为电信号，plc7将电信号转变为压力调整信号，然后将压力调整信号传递给液压站或蓄能器9，由液压站或蓄能器9控制液压缸4的压力变化。

传感器6工作过程中均经过表面处理使其能够不受损害且正常工作，其信号采集的周期为plc7加载、保压或卸载、保压的持续时间。

对于给定的试验目的，以及相应的试验要求，加载装置可预设载荷调控程序，也可人工调整编制相应控制程序，将收到的传感器信号处理后，给出相应的调控作业。plc7根据试验要求将上述多种信号与试样所持压力进行编程对试样的压力变化进行实时控制。

根据测试试样尺寸及数量可选择试样隔板2、加压板3、液压缸4、压力变送器5、满足不同试验要求的传感器6、可编程逻辑控制器(plc)7、控制线路8、液压站及蓄能器9、与液压缸上下腔体连接的输油管10与试样11，装置各部件全部采用优质钢制作，并进行表面处理防止盐卤溶液中有害离子腐蚀，将加载装置设置于提供各多因素的设备中模拟作业环境，具体步骤如下：

1、将混凝土试样放置于加压板3与试样架1的底板之间，多个混凝土试样通过试样隔板2传递压力，通过压杆和加圧板3施加压力；

2、根据传感器6接收的多因素条件信号和液压缸4通过压力变送器5反馈给plc7的压力信号，plc7通过控制液压站及蓄能器9来调节液压缸4的压力变化。

例如，在冻融条件下混凝土耐久性研究实验动态加载装置的使用方法：试件为四分点加载，通过可编程逻辑控制器根据需求控制液压站工作，输油管道将液压油输入到液压缸上、下腔进行加载、保持载荷、卸载，通过压力变送器获得载荷数据，plc可根据各传感器(热电偶、应变仪等)数据及压力变送器反馈，调节液压站工作程序，加压板与液压缸铰链联接，保证试样受力平衡，试样隔板保证每个试样的载荷均匀。进行盐卤腐蚀环境、冻融循环、干湿循环、持续载荷等多因素共同作用下混凝土耐久性试验时，把加载的试件连同加载装置一同放在模拟多因素下，然后按照多因素试验规程进行多因素作用下的混凝土耐久性试验。