一种测试疏浚砂混凝土表面强度的装置及方法

本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种测试疏浚砂混凝土表面强度的装置及方法。

背景技术：

为响应“长江大保护”和“长江流域高质量发展”的号召，促进生态环境建设，利用长江疏浚砂研发装配式生态混凝土预制试块。在疏浚砂混凝土的研发过程中，发现疏浚砂混凝土的表面强度与普通混凝土存在差异，为对疏浚砂混凝土的特性做进一步研究，需对疏浚砂混凝土的表面强度进行试验测试，而目前缺少一种用于较精确测试混凝土表面强度的装置与方法。为了测试疏浚砂混凝土的表面强度，需要开发新的装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种测试疏浚砂混凝土表面强度的装置及方法，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：一种测试疏浚砂混凝土表面强度的装置，其特征在于，包括测试台，增压装置、施压装置、连接机构、固定机构；所述增压装置与所述施压装置连接，所述连接机构一端与所述施压装置的输出端连接，另一端与混凝土试块固定连接，所述混凝土试块设置在所述测试台的上端，所述测试台的下端面与所述增压装置的顶端固定连接，所述固定机构用于固定混凝土试块；所述施压装置包括活塞、气压计和气缸，所述气缸与所述增压装置连接，所述活塞与所述气缸连接，所述活塞与所述连接机构连接，所述气缸的外表面设置所述气压计，所述气压计用于测量气缸内部的气压。

优选，前述的一种测试疏浚砂混凝土表面强度的装置，其特征在于，所述连接机构包括扳手和连接块，所述扳手一端与所述活塞侧壁连接，另一端与所述连接块固定连接，所述连接块与所述混凝土试块连接。

优选，前述的一种测试疏浚砂混凝土表面强度的装置，其特征在于，所述连接块设置嵌固槽，所述扳手设置与所述嵌固槽相对应的凸块，所述凸块与所述嵌固槽插接。

优选，前述的一种测试疏浚砂混凝土表面强度的装置，其特征在于，所述固定机构包括支架和固定螺栓，所述支架与所述测试台上表面固定连接，所述固定螺栓与所述支架螺纹连接，所述固定螺栓用于将混凝土试块固定在所述测试台上。

优选，前述的一种测试疏浚砂混凝土表面强度的装置，其特征在于，所述增压装置包括电动气泵机和功率调节旋钮，所述电动气泵机与所述测试台固定连接，所述功率调节旋钮用于控制所述电动气泵机的功率。

一种如上述的测试疏浚砂混凝土表面强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将混凝土试块表面用粗砂纸打磨，将表面的浮灰用抹布擦拭干净，以增加混凝土粘合剂与混凝土的接触面积，在混凝土试块表面上设置连接块；

将试块放置在测试台台面上，移动混凝土试块位置，手动调节活塞初始高度，使扳手的一端嵌固在连接块的嵌固槽内，另一端与活塞侧表面圆孔连接，并且保证扳手处于水平状态；调节固定螺栓，使试块固定在测试台台面上；

使电动气泵机接入电源，调节功率调节旋钮至某一固定值，活塞开始通过扳手向混凝土试块施加扭矩，直至混凝土被扭断，读出气压计读数。

绘制气泵机功率-破坏剪切应力曲线，根据曲线趋势，分析匀速施加扭矩速率与混凝土表面极限受扭承载力的定量关系。

优选，前述的一种测试疏浚砂混凝土表面强度的方法，其特征在于，所述气泵机功率-破坏剪切应力曲线的计算公式如下：

活塞对扳手所施加的压力为：

p＝p·a

其中，p为活塞对扳手施加的压力，p为气压计读数，a为活塞底部表面积。

破坏时混凝土表面受到的扭矩为：

tf＝p·l

其中p为气泵机对扳手施加的压力；l为扳手长度(转动轴中心到金属圆盘中心的长度)。

记录混凝土断裂破坏的最大扭矩，通过利用剪应力(τ)–扭矩(t)关系计算破坏时剪切应力：

τf＝0.75tf·r/j

其中，τf为破坏切应力；tf为混凝土受到的扭矩；r为混凝土破坏圆截面的半径，j为破坏圆截面极惯性矩。

优选，前述的一种测试疏浚砂混凝土表面强度的方法，其特征在于，所述混凝土试块表面的连接块的数量可以是多个。

优选，前述的一种测试疏浚砂混凝土表面强度的方法，其特征在于，所述连接块通过混凝土粘结剂与所述混凝土试块表面固定连接。

根据上述技术方案，本发明的实施例至少具有以下效果：

1.发明装置结构简单，通过设置活塞(7)、气压计(8)和气缸(9)，能够准确测出混凝土被扭断是的气缸的施加的压力，通过公式计算出气泵机功率-破坏剪切应力曲线，分析得到匀速施加扭矩速率与混凝土表面极限受扭承载力的定量关系。

2.本装置可根据试块大小，灵活调节实验试块的受扭表面位置，使用过程方便，可以做到同一个试块的重复利用，有利于节省材料。

3.本装置采用电动气泵机作为加力装置，与手动加力相比，施力过程平稳，可以保证匀速加力，使实验结果更加精确。

4.本装置可以调节输出功率，改变加力速度，以此能够研究在不同加力速度下混凝土表面强度的不同。

5.本装置能够比较精确地测定混凝土表面极限受扭承载力，以较精确地推求混凝土表面强度。

附图说明

图1为本发明具体实施方式结构示意图

图2为本发明具体实施方式扳手结构示意图；

图3为本发明具体实施方式连接块结构示意图；

其中：电动气泵机(1)、功率调节旋钮(2)、混凝土试块(3)、支架(4)和固定螺栓(5)、扳手(6)活塞(7)、气压计(8)和气缸(9)、连接块(10)、测试台(11)、凸块(601)、嵌固槽(1001)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～3所示，本发明公开一种测试疏浚砂混凝土表面强度的装置，包括测试台11，增压装置、施压装置、连接机构、固定机构；增压装置与施压装置连接，连接机构一端与施压装置的输出端连接，另一端与混凝土试块3固定连接，混凝土试块3设置在测试台11的上端，测试台11的下端面与增压装置的顶端固定连接，固定机构用于固定混凝土试块3；施压装置包括活塞7、气压计8和气缸9，气缸9与增压装置连接，活塞7与气缸9连接，活塞7与连接机构连接，气缸9的外表面设置气压计8，气压计8用于测量气缸9内部的气压。

优选，气压计8为为不可逆式气压计，方便读数。

连接机构包括扳手6和连接块10，扳手6的一端与活塞7侧壁连接，另一端与连接块10插入连接，具体的，扳手6与连接块10连接的端部设置凸块601，连接块10设置与凸块601相匹配的嵌固槽1001，将凸块601插入嵌固槽1001内，连接块10和扳手6连接完毕；扳手6与活塞7销轴连接；连接块10与混凝土试块3固定连接，具体的通过混凝土粘合剂将连接块10与混凝土试块3试块固定连接。

固定机构包括支架4和固定螺栓5，支架4与测试台11上端固定连接，固定螺栓5穿过支架4且与支架4螺纹连接，当混凝土试块3放置到预定位置后，将固定螺栓5向下拧紧，固定螺栓5将混凝土试块3挤压固定在测试台11上。

测试台11下端与增压装置固定连接，增压装置包括电动气泵机1和功率调节旋钮2，电动气泵机1用于将空气泵入气缸9内，功率调节旋钮2设置在电动气泵机1的外部，功率调节旋钮2用于调节电动气泵机1的泵气功率。

一种试疏浚砂混凝土表面强度的方法，包括以下步骤：

步骤一：将混凝土试块3表面用粗砂纸打磨，将表面的浮灰用抹布擦拭干净，以增加混凝土粘合剂与混凝土的接触面积，在混凝土试块3表面上设置连接块10。

步骤二，将试块放置在测试台11台面上，移动混凝土试块3位置，手动调节活塞7初始高度，使扳手6的一端嵌固在连接块10的嵌固槽1001内，另一端与活塞7侧表面圆孔连接，并且保证扳手6处于水平状态；调节固定螺栓5，使试块固定在测试台台面上。

步骤三，使电动气泵机1接入电源，调节功率调节旋钮2至某一固定值，活塞7开始通过扳手6向混凝土试块3施加扭矩，直至混凝土被扭断，读出气压计8读数。

步骤四，根据读数进行计算，绘制气泵机功率-破坏剪切应力曲线，根据曲线趋势，分析匀速施加扭矩速率与混凝土表面极限受扭承载力的定量关系。

10.气泵机功率-破坏剪切应力曲线的计算公式如下：

活塞对扳手所施加的压力为：

p＝p·a

其中，p为活塞对扳手施加的压力，p为气压计读数，a为活塞底部表面积。

破坏时混凝土表面受到的扭矩为：

tf＝p·l

其中p为气泵机对扳手施加的压力；l为扳手长度转动轴中心到金属圆盘中心的长度。

记录混凝土断裂破坏的最大扭矩，通过利用剪应力τ–扭矩t关系计算破坏时剪切应力：

τf＝0.75tf·r/j

其中，τf为破坏切应力；tf为混凝土受到的扭矩；r为混凝土破坏圆截面的半径，j为破坏圆截面极惯性矩。

优选的，混凝土试块3表面的连接块10的数量可以是多个，即在同一混凝土试块3同一表面多处位置放置连接块10，这样可以供多次实验提高材料利用率。

连接块10通过混凝土粘结剂与混凝土试块3表面固定连接。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。