拉应力下混凝土碳化性能的单轴拉伸加载装置及测试方法

摘要

本发明公开了一种拉应力下混凝土碳化性能的单轴拉伸加载装置及测试方法。它是通过在试件两端轴心预埋的六角螺母将圆柱形或长方体形试件连接在两段平行的钢板之间，四根相同的压缩弹簧套在四根直径略比弹簧内径小的钢柱上，而且两块钢板可以在四根钢柱之间平行移动；根据弹簧材料参数和弹簧的压缩量计算作用在试件上轴向拉伸荷载，同时，在试样轴向方向贴三个应变片，确定试件不同部位实际拉应力大小。可以通过改变弹簧的特性参数获得不同拉应力下的碳化试验参数。

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土碳化性能测试方法及其加载装置，特别涉及一种能在不同拉应力水平条件下使处于连续单轴拉伸状态下的混凝土试件进行试验室加速碳化的性能测试及其试验装置。

背景技术

混凝土是一先天不足带裂缝工作的材料，它在压应力作用下的微观和细观结构的变形研究已经很多，但在拉伸应力作用下微细观结构变化特征研究相对有限。目前，对混凝土试件施加的拉应力的研究主要是通过弯曲应力的装置来实现，而单纯的单轴拉伸加载装置还没有相关的报道。一个关键原因就是实现混凝土的单轴拉伸状态的难度较大，而且将单轴拉伸应力和碳化进行耦合试验，由于加载装置复杂就更难实现了，所以这方面的研究更是鲜有报道。

发明内容

针对现有技术存在的难以对混凝土试件持续保持单轴拉伸状态下和碳化试验进行耦合的缺点，本发明提供了一种拉应力下混凝土碳化性能的单轴拉伸测试方法及其加载装置，可以使混凝土试件在持续单轴拉伸状态下测试碳化变化规律及影响机理。

本发明的技术方案为：一种拉应力下混凝土碳化性能的单轴拉伸加载装置，所述的装置由上下两块钢板组成，在两块钢板的四角处各设有一个孔，由四根端部设有螺纹的钢管将上钢板和下钢板相互连接，上下钢板能够延钢管平行滑动，在螺栓上还套有四个具有相同特征参数的弹簧将上钢板与下钢板隔开，钢管与螺母配合固定钢板位置；在上下两个钢板的中轴线处分别设有一个孔和混凝土试件两端的预埋螺栓相互配合，预埋螺栓通过螺母与上下钢板固定。

应用所述的一种拉应力下混凝土碳化性能的单轴拉伸加载装置测试混凝土拉应力的测试方法，步骤为：

第一步，制作混凝土试件，成型时将预埋螺栓埋入混凝土试件两端的中心轴处，埋入深度为4.0-5.0cm；

第二步，将制好的混凝土试件装于单轴拉伸加载装置上，对弹簧施加压力，拧紧上钢板四角上的钢柱上的螺母，使上下钢板与混凝土试件的上下两表面接触，通过混凝土试件两端的预埋螺栓将混凝土试件固定在上下钢板之间；

第三步，在混凝土试件的中部轴向方向上贴上三个应变片，然后将电阻应变仪接到混凝土试件的应变片上，电阻应变仪调零，将单轴拉伸加载装置四角上的四根钢管上的螺母拧松，稳定一段时间后，读出此时的应变值；

第四步，将整个加载装置放入到加速碳化箱中进行碳化，并在由不同试验要求确定的碳化龄期，将试件表面的三分之一用环氧树脂封好，直至达到实验设定的碳化龄期；

第五步，取出加载装置，再换一组具有不同特征参数的弹簧，然后重复测试步骤。所述的混凝土试件为圆柱体或长立方体。当混凝土试件为长方体时，长方体的上下两端面以及其中的两个对面用环氧树脂密封。

主要原理：依据虎克定律原理，使用弹簧加载体系，荷载通过弹簧对试件施加荷载。先测定弹簧刚度，通过控制弹簧的压缩变形量来控制拉应力的大小。通过在混凝土试件中轴线两端的预埋螺栓将圆柱体或长方体形混凝土试件连接在两段平行的钢板之间，上下钢板和混凝土试件的上下表面紧密接触。四根具有相同特征参数的压缩弹簧套在四根直径略比弹簧内径小的钢柱上，当测试时候，将两块钢板四角上螺栓的螺母拧松，此时由于混凝土试件已经由预埋螺栓将其固定在了上下两块钢板间了，这时被压缩的四根弹簧就开始持续向两块钢板施加荷载。根据弹簧材料参数和弹簧的压缩量可以计算出作用在试件上的轴向拉伸荷载，采用这种方法施加荷载，实验过程中应力松弛对试件受荷几乎没有影响。只要更换四角钢柱上的弹簧，就可以施加不同的载荷。为了确定试件不同部位实际拉应力，在混凝土试样轴向方向贴三个应变片，根据不同拉力作用下的应变值可以确定试件受到的拉应力。

有益效果：1.可以使混凝土处于持续的单轴拉伸状态。根据虎克定律，弹簧从压缩状态还原的时候，所提供的回弹力和压缩变形量成正比，所以本发明在实验时可以使混凝土处于持续的单轴拉伸状态。

2.能提供不同应力水平的拉应力，从而实现对混凝土结构在拉应力耦合作用下的抗碳化耐久性进行评价的目的。只要同时更换具有不同的特征参数的弹簧，就可以提供不同应力水平的拉应力了。

3.操作方便。结构简单，操作方便。

4.采用本发明的装置施加荷载，实验过程中应力松弛对试件几乎没有影响。

5.通过试件上的应变片，可以确定试件不同部位的实际拉应力。

附图说明

图1为混凝土单轴拉伸加载装置主视图。

其中1.钢柱，2.钢柱螺帽，3.弹簧，4.钢板，5.试件，6.预埋螺栓，7.螺帽

图2为混凝土单轴拉伸加载装置俯视图。

具体实施方式

实施例1

第一步，采用圆形的PVC管，长度为300mm，管的直径为100mm，作为制作混凝土圆柱形试件的套模；成型时将预埋螺栓埋入试件两端的中心轴位置，埋入深度为4cm。混凝土采用分层振捣的方式成型，成型一天后拆模，养护到试验要求龄期后拿出。

第二步，将四根钢管插入下钢板四角处的四个孔内，并将四根具有相同特征参数的弹簧置于其上，将制好的圆柱体形混凝土试件置于下钢板上，让混凝土试件的下端面的预埋螺栓从下钢板中轴线处的孔中穿出，然后再同套上上钢板，对弹簧施加压力使上钢板与试件的上表面紧密接触，拧紧四角的钢柱上的螺母。拧紧混凝土试件两端的预埋螺栓上的螺母，将其固定在上下钢板间。

第三步，在混凝土试件的中部轴向方向上贴上三个应变片，然后将电阻应变仪接到混凝土试件的应变片上，电阻应变仪调零，将外部四根钢柱上的螺母拧松，此时压紧的弹簧开始回弹，给上下钢板持续的压力，压力通过预埋在试件中心两端的预埋螺栓给试件持续不断的轴向拉应力。稳定一段时间后，读出此时的应变值。

第四步，将整个加载装置放入到加速碳化箱中进行碳化，并在一定由不同试验目的确定的碳化龄期，将试件外表面的三分之一用环氧树脂封好，在达到预期的全部碳化龄期前，试件一直放在碳化箱中碳化，继续碳化，直至达到预期的全部碳化龄期。

第五步，取出加载装置，再换一组弹簧，重复测试步骤，也就是将混凝土试件装于单轴拉伸加载装置上，对弹簧施加压力，拧紧上钢板四角上的钢柱上的螺母，使上下钢板与混凝土试件的上下表面接触，通过混您他试件两端的预埋螺栓将混凝土试件固定再上下钢板之间；然后将电阻应变仪接到混凝土试件的应变片上，电阻应变仪调零，将单轴拉伸加载装置四角上的螺母拧松，稳定后，读出此时的应变值；将整个加载装置放入到加速碳化箱中进行碳化，按试验要求，进行测试。通过调整更换具有不同特征参数的弹簧，就可以测量不同拉应力下单轴拉伸荷载对混凝土抗碳化性能的影响。

实施例2

第一步，采用100×100×300的立方体三联模具成型长方体试件。成型时将预埋螺栓埋入试件两端的中心轴位置，埋入深度为7cm。混凝土采用分层振捣的方式成型，成型一天后拆模，养护到试验要求的龄期后拿出，养护龄期是根据不同的试验确定。将长方体试件两个对面及上下两个端面用环氧树脂封死，只留两个对面。

第二步，如图1和图2所示，将四根钢管插入下钢板四角处的四个孔内，并将四根具有相同特征参数的弹簧置于其上，将制好的长方体形混凝土试件置于下钢板上，让混凝土试件的下端面的预埋螺栓从下钢板中轴线处的孔中穿出，然后再同套上上钢板，对弹簧施加压力使上钢板与试件的上表面紧密接触，拧紧四角的钢柱上的螺母。拧紧混凝土试件两端的预埋螺栓上的螺母，将其固定在上下钢板间。

第三步，在混凝土试件的中部轴向方向上贴上三个应变片，然后将电阻应变仪接到混凝土试件的应变片上，电阻应变仪调零，将外部四根钢柱上的螺母拧松，此时压紧的弹簧开始回弹，给上下钢板持续的压力，压力通过预埋在试件中心两端的预埋螺栓给试件持续不断的轴向拉应力。稳定一段时间后，读出此时的应变值。

第四步，将整个加载装置放入到加速碳化箱中进行碳化，并在一定的由不同试验目的确定的碳化龄期，将试件外表面的三分之一用环氧树脂封好，直至达到预期的全部碳化龄期。

第五步，取出加载装置，再换一组弹簧，然后重复测试步骤。通过调整更换具有不同特征参数的弹簧，就可以测量不同拉应力下单轴拉伸荷载对混凝土抗碳化性能的影响。