專利名稱：多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置及測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料耐久性測(cè)試技術(shù)范疇，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，同時(shí)，還涉及該多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置的測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于國(guó)家政策大力支持，高速鐵路在中國(guó)得到了迅速發(fā)展?！笆晃濉逼陂g，全國(guó)鐵路基本建設(shè)投資完成I. 98萬(wàn)億元，截止2010年底，全國(guó)鐵路營(yíng)運(yùn)里程達(dá)9. I萬(wàn)公里(世界第二)，時(shí)速200公里以上高鐵里程大8358公里(世界第一)，到2015年全國(guó)鐵路營(yíng)運(yùn)里程將達(dá)到12萬(wàn)公里以上，其中高速鐵路I. 6萬(wàn)公里以上，2020年高鐵里程將達(dá)到5萬(wàn)公里。CRTSII型板式無(wú)碴軌道是無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)的一種，主要由鋼軌、扣件、無(wú)碴軌道板、CA砂衆(zhòng)(又叫水泥浙青砂衆(zhòng)，cement asphalt mortar)、水硬性支承層和防凍層等組成,其中，CA砂漿是在其它土木工程結(jié)構(gòu)施工完成以后通過(guò)專用的施工機(jī)械灌注在無(wú)碴軌道板和混凝土底座之間厚度約20-50_的狹長(zhǎng)空間內(nèi)，主要作用是支承、調(diào)節(jié)、緩沖、吸振等，并提供足夠的剛度和彈韌性，其性能與施工質(zhì)量對(duì)于高速列車運(yùn)行過(guò)程中的平順性、舒適性和安全性起到至關(guān)重要的作用。隨著列車運(yùn)行速度的提高，安全行車和舒適性對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的幾何精度和穩(wěn)定性的要求也越來(lái)越高。可以說(shuō)，CA砂漿的質(zhì)量好壞和服役狀態(tài)關(guān)乎整個(gè)軌道結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。但近期的研究和調(diào)查表明，國(guó)內(nèi)某高速鐵路的現(xiàn)場(chǎng)軌道結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的調(diào)研發(fā)現(xiàn)在列車實(shí)際運(yùn)行之前，不同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部位(包括橋基、路基、隧道和過(guò)渡段等)的CA砂漿已經(jīng)出現(xiàn)比較明顯的開(kāi)裂現(xiàn)象、CA砂漿和上下層接觸面的脫粘和裂紋以及軌道板和混凝土底座板的開(kāi)裂現(xiàn)象也同樣比較嚴(yán)重。這些破損嚴(yán)重影響著高鐵的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)耐久性。造成早期破損的原因來(lái)自多方面一方面，高鐵跨越區(qū)域廣，工程結(jié)構(gòu)所面臨的使用環(huán)境條件復(fù)雜，不同區(qū)域的溫度、濕度、日照強(qiáng)度、雨、雪、冰凍等氣候狀況和地質(zhì)水文狀況差異很大 ’另一方面，軌道結(jié)構(gòu)要承受前所未有的高速、重載和大流量車輛荷載的長(zhǎng)期作用。這種復(fù)雜的荷載和環(huán)境耦合作用加速了高速鐵路無(wú)碴軌道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的早期損傷，并對(duì)高速鐵路的可持續(xù)發(fā)展提出了一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和巨大的資金需求。因此，有必要對(duì)CA砂漿的體積變形規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)性的研究。根據(jù)工程實(shí)際中CA砂漿所處環(huán)境、氣候和荷載情況，將影響耐久性的主要因素進(jìn)行合理組合，系統(tǒng)開(kāi)展雙重或多重破壞因素作用下混凝土耐久性研究，量化因素與因素間的交互作用，是當(dāng)前學(xué)科的重大科學(xué)技術(shù)與理論難題，目前己引起國(guó)際學(xué)術(shù)界廣泛和高度重視，其研究成果將對(duì)水泥基材料結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)及其壽命預(yù)測(cè)產(chǎn)生重大影響。研究水泥浙青砂漿在應(yīng)力和環(huán)境因素作用下的徐變變形問(wèn)題，首要任務(wù)就是要建立能夠進(jìn)行同時(shí)考慮2個(gè)或以上破壞因素的試驗(yàn)方法體系。考慮到在實(shí)際工程中，CA砂漿是在承載狀態(tài)下工作和運(yùn)行的。因此，研究荷載與其它破壞因素共同作用下CA砂漿具有重要的理論研究意義和廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值，特別是壓縮應(yīng)力作用下的CA砂漿體積變形規(guī)律研究對(duì)于軌道結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工非常關(guān)鍵。在建立考慮環(huán)境因素影響的CA砂漿體積變形試驗(yàn)方法時(shí)，有3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題必須解決第一，設(shè)計(jì)能夠?qū)υ嚰┘訙?zhǔn)確、恒定荷載的試驗(yàn)加載系統(tǒng)；第二，設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠的溫度和濕度控制系統(tǒng)；第三，建立能夠?qū)虞d的試件進(jìn)行連續(xù)、快速的無(wú)損試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外對(duì)CA砂漿體積變形研究較少，綜合已有的水泥基材料徐變變形文獻(xiàn)資料不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的加載裝置大都采用的是彈簧加載的方式，尚未有有效的方法能夠保持試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)力恒定。其主要原因有兩個(gè)①試驗(yàn)過(guò)程中，材料不斷發(fā)生變形，直接影響彈簧所能提供的應(yīng)力，實(shí)際發(fā)生的是材料的松弛現(xiàn)象；②受加載應(yīng)力的影響，很難利用重力或者杠桿等加載方式。上述缺點(diǎn)限制了試驗(yàn)室研究和實(shí)際狀態(tài)水泥基材料徐變變形規(guī)律的相關(guān)性。因此，研制適用于CA砂漿等水泥基復(fù)合材料，且能保持長(zhǎng)期持荷過(guò)程中應(yīng)力恒定的實(shí)驗(yàn)裝置在多因素徐變研究中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于軌道結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)價(jià)也提供了科學(xué)的實(shí)驗(yàn)儀器，前景十分廣闊?！?br>
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，該測(cè)試裝置可以提高測(cè)試過(guò)程的可靠性，確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性；同時(shí)還提供一種該測(cè)試裝置的測(cè)試方法，該測(cè)試方法簡(jiǎn)單易操作，可以保持長(zhǎng)期施加荷載過(guò)程中試件無(wú)應(yīng)力松馳，且應(yīng)力分布均勻。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，所述的測(cè)試裝置包括支架、砝碼、環(huán)形加熱套、盛有飽和無(wú)機(jī)鹽溶液的第一容器、應(yīng)變解調(diào)儀、電源、溫度控制器、密封薄膜和第一試件，其中，支架包括第一承壓板、第二承壓板、底板、第一支承桿和第二支承桿，第一支承桿固定連接在第一承壓板和第二承壓板之間，第二支承桿的底端固定連接在底板上，第二承壓板穿過(guò)第二支承桿，并且第二承壓板通過(guò)滑動(dòng)軸承與第二支承桿連接；密封薄膜固定連接在第二承壓板和底板上，使得第二承壓板和底板之間形成密封腔體；砝碼位于第一承壓板上，環(huán)形加熱套罩在第二承壓板和底板外側(cè)，第一容器位于底板上，第一試件位于底板的中心，第一試件的外壁上貼覆第一應(yīng)變傳感器，第一應(yīng)變傳感器通過(guò)導(dǎo)線與應(yīng)變解調(diào)儀連接，電源與溫度控制器的電源輸入端連接，溫度控制器的輸出端與環(huán)形加熱套連接。進(jìn)一步，所述的多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，還包括η個(gè)測(cè)試單元，每個(gè)測(cè)試單元包括第三承壓板、盛有飽和無(wú)機(jī)鹽溶液的第二容器、第二試件和第二應(yīng)變傳感器，第二容器位于第三承壓板上，第二試件位于第三承壓板的中心位置，第二應(yīng)變傳感器貼覆在第二試件的外壁上；每個(gè)測(cè)試單元位于第二承壓板和底板之間，且第三承壓板穿過(guò)第二支承桿，第三承壓板通過(guò)滑動(dòng)軸承與第二支承桿連接，第二應(yīng)變傳感器通過(guò)導(dǎo)線與應(yīng)變解調(diào)儀連接；η為大于等于I的整數(shù)。上述的多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置的測(cè)試方法，該測(cè)試方法包括以下步驟
第一步制作材料試件，利用攪拌機(jī)攪拌材料原材料，制成材料漿體；然后將材料漿體澆筑在預(yù)設(shè)的圓柱或者棱柱形模具中，待材料漿體硬化后，形成材料試件；第二步連接應(yīng)變測(cè)試裝置拆除模具，打磨材料試件表面，去掉表面浮渣，形成表面光滑的第一試件；第三步對(duì)試件進(jìn)行濕度平衡，配制與控制濕度相對(duì)應(yīng)的飽和無(wú)機(jī)鹽溶液，然后將第一試件放入飽和無(wú)機(jī)鹽溶液形成的環(huán)境中，進(jìn)行濕度平衡，并記錄第一試件的重量變化，當(dāng)?shù)谝辉嚰闹亓坎辉僮兓瘯r(shí)，進(jìn)入第四步；第四步調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，首先，將第一應(yīng)變傳感器固定在第一試件的外壁上，第一應(yīng)變傳感器與應(yīng)變解調(diào)儀相連；將第一試件放置在底板的中心位置，再將盛有無(wú)機(jī)鹽溶液的第一容器放置在底板上；然后，用密封薄膜對(duì)底板和第二承壓板之間進(jìn)行密封；隨后，設(shè)定試件所處環(huán)境的目標(biāo)溫度，通過(guò)溫度控制器和環(huán)形加熱套，對(duì)第一試件所處環(huán)境的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使第一試件所處環(huán)境溫度等于目標(biāo)溫度；
第五步進(jìn)行徐變測(cè)試通過(guò)溫度控制器觀察環(huán)形加熱套內(nèi)的溫度變化，當(dāng)溫度達(dá)到目標(biāo)值且不再變化時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行材料的徐變測(cè)試將砝碼放置在第一承壓板上，第一承壓板對(duì)第二承壓板施加壓力，第二承壓板沿著第二支承桿下移，直至第二承壓板對(duì)第一試件施加壓力；同時(shí)，開(kāi)啟應(yīng)變解調(diào)儀，采集應(yīng)變數(shù)據(jù)，通過(guò)第一試件的應(yīng)變隨時(shí)間的變化，測(cè)定第一試件在應(yīng)力和環(huán)境因素耦合作用下的材料徐變的應(yīng)變情況。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果(I)在長(zhǎng)期施加荷載過(guò)程中，試件無(wú)應(yīng)力松馳，且應(yīng)力分布均勻。傳統(tǒng)的材料徐變實(shí)驗(yàn)中，采用彈簧或者液壓方式加載，試件發(fā)生徐變變形會(huì)引起徐變應(yīng)力的下降，試件處于松弛試驗(yàn)狀態(tài)。本發(fā)明通過(guò)以下方法有效地解決了這個(gè)問(wèn)題1)采用砝碼的重力施加徐變荷載；2)通過(guò)滑動(dòng)軸承使第二承壓板和第三承壓板自由地在第二支承桿上運(yùn)動(dòng)，有效地減少了摩擦阻力對(duì)試件變形的限制，保證應(yīng)力的有效傳遞；3)采用輕質(zhì)高強(qiáng)材料制成第三承壓板，第三承壓板的重量與徐變應(yīng)力相比可以忽略，確保各試件測(cè)試應(yīng)力條件相同。總之，本發(fā)明中，在長(zhǎng)期施加荷載過(guò)程中，試件無(wú)應(yīng)力松馳，且應(yīng)力分布均勻。(2)不同試件同軸受力，有利于提高測(cè)試的準(zhǔn)確度。傳統(tǒng)的徐變加載儀器，上下層試件之間常會(huì)出現(xiàn)偏心問(wèn)題，造成上下層試件實(shí)際承受的徐變應(yīng)力不一致的情況。本發(fā)明中，通過(guò)以下方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題1)嚴(yán)格保證試件表面的平行度，在試件平行切割過(guò)程中，用游標(biāo)卡尺測(cè)量進(jìn)行粗略控制，然后用砂紙進(jìn)行打磨精確控制表面平行度；2)將第二承壓板和第三承壓板利用滑動(dòng)軸承與第二支承桿相連，從而限制第二承壓板和第三承壓板只能在第二支承桿上上下滑動(dòng)，限制第二承壓板和第三承壓板的橫向變形，減小試件偏心受荷的可能性；3)在模具加工時(shí)，在第二承壓板、第三承壓板和底座上制作了圓柱形的凸臺(tái)(或者凹槽)，方便確定試件承載中心，限制試件橫向滑動(dòng)。本發(fā)明中，不同試件同心，有利于提高測(cè)試的準(zhǔn)確度。(3)溫度和濕度控制方便，可靠性高。傳統(tǒng)的徐變變形試驗(yàn)都是在標(biāo)準(zhǔn)徐變室進(jìn)行的，溫度和濕度變化較大。不同的材料徐變變形受環(huán)境溫度和相對(duì)濕度的影響很大。本發(fā)明采用智能的溫度控制器和環(huán)形加熱器來(lái)控制試件所處的微環(huán)境的溫度，采用飽和無(wú)機(jī)鹽溶液控制試件測(cè)試環(huán)境的相對(duì)濕度。本發(fā)明對(duì)溫度和濕度控制具有控制精度高，方便可靠，適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)。
(4)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集精度高。本發(fā)明中采用高精度的應(yīng)變傳感器和應(yīng)變解調(diào)儀來(lái)采集材料徐變過(guò)程中的徐變變形值，數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)。與傳統(tǒng)的依賴人工讀數(shù)的千分表相比，本發(fā)明應(yīng)變數(shù)據(jù)采集精度高，且可靠性高，連續(xù)性好，且節(jié)約時(shí)間。


圖I是本發(fā)明的測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例I中，應(yīng)力水平對(duì)材料徐變性能的作用線條圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中，溫度對(duì)材料徐變性能的作用線條圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例3中，相對(duì)濕度對(duì)材料徐變性能的作用線條圖。圖中有支架I、砝碼2、環(huán)形加熱套3、第一容器4、應(yīng)變解調(diào)儀5、電源6、溫度控制器7、密封薄膜8、第一試件9、第一應(yīng)變傳感器10、第二容器11、第二試件12、第二應(yīng)變傳感 器13、滑動(dòng)軸承14、第一承壓板101、第二承壓板102、底板103、第一支承桿104、第二支承桿105、第三承壓板106、定位板107。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明的一種多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，包括支架I、砝碼2、環(huán)形加熱套3、盛有飽和無(wú)機(jī)鹽溶液的第一容器4、應(yīng)變解調(diào)儀5、電源6、溫度控制器7、密封薄膜8和第一試件9。支架I包括第一承壓板101、第二承壓板102、底板
103、第一支承桿104和第二支承桿105。第一支承桿104固定連接在第一承壓板101和第二承壓板102之間。第二支承桿105的底端固定連接在底板103上。第二承壓板102穿過(guò)第二支承桿105，并且第二承壓板102通過(guò)滑動(dòng)軸承14與第二支承桿105連接。通過(guò)設(shè)置滑動(dòng)軸承14，第二承壓板102可以沿著第二支承桿105移動(dòng)。密封薄膜8固定連接在第二承壓板102和底板103上，使得第二承壓板102和底板103之間形成密封腔體。砝碼2位于第一承壓板101上。環(huán)形加熱套3罩在第二承壓板102和底板103外側(cè)。環(huán)形加熱套3可對(duì)第二承壓板102和底板103之間的空腔加熱，進(jìn)而調(diào)節(jié)試件所處環(huán)境的溫度。第一容器4位于底板103上。第一試件9位于底板103的中心。第一試件9的外壁上貼覆第一應(yīng)變傳感器10，第一應(yīng)變傳感器10通過(guò)導(dǎo)線與應(yīng)變解調(diào)儀5連接。電源6與溫度控制器7的電源輸入端連接，溫度控制器7的輸出端與環(huán)形加熱套3連接。第一應(yīng)變傳感器10為應(yīng)變片，且應(yīng)變解調(diào)儀5為電阻應(yīng)變解調(diào)儀。第一應(yīng)變傳感器10為光纖光柵傳感器，且應(yīng)變解調(diào)儀5為光纖光柵解調(diào)儀。第二應(yīng)變傳感器13為應(yīng)變片時(shí)，應(yīng)變解調(diào)儀5為電阻應(yīng)變解調(diào)儀。第二應(yīng)變傳感器13為光纖光柵傳感器時(shí)，應(yīng)變解調(diào)儀5為光纖光柵解調(diào)儀。進(jìn)一步，所述的多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，還包括η個(gè)測(cè)試單元，每個(gè)測(cè)試單元包括第三承壓板106、盛有飽和無(wú)機(jī)鹽溶液的第二容器11、第二試件12和第二應(yīng)變傳感器13。第二容器11位于第三承壓板106上，第二試件12位于第三承壓板106的中心位置，第二應(yīng)變傳感器13貼覆在第二試件12的外壁上。每個(gè)測(cè)試單元位于第二承壓板102和底板103之間，且第三承壓板106穿過(guò)第二支承桿105。第三承壓板106通過(guò)滑動(dòng)軸承14與第二支承桿105連接。第二應(yīng)變傳感器13通過(guò)導(dǎo)線與應(yīng)變解調(diào)儀5連接。η為大于等于I的整數(shù)。設(shè)置η個(gè)測(cè)試單元，可以同時(shí)對(duì)η個(gè)試件進(jìn)行測(cè)試，有利于提高測(cè)試效率。進(jìn)一步，所述的多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，還包括定位板107，定位板107固定連接在第二支承桿105的上部。在第二支承桿105上部設(shè)置定位板107，可以提高第二支承桿105的穩(wěn)固性，避免其搖擺。進(jìn)一步，所述的底板103頂面的中心位置設(shè)有表面光滑的凸臺(tái)或凹槽，第二承壓板102底面的中心位置設(shè)有表面光滑的凸臺(tái)或凹槽，第三承壓板106頂面和底面的中心位置設(shè)有表面光滑的凸臺(tái)或凹槽，第一試件9或者第二試件12位于凸臺(tái)或凹槽上。設(shè)置凸臺(tái)或凹槽，有利于確定承載中心，便于試件的放置。凸臺(tái)優(yōu)選球鉸凸臺(tái)，確保軸心受力。進(jìn)一步，所述的第三承壓板106由輕質(zhì)高強(qiáng)材料制成。輕質(zhì)高強(qiáng)材料，例如塑料、鋁片等等。由輕質(zhì)高強(qiáng)材料制成第三承壓板106，目的是減小第三承壓板106的重量。采用輕質(zhì)高強(qiáng)材料，既能承受試驗(yàn)所需的壓應(yīng)力，而且承壓板本身重量與施加的壓應(yīng)力相比很 小，可以忽略其對(duì)第一試件9徐變變形應(yīng)力的影響。進(jìn)一步，所述的第二支承桿105為四根，均勻布置在底板103上。均勻布置四根第二支承桿105，有利于第二承壓板102和第三承壓板106穩(wěn)定滑移。上述測(cè)試裝置包括加載部分、加熱部分、濕度控制部分和應(yīng)變采集部分。加載部分主要由支架I和砝碼2組成，支架I中的第一承壓板101和底座103，用來(lái)固定整個(gè)支架1，保證整個(gè)加載部分的穩(wěn)定；第一承壓板101用來(lái)承受加載砝碼2的重量；第二承壓板102和第三承壓板106用來(lái)向試件傳遞壓應(yīng)力，并承載試件。為了減小試件變形過(guò)程中摩擦帶來(lái)的阻力，第二承壓板102和第三承壓板106用滑動(dòng)軸承14與第二支承桿105可靠連接。加熱部分主要由溫度控制器7、環(huán)形加熱套3和電源6組成。加熱的目標(biāo)溫度由溫度控制器7控制完成。溫度傳感器負(fù)責(zé)收集環(huán)形加熱套3的實(shí)時(shí)溫度并反饋給溫度控制開(kāi)關(guān)7，溫度控制開(kāi)關(guān)7對(duì)溫度傳感器反饋的溫度信號(hào)進(jìn)行處理。濕度控制部分主要有飽和無(wú)機(jī)鹽溶液和密封裝置兩部分組成。利用飽和無(wú)機(jī)鹽溶液形成的相對(duì)濕度模擬實(shí)際濕度環(huán)境。應(yīng)變采集部分主要有應(yīng)變傳感器和應(yīng)變解調(diào)儀5。上述的多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置的測(cè)試方法，包括以下步驟第一步制作材料試件，利用攪拌機(jī)攪拌材料原材料，制成材料漿體；然后將材料漿體澆筑在預(yù)設(shè)的圓柱或者棱柱形模具中，待材料漿體硬化后，形成材料試件。在第一步中，材料試件可以采用水泥基材料制成。當(dāng)然材料試件還可以采用其他材料制成，例如浙青試樣，高分子樹(shù)脂等。水泥基材料是水泥浙青砂衆(zhòng)、砂衆(zhòng)、凈衆(zhòng)中的一種，但不限于水泥基材料，還可以是其他無(wú)機(jī)或有機(jī)材料。第二步連接應(yīng)變測(cè)試裝置拆除模具，打磨材料試件表面，去掉表面浮渣，形成表面光滑的第一試件9。第三步對(duì)試件進(jìn)行濕度平衡，配制與控制濕度相對(duì)應(yīng)的飽和無(wú)機(jī)鹽溶液，然后將第一試件9放入飽和無(wú)機(jī)鹽溶液形成的環(huán)境中，進(jìn)行濕度平衡，并記錄第一試件9的重量變化，當(dāng)?shù)谝辉嚰?的重量不再變化時(shí)，進(jìn)入第四步。第四步調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，首先，將第一應(yīng)變傳感器10固定在第一試件9的外壁上，第一應(yīng)變傳感器10與應(yīng)變解調(diào)儀5相連；將第一試件9放置在底板103的中心位置，再將盛有飽和無(wú)機(jī)鹽溶液的第一容器4放置在底板103上；然后，用密封薄膜8對(duì)底板103和第二承壓板102之間進(jìn)行密封；隨后，設(shè)定試件所處環(huán)境的目標(biāo)溫度，通過(guò)溫度控制器7和環(huán)形加熱套3，對(duì)第一試件9所處環(huán)境的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使第一試件9所處環(huán)境溫度等于目標(biāo)溫度。第五步進(jìn)行徐變測(cè)試通過(guò)溫度控制器7觀察環(huán)形加熱套3內(nèi)的溫度變化，當(dāng)溫度達(dá)到目標(biāo)值且不再變化時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行材料的徐變測(cè)試將砝碼2放置在第一承壓板101上，第一承壓板101對(duì)第二承壓板102施加壓力，第二承壓板102沿著第二支承桿105下移，直至第二承壓板102對(duì)第一試件9施加壓力；同時(shí)，開(kāi)啟應(yīng)變解調(diào)儀5，采集應(yīng)變數(shù)據(jù)，通過(guò)第一試件9的應(yīng)變隨時(shí)間的變化，測(cè)定第一試件9在應(yīng)力和環(huán)境因素耦合作用下的材料徐變的應(yīng)變情況。利用本發(fā)明的測(cè)試裝置進(jìn)行應(yīng)力一環(huán)境耦合試驗(yàn)時(shí)，首先按規(guī)定配置飽和無(wú)機(jī)鹽溶液，并將試件放入其中，進(jìn)行濕度平衡，記錄重量變化，在試件重量沒(méi)有明顯變化時(shí)，在試 件表面粘貼應(yīng)變傳感器，并預(yù)留外接線，其次將試件安放在測(cè)試裝置中，并做好密封加載架整體的密封工作。然后開(kāi)啟溫度控制器7，對(duì)試件加熱到目標(biāo)溫度，并保溫一段時(shí)間。隨后取同配比的五個(gè)水泥基材料試件作為一組，其中取三個(gè)進(jìn)行直接壓縮試驗(yàn)，獲得平均抗壓強(qiáng)度。接著利用測(cè)試裝置對(duì)剩余的兩個(gè)試件施加軸向壓縮應(yīng)力。事先測(cè)算好所要施加應(yīng)力水平對(duì)應(yīng)的砝碼重量(考慮承壓板對(duì)試件的作用)，緩慢地試件在承壓板上，并保持重心與支架I的重心一致。最后加載完畢后，開(kāi)啟應(yīng)變解調(diào)儀5進(jìn)行徐變變形值的數(shù)據(jù)采集工作。實(shí)施例I水泥浙青砂漿配合比(kg/m3):干粉1000，乳化浙青160，水110，減水劑I. 4，消泡劑O. 05。按上述配比，采用強(qiáng)制攪拌機(jī)拌勻后，將新拌混凝土澆到尺寸為爐ISmmPVC管材中，然后將混凝土試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室(溫度20±3°C、RH ^ 95%以上)中養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期然后取出。用MTS810實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)養(yǎng)護(hù)好的試件按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試。據(jù)測(cè)得抗壓強(qiáng)度，采用本發(fā)明的測(cè)試裝置和測(cè)試方法，對(duì)試件分別施加O. 03，O. 15和O. 30應(yīng)力水平(施加的壓應(yīng)力/極限抗壓應(yīng)力)，控制環(huán)境溫度為20°C，相對(duì)濕度RH=60%。加載完畢后，開(kāi)啟應(yīng)變解調(diào)儀5，進(jìn)行水泥浙青砂漿的徐變變形試驗(yàn)。測(cè)得應(yīng)力與水泥浙青砂漿徐變變形隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖2所示。圖2中，橫坐標(biāo)表示徐變測(cè)試的齡期，縱坐標(biāo)表示材料的徐變變形值。圖2中的線條分別表示應(yīng)力水平為O. 03,0. 15和O. 30時(shí)材料的徐變變形隨時(shí)間的發(fā)展規(guī)律。從圖2中可以看出，該材料的徐變絕對(duì)值隨著應(yīng)力水平的增加而增加。同時(shí)，由于本發(fā)明可以對(duì)應(yīng)變數(shù)據(jù)快速采集，可以有效地反應(yīng)材料徐變過(guò)程中應(yīng)變值隨齡期變化的細(xì)節(jié)。實(shí)施例2水泥浙青砂漿配合比(kg/m3):干粉1000，乳化浙青160，水110，減水劑I. 4，消泡劑O. 05。按上述配比，采用強(qiáng)制攪拌機(jī)拌勻后，將新拌混凝土澆到尺寸為( 15mmPVC管材中，然后將混凝土試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室(溫度20±3°C、RH ^ 95%以上)中養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期然后取出。用MTS810實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)養(yǎng)護(hù)好的試件按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試。據(jù)測(cè)得抗壓強(qiáng)度，采用本發(fā)明的測(cè)試裝置和測(cè)試方法，對(duì)試件施加O. 030應(yīng)力水平(施加的壓應(yīng)力/極限抗壓應(yīng)力)，設(shè)定加熱裝置目標(biāo)溫度為20°C、40°C和80°C，設(shè)置相對(duì)濕度RH=60%。加載完畢后，開(kāi)啟應(yīng)變解調(diào)儀5，進(jìn)行不同溫度條件下水泥浙青砂漿的徐變變形試驗(yàn)。測(cè)得溫度和水泥浙青砂漿徐變變形隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖3所示。
圖3中，橫坐標(biāo)表示徐變測(cè)試的齡期，縱坐標(biāo)表示材料的徐變變形值。圖3中的線條分別表示環(huán)境溫度20°c、40°c、6(rc和80°C時(shí)材料的徐變變形隨時(shí)間的變化情況。從圖3中可以看出，材料的徐變絕對(duì)值隨齡期的增長(zhǎng)開(kāi)始時(shí)快速增長(zhǎng)，然后逐漸趨于平緩。而且徐變變形值隨著環(huán)境溫度的增加而增加。實(shí)施例3水泥浙青砂漿配合比(kg/m3):干粉1000，乳化浙青160，水110，減水劑I. 4，消泡
劑O. 05。按上述配比，采用強(qiáng)制攪拌機(jī)拌勻后，將新拌混凝土澆到尺寸為g 15mmPVC管材中，然后將混凝土試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室(溫度20±3°C、RH ^ 95%以上)中養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期然后取出。用MTS810實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)養(yǎng)護(hù)好的試件按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試。據(jù)測(cè)得抗壓強(qiáng)度，采用本發(fā)明的測(cè)試裝置和測(cè)試方法，對(duì)試件施加O. 030應(yīng)力水平(施加的壓應(yīng)力/極限抗壓應(yīng)力)，設(shè)置溫度為20°C，配制控制相對(duì)濕度分別為33%，75%，59%和98%的過(guò)飽和無(wú)機(jī)鹽溶液。加載完畢后，開(kāi)啟應(yīng)變解調(diào)儀5，進(jìn)行不同相對(duì)濕度條件下的徐變變形試驗(yàn)。測(cè)得
相對(duì)濕度與水泥浙青砂漿徐變變形之間的關(guān)系如圖4所示。圖4中，橫坐標(biāo)表示徐變測(cè)試的齡期，縱坐標(biāo)表示材料的徐變變形值。圖4中的線條分別表示相對(duì)濕度為33%、59%、75%和98%時(shí)，材料的徐變變形隨時(shí)間的變化情況。從圖4中可以看出，材料的徐變變形絕對(duì)值隨齡期的先快速增長(zhǎng)，然后趨于平緩。而且徐變變形值隨著環(huán)境相對(duì)濕度的增加而增加。
權(quán)利要求
1.一種多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，其特征在于，所述的測(cè)試裝置包括支架(I)、砝碼(2)、環(huán)形加熱套(3)、盛有飽和無(wú)機(jī)鹽溶液的第一容器(4)、應(yīng)變解調(diào)儀(5)、電源(6)、溫度控制器(7)、密封薄膜(8)和第一試件(9)，其中， 支架(I)包括第一承壓板(101)、第二承壓板(102)、底板(103)、第一支承桿(104)和第二支承桿(105)，第一支承桿(104)固定連接在第一承壓板(101)和第二承壓板(102)之間，第二支承桿(105)的底端固定連接在底板(103)上，第二承壓板(102)穿過(guò)第二支承桿(105)，并且第二承壓板(102)通過(guò)滑動(dòng)軸承(14)與第二支承桿(105)連接； 密封薄膜(8)固定連接在第二承壓板(102)和底板(103)上，使得第二承壓板(102)和底板(103)之間形成密封腔體；砝碼(2)位于第一承壓板(101)上，環(huán)形加熱套(3)罩在第二承壓板(102)和底板(103)外側(cè),第一容器(4)位于底板(103)上,第一試件(9)位于底板(103)的中心,第一試件(9)的外壁上貼覆第一應(yīng)變傳感器(10),第一應(yīng)變傳感器(10)通過(guò)導(dǎo)線與應(yīng)變解調(diào)儀(5)連接，電源(6)與溫度控制器(7)的電源輸入端連接，溫度控制器(7)的輸出端與環(huán)形加熱套(3)連接。
2.按照權(quán)利要求I所述的多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，其特征在于，還包括η個(gè)測(cè)試單元，每個(gè)測(cè)試單元包括第三承壓板(106)、盛有飽和無(wú)機(jī)鹽溶液的第二容器(11)、第二試件(12)和第二應(yīng)變傳感器(13)，第二容器(11)位于第三承壓板(106)上，第二試件(12)位于第三承壓板(106)的中心位置，第二應(yīng)變傳感器(13)貼覆在第二試件(12)的外壁上； 每個(gè)測(cè)試單元位于第二承壓板(102)和底板(103)之間，且第三承壓板(106)穿過(guò)第二支承桿(105)，第三承壓板(106)通過(guò)滑動(dòng)軸承(14)與第二支承桿(105)連接，第二應(yīng)變傳感器(13)通過(guò)導(dǎo)線與應(yīng)變解調(diào)儀(5)連接；η為大于等于I的整數(shù)。
3.按照權(quán)利要求I或2所述的多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，其特征在于，還包括定位板(107)，定位板(107)固定連接在第二支承桿(105)的上部。
4.按照權(quán)利要求3所述的多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，其特征在于，所述的底板(103)頂面的中心位置設(shè)有表面光滑的凸臺(tái)或凹槽，第二承壓板(102)底面的中心位置設(shè)有表面光滑的凸臺(tái)或凹槽，第三承壓板(106)頂面和底面的中心位置設(shè)有表面光滑的凸臺(tái)或凹槽，第一試件(9)或者第二試件(12)位于凸臺(tái)或凹槽上。
5.按照權(quán)利要求2所述的多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，其特征在于，所述的第三承壓板(106)由輕質(zhì)高強(qiáng)材料制成。
6.按照權(quán)利要求3所述的多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，其特征在于，所述的第二支承桿(105)為四根，均勻布置在底板(103)上。
7.按照權(quán)利要求I所述的多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，其特征在于，所述的第一應(yīng)變傳感器(10)為應(yīng)變片，且應(yīng)變解調(diào)儀(5)為電阻應(yīng)變解調(diào)儀。
8.按照權(quán)利要求I所述的多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，其特征在于，所述的第一應(yīng)變傳感器(10)為光纖光柵傳感器，且應(yīng)變解調(diào)儀(5)為光纖光柵解調(diào)儀。
9.一種利用權(quán)利要求I所述的多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于，該測(cè)試方法包括以下步驟 第一步制作材料試件，利用攪拌機(jī)攪拌材料原材料，制成材料漿體；然后將材料漿體澆筑在預(yù)設(shè)的圓柱或者棱柱形模具中，待材料漿體硬化后，形成材料試件；第二步連接應(yīng)變測(cè)試裝置拆除模具，打磨材料試件表面，去掉表面浮渣，形成表面光滑的第一試件(9)； 第三步對(duì)試件進(jìn)行濕度平衡，配制與控制濕度相對(duì)應(yīng)的飽和無(wú)機(jī)鹽溶液，然后將第一試件(9)放入飽和無(wú)機(jī)鹽溶液形成的環(huán)境中，進(jìn)行濕度平衡，并記錄第一試件(9)的重量變化，當(dāng)?shù)谝辉嚰?9)的重量不再變化時(shí)，進(jìn)入第四步； 第四步調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，首先，將第一應(yīng)變傳感器(10)固定在第一試件(9)的外壁上，第一應(yīng)變傳感器(10)與應(yīng)變解調(diào)儀(5)相連；將第一試件(9)放置在底板(103)的中心位置，再將盛有無(wú)機(jī)鹽溶液的第一容器(4)放置在底板(103)上；然后，用密封薄膜(8)對(duì)底板(103)和第二承壓板(102)之間進(jìn)行密封；隨后，設(shè)定試件所處環(huán)境的目標(biāo)溫度，通過(guò)溫度控制器(7)和環(huán)形加熱套(3)，對(duì)第一試件(9)所處環(huán)境的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使第一試件(9)所處環(huán)境溫度等于目標(biāo)溫度； 第五步進(jìn)行徐變測(cè)試通過(guò)溫度控制器(7)觀察環(huán)形加熱套(3)內(nèi)的溫度變化，當(dāng)溫度達(dá)到目標(biāo)值且不再變化時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行材料的徐變測(cè)試將砝碼(2)放置在第一承壓板(101)上，第一承壓板(101)對(duì)第二承壓板(102)施加壓力，第二承壓板(102)沿著第二支承桿(105)下移，直至第二承壓板(102)對(duì)第一試件(9)施加壓力；同時(shí)，開(kāi)啟應(yīng)變解調(diào)儀(5)，采集應(yīng)變數(shù)據(jù)，通過(guò)第一試件(9)的應(yīng)變隨時(shí)間的變化，測(cè)定第一試件(9)在應(yīng)力和環(huán)境因素耦合作用下的材料徐變的應(yīng)變情況。
10.按照權(quán)利要求9所述的多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于，所述第一步中，材料試件采用水泥基材料制成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多因素耦合作用下的材料徐變性能的測(cè)試裝置，包括支架、砝碼、環(huán)形加熱套、第一容器、應(yīng)變解調(diào)儀、電源、溫度控制器、密封薄膜和第一試件，支架包括第一承壓板、第二承壓板、底板、第一支承桿和第二支承桿，密封薄膜固定連接在第二承壓板和底板上，砝碼位于第一承壓板上，環(huán)形加熱套罩在第二承壓板和底板外側(cè)，第一試件位于底板的中心，第一試件上貼覆第一應(yīng)變傳感器，第一應(yīng)變傳感器與應(yīng)變解調(diào)儀連接，電源與溫度控制器的電源輸入端連接，溫度控制器的輸出端與環(huán)形加熱套連接。該測(cè)試裝置可以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)還公開(kāi)可一種該測(cè)試裝置的測(cè)試方法，簡(jiǎn)單易操作，可以保持長(zhǎng)期施加荷載過(guò)程中試件無(wú)應(yīng)力松馳。
文檔編號(hào)G01N3/18GK102944483SQ201210531708
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者陳惠蘇, 邱克超 申請(qǐng)人:東南大學(xué)