评价材料低温抗开裂性能方法及设备、试件和其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种评价刚性、半刚性材料的低温抗开裂性能的方法，以及适用于该评价方法的试件和测量设备以及该试件的制备方法，该评价方法通过测量刚性、半刚性材料的裂纹扩展温度来评价其低温抗开裂性能，所述试件包括试件本体，所述试件本体设有第一面和与之相对的第二面，所述试件本体的第一面和第二面之间设有作为裂纹源的预制裂纹，该预制裂纹在试件本体受到相应的力时发生扩展。本发明专利技术的评价方法能够更准确的评定，并且评定结果相较现有技术更符合产品的实际使用状况，且能够用于有机树脂类材料的低温抗开裂性能的评价，本发明专利技术的试件为裂纹扩展温度的测定而设计，使得对材料抗开裂性能的评价更科学、合理，并且试验结果具有很好的重现性。

【技术实现步骤摘要】
评价材料低温抗开裂性能方法及设备、试件和其制备方法
本专利技术涉及一种评价刚性、半刚性材料的低温抗开裂性能的方法，以及适用于该评价方法的试件和测量设备以及该试件的制备方法。
技术介绍
刚性和半刚性材料在约束条件下随着温度降低会呈现开裂的趋势，该特性在实际使用中具有一定的影像，然而，目前尚没有科学、合理的方法对材料的抗开裂性能进行评价。目前，对于刚性和半刚性材料使用性能的评价，通常情况下，主要是考察材料的韧性，例如通过冲击断裂试验、高速拉伸试验或断裂韧性测试来表征，然而，韧性只是抗开裂性能的一个方面，另一个重要方面是降温过程中材料本体应力的积累，使得材料的韧性与温度有密切的相关关系，但是，上述测定通常是在恒温条件下进行的，因此，上述方法不能准确的表征材料在变温条件下的抗开裂性能。而在实际应用时，基本不可能处于恒温条件下，通常都是处于变温条件下的，因此，现有的评价方法，对于材料在实际使用环境下的抗开裂性能评价指导性较差。对于沥青混凝土材料而言，目前研究中有冻断试验方法，其试件是无缺陷的棱柱形试件，在线性降温过程中考察材料的冻断温度，但由于各种原因，其断裂位置和断裂温度结果重现性较差。而对于有机树脂类材料而言，目前尚没有其低温抗开裂性能的评价试验方法。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术目的在于提供一种评价刚性、半刚性材料的低温抗开裂性能的方法，以便进行不同材料的低温抗开裂性能的横向比较，能够用于有机树脂类材料的低温抗开裂性能的评价。本专利技术目的还在于提供一种试件，以便提高该评价方法的准确度，使得上述评价方法具有较高的实用性。本专利技术目的还在于提供一种该试件的制备方法，以便获得符合要求的试件，特别是适用于制备参数一致的平行试件，并且试件的制备简单、方便，成本较低。本专利技术目的还在于提供一种测量设备，以利用该试件和测量方法进行测量。为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案是：一种评价材料的低温抗开裂性能的方法，主要包括如下步骤：（1）采用若干种待评价的材料分别制备平行试件，所述试件设有作为裂纹源的预制裂纹；（2）在变温条件下测量各平行试件的裂纹扩展温度；（3）根据测得的裂纹扩展温度的对比来评价各材料的低温抗开裂性能，其中，所述材料为刚性材料或半刚性材料。其中，所述裂纹扩展温度的测量方式为：在保持所述试件的预制裂纹两侧的尺寸不变的条件下，持续降温直至试件断裂，将刚性材料制成的试件发生低温断裂时或半刚性材料制成的试件发生低温应力屈服时的温度作为所述裂纹扩展温度。优选为，所述裂纹扩展温度的测量方法具体包括如下步骤：步骤一、将位移传感器固定于试件的预制裂纹的两侧，并将位移传感器与控制系统连接；步骤二、将试件固定于固定件，并调整力传感器至归零状态；步骤三、根据设定的高低温箱的温控程序恒速降温，并始终保持试件的预制裂纹两侧的尺寸不变，直至试件发生断裂；步骤四、记录步骤三中相应的试验数据；步骤五、根据步骤四中记录的试验数据，分析、确定裂纹扩展温度。其中，还可以结合测量试件发生裂纹扩展时的应力来评价其低温抗开裂性能。一种试件，用于评价材料的低温抗开裂性能的测试，能够用于测量刚性、半刚性材料的裂纹扩展温度，其包括试件本体，所述试件本体设有第一面和与之相对的第二面，所述试件本体的第一面和第二面之间设有作为裂纹源的预制裂纹，该预制裂纹在试件本体受到拉应力时发生扩展。其中，所述预制裂纹可以为狭长状，其延伸方向可以与所述力的方向呈90°的角度。其中，所述试件本体可以为平板状，所述预制裂纹可以沿平板状试件本体的板面延伸。优选为，所述预制裂纹贯穿平板状的所述试件本体的厚度方向。其中，所述试件本体可以由刚性或半刚性的热固性或热塑性树脂材料制成。一种制备上述任一种试件的方法，主要为：成型所述试件本体时，在预要设置预制裂纹的位置夹入预定厚度的薄片，以使成型后的试件本体中形成所述预制裂纹，并在试件本体成型后移除该薄片或不移除该薄片，完成所述试件的制备。其中，所述薄片由与成型后的所述试件本体不粘连的材质制成；和/或所述薄片的至少一个表面涂有使该薄片与成型后的所述试件本体不粘连的涂层。所述薄片可以为薄纸片。所述薄片的厚度不大于0.07mm。一种可以供上述任一种试件进行裂纹扩展性能测试的设备，其主要包括：约束及伺服装置，用于保持试件在拉应力方向的几何尺寸不变；降温装置，用于降低试件所处的环境温度，以使试件在降温过程中呈收缩趋势，配合所述约束及伺服装置使得所述预制裂纹有扩展趋势；以及测力装置和/或测温装置，所述测力装置与所述约束及伺服装置连接用于测量试件所受的拉应力值，所述测温装置设于降温装置中用于测量所述试件所处环境温度的值。其中，所述测力装置为力传感器，所述测温装置为温度传感器，所述约束及伺服装置为温度应力试验机，所述降温装置为高低温箱。本专利技术的有益效果是：现有技术的沥青冻断试验中，其以材料强度理论为基础，认为当材料所受应力超过材料强度时试件发生破坏，并以试件发生破坏时的试验结果作为最终的试验结果，然而，在实际试验过程中，试件的断裂位置多为其端部与连接金属件的粘接处，而此处存在应力集中现象，当试件断裂时，应力集中现象的存在容易影响最终结果的准确性。本专利技术的评价方法通过测量刚性、半刚性材料的裂纹扩展温度来评价其低温抗开裂性能，相较现有技术能够更准确的评定，并且评定结果相较现有技术更符合产品的实际使用状况，具有较高的实用性，且能够用于有机树脂类材料的低温抗开裂性能的评价；本专利技术的试件，通过在试件本体上预制作为裂纹源的预制裂纹，使得测量数据更加集中，使得对于裂纹扩展温度的测定更准确，能够提高评价方法的准确度，使材料抗裂性能的评价更科学、合理，并且试验结果具有很好的重现性；本专利技术试件的制备方法，通过在成型试件时埋入薄片来形成预制裂纹，特别适用于制备参数一致的平行试件，使得预制裂纹的形成简单、方便，成本较低，而且，形成的预制裂纹本身不存在应力集中现象，避免了对试件本体性能的影响，使得测量的数据更准确；本专利技术的测量设备，使得测量简单易行、结果准确。附图说明图1是本专利技术的试件的一个实施例的结构示意图（其中，a为主视图，b为A-A截面图）。图2（a）和图2（b）为实施例3中不同缺陷大小环氧砂浆试样的裂纹扩展试验的试验曲线图（其中，a为31#试件，b为32#试件）。图3（a）、图3（b）和图3（c）为实施例3中不同配方环氧砂浆试样的裂纹扩展试验的试验曲线图（其中，a为33#试件，b为34#试件，c为35#试件）。图4（a）和图4（b）为实施例5中不同缺陷大小环氧涂膜材料的裂纹扩展试验的试验曲线图（其中，a为51#试件，b为52#试件）。图5（a）、图5（b）和图5（c）为实施例5中不同配方环氧涂膜材料的裂纹扩展试验的试验曲线图（其中，a为53#试件，b为54#试件，c为55#试件）。图6（a）和图6（b）为实施例7中无预制缺陷的2个相同试件，考察两次试验的结果符合性的测量结果示意图。图7（a）和图7（b）是实施例7中预制5mm缺陷的2个相同试件，考察本专利技术方法两次试验的结果符合性的测量结果示意图。图8是本专利技术的测量设备的一个实施例的整体结构示意图。具体实施方式为了更好理解，下面结合附图通过具体实施方式对本专利技术作进一步描述。一种评价刚性、半刚性材料的低温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种评价材料的低温抗开裂性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）采用若干种待评价的材料分别制备平行试件，所述试件设有作为裂纹源的预制裂纹，以消除其他因素引起的应力集中现象对测量结果的干扰；（2）在变温条件下测量各平行试件的裂纹扩展温度，以提高测量结果与材料的实际使用环境的匹配度；（3）根据测得的裂纹扩展温度来评价各材料的低温抗开裂性能，其中，所述材料为刚性材料或半刚性材料。

【技术特征摘要】
1.一种评价材料的低温抗开裂性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用若干种待评价的材料分别制备平行试件，所述试件设有作为裂纹源的预制裂纹，以消除其他因素引起的应力集中现象对测量结果的干扰；(2)在变温条件下测量各平行试件的裂纹扩展温度，以提高测量结果与材料的实际使用环境的匹配度；(3)根据测得的裂纹扩展温度来评价各材料的低温抗开裂性能，其中，所述材料为刚性材料或半刚性材料。2.如权利要求1所述的评价方法，其特征在于，所述裂纹扩展温度的测量方式为：在保持所述试件的预制裂纹两侧的尺寸不变的条件下，持续降温直至试件断裂，将刚性材料制成的试件发生低温断裂时或半刚性材料制成的试件发生低温应力屈服时的温度作为所述裂纹扩展温度。3.如权利要求2所述的评价方法，其特征在于，所述裂纹扩展温度的测量方法具体包括如下步骤：步骤一、将位移传感器固定于试件的预制裂纹的两侧，并将位移传感器与控制系统连接；步骤二、将试件固定于固定件，并调整力传感器至归零状态；步骤三、根据设定的高低温箱的温控程序恒速降温，并始终保持试件的预制裂纹两侧的尺寸不变，直至试件发生断裂；步骤四、记录步骤三中相应的试验数据；步骤五、根据步骤四中记录的试验数据，分析、确定裂纹扩展温度。4.如权利要求1所述的评价方法，其特征在于：还结合测量试件发生裂纹扩展时的应力来评价其低温抗开裂性能。5.一种试件，用于评价材料的低温抗开裂性能的测试，能够用于测量刚性、半刚性材料的裂纹扩展温度，其特征在于：包括试件本体，所述试件本体设有第一面和与之相对的第二面，所述试件本体的第一面和第二面之间设有作为裂纹源的预制裂纹，该预制裂纹在试件本...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵波，李敬玮，鲁一晖，郝巨涛，瞿杨，刘增宏，何旭升，邓正刚，李蓉，王秀军，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，北京中水科海利工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：