评价材料低温抗开裂性能的试件及测量设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种评价材料的低温抗开裂性能的试件和测量设备，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，所述测量设备包括高低温试验箱和设于其中的温度应力试验机。本实用新型专利技术的试件为裂纹扩展温度的测定而设计，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。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种评价材料的低温抗开裂性能的试件和测量设备，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，所述测量设备包括高低温试验箱和设于其中的温度应力试验机。本技术的试件为裂纹扩展温度的测定而设计，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。【专利说明】评价材料低温抗开裂性能的试件及测量设备
本技术涉及一种评价刚性、半刚性材料的低温抗开裂性能的试件和测量设备。
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响，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。对于浙青混凝土材料而言，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，本技术目的在于提供一种评价材料的低温抗开裂性能的试件，以便进行不同材料(主要指刚性或半刚性材料)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，并能获得较高的准确度，具有较高的实用性，容易制得参数一致的平行试件，并且制备简单、方便，成本较低。本技术目的还在于提供一种测量设备，以利用该试件进行测量。为了达到上述目的，本技术采用的主要技术方案是:一种用于评价材料的低温抗开裂性能的试件，用于破坏性裂纹扩展测试，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相应的拉应力时发生扩展。其中，所述预制裂纹可以为狭长状，其延伸方向与所述力的方向呈90°的角度。其中，所述试件本体可以由刚性或半刚性的热固性树脂或热塑性树脂材料制成。一种可以供上述试件进行裂纹扩展性能测试的设备，其主要包括:约束与伺服装置，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，以使试件在在降温过程中呈收缩趋势，配合所述约束装置使得所述预制裂纹扩展；以及测力装置和/或测温装置，所述测力装置与所述约束与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。本技术的有益效果是:现有技术的浙青冻断试验中，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。本技术的试件，根据断裂力学裂纹扩展原理，通过在试件本体上预制作为裂纹源的预制裂纹，使得所测结果的物理意义明确，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，在通过测量刚性、半刚性材料的裂纹扩展温度来评价其低温抗开裂性能时，相较现有技术能够评定更准确，并且评定结果相较现有技术更符合产品的实际使用状况，并且试验结果具有很好的重现性；本技术的测量设备，使得测量简单易行、结果准确。【专利附图】【附图说明】图1是本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21#试件，b为22#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23#试件，b为24#试件，c为25#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31#试件，b为32#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33#试件，b为34#试件，c为35#试件)。图6 (a)和图6 (b)为实施例4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 Ca)和图7 (b)是实施例4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】对本技术作进一步描述。参见图1，本技术的一种评价材料的低温抗开裂性能的试件，用于破坏性裂纹扩展测试，能够用于测量刚性、半刚性材料的裂纹扩展温度，其主要包括试件本体1，所述试件本体I设有第一面11和与之相对的第二面12，所述试件本体I的第一面11和第二面12之间设有作为裂纹源的预制裂纹10，该预制裂纹10在试件本体I受到相应的拉应力时发生扩展。其中，所述预制裂纹10为狭长状，其延伸方向与所述力的方向呈90°的角度。其中，所述预制裂纹10的长度可以为所述试件本体宽度的1/10至1/2。根据断裂力学裂纹扩展原理，由于试件本身相对理论模型通常都是带有一定缺陷的，而在破坏性的裂纹扩展试验中，由于应力的集中，试件在缺陷位置断裂的可能性较大，而试件自身缺陷的位置由于不可预测，因此，通常导致断裂位置不确定，测量结果离散性较大，不够准确，为了提高测量结果的准确性，优选为，所述裂纹扩展温度是采用设有作为裂纹源的预制裂纹的试件测量得到的，以便令试件的断裂可预测的发生于预制裂纹位置，进而“掩盖”或“消除”试件中的其他缺陷对测量结果的不利影响，使得测量结果具有很好的重现性，而且，还可以根据实际需求，适当调整预制裂纹的尺寸等参数，以简化操作，并提高测量结果的准确性。通常，预制裂纹10 (缺陷)的尺寸参数(如长度)可根据材料和试验用设备的参数来确定，原则是在设备可提供的温度变化范围内尽可能将材料的裂纹扩展温度显著区分开，以方便进行横向比较，而且，本技术的试件，测定裂纹扩展温度时，可以根据实际情况调整试件的结构尺寸参数，就可以进行材料性能的横向比较，试验设计的灵活性大，应用范围广。为了使预制裂纹起到良好的裂纹源的效果，并能使测量结果更准确，重现性更好，所述预制裂纹的宽度越窄越好，并且在一批次试验中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种评价材料的低温抗开裂性能的试件，用于破坏性裂纹扩展测试，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体受到拉应力时发生扩展。

【技术特征摘要】

【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：新型
国别省市：北京;11