用于大坝混凝土断裂试验的快速冻融试验机及试验方法技术

本申请公开了一种用于大坝混凝土断裂试验的快速冻融试验机及试验方法，旨在解决现有技术中冻融试验机无法适用于大型混凝土试件进行冻融断裂试验，且解决了大型试件在冻融过程中的温度传递均匀性及升/降温速率的技术问题；本装置主箱体上出液口与进液口对角设置，且在进液口侧的主箱体内设置循环泵加速循环液的流通，保证了试件温度均匀；本申请不仅可应用于大型混凝土结构的冻融断裂试验，同时也满足小型冻融试验机的使用需求，升降温速率快，且温度传递均匀。所述提供的确定冻融环境下的大坝混凝土的断裂韧度与拉伸强度的试验方法，能够有效真实地模拟自然冻融状态下混凝土大坝断裂特性及强度特性，周期短，试验成本低，易于推广实施。易于推广实施。易于推广实施。

【技术实现步骤摘要】
用于大坝混凝土断裂试验的快速冻融试验机及试验方法


[0001]本申请涉及混凝土冻融断裂试验检测
，具体涉及一种用于大坝混凝土断裂试验的快速冻融试验机及试验方法。

技术介绍

[0002]由于混凝土材料的脆性易损特征，在水利水电行业，“无坝不裂，无洞不裂”的局面一直未能有效改观。大坝开裂导致大坝耐久性和抗震性能严重降低，缩短大坝使用寿命，影响工程正常运行和工程效益的发挥，严重开裂的大坝在各种极端条件综合作用下易导致发生溃坝的极端情况，进而造成重大的社会灾难，危及人们的生命财产安全。对钢筋混凝土结构破坏倒塌的工程质量事故调查发现，这些事故绝大多数是由于裂缝的扩展引起的。而混凝土裂缝的存在和发展，是造成钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀和结构耐久性降低的重要原因，也使得一些海港码头、水利枢纽、交通枢纽、民用建筑、军用设施与桥梁、道路、工业等混凝土构筑物，大多数难以达到设计使用寿命，而使用过程中需要重建或加固维修，浪费大量维修费用和重建费用，并造成环境污染和资源浪费。
[0003]为了检测大坝混凝土试件的断裂性能，需要模拟自然界的环境温度变化对大坝混凝土性能的影响，即进行混凝土试件冻融试验。目前现有的混凝土试件冻融试验规范所述涉及到的冻融试验机一般尺寸较小，比如水工混凝土试验规程中冻融试验机尺寸为100mm
×
00mm
×
400mm，而大坝混凝土冻融断裂试验则要求尺寸较大，为满足线弹性要求，试件尺寸至少1m以上，这就要求冻融试验机有足够的内部容纳空间尺寸以满足大坝混凝土断裂试验。而目前国内外还没有一种适用于大尺寸试件的冻融试验机及试验方法，原因主要如下：一是大坝混凝土断裂试验是近年来才逐渐成为科技界和工程界研究的热点，目前的试验设备或装置还不成熟，并且试验设备研发方面还没得到足够重视；二是大尺寸的冻融试验需要考虑的因素较多，比如试件尺寸较大后传热问题、热交换效率问题；常规尺寸的试件箱是胶皮材料，而当试件尺寸较大后胶皮尺寸不能满足试件搬出和装入的问题。
[0004]公开于该
技术介绍
部分的信息仅用于加深对本公开的
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种用于大坝混凝土断裂试验的快速冻融试验机及试验方法。
[0006]根据本公开的一个方面，提供一种用于大坝混凝土断裂试验的快速冻融试验机，包括主箱体和室外机，所述主箱体内设有试件箱及格栅支架，所述试件箱间隔设置在所述格栅支架上，且所述试件箱底部与所述主箱体底部保持3～5cm高度差，所述室外机设有加热装置、制冷装置和液泵；所述主箱体上设有进液口和出液口，所述出液口与所述进液口对角设置，且在所述出液口侧的主箱体内设有若干循环泵，所述加热装置和制冷装置分别通过对应的管路与所述主箱体上的进液口连通，所述液泵的进水端通过管路与所述主箱体上
的出液口连通，其出水端分别通过对应的管路与所述加热装置和制冷装置连通，以分别通过所述加热装置或制冷装置对主箱体内的循环液进行加热或制冷；所述主箱体和试件箱内分别设有红外线温度传感器，以分别检测所述箱体内循环液及试件箱内试件的温度。
[0007]在本公开的一些实施例中，所述红外线温度传感器包括分别设置在所述主箱体四个角点处的第一红外线温度传感器和设置在所述试件上的第二红外线温度传感器，所述红外线温度传感器为Pt100。
[0008]在本公开的一些实施例中，在所述主箱体旁侧设置有控制柜，所述控制柜与所述加热装置、制冷装置、水泵和红外线传感器相连，用于控制加热装置、制冷装置、水泵和红外线传感器启停。
[0009]在本公开的一些实施例中，所述试件箱为4～5mm厚的铁皮板制成，试件尺寸最大为1300
×
250
×
400mm。
[0010]根据本公开的另一个方面，提供一种冻融环境下测试确定大坝混凝土断裂韧度及拉伸强度的试验方法，基于上述快速冻融试验机而实施，包括以下步骤：S1，预制混凝土单点加载试件，其中以毫米为单位记录：试件高度为W，试件厚度为B，试件有效跨度为S，初始裂缝深度为α0；并计算获取逢高比为α= a0/W；S2，在混凝土试件上开设预制缝，并将混凝土试件放入水中浸泡；S3，浸泡完毕后，将待试验试件取出擦拭其表面水分，并称取试件初始质量，并采用超声波测试混凝土超声波波速，作为评定抗冻性的起始值；S4，将试验混凝土试件放置于所述快速冻融试验机的试件箱中，设置冻融试验参数、启动设备开始进行冻融循环；S5，完成对应的冻融循环次数后，取出试件平衡至室温后按静力加载试验方式进行单点加载试验，记录试验过程中各个试件的峰值荷载P
max
，并计算各试件断裂断裂韧度K
IC
及拉伸强度f t
。
[0011]在本公开的一些实施例中，在步骤S4中，所述试验参数设定为：试件冻融循环温度为
‑
15℃～8℃，试件冻融循环时间≤10h，且融化试件时间≥试件冻融循环时间的25％。
[0012]在本公开的一些实施例中，通过以下公式计算断裂韧度K
IC
及拉伸强度f t ：
；式中，σ
n
为考虑初始裂缝长度a0和虚拟裂缝扩展量Δa
fic
影响的名义应力；为材料的特征裂缝长度，由断裂韧度K
IC
和拉伸强度f t
确定；Y(α)为几何结构参数；Δa
fic = β d
max
，其中d
max 为骨料颗粒的最大粒径；β为离散度参数（可按常数法取值，如β =0.1；或通过试验获得），α
e
为等效裂缝长度。
[0013]在本公开的一些实施例中，在所述S6中，通过压力试验机或者万能试验机对所述试件进行单点加载试验。
[0014]在本公开的一些实施例中，在所述步骤S2中，所述预制缝预切裂纹厚度为0.5～1mm的L型钢片，混凝土浇注前，将L型钢片长边垂直粘贴在模具侧面，养护20～26h后，取出模具，然后取出L型钢片，形成预切裂纹。
[0015]本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：1. 冻融试验机在结构尺寸（如试件箱尺寸可达1300
×
250
×
400mm）上能够满足大坝混凝土冻融断裂试验所需大尺寸试件的要求，升降温速率高，试验周期大为缩短，有效解决了大尺寸混凝土试件升降温慢、内外温度不均一，试验周期过长的难题。
[0016]2. 进一步地，冻融试验机的红外线温度传感器分别布设在主箱体四个角点处及各个试件中预留的孔内，同时采集主箱体内循环液及试件中心温度，便于保证试件箱内升降温的均一性，精准地控制升降温速率。
[0017]3. 冻融试验机的热换效率高，加热装置采用可拆卸的加热板安装在管道的四周，制冷装置采用冷热交换板，通过压缩机将冷冻液充入冷板进行降温，大大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于大坝混凝土断裂试验的快速冻融试验机，其特征在于，包括主箱体和室外机，所述主箱体内设有试件箱及格栅支架，所述试件箱间隔设置在所述格栅支架上，且所述试件箱底部与所述主箱体底部保持3～5cm高度差，所述室外机设有加热装置、制冷装置和液泵；所述主箱体上设有进液口和出液口，所述出液口与所述进液口对角设置，且在所述出液口侧的主箱体内设有若干循环泵，所述加热装置和制冷装置分别通过对应的管路与所述主箱体上的进液口连通，所述液泵的进水端通过管路与所述主箱体上的出液口连通，其出水端分别通过对应的管路与所述加热装置和制冷装置连通，以分别通过所述加热装置或制冷装置对主箱体内的循环液进行加热或制冷；所述主箱体和试件箱内分别设有红外线温度传感器，以分别检测所述箱体内循环液及试件箱内试件的温度。2.根据权利要求1所述的快速冻融试验机，其特征在于，所述红外线温度传感器包括分别设置在所述主箱体四个角点处的第一红外线温度传感器和设置在所述试件上的第二红外线温度传感器，所述红外线温度传感器为Pt100。3.根据权利要求1所述的快速冻融试验机，其特征在于，在所述主箱体旁侧设置有控制柜，所述控制柜与所述加热装置、制冷装置、水泵和红外线传感器电连接，用于控制加热装置、制冷装置、水泵和红外线传感器启停。4.根据权利要求1所述的快速冻融试验机，其特征在于，所述试件箱为4～5mm厚的铁皮板制成，试件尺寸最大为1300
×
250
×
400mm。5.一种确定大坝混凝土断裂韧度与拉伸强度的试验方法，其特征在于，基于权利要求1所述快速冻融试验机而实施，包括以下步骤：S1，预制混凝土试件，试件高度为W，试件厚度为B，试件有效跨度为S，初始裂缝深度为α0；并计算获取逢高比为α= a0/W；S2，在混凝土试件上开设预制缝，并将混凝土试件放入水中浸泡；S3，浸泡完毕后，将待试验混凝土试件取出擦拭其表面水分，并称取其初始质量，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚贤华，管俊峰，李勋，邓现东，高勇伟，李列列，上官林建，郭晓宁，孟江锋，王磊，郝颖，张敏，韩瑞聪，何双华，陈珊珊，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：