一种基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置及方法制造方法及图纸

技术编号：41229047 阅读：2 留言：0更新日期：2024-05-09 23:45

本发明专利技术公开了一种基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置及方法，其中基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置，包括约束系统和控制系统，约束系统包括：方形底板、圆形外环、锥形内环、弹性元件和圆环垫片，圆形外环设置于方形底板上；锥形内环位于圆形外环内部，且锥形内环与圆形外环为同心圆；弹性元件位于锥形内环的外表面；圆环垫片设置于圆形外环和锥形内环之间。本发明专利技术的试验装置结构简单、成本低廉，可为混凝土试件提供绝热、半绝热的试验环境，也可根据试验的需求，设定不同的温度履历，进行混凝土材料性质试验；试验装置的约束在0～100％之间可调，能通过试件约束应力的发展来表征混凝土的抗裂性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于混凝土性能测试，具体涉及一种基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置及方法。

技术介绍

1、混凝土结构变形因受约束而产生的应力是导致混凝土开裂并影响其耐久性的重要因素。在实际工程应用中，由自身水化热等因素造成的温度变形是混凝土结构主要的变形，且所有混凝土结构或多或少总是存在约束的。因此，温度履历和约束程度成为影响混凝土结构应力发展和控制混凝土结构开裂的关键因素，也是对混凝土抗裂性能进行原材料选择与配合比设计的重要依据。

2、在对起因于温度变形的混凝土抗裂性能研究中，德国的springenschmid等研制了一台开裂试验架，该试验架主要由构架和控温系统组成，其中构架受到试件的反力产生微小弹性变形，可连续获得试件中应力的发展，而控温系统则可以模拟任意的混凝土温度发展历程，但上述试验装置的约束程度是未知的且不可控的，而温度应力与混凝土结构所受约束程度密切相关。因此，上述试验装置不能对实际混凝土结构的约束状态和温度应力发展进行针对性的研究，进而不能定量分析材料及施工参数对混凝土结构开裂性能的影响。

3、实际混凝土工程结构的约束状态可分为完全约束状态、弹性约束状态和自由状态。弹性约束状态是介于完全约束状态和自由状态之间的约束形式，也是实际工程结构最为普遍的约束形式，其约束程度在0～100％之间。实际上，完全约束状态是弹性约束的一个极端情况。大多数试验装置只能实现100％约束的完全约束试验，造成其在混凝土抗裂性能试验研究中的应用受到限制，不能够实现优化混凝土配合比以达到高抗裂性的目的。

4、我国研究人员也研制了一台温度-应力试验机(tstm)，该试验装置可为混凝土试件提供绝热、半绝热环境和0～100％可调的约束条件，以最大限度地模拟实际工程中混凝土结构所处环境下应力状态的发展；也可根据需求，设定不同的温度履历、约束条件，进行混凝土材料性质试验。可用来评价各种混凝土的抗裂性能，从而为混凝土配合比设计、大体积混凝土施工和规范制定提供可靠的依据。但是，该试验装置存在系统结构设计复杂、操作繁琐和单次测试价格昂贵等缺陷，难以在较短时间内实现混凝土结构大批量、多参数的抗裂性能试验研究。

5、综上所述，关于起因于温度变形的混凝土抗裂性能研究中，主要存在以下两方面的问题：1)没有兼顾不同温度履历与约束程度的影响来综合评价混凝土的抗裂性能；2)试验装置设计复杂、操作繁琐，试验费用高。因此，为了推进混凝土材料开裂问题的研究，亟需开发出可同时解决上述两方面问题的试验装置，并提出切实可行的试验方法。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本专利技术的实施例提出一种基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置及方法。

2、本专利技术的基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置，包括约束系统和控制系统，所述约束系统包括：方形底板；圆形外环，所述圆形外环设置于方形底板上；锥形内环，所述锥形内环位于圆形外环内部，且锥形内环与圆形外环为同心圆；弹性元件，所述弹性元件位于锥形内环的外表面；圆环垫片，所述圆环垫片设置于圆形外环和锥形内环之间。

3、可选地，所述圆形外环包括两个半圆的pvc板，两个半圆的pvc板通过两个对接螺栓可拆卸连接，所述圆环垫片由两个半圆的钢环对接组成。

4、可选地，所述方形底板上对应圆形外环和锥形内环位置均设置有圆形凹槽，圆形外环和锥形内环能够嵌入对应的圆形凹槽中。

5、可选地，所述方形底板的边长为600mm±10mm，厚度为30mm±2mm，圆形外环的内径为557mm±8mm，锥形内环上端内径为(104～123)mm±3mm，锥形内环的下端内径为(131～156)mm±3mm，所述圆形外环和锥形内环的高度相同，均为150mm±5mm，所述圆形外环和锥形内环的厚度相同，均为13mm±1mm；所述方形底板上的圆形凹槽宽度为13mm±1mm，深度为5mm±1mm；圆环垫片内径为235mm，宽度为(137～170)mm±3mm，厚度为5mm±1mm；弹性元件的高度为150mm±10mm，厚度为47.5mm。

6、可选地，所述控制系统包括应变片、应变仪、环境试验箱和计算机，所述应变片设置于约束系统中，应变片与应变仪连接进行数据传输，所述环境试验箱为混凝土试件提供绝热、半绝热环境，或根据试验需要，设定不同的温度履历；所述计算机与应变仪、环境试验箱连接，控制应变数据的采集和温度履历的设置。

7、本专利技术的基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置的使用方法，包括以下步骤：

8、s1.约束程度模拟：用于拟合约束程度与弹性元件厚度之间的关系，从而推导出弹性元件的厚度；

9、s2.制作混凝土试件：根据得到的弹性元件的厚度，制作混凝土试件，并记录试件的浇筑温度；

10、s3.混凝土抗裂性能试验：用于研究混凝土抗裂性能。

11、所述步骤s1约束程度模拟具体包括以下步骤：

12、s101.将混凝土试件和一定厚度的弹性元件依次置于压力试验机上，并施加一定的预压力，使混凝土试件和弹性元件与压力试验机紧密接触；

13、s102.在读取压力试验机应变计的初始值后，对混凝土试件施加温度荷载，升温幅度控制在60℃；断开电源，待应变计读数稳定后，记录应变计的读数变化，ε1；

14、s103.将另一组相同厚度的混凝土试件置于压力试验机上，不施加预压力，使其处于自由变形状态，并读取应变计的初始值；

15、s104.对混凝土试件施加温度荷载，升温幅度也控制在60℃；断开电源，待应变计读数稳定后，记录其自由应变变化，ε0；

16、s105.计算此厚度的弹性元件对混凝土试件的约束程度kr，如下式所示：

17、

18、s106.采用不同厚度h的弹性元件，重复上述步骤s101～s105，得出弹性元件不同厚度下对应的约束程度kr,n；

19、s107.由实测数据，拟合试件的约束程度与弹性元件厚度之间的关系，即kr＝f(h)，可推导出不同约束程度下弹性元件的厚度。

20、所述步骤s2制作混凝土试件具体包括以下步骤：

21、s201.在锥形内环内侧面二分之一高度位置的四等分线处沿周向设置应变片，并将应变片与应变仪连接；

22、s202.根据混凝土试件约束程度kr，确定弹性元件的厚度h，并将其设置在锥形内环外表面上；组装混凝土抗裂性能试验装置，在圆形外环内表面和圆环垫片上表面涂抹一薄层机油；

23、s203.以被检混凝土配合比拌制混凝土拌合物，试验时间t从混凝土搅拌加水开始计算；

24、s204.将混凝土拌合物浇筑至圆形外环与锥形内环之间的空间中，并立即将混凝土表面摊平，并记录试件的浇筑温度t1；

25、s205.采用振捣棒插捣，直至混凝土试件无气泡泛出，用抹子整平试件表面且与模具边框齐平，并用塑料膜包裹密封防止干燥收缩。

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【技术保护点】

1.一种基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置，包括约束系统和控制系统，其特征在于，所述约束系统包括：

2.根据权利要求1所述的基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置，其特征在于，所述圆形外环包括两个半圆的PVC板，两个半圆的PVC板通过两个对接螺栓可拆卸连接，所述圆环垫片由两个半圆的钢环对接组成。

3.根据权利要求1所述的基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置，其特征在于，所述方形底板上对应圆形外环和锥形内环位置均设置有圆形凹槽，圆形外环和锥形内环能够嵌入对应的圆形凹槽中。

4.根据权利要求3所述的基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置，其特征在于，所述方形底板的边长为600mm±10mm，厚度为30mm±2mm，圆形外环的内径为557mm±8mm，锥形内环上端内径为(104～123)mm±3mm，锥形内环的下端内径为(131～156)mm±3mm，所述圆形外环和锥形内环的高度相同，均为150mm±5mm，所述圆形外环和锥形内环的厚度相同，均为13mm±1mm；所述方形底板上的圆形凹槽宽度为13

5.根据权利要求1所述的基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置，其特征在于，所述控制系统包括应变片、应变仪、环境试验箱和计算机，所述应变片设置于约束系统中，应变片与应变仪连接进行数据传输，所述环境试验箱为混凝土试件提供绝热、半绝热环境，或根据试验需要，设定不同的温度履历；所述计算机与应变仪、环境试验箱连接，控制应变数据的采集和温度履历的设置。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S1约束程度模拟具体包括以下步骤：将混凝土试件和弹性元件置于压力试验机上，记录施加一定的预压力和不施加预压力情况下，升温幅度控制在60℃时的应变计的度数变化，并计算出约束程度；采用不同厚度的弹性元件，重复上述步骤得出弹性元件不同厚度下对应的约束程度，拟合试件的约束程度与弹性元件厚度之间的关系，推导出不同约束程度下弹性元件的厚度。

8.根据权利要求7所述的基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S2制作混凝土试件具体包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置的使用方法，其特征在于，所述的混凝土抗裂性能由浇筑温度、开裂时间、开裂应力和开裂面积综合评定，步骤S3混凝土抗裂性能试验包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置的使用方法，其特征在于，所述步骤S302中混凝土试件的开裂应力的计算公式为：

...

【技术特征摘要】

1.一种基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置，包括约束系统和控制系统，其特征在于，所述约束系统包括：

2.根据权利要求1所述的基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置，其特征在于，所述圆形外环包括两个半圆的pvc板，两个半圆的pvc板通过两个对接螺栓可拆卸连接，所述圆环垫片由两个半圆的钢环对接组成。

5.根据权利要求1所述的基于不同温度履历与约束程度的混凝土抗裂性能试验装置，其特征在于，所述控制系统包括应变片、应变仪、环境试验箱和计算机，所述应变片设...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，畅海锋，张应飞，陈学理，牛世伟，朱永和，李禄禄，赵旗，
申请(专利权)人：江河安澜工程咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：

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