專(zhuān)利名稱(chēng)：一種測(cè)量水泥基材料軸向抗拉強(qiáng)度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量水泥基材料軸向抗拉強(qiáng)度的裝置，屬于建筑材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水泥基材料是建筑行業(yè)中用量最大、使用范圍最廣的材料。水泥基材料的軸向拉 伸參數(shù)是建筑工程中常用的評(píng)價(jià)其性能的重要指標(biāo)。但是這種材料有它自身固有的缺陷 質(zhì)脆、易開(kāi)裂、抗拉強(qiáng)度低。所以水泥混凝土軸像拉伸試驗(yàn)不易進(jìn)行，存在很多問(wèn)題，如荷載 偏心、應(yīng)力分布不均勻等，使得其軸拉試驗(yàn)的研究起步較晚。目前己有各種各樣的間接方法 可得到水泥基混凝土的拉伸和斷裂性能，如劈拉法、三點(diǎn)彎曲梁法、緊湊拉伸法等等，但研 究表明間接測(cè)得的抗拉強(qiáng)度比軸向抗拉強(qiáng)度值偏高，所以采用軸向拉伸方法測(cè)定混凝土的 抗拉強(qiáng)度和拉伸全過(guò)程曲線是最直接、最客觀、最完整的方法。對(duì)棱柱體試或圓柱體試件進(jìn) 行均勻的軸向拉伸，在整個(gè)加載過(guò)程中，所測(cè)得的應(yīng)力、應(yīng)變值對(duì)應(yīng)關(guān)系明確，能夠直接、準(zhǔn) 確的測(cè)量材料的本構(gòu)行為，易于破壞準(zhǔn)則掌握及破壞機(jī)理分析。如何盡可能保證試件拉伸 過(guò)程中應(yīng)力均勻布及避免偏心受力，直接影響到試驗(yàn)的成功率和準(zhǔn)確度。 目前，對(duì)水泥混凝土較大構(gòu)件的軸向抗拉強(qiáng)度的已有較多研究，但是對(duì)水泥凈漿 和水泥膠凝材料的軸向抗拉強(qiáng)度的研究較少。根據(jù)水泥膠凝材料試件裝卡在試驗(yàn)機(jī)上、下 夾頭中的裝卡方式和試件形狀不同，國(guó)內(nèi)外常用的試件裝卡方式可分為外夾式、內(nèi)埋式、粘 貼式和植筋法四種。不同方法存在不同的問(wèn)題 (1)外夾式(即端部摩擦夾持式)是通過(guò)試驗(yàn)機(jī)加載夾具與試件端部側(cè)面的摩擦 力來(lái)傳遞拉力。這種連接方法簡(jiǎn)單易行，但是可能由于夾持摩擦力不足導(dǎo)致夾具-試件連 接面滑移，也可能因夾持處應(yīng)力集中造成試件端部局部損壞進(jìn)而影響試驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行。另外 試件兩端的形狀適應(yīng)于傳遞軸向拉力所需的試驗(yàn)裝卡方式，所以外夾式試件，一般兩端部 要加大，要求模具尺寸準(zhǔn)確、嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)，以保證試件安裝在試驗(yàn)機(jī)上時(shí)能夠準(zhǔn)確定位，試模 制造復(fù)雜、難度高。如最早采用的8字形試件，但其兩端夾具比較復(fù)雜并且對(duì)中(使試件真 正中心受拉)困難，出現(xiàn)偏心和外施荷載處破損，并且試件形狀不易于制作。 (2)粘貼式是在混凝土試件的端部各粘貼一塊一定厚度的鋼板，然后沿中心軸 線施加荷載。采用粘結(jié)鋼板傳力時(shí)，雖然可以克服外夾式應(yīng)力集中及夾持端表面損傷的弊 病，但是可能由于鋼板不平或試件與膠固結(jié)過(guò)程中鋼板產(chǎn)生滑移導(dǎo)致加載軸心不對(duì)中產(chǎn)生 偏心；目前可供選擇的環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)粘結(jié)劑固化時(shí)間太長(zhǎng)，以致試驗(yàn)難以接受；并且粘貼鋼 板和混凝土表面黏貼連接時(shí)很難保證斷面和軸線垂直；粘貼鋼板或混凝土表面處理困難。 (3)內(nèi)埋式是通過(guò)試驗(yàn)機(jī) 試件之間使用部分預(yù)埋置在試件內(nèi)部的錨件作為傳 力構(gòu)件，這種連接方式能克服外夾式的應(yīng)力集中和粘貼式操作復(fù)雜的問(wèn)題。但是傳統(tǒng)的內(nèi) 埋式，存在模具加工復(fù)雜、精度不高、預(yù)埋件出現(xiàn)偏心、不能重復(fù)利用等問(wèn)題，并且內(nèi)埋鋼筋 或螺桿的連接方式需要保證預(yù)埋件與混凝土試件間不能出現(xiàn)粘結(jié)滑移的現(xiàn)象，因此預(yù)埋件 需要有一定的埋置深度，大尺寸試件對(duì)埋置深度的要求就更高，這就導(dǎo)致試件長(zhǎng)度超出驗(yàn) 機(jī)加載凈空高度的范圍。[0007] (4)植筋法是先在原有混凝土試件上用電錘鉆成孔后，利用高強(qiáng)度的化學(xué)粘合 劑，使植入的鋼筋、螺桿等與混凝土孔壁間產(chǎn)生握裹力，從而達(dá)到預(yù)定的持力效果。它具有 快速凝固、承載力高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。但是難以保證各個(gè)植入的鋼筋或螺桿受力均勻不 能使試件協(xié)同受力，容易造成初始缺陷或是產(chǎn)生滑移現(xiàn)象，影響試驗(yàn)結(jié)果，而且這種方法施 工操作復(fù)雜。 通過(guò)對(duì)目前水泥混凝土軸向抗拉強(qiáng)度的分析，發(fā)現(xiàn)各種方法均有其不足，如荷載 偏心是很難解決，試模制作困難、重復(fù)利用性差，施工操作復(fù)雜等問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服了現(xiàn)有測(cè)量裝置的上述缺陷，提出了一種測(cè)量水泥基 材料軸向抗拉強(qiáng)度的裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，試驗(yàn)結(jié)果精確、穩(wěn)定。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案。1、一種測(cè)量水泥基材料軸 向抗拉強(qiáng)度的裝置，其特征在于包括施加荷載的試驗(yàn)機(jī)、試件成形試模、試件傳力裝置和 數(shù)據(jù)采集裝置。
所述的試件成形試模包括 —塊底板； 安裝在底板上的兩塊端板和兩塊側(cè)板，底板、端板和側(cè)板圍成一型腔； 兩塊中間板，兩塊中間板平行安裝在底板上，并位于型腔內(nèi)，將型腔分為三部分，
兩邊的部分用于成型試件，中間板、側(cè)板、端板能夠從地板上拆卸，并且中間板與側(cè)板平行。
四個(gè)螺栓桿，螺栓桿由釘頭、光滑桿和螺紋桿組成；四個(gè)螺栓桿分別設(shè)置在第一
試件和第二試件的兩端，其中釘頭埋入試件內(nèi)，光滑桿穿過(guò)端板上的通孔，螺紋桿延伸至端
板外。釘頭的平面面積為試件截面面積的1/3 1/2，螺栓桿埋入試件內(nèi)的長(zhǎng)度大于等于
40mm，螺紋桿的長(zhǎng)度小于等于20mm。 側(cè)板中間有一個(gè)垂直于底板的通槽，用于垂直安插形成試件斷裂初始裂縫的不銹 鋼片或銅片； 所述的試件傳力裝置包括 兩個(gè)萬(wàn)向鉸，連接在第一試件的兩端，萬(wàn)向鉸包括球座、設(shè)置在球座內(nèi)的球頭、與 球頭固連的鐵棒和含有內(nèi)螺紋并與球座固連的套管，鐵棒被試驗(yàn)機(jī)夾持傳遞拉力，套管的 內(nèi)螺紋與螺栓桿的螺紋桿形成螺紋連接。萬(wàn)向鉸垂直轉(zhuǎn)動(dòng)范圍限定為90。 180° ，水平 轉(zhuǎn)動(dòng)360° 。 所述的數(shù)據(jù)采集裝置，包括動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀、安裝在第一試件上的電阻應(yīng)變片、與 第一試件用同種材料制成的溫度補(bǔ)償試件、以及設(shè)置在溫度補(bǔ)償試件上的溫度補(bǔ)償應(yīng)變 片。電阻應(yīng)變片。和溫度補(bǔ)償應(yīng)變片。均與動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀。相連。 本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn) 1.本實(shí)用新型能直接測(cè)得水泥基材料的軸向抗拉強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果精確、穩(wěn)定。 2.利用改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂三聯(lián)作試模，能提高試件的精度，操作簡(jiǎn)單方便，模具 可以重復(fù)利用。 3.試件的傳力裝置萬(wàn)向鉸能消除施加于試件兩端的兩個(gè)拉力之間的偏心，使兩 個(gè)拉力在同一直線上，球鉸在加載的任何階段，均可保持在空間任一個(gè)方向的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)機(jī)裝卡簡(jiǎn)單。 4.內(nèi)埋螺栓釘頭在傳力時(shí)能使試件斷裂面上產(chǎn)生均勻拉應(yīng)力，并且可以減小螺栓 桿的埋置深度，進(jìn)而可以減小試件的長(zhǎng)度。 5.測(cè)量結(jié)果包括試驗(yàn)機(jī)自身測(cè)得的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線及數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變 儀直接側(cè)取的應(yīng)變值，二者相互補(bǔ)充修正，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)、可靠、豐富。

圖1試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖 圖2試件成形試模結(jié)構(gòu)示意圖 圖3端板結(jié)構(gòu)示意圖 圖4螺栓桿結(jié)構(gòu)示意圖 圖5試件傳力裝置 圖6外接監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明 本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，包括施加荷載的試驗(yàn)機(jī)、試件成形試模、試件 傳力裝置和數(shù)據(jù)采集裝置。 試件成型部分的結(jié)構(gòu)如圖2所示，成型待測(cè)試件的模具是改進(jìn)式標(biāo)準(zhǔn)水泥 膠砂三聯(lián)試模，其成型試件的尺寸是40mmX 40mmX 160mm，改進(jìn)式標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂三 聯(lián)試模由一塊底板2、兩塊端板3、兩塊側(cè)板4和兩塊中間板5，兩塊端板3和兩塊側(cè)板4均安 裝在底板上，底板、端板和側(cè)板圍成一型腔。兩塊中間板平行安裝在底板上，并位于型腔內(nèi)， 將型腔分為三部分，兩邊的部分用于成型試件，即該三聯(lián)試模一次只能澆筑兩個(gè)試塊。各板 之間可以拆卸組裝。各部分的材質(zhì)均為鑄鐵不銹鋼。其中端板的兩側(cè)中心部位有兩個(gè)光滑 通孔7，其直徑范圍為10mm，以便于螺栓桿穿過(guò)。側(cè)板中間有一個(gè)垂直于底板的通槽8，其 位置位于側(cè)板中間，用途是垂直安插形成斷裂初始裂縫9的不銹鋼片或銅片10。螺栓桿11 是由釘頭12、光滑桿13和螺紋桿14組成，試件澆注前先將螺栓桿螺帽部分插入模具的側(cè)槽 內(nèi)，使釘頭埋入試件內(nèi)，使試件中間部能分均勻受力，并不致于在拉伸時(shí)將螺栓桿拔出。光 滑螺桿穿過(guò)端板上的通孔7，光滑桿與光滑通孔7相吻合，不松動(dòng)，使預(yù)埋螺栓軸心。螺紋桿 外露，與傳力裝置中的有內(nèi)螺紋的套管相連。其中螺栓帽的面積為試件截面面積的1/2左 右。螺栓桿的總長(zhǎng)度為80mm，光滑段為6mm，螺紋段為2mm，埋入試件內(nèi)的部分長(zhǎng)為5mm，外 露部分為3mm。在兩個(gè)側(cè)板內(nèi)側(cè)中間垂直于底板開(kāi)寬lmm深2mm的槽，為了在將水泥振搗完 成后能容易的將寬10mm厚0. 8mm長(zhǎng)大于50mm的貼片垂直插入試件內(nèi)，在試件凝結(jié)后將不 銹鋼片拔出，試件側(cè)面中間就形成了寬0. 8mm深8mm的預(yù)留裂縫。繼續(xù)養(yǎng)護(hù)24后脫模，脫
模時(shí)只需將端板和側(cè)板慢慢拆除掉，將試塊放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室(溫度2(rc 士rc、相對(duì)濕度是
90%以上)養(yǎng)護(hù)到實(shí)驗(yàn)齡期待用。 軸向拉伸試驗(yàn)部分在試驗(yàn)前兩天將試講在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)取出，在養(yǎng)護(hù)好的試件 沒(méi)有預(yù)留裂縫的三側(cè)各貼一個(gè)電阻應(yīng)變片，同時(shí)在相同材料的試塊上貼溫度補(bǔ)償片，貼完 片后待用。試驗(yàn)時(shí)將待測(cè)試件和補(bǔ)償試件上的電阻應(yīng)變片外接導(dǎo)線和動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀相連，并將貼有應(yīng)變片的試件兩端螺絲與傳力裝置萬(wàn)向鉸套管相連，其中萬(wàn)向鉸是由球頭和 球座組成，目的是連接構(gòu)件和試驗(yàn)機(jī)施加荷載的端頭，使施加于試件兩端的兩個(gè)拉力之間 不產(chǎn)生偏心，使兩個(gè)拉力在同一直線上。其中球頭上部連有一長(zhǎng)約30mm鐵棒，與試驗(yàn)機(jī)的 夾具相連；球座的下部連有長(zhǎng)為20mm的內(nèi)螺紋套管，上部鐵棒能在空間任一個(gè)方向的自由 轉(zhuǎn)動(dòng)。然后將帶有電阻應(yīng)變片的待測(cè)試件通過(guò)傳力裝置萬(wàn)向鉸安裝MTS材料萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的 兩夾持端上。開(kāi)始施加荷載，同時(shí)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀采集電阻應(yīng)變片數(shù)據(jù)，直至試驗(yàn)結(jié)束。 本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖6 。它包括兩部分， 一部分是電阻應(yīng)變片的外接 導(dǎo)線連接動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀，動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀自動(dòng)連續(xù)采集數(shù)據(jù)信息，并自動(dòng)保存。另一部分 是驗(yàn)機(jī)施加的荷載，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件控制加載的速度，同時(shí)將所加荷載的數(shù)值傳入數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)保存。兩個(gè)讀數(shù)要同時(shí)進(jìn)行才能反映每一對(duì)應(yīng)時(shí)刻荷載 應(yīng)變的關(guān)系，進(jìn)一步做應(yīng) 力 應(yīng)變曲線圖。其中應(yīng)力等于荷載除以斷裂截面的有效面積。電阻應(yīng)變片、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng) 變儀、萬(wàn)向鉸及試驗(yàn)機(jī)都可以采用市場(chǎng)銷(xiāo)售產(chǎn)品。 本實(shí)施例的使用方法是 將改進(jìn)后的三聯(lián)試模組裝好，刷油并將螺栓桿插入端板光滑通孔內(nèi)。將新拌好的 水泥漿體裝入試模，振搗完畢，抹平垂直插入不銹鋼片，送入養(yǎng)護(hù)室，等待凝結(jié)后將不銹鋼 片拔出，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后脫模。試件繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。試驗(yàn)前兩天將試塊從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng) 護(hù)室取出，貼電阻變片并在同種材料的試件上貼溫度補(bǔ)償片，將貼有應(yīng)變片和裝有傳力裝 置萬(wàn)向鉸的試件一并連接到試驗(yàn)機(jī)施加荷載的兩夾持端頭上，同時(shí)將電阻應(yīng)變片的外接導(dǎo) 線和動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀相連。試驗(yàn)機(jī)開(kāi)始施加荷載，試件開(kāi)始拉伸時(shí)采用恒荷載控制模式，穩(wěn) 定拉伸后再轉(zhuǎn)換為變形控制模式直至試驗(yàn)結(jié)束。
權(quán)利要求一種測(cè)量水泥基材料軸向抗拉強(qiáng)度的裝置，其特征在于包括施加荷載的試驗(yàn)機(jī)、試件成形試模、試件傳力裝置和數(shù)據(jù)采集裝置；所述的試件成形試模包括一塊底板；安裝在底板上的兩塊端板和兩塊側(cè)板，底板、端板和側(cè)板圍成一型腔；兩塊中間板，兩塊中間板平行安裝在底板上，并位于型腔內(nèi)，將型腔分為三部分，兩邊的部分用于成型第一試件和第二試件，中間板、側(cè)板、端板能夠從底板上拆卸；四個(gè)螺栓桿，螺栓桿由釘頭、光滑桿和螺紋桿組成；四個(gè)螺栓桿分別設(shè)置在第一試件和第二試件的兩端，其中釘頭埋入試件內(nèi)，光滑桿穿過(guò)端板上的通孔，螺紋桿延伸至端板外；側(cè)板中間有一個(gè)垂直于底板的通槽，用于垂直安插形成試件斷裂初始裂縫的不銹鋼片或銅片；所述的試件傳力裝置包括兩個(gè)萬(wàn)向鉸，連接在第一試件的兩端，萬(wàn)向鉸包括球座、設(shè)置在球座內(nèi)的球頭、與球頭固連的鐵棒和含有內(nèi)螺紋并與球座固連的套管，鐵棒被試驗(yàn)機(jī)夾持傳遞拉力，套管的內(nèi)螺紋與螺栓桿的螺紋桿形成螺紋連接，試驗(yàn)機(jī)與計(jì)算機(jī)相連；所述的數(shù)據(jù)采集裝置，包括動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀、安裝在第一試件上的電阻應(yīng)變片、與第一試件同種材料制成的溫度補(bǔ)償試件、以及設(shè)置在溫度補(bǔ)償試件試件上的溫度補(bǔ)償應(yīng)變片；電阻應(yīng)變片和溫度補(bǔ)償應(yīng)變片均與動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量水泥基材料軸向抗拉強(qiáng)度的裝置，其特征在于所 述的釘頭的平面面積為試件截面面積的1/3 1/2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量水泥基材料軸向抗拉強(qiáng)度的裝置，其特征在于螺 栓桿埋入試件內(nèi)的長(zhǎng)度大于等于40mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量水泥基材料軸向抗拉強(qiáng)度的裝置，其特征在于螺 紋桿的長(zhǎng)度小于等于20mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量水泥基材料軸向抗拉強(qiáng)度的裝置，其特征在于所 述的萬(wàn)向鉸垂直轉(zhuǎn)動(dòng)范圍限定為90。 180° ，水平轉(zhuǎn)動(dòng)360。。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型是一種測(cè)量水泥基材料軸向抗拉強(qiáng)度的裝置，屬于建筑材料領(lǐng)域。本裝置包括試驗(yàn)機(jī)、試件成形試模、試件傳力裝置和數(shù)據(jù)采集裝置。試件成形試模包括底板、兩塊端板、兩塊側(cè)板和兩塊中間板。兩塊端板和兩塊側(cè)板均安裝在底板上，底板、端板和側(cè)板圍成一型腔。兩塊中間板也平行側(cè)板安裝在底板上，并位于型腔內(nèi)，將型腔分為三部分，兩邊的部分用于成型試件。在試件的兩端埋有螺栓桿，螺栓桿由釘頭、光滑桿和螺紋桿組成，釘頭埋入試件內(nèi)，光滑桿穿過(guò)端板，螺紋桿延伸直端板外。試件傳力裝置選用萬(wàn)向鉸，試件通過(guò)萬(wàn)向鉸與試驗(yàn)機(jī)相連。數(shù)據(jù)采集裝置用于采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型能夠精確和便捷的測(cè)量水泥試件的軸向抗拉強(qiáng)度，并且簡(jiǎn)單、方便、實(shí)用。
文檔編號(hào)G01N3/08GK201464294SQ20092010986
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者周笑軍, 李?lèi)? 謝冰, 鮑俊玲 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)