專利名稱：一種混凝土材料抗沖擊韌性的測(cè)試評(píng)價(jià)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)試評(píng)價(jià)裝置，具體涉及一種混凝土材料抗沖擊韌性的測(cè)試評(píng)價(jià)直O(jiān)背景技術(shù)
混凝土由于具有原料豐富、價(jià)格低廉、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、抗壓強(qiáng)度高、耐久性好、強(qiáng)度等級(jí)范圍寬等特點(diǎn)而成為了當(dāng)今世界上用量最大的土木工程材料。但由于混凝土是一種脆性材料，這對(duì)混凝土材料的使用造成了嚴(yán)重的不利影響。因此，人們對(duì)如何提高混凝土的抗沖擊韌性進(jìn)行了大量的研究，并取得了積極的效果[1，2]。
混凝土是一種脆性材料，在工程的使用中，混凝土在作用荷載遠(yuǎn)未達(dá)到其極限設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)就發(fā)生了破壞，經(jīng)大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致混凝土材料破壞的主要原因是動(dòng)荷載作用下的沖擊破壞或者是疲勞破壞，如水泥混凝土路面就是由脆性材料形成的承受動(dòng)荷載作用薄板結(jié)構(gòu)。如何提高混凝土柔韌性，降低其脆性，一直是混凝土領(lǐng)域致力研究的熱點(diǎn)問題[3]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者經(jīng)過研究，提出了很多提高混凝土抗沖擊抗疲勞破壞的方法。 如在混凝土中摻入適量的聚丙烯纖維或者是橡膠粉等材料可以極大的提高混凝土的抗沖擊性能，從而延長(zhǎng)混凝土材料的使用壽命。絕大多數(shù)脆性材料的破壞都是由沖擊或振動(dòng)導(dǎo)致的破壞，因而抗沖擊性能是脆性材料力學(xué)性能中重要的性能之一 [4]?；炷磷鳛橐环N脆性材料，評(píng)價(jià)其抗沖擊能力，對(duì)產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)的選材、抗震設(shè)計(jì)、可靠性保證等具有重大意義。 因此，抗沖擊性能也成為評(píng)價(jià)混凝土材料路用性能的重要指標(biāo)之一。
然而，目前我國(guó)混凝土材料的相關(guān)實(shí)驗(yàn)規(guī)范中對(duì)混凝土抗沖擊韌性的試驗(yàn)方法及試驗(yàn)流程沒有做出明確規(guī)定。研究者目前可用的測(cè)試方法有擺錘沖擊試驗(yàn)[3，5]、彎曲沖擊試驗(yàn)[6]或者是美國(guó)ACI 544提出的重錘法[2，4]，國(guó)內(nèi)大量學(xué)者主要采用了美國(guó)ACI 544 提出的重錘法，即混凝土試件尺寸為0150 mm χ 63. 5mm，鋼球直徑為63. 5mm，置于混凝土試件中心，再用1個(gè)4. 5kg的鋼錘從落距457cm的高度自由下落沖擊放置在試件中心的鋼球，每完成1次沖擊即為1個(gè)循環(huán)。根據(jù)混凝土試件出現(xiàn)初裂和終裂的沖擊次數(shù)對(duì)混凝土的抗沖擊韌性的高低進(jìn)行判斷。該試驗(yàn)方法雖然簡(jiǎn)單，但在使用過程中發(fā)現(xiàn)，很多混凝土需要沖擊幾十次甚至幾百次才會(huì)破壞，在人工進(jìn)行沖擊試驗(yàn)過程中，存在大量的不確定因素會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成較大影響，如，每次由人工提升的鋼錘提高度未必是475cm，在沖擊試驗(yàn)計(jì)數(shù)較多時(shí)容易出現(xiàn)計(jì)數(shù)錯(cuò)誤等。且該試驗(yàn)方法操作因人而異不規(guī)范，試驗(yàn)過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，試驗(yàn)結(jié)果離散性過大。
因此，開發(fā)一種操作規(guī)范、效率高、測(cè)試數(shù)據(jù)可靠的混凝土材料抗沖擊韌性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置及評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)人們研究和進(jìn)一步提高混凝土的抗沖擊韌性具有非常重要的意義。
參考文獻(xiàn)
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本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種操作規(guī)范、試驗(yàn)簡(jiǎn)單、測(cè)試結(jié)果可靠的混混凝土材料抗沖擊韌性的測(cè)試評(píng)價(jià)裝置。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了混凝土材料抗沖擊韌性的測(cè)試評(píng)價(jià)裝置， 包括測(cè)試用混凝土試塊和鋼球，臺(tái)座中部設(shè)有凸輪機(jī)架，所述的凸輪機(jī)架上設(shè)有凸輪，所述的凸輪傳動(dòng)連接有電動(dòng)機(jī)和計(jì)數(shù)器，凸輪從動(dòng)件一端鉸接在所述的臺(tái)座的一端處于所述的凸輪機(jī)架的一側(cè)，所述的測(cè)試用混凝土試塊安裝在所述的臺(tái)座的另一端處于所述的凸輪機(jī)架的另一側(cè)，所述的凸輪從動(dòng)件的中部滑動(dòng)壓接在所述的凸輪上，在所述的測(cè)試用混凝土試塊的中心處設(shè)有鋼球，所述的凸輪從動(dòng)件另一端安裝有鑄鐵塊，所述的鑄鐵塊在下落時(shí)直接沖擊在所述的鋼球上。
所述的支架通過固定螺栓安裝在所述的臺(tái)座的一端處于凸輪機(jī)架的一側(cè)，所述的凸輪從動(dòng)件一端通過銷軸鉸接在所述的支架上。
采用上述技術(shù)方案的混混凝土材料抗沖擊韌性的測(cè)試評(píng)價(jià)裝置，結(jié)合常用的試驗(yàn)方法和和實(shí)際工程特點(diǎn)，研發(fā)一種可以用于測(cè)試不同尺寸混凝土試件抗沖擊性能的測(cè)試評(píng)價(jià)裝置，通過該裝置能夠方便、省時(shí)、省力、準(zhǔn)確地對(duì)不同混凝土的抗沖擊韌性進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。
本發(fā)明通過利用圓盤形凸輪在繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生影響的思路出發(fā)，設(shè)計(jì)了在凸輪從動(dòng)件上安裝一定質(zhì)量的鑄鐵塊，使凸輪在轉(zhuǎn)動(dòng)地過程中帶動(dòng)鑄鐵塊逐漸升高，然后又以幾乎自由落體的形式下落，當(dāng)鑄鐵塊從空中落下時(shí)直接沖擊在一個(gè)鋼球上，鋼球又將沖擊能傳給墊下面的測(cè)試用混凝土試塊，該方法可以模擬自由落體對(duì)混凝土材料沖擊的實(shí)際情況，采用該方法實(shí)現(xiàn)了混凝土抗沖擊試驗(yàn)的規(guī)范化和自動(dòng)化，極大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。
該方法可以通過記錄鑄鐵塊從一定高度的空中下落時(shí)，沖擊在測(cè)試用混凝土試塊上并導(dǎo)致測(cè)試用混凝土試塊開裂破壞的沖擊次數(shù)η對(duì)混凝土材料抗沖擊韌性的性能進(jìn)行判斷，同時(shí)，還可以通過計(jì)算沖擊條件下測(cè)試用混凝土試塊破壞時(shí)所吸收的沖擊能u，并與其它試驗(yàn)方法測(cè)試的沖擊能大小進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)不同配合比混凝土材料抗沖擊韌性的性能進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)。
本發(fā)明的科學(xué)性、有效性及其與現(xiàn)有測(cè)試方法的比較
本裝置是基于模擬自由落體沖擊混凝土材料的特點(diǎn)，通過工程現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室研究，選用自行設(shè)計(jì)的凸輪、凸輪從動(dòng)件和凸輪機(jī)架，通過調(diào)整凸輪的大小，凸輪從動(dòng)件上鑄鐵塊的質(zhì)量和凸輪機(jī)架的位置，可以控制鑄鐵塊下落的高度，從而調(diào)整沖擊在測(cè)試用混凝土試塊上沖力能的大小，并通過計(jì)數(shù)器準(zhǔn)確記錄測(cè)試用混凝土試塊在沖擊荷載作用下出現(xiàn)初裂并且最終破壞時(shí)的沖擊次數(shù)，因而本裝置具有顯著的科學(xué)性和合理性。
同時(shí)，與原有的擺錘沖擊試驗(yàn)、彎曲沖擊試驗(yàn)、美國(guó)ACI544提出的重錘法相比，本實(shí)驗(yàn)裝置提高了工作效率、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，規(guī)范了實(shí)驗(yàn)方法，試驗(yàn)結(jié)果的可比性更強(qiáng)，離散型更小，能夠?qū)炷敛牧系目箾_擊韌性進(jìn)行有效的比較和評(píng)價(jià)。因次，本裝置具有其他已有測(cè)試裝置無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了已有測(cè)試方法中的不足，是對(duì)混凝土沖擊韌性測(cè)試評(píng)價(jià)方法的有效補(bǔ)充。
本發(fā)明的敏感性
實(shí)踐表明，本裝置對(duì)混凝土材料沖擊韌性性能的測(cè)試評(píng)價(jià)敏感性高。試驗(yàn)通過改變鑄鐵塊的質(zhì)量或者是鑄鐵塊下落的高度等參數(shù)，可以測(cè)試不同混凝土的抗沖擊韌性，并對(duì)不同混凝土的抗沖擊韌性進(jìn)行有效地比較。對(duì)于脆性較高或者韌性較高的混凝土材料均可以采用本實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行測(cè)試，并且得出可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，避免了現(xiàn)有試驗(yàn)方法中對(duì)脆性較高的混凝土材料測(cè)試結(jié)果不敏感或?qū)g性較高的混凝土材料測(cè)試時(shí)間過長(zhǎng)的不利影響。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果
A、本裝置可以測(cè)試不同混凝土材料的抗沖擊韌性，并且能客觀、全面地對(duì)混凝土抗沖擊性能進(jìn)行評(píng)價(jià)；彌補(bǔ)了已有測(cè)試方法中的不足，是混凝土性能測(cè)試評(píng)價(jià)方法中的有效補(bǔ)充；
B、該試驗(yàn)裝置可以適用于機(jī)械化大生產(chǎn)的需要，試驗(yàn)方法操作簡(jiǎn)單、工作效率高、 試驗(yàn)過程規(guī)范、試驗(yàn)結(jié)果可靠性高、試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性小，避免了以往方法的弊端，現(xiàn)節(jié)約了大量人力、物力。
綜上所述，本發(fā)明是一種操作規(guī)范、試驗(yàn)簡(jiǎn)單、測(cè)試結(jié)果可靠的混凝土材料抗沖擊韌性的測(cè)試評(píng)價(jià)裝置，解決了混凝土抗沖擊韌性的測(cè)試評(píng)價(jià)方法，進(jìn)一步完善了混凝土材料性能試驗(yàn)測(cè)試方法。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)俯視圖。
圖2是沿圖1中A-A線剖示圖。
圖3是本發(fā)明的工作簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
參見圖1和圖2，臺(tái)座2中部設(shè)有凸輪機(jī)架6，凸輪機(jī)架6上設(shè)有凸輪5，凸輪5傳動(dòng)連接有電動(dòng)機(jī)4和計(jì)數(shù)器7，支架12通過固定螺栓1安裝在臺(tái)座2的一端處于凸輪機(jī)架 6的一側(cè)，測(cè)試用混凝土試塊9安裝在臺(tái)座2的另一端處于凸輪機(jī)架6的另一側(cè)，在測(cè)試用混凝土試塊9的中心處設(shè)有鋼球10，凸輪從動(dòng)件3 —端通過銷軸11鉸接在支架12上，凸輪從動(dòng)件3另一端安裝有鑄鐵塊8，鑄鐵塊8在下落時(shí)直接沖擊在鋼球10上，凸輪從動(dòng)件35的中部滑動(dòng)壓接在凸輪5上。
參見圖1、圖2和圖3，將實(shí)驗(yàn)裝置安裝好，凸輪、凸輪從動(dòng)件和凸輪機(jī)架安裝在臺(tái)座2的中間位置，測(cè)試用混凝土試塊9安置在凸輪從動(dòng)件3上安裝的鑄鐵塊8下方。用固定螺栓把支架12、凸輪機(jī)架6固定在臺(tái)座2上，凸輪從動(dòng)件3 —端通過銷軸11鉸接在支架 12上，使凸輪從動(dòng)件3繞支架12在豎直面內(nèi)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，在凸輪機(jī)架6上安裝凸輪5，并將凸輪5與電動(dòng)機(jī)4連接，使凸輪5可以繞固定軸做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，凸輪5繞固定軸旋轉(zhuǎn)一周則計(jì)數(shù)器7讀數(shù)增加1。在鑄鐵塊8下方安置鋼球10，并在鋼球10下面放置測(cè)試用混凝土試塊9。接通電源，則凸輪5開始轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)凸輪從動(dòng)件3在豎直平面內(nèi)升高， 然后又幾乎以自由落體的方式下落，凸輪從動(dòng)件3上的鑄鐵塊8直接沖擊在鋼球10上，鋼球10又將沖擊能傳給測(cè)試用混凝土試塊9，凸輪5旋轉(zhuǎn)一周，則完成一次沖擊測(cè)試，凸輪5 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，鑄鐵塊8呈周期性的對(duì)測(cè)試用混凝土試塊9產(chǎn)生沖擊，直到測(cè)試用混凝土試塊9 破壞，試驗(yàn)結(jié)束，從計(jì)數(shù)器7上讀取沖擊次數(shù)，關(guān)閉電源，試驗(yàn)結(jié)束。
上述試驗(yàn)完成后，量取鑄鐵塊8上升的最大豎直高度h，通過鑄鐵塊8最大高度h， 鑄鐵塊8以及凸輪從動(dòng)件3質(zhì)量m和沖擊次數(shù)n，計(jì)算沖擊能，并且對(duì)不同混凝土材料的沖擊韌性進(jìn)行有效比較。
若要與ACI 544落錘沖擊試驗(yàn)方法的結(jié)果對(duì)比，則可以通過理論力學(xué)方法計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量ω”并計(jì)算O1轉(zhuǎn)動(dòng)下落時(shí)對(duì)測(cè)試用混凝土試塊9產(chǎn)生的沖擊能U1，并用U1與 4. 54kg的重錘從457mm高度以自由落體落下時(shí)對(duì)測(cè)試用混凝土試塊9產(chǎn)生的沖擊能U2進(jìn)行比較。
權(quán)利要求
1.一種混凝土材料抗沖擊韌性的測(cè)試評(píng)價(jià)裝置，包括測(cè)試用混凝土試塊(9)和鋼球 (10)，其特征是臺(tái)座O)中部設(shè)有凸輪機(jī)架(6)，所述的凸輪機(jī)架(6)上設(shè)有凸輪(5)，所述的凸輪( 傳動(dòng)連接有電動(dòng)機(jī)(4)和計(jì)數(shù)器(7)，凸輪從動(dòng)件C3) —端鉸接在所述的臺(tái)座O)的一端處于所述的凸輪機(jī)架(6)的一側(cè)，所述的測(cè)試用混凝土試塊(9)安裝在所述的臺(tái)座O)的另一端處于所述的凸輪機(jī)架(6)的另一側(cè)，所述的凸輪從動(dòng)件(3)的中部滑動(dòng)壓接在所述的凸輪( 上，在所述的測(cè)試用混凝土試塊(9)的中心處設(shè)有鋼球(10)，所述的凸輪從動(dòng)件C3)另一端安裝有鑄鐵塊(8)，所述的鑄鐵塊(8)在下落時(shí)直接沖擊在所述的鋼球(10)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混混凝土材料抗沖擊韌性的測(cè)試評(píng)價(jià)裝置，其特征是所述的支架(12)通過固定螺栓(1)安裝在所述的臺(tái)座O)的一端處于所述的凸輪機(jī)架(6)的一側(cè)，所述的凸輪從動(dòng)件C3) —端通過銷軸(11)鉸接在所述的支架(1 上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混凝土材料抗沖擊韌性的測(cè)試評(píng)價(jià)裝置，臺(tái)座(2)中部設(shè)有凸輪機(jī)架(6)，所述的凸輪機(jī)架(6)上設(shè)有凸輪(5)，凸輪(5)傳動(dòng)連接有電動(dòng)機(jī)(4)和計(jì)數(shù)器(7)，凸輪從動(dòng)件(3)一端鉸接在臺(tái)座(2)的一端處于凸輪機(jī)架(6)的一側(cè)，測(cè)試用混凝土試塊(9)安裝在臺(tái)座(2)的另一端處于凸輪機(jī)架(6)的另一側(cè)，凸輪從動(dòng)件(3)的中部滑動(dòng)壓接在凸輪(5)上，在測(cè)試用混凝土試塊(9)的中心處設(shè)有鋼球(10)，凸輪從動(dòng)件(3)另一端安裝有鑄鐵塊(8)，鑄鐵塊(8)在下落時(shí)直接沖擊在鋼球(10)上。本發(fā)明是一種操作規(guī)范、試驗(yàn)簡(jiǎn)單、測(cè)試結(jié)果可靠的混凝土材料抗沖擊韌性的測(cè)試評(píng)價(jià)裝置，解決了混凝土抗沖擊韌性的測(cè)試評(píng)價(jià)方法，進(jìn)一步完善了混凝土材料性能試驗(yàn)測(cè)試方法。
文檔編號(hào)G01N3/34GK102507351SQ20111034974
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者李哲, 謝友均, 馬昆林, 龍廣成 申請(qǐng)人:中南大學(xué)