[发明专利]一种测定砂浆动态弯拉力学性能的试验方法及试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定砂浆动态弯拉力学性能的试验方法及试验装置，用于砂浆动态力学性能的研究，属于混凝土建筑领域。

背景技术

土木工程领域中，混凝土动态力学特性对于正确评价高拱坝结构的抗震、抗爆安全度，以及合理的设计和建设具有重要的理论和实际意义。水泥砂浆作为混凝土的基本组成部分，是混凝土细观尺度研究的前提和基础。国内外对水泥砂浆的动态力学特性采用Hopkinson压杆技术研究了砂浆的动态压缩和拉伸试验，试验方法从单轴压缩扩展到拉伸、扭转以至多种受力状态的组合。对于一般的轴压/拉和劈拉试验的试样尺寸能够满足Hopkinson 压杆原试验装置中的基本要求，而三点弯拉试验中的试样尺寸不能满足Hopkinson 压杆原试验装置中的基本要求，且压杆试验中的基本假定也较难满足，从而没有形成统一的测定砂浆动态弯拉力学性能的加载方法及试验装置。因此，研发一种较精确直接的测定砂浆动态弯拉力学性能的试验方法和试验装置，对于全面探索混凝土动态特性，制定标准的动态弯拉试验方案具有十分重要的意义。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服测定砂浆动态弯拉力学性能的试验方法的不足，提供一种可直接测定砂浆动态弯拉力学性能的试验方法及试验装置。一种测定砂浆动态弯拉力学性能的测定装置，包括试验平台、立方体装置、垫条、钢板、PVDF压力传感器、PVDF压力传感器的封装装置；所述的立方体装置为安装固定试件的钢构架，尺寸可根据试件的尺寸定制，作为试件侧向放置时的支座装置；所述的垫条为试件弯拉试验三分点加载点的钢垫条，与试件紧密固定；所述的钢板为力直接加载时的钢板，即可实现砂浆动态弯拉试验的三分点的加载，尺寸为试件一致即可；所述的PVDF压力传感器为直接测定力的装置，与钢板及入射杆紧密固定，尺寸为直径 37mm、厚度1cm圆形精钢块将压电膜固定。

为了直接测定砂浆动态弯拉力学性能中加载力的大小，本发明提出了PVDF压力传感器封装装置，该装置包括PVDF压电薄膜、铜箔、绝缘膜、圆形精钢块；所述的PVDF压电薄膜与电极相连，直接测定力的电压信号与试件关系；所述的铜箔为充当导电引线，单面导电与压电薄膜上下各相连，尺寸为30μm厚且与压电膜同宽；所述的绝缘膜既起到隔电绝缘作用又起到找平作用，粘贴在圆形精钢块上，厚度为30μm；所述的精钢块为固定并封装压电薄膜的装置，直径 37mm，厚度1cm；由压电薄膜两极的引线连接在桥盒的电阻上，并将桥盒电阻与示波器直接相连，从而可得出加载力的电压信号图。

本发明的砂浆动态弯拉力学性能的试验方法，包括以下步骤：

步骤A、制作试件，所述试件为砂浆标准长方体形，并按水泥胶砂标准养护条件养护；

步骤B、安装试件，选用钢质垫条，固定在试件的三分点处，作为加载点。垫条上方采用与试验装置一致的钢板，尺寸可与试件相同，作为加载装置。为了直接测出加载力的大小，将PVDF压力传感器与钢板紧密相连，且压力传感器经桥盒电阻和示波器相连；

步骤C、安装Hopkinson 压杆装置，Hopkinson 压杆由撞击杆、入射杆和透射杆组成，由于三点弯拉试验中，受试件尺寸及受拉力学性能的因素影响，入射波不能通过试件形成透射波，不能得出试件的变形效应。因此，去除透射杆装置，将应变片粘贴在试件上，且经桥盒与放大器（动态应变仪）相连；

步骤D、在仪器上固定距离L₀的两点处装有两个红外感光仪器，通过探测子弹经过的时间，得出子弹的速度，从而可测定不同应变率情形下的砂浆弯拉力学性能的应力应变关系；

步骤E、放大器即动态应变仪可以将压力传感器和试件上测得的应变信号转化为电压信号与时间的关系，将放大器与示波器相连，继而可以被示波器记录，将示波器和电脑相连，实现数据处理系统，提高试验数据存储效率；

步骤F、将入射杆紧贴在压力传感器一端，并与试件的钢板及试件紧密固定；

步骤G、加载系统由氮气驱动、压力控制表、枪膛及撞击杆（子弹）组成。试验时，打开氮气阀门，驱动子弹，使之从枪膛发射出。可以通过调整控制压力表的读数，实现子弹射出速度的大小。

进一步的，所述步骤G之后还包括，

步骤H、调整荷载的加载速率，重复步骤A-步骤G，从而得出不同应变率情形下的砂浆动态弯拉力学性能的应力与应变的关系。进而可以研究砂浆弯拉性能随应变率变化的规律。