[发明专利]拉应力与环境耦合作用下材料徐变的测试装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明属于材料耐久性测试技术范畴，具体来说，涉及一种拉应力与环境耦合作用下材料徐变的测试装置及测试方法。

背景技术

半个世纪以来，水泥基材料由于耐久性不足而导致的事故却不断增多，尤其是大坝、道路、桥梁、港口等重大工程以及高层建筑物未达到设计年限就破坏的事故时有发生造成巨大经济损失和人员伤亡。水泥基材料的徐变现象是引起结构承载能力下降，造成结构过早失效破坏，寿命缩短的主要原因之一。虽然有关水泥基材料徐变的研究己有几十年，但研究工作多是考虑单一环境破坏因素作用下的徐变发展规律，且徐变荷载大都为压缩应力。然而，实际工程结构中水泥基材料大都是处于拉伸应力与不同环境共同作用下运行的，单一因素作用下的压缩徐变研究难以真实地反映客观实际，水泥基材料的徐变变形是多因素共同影响作用的结果。另外，水泥基材料内部损伤劣化程度也决不是各破坏因素单独作用引起损伤的简单加和值，而是诸因素相互影响、交互叠加。通常多重破坏因素作用下水泥基材料的劣化程度大于各损伤因素单独作用下引起损伤的总和，即存在损伤迭加规律应，导致工程结构性能快速降低和寿命缩短。

因此，根据工程实际中混凝土所处环境、气候和荷载情况，将影响耐久性的主要因素进行合理组合，系统开展双重或多重破坏因素作用下水泥基材料耐久性研究，量化因素与因素间的交互作用，是当前水泥基材料学科的重大科学技术与理论难题，目前己引起国际学术界广泛和高度重视，其研究成果将对结构耐久性设计及其寿命预测产生重大影响。

研究水泥基材料在应力和环境因素作用下的徐变变形问题，首要任务就是要建立能够进行同时考虑拉伸应力和2个或以上破坏因素的试验方法体系。考虑到在实际工程中，水泥基材料是在承载状态下工作和运行的。因此，研究荷载与其它破坏因素共同作用下水泥基材料具有重要的理论研究意义和广泛的工程应用价值，特别是拉伸应力作用下的水泥基材料体积变形规律研究对于结构耐久性设计与施工非常关键。在建立考虑环境因素影响的水泥基材料体积变形试验方法时，有3个关键技术问题必须解决：第一，设计能够对试件施加准确、恒定荷载的试验加载系统；第二，设计稳定可靠的温度和湿度控制系统；第三，建立能够对加载的试件进行连续、快速的无损试验方法和数据采集系统。

综合已有的水泥基材料徐变变形文献资料不难发现，现有的加载装置大都采用的是弹簧加载的方式，尚未有有效的方法能够保持试验过程中应力恒定。其主要原因有两个：①试验过程中，材料不断发生变形，直接影响弹簧所能提供的应力，实际发生的是材料的松弛现象；②受加载应力的影响，很难利用重力或者杠杆等加载方式。

上述缺点限制了试验室研究和实际状态水泥基材料徐变变形规律的相关性。因此，研制适用于拉伸应力作用下，且能保持长期持荷过程中应力恒定的实验装置在多因素徐变研究中具有重要的应用价值，对于结构耐久性评价也提供了科学的实验仪器，前景十分广阔。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种拉应力与环境耦合作用下材料徐变的测试装置，该测试装置可以提高测试过程的可靠性，确保测试结果的准确性；同时还提供一种该测试装置的测试方法，该测试方法简单易操作，可以保持长期施加荷载过程中试件无应力松驰，且应力分布均匀。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种拉应力与环境耦合作用下材料徐变的测试装置，所述的测试装置包括支架、砝码、加热套、盛有饱和无机盐溶液的容器、应变解调仪、电源、温度控制器、应变传感器和试件，其中，

支架包括定位板、上部球铰、上部夹头、支承杆、承压板、底座板、下部夹头和下部球铰，上部球铰固定在定位板上，上部夹头中设有凹槽，且上部夹头连接在上部球铰上；支承杆固定连接在定位板和底座板之间，承压板位于定位板和底座板之间，支撑杆穿过承压板，且支承杆和承压板通过滑动轴承连接；下部球铰固定在承压板上，下部夹头中设有凹槽，且下部夹头连接在下部球铰上；下部夹头与上部夹头相对；

试件的顶端嵌至在上部夹头的凹槽中，试件的底端嵌至在下部夹头的凹槽中；砝码位于承压板上，加热套罩在支架的外侧，容器位于支架与加热套之间，应变传感器粘贴在试件的外壁面上，应变传感器通过导线与应变解调仪连接，电源与温度控制器的电源输入端连接，温度控制器的输出端与环形加热套连接。

进一步，所述的拉应力与环境耦合作用下材料徐变的测试装置，还包括调平支脚，调平支脚为3个至6个，调平支脚连接在底座板的底面，且调平支脚均匀分布在底座板的底面。