專利名稱：一種建筑材料的低溫抗裂性能測試方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于建筑材料測試技術領域，涉及一種建筑材料的低溫抗裂性能測試方法，特別涉及一種瀝青材料的低溫抗裂性能測試方法，本發(fā)明還涉及實現(xiàn)該測試方法的設備。
背景技術：
在建筑材料技術領域中，高分子復合材料、水泥砼材料、瀝青砼面板、瀝青路面的低溫開裂是建筑物常見的破壞形式。在本發(fā)明之前，由于缺乏正確測定材料低溫開裂溫度的方法和相應設備，一般都采用低溫延度試驗、低溫拉伸試驗等間接推理方法來替代，這些方法大部分為非直接測定凍斷溫度法，只能定性地比較材料的低溫抗裂性能，因而不能正確判斷所選用的材料能否在最低氣溫條件下不裂。往往由于這種盲目性而影響到修建水利水電工程時瀝青砼面板方案的選用，也往往由于這種盲目性造成一些北方瀝青路面發(fā)生低溫裂縫。凍斷測試方法和相應設備設計的難點在于，試件降溫過程和夾持試件的試驗設備，即使有很大的剛度，其剛架和聯(lián)接件也不可避免地隨著溫度下降而收縮，并隨溫度應力的增大其彈性變形而增大，特別是聯(lián)接部分的彈性變形，這兩項變形對于測定試件的低溫收縮開裂的凍斷溫度來講，是絕對不可忽略的誤差。在研制凍斷試驗設備的過程中，已有過許多失敗的教訓。國外有采用銦鋼框架的凍斷試驗機，由于它無法消除彈性變形尤其是聯(lián)接件的彈性變形引起的誤差，在理論上也只是近似值，所以其試驗結果只能是近似且誤差范圍難于估算。國內也有采用貴重的小線脹系數(shù)材料做成剛性框架來進行凍斷試驗，其效果不甚滿意。
發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的在于，改變采用低溫延度試驗、拉伸試驗等間接推理估計方法只能定性不能定量的明顯缺陷，提供一種可以準確測定低溫抗裂性能溫度，得到正確的溫度-應力曲線和準確的低溫開裂溫度，消除夾持試件框架的溫度變形和彈性變形的低溫抗裂性能的測試方法，并提供實施該方法的專用低溫抗裂性能測試設備。
為了達到準確測試建筑材料，如高分子復合材料、水泥砼材料，尤其是瀝青材料的低溫開裂溫度目的，本發(fā)明提供一種建筑材料低溫抗裂性能測試方法，具體包括以下步驟步驟1設置一個具有剛性框架的裝置，被測試件安放在其中，且在被測試件上的標準長度內設置高精度測量系統(tǒng)；所述的高精度測量系統(tǒng)是指由位移傳感器和夾持部件構成的測量系統(tǒng)，其測量精度在微米級；步驟2用基準試件標定出測量系統(tǒng)中在降溫過程中的位移量基準曲線，作為試驗過程的溫度補償；所述的基準試件是由小于被測試件材料兩個數(shù)量級線脹系數(shù)的材料做成；所述的溫度補償是指基準試件在由溫度引起長度變化趨于零的情況下，位移傳感器所采集到的數(shù)值形成的“基準溫度-位移曲線”；步驟3與標定基準試件相同環(huán)境和相同降溫過程，由所述高精度測量系統(tǒng)不斷測量被測試件兩點間長度的變量；步驟4將上述測得的試件兩點間長度變量輸入微機控制系統(tǒng)，經運算發(fā)出指令控制伺服拉伸機構，不斷將被測試件拉回到原始長度，及時消除試驗系統(tǒng)中位移傳感器和其夾持部件本身受溫度作用在降溫過程中產生的誤差，保證被測試件在真正原始長度不變條件下，溫度應力不斷增大直至斷裂時測得的臨界溫度，此臨界溫度即為低溫開裂溫度，并得到溫度-應力過程曲線。
實現(xiàn)上述建筑材料的低溫抗裂性能測試方法的測試設備，由環(huán)境溫度控制箱、凍斷試驗機，量測控制系統(tǒng)組成；凍斷試驗機置于環(huán)境溫度控制箱內；所述凍斷試驗機包括傳動箱，傳動箱上立有剛性框架，框架上端有可在框架內側導軌上滑動的上夾頭，上夾頭與力傳感器和頂部調整絲桿連成一體，框架下端有可在框架內側導軌上滑動的下夾頭，所述下夾頭與拉伸機構的絲杠連成一體；拉伸機構螺旋副的螺母與傳動箱最后一級齒輪為一體，傳動箱上部框架的兩側還設置有第一伺服減速電機和第二伺服減速電機，第一伺服減速電機和第二伺服減速電機分別經過換檔齒輪與傳動箱內的齒輪嚙合；量測控制系統(tǒng)包括成對固定在試件兩側的高精度的位移傳感器及位移傳感器夾具；溫度傳感器、力傳感器、位移傳感器的信號均輸入微機控制系統(tǒng)，并由微機控制系統(tǒng)控制環(huán)境溫度控制箱和伺服電機控制電源，經過相應程序的數(shù)值運算輸出信號并控制降溫過程和“零位移控制”。
本發(fā)明的特點還在于第一伺服減速電機的減速比為800-2000，用于滿足凍斷試驗過程“零位移控制”的慢速拉伸要求；第二伺服減速電機的減速比為40-100，用于調整初始位置。
位移傳感器及位移傳感器夾具采用小線脹系數(shù)材料石英或銦鋼制成。
本發(fā)明測試設備配有的可改裝成瀝青材料低溫性能試驗的松弛試驗部件、蠕變試驗部件和相應配套的測控軟件，共用環(huán)境溫度控制系統(tǒng)和微機測控系統(tǒng)來完成多種功能的試驗。
本發(fā)明低溫抗裂性能測試設備中凍斷試驗機是一種經過率定的，在特定條件下使用的采用較小線脹系數(shù)材料制作框架，用較大線脹系數(shù)材料做成壓柱固定在框架內，組成溫度收縮可以相互抵消的結構，在特定的試件材料，特定的試件尺寸，確定的溫度過程下與上述低溫抗裂性能測試設備進行對比率定測試，在系統(tǒng)的試驗分析的基礎上，選定結構參數(shù)，使其在此特定條件下具有“零位移控制”的等效功能，可以采用較小的環(huán)境箱，簡化的量測系統(tǒng)和無動力框架，因為造價低可作為工程試驗室檢測儀器。
本發(fā)明與已有技術相比較有如下優(yōu)點1.本發(fā)明試驗設備與試驗方法，“零位移控制”技術，排除了試驗系統(tǒng)(框架、聯(lián)接、和測量系統(tǒng))因溫度收縮和彈性變形引起的誤差，可以直接測定建筑材料的凍斷溫度，為判斷瀝青面板壩低溫抗裂性能，提供了科學的試驗手段。而已有技術采用低溫拉伸試驗，低溫延伸度測定的辦法，只能作定性的比較。采用銦鋼剛架的凍斷試驗機，只能得到近似的成果，且誤差難于估算。
2.本發(fā)明采用的設備，能適應惡劣的低溫環(huán)境箱的條件，“零位移控制”精度達到微米級，控制系統(tǒng)伺服電機可無級調速，其減速比達到7000以上，采用了“石英基準”測定補償技術，實現(xiàn)了微機測控，自動控制降溫過程和“零位移控制”。
3.本發(fā)明一機多用，除主要功能“凍斷試驗”外，只要配以相應的配件，還可完成低溫拉伸、彎曲、壓縮、松弛、蠕變、線脹系數(shù)測定等多功能試驗。
4.本發(fā)明除了供研究工作用凍斷試驗設備外，還提供了派生的復合材料全補償型凍斷試驗框架。經過率定可用作工程檢測儀器。
圖1本發(fā)明建筑材料低溫抗裂性能測試設備的結構示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)結合附圖對本發(fā)明測試方法及設備的具體實施方式
作進一步說明。
參見圖1在環(huán)境溫度控制箱15內，方柱形試件6被固定在凍斷試驗機剛性框架1內兩端的上夾頭4和下夾頭8上，一端有調整消除間隙的絲杠和力傳感器2，另一端為由第一伺服減速電機10經特大減速比傳動系統(tǒng)拖動的拉伸機構，拉伸速度無級可調。試件6兩側固定有高精度(分辯率＜0.001mm，線性度＜0.002mm的一對位移傳感器5和用小線脹系數(shù)材料制作的傳感器夾具7。這套傳感器系統(tǒng)使用前需在“基準試件”上測定降溫過程的“溫度—位移曲線”，稱它為位移量測系統(tǒng)的“基準曲線”，“基準曲線”固化為專用軟件供微機使用?！盎鶞试嚰辈捎?石英或銦鋼)線脹系數(shù)小于百分之一被測材料的材料制作。凍斷試驗機包括傳動箱12，剛性框架1固定在傳動箱12上部，試件6的上夾頭4與力傳感器2和調整絲杠做成一體，下夾頭8均可在框架內側的導軌3上滑動，下夾頭8與拉伸機構的絲桿11連成一體，傳動箱12上，框架1的兩側，安裝有第一伺服減速電機10和第二伺服減速電機9，兩臺伺服減速電機分別經換檔齒輪14與傳動箱12內的齒輪對接。其中第一伺服減速電機10的減速比很大，可以滿足凍斷試驗“零位移控制”的低速要求，可選擇為800～2000，第二伺服減速電機9則采用較小的減速比，用來調整初始位置，可選擇為40～100，換檔通過兩個安裝在同一搖桿13上的換檔齒輪14的嚙合和分離完成的，換檔齒輪14之間互鎖。溫度傳感器18、力傳感器2、位移傳感器5的信號均輸入微機控制系統(tǒng)16，并由微機控制系統(tǒng)16控制環(huán)境溫度控制箱15和伺服電機控制電源17，經過相應程序的數(shù)值運算輸出信號并控制降溫過程和“零位移控制”。
為了提高試驗設備利用率，充分發(fā)掘環(huán)境溫度控制箱和微機測控系統(tǒng)這些昂貴設備的潛力，開發(fā)成瀝青材料多功能低溫試驗設備，在共用前述設備的前提下，設置了多功能試驗項目的3種可換部件，它們是1.松弛試驗加荷機構。采用齒輪齒條式氣缸，通過螺旋傳動，在被測試件上快速加上一個拉伸應變，保持應變并測定時間一應力過程線。在微機測控系統(tǒng)內設置松弛試驗專用的采集軟件，控制氣動系統(tǒng)，采集應力、應變、溫度、時間參數(shù)。
2.拉伸蠕變試驗的杠桿砝碼加荷系統(tǒng)，設有杠桿復位自動控制(磁控開關，或光電開關)系統(tǒng)，控制拉伸機構使杠桿保持在水平位置，在微機測控系統(tǒng)設置蠕變試驗專用軟件，采集應力、應變溫度、時間參數(shù)。
本發(fā)明的測試方法及測試設備的工作過程如下1.試件準備，將被測材料加熱到150℃±10℃，用擊實法在試模中成型為板形試塊，冷卻后用切割機切成40×40×220的六方體試件6，試件6兩端用強力膠與上夾頭4和下夾頭8粘接；2.實測試件尺寸，密度，編號。在試件6相對兩側面粘接固定位移傳感器5及位移傳感器夾具6，調整好位移傳感器5的初讀數(shù)；3.將試件6裝入環(huán)境溫度控制箱15內凍斷試驗機的剛性框架1上，調節(jié)第二伺服減速電機9，調整好初應力；4.關好環(huán)境溫度控制箱15，啟動微機控制系統(tǒng)16，調出凍斷試驗測控程序按設定的降溫速度和“零位移控制”進行試驗，監(jiān)測應力、溫度、和零位移控制的誤差值，直到逐漸增大的應力突然減小到0，試驗完成，打印應力—溫度曲線。
權利要求
1.一種建筑材料的低溫抗裂性能測試方法，其特征在于具體包括以下步驟步驟1設置一個具有剛性框架的裝置，被測試件安放在其中，且在被測試件上的標準長度內設置高精度測量系統(tǒng)；所述的高精度測量系統(tǒng)是指由位移傳感器和夾持部件構成的測量系統(tǒng)，其測量精度在微米級；步驟2用基準試件標定出測量系統(tǒng)中在降溫過程中的位移量基準曲線，作為試驗過程的溫度補償；所述的基準試件是由小于被測試件材料兩個數(shù)量級線脹系數(shù)的材料做成；所述的溫度補償是指基準試件在由溫度引起長度變化趨于零的情況下，位移傳感器所采集到的數(shù)值形成的“基準溫度-位移曲線”；步驟3與標定基準試件相同環(huán)境和相同降溫過程，由所述高精度測量系統(tǒng)不斷測量被測試件兩點間長度的變量；步驟4將上述測得的試件兩點間長度變量輸入微機控制系統(tǒng)，經運算發(fā)出指令控制伺服拉伸機構，不斷將被測試件拉回到原始長度，及時消除試驗系統(tǒng)中位移傳感器和其夾持部件本身受溫度作用在降溫過程中產生的誤差，保證被測試件在真正原始長度不變條件下，溫度應力不斷增大直至斷裂時測得的臨界溫度，此臨界溫度即為低溫開裂溫度，并得到溫度-應力過程曲線。
2.一種實現(xiàn)權利要求1所述測試方法的低溫抗裂性能試驗設備，其特征在于由環(huán)境溫度控制箱、凍斷試驗機，量測控制系統(tǒng)組成；凍斷試驗機置于環(huán)境溫度控制箱(15)內；所述凍斷試驗機包括傳動箱(12)，傳動箱(12)上立有剛性框架(1)，框架(1)上端有可在框架(1)內側導軌(3)上滑動的上夾頭(4)，上夾頭(4)與力傳感器(2)和頂部調整絲桿連成一體，框架(1)下端有可在框架(1)內側導軌(3)上滑動的下夾頭(8)，所述下夾頭(8)與拉伸機構的絲杠(11)連成一體；拉伸機構螺旋副的螺母與傳動箱(12)最后一級齒輪為一體，傳動箱(12)上部框架(1)的兩側還設置有第一伺服減速電機(10)和第二伺服減速電機(9)，第一伺服減速電機(10)和第二伺服減速電機(9)分別經過換檔齒輪(14)與傳動箱(12)內的齒輪嚙合；量測控制系統(tǒng)包括成對固定在試件(7)兩側的高精度的位移傳感器(5)及位移傳感器夾具(6)；溫度傳感器(18)、力傳感器(2)、位移傳感器(5)的信號均輸入微機控制系統(tǒng)(16)，并由微機控制系統(tǒng)(16)控制環(huán)境溫度控制箱(15)和伺服電機控制電源(17)，經過相應程序的數(shù)值運算輸出信號并控制降溫過程和“零位移控制”。
3.根據(jù)權利要求2所述的低溫抗裂性能試驗設備，其特征在于第一伺服減速電機(10)的減速比為800--2000，用于滿足凍斷試驗過程“零位移控制”的慢速拉伸要求；第二伺服減速電機(9)的減速比為40--100，用于調整初始位置。
4.根據(jù)權利要求2所述的低溫抗裂性能試驗設備，其特征在于位移傳感器(5)及位移傳感器夾具(6)采用小線脹系數(shù)材料石英或銦鋼制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種建筑材料低溫抗裂性能的測試設備和方法。由環(huán)境溫度控制箱、凍斷試驗機，量測控制系統(tǒng)組成，在確定的降溫過程中，用高精度位移傳感器測量試件上兩定點間的距離，同時輸入位移測量系統(tǒng)在基準試件上預先測量的基準位移量，經過微機處理，控制試件拉伸機構，將試件拉回原來長度，如此不斷測控，使試件始終保持“零位移控制”狀態(tài)，因而排除了試件夾持系統(tǒng)和測量系統(tǒng)的溫度收縮誤差和彈性變形誤差，從而得到純溫度應力因素作用下試件的“凍斷臨界溫度”。該試驗設備配制了三種改裝部件，可完成“松弛”，“蠕變”，試驗，也可進行“低溫拉伸”，“線脹系數(shù)測定”試驗項目，還可用于水泥砼、高分子復合材料的試驗。
文檔編號G01N25/00GK1888899SQ20061004316
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月14日 優(yōu)先權日2006年7月14日
發(fā)明者吳利言, 余梁蜀, 陳敬文, 劉增宏, 龐輝 申請人:西安理工大學