專利名稱：混凝土疲勞荷載與環(huán)境耦合實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種混凝土疲勞荷載與環(huán)境耦合實驗裝置。
背景技術(shù)：
許多混凝土結(jié)構(gòu)，如機場跑道、街道、公路與橋梁的路面、吊車梁、鐵路軌枕等在服役過程中將承受周期重復的交通荷載，而ー些新型結(jié)構(gòu)如高層建筑、重力式海洋平臺、核電站混凝土保護層等還將承受地震荷載、風荷載、波浪荷載等的作用。除了這些外加荷載的作用外，環(huán)境因素的作用(如氯鹽、硫酸鹽侵蝕、溫度的變化、凍融循環(huán)等)都會加速材料或結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生損傷(如氯鹽滲入混凝土當中可使鋼筋發(fā)生銹蝕，一方面鋼筋的承載カ下降，另ー方面鋼筋的銹蝕膨脹，當膨脹カ大于混凝土所能承受的拉力吋，混凝土就會發(fā)生破壞)。在這些重復荷載作用下，結(jié)構(gòu)(或結(jié)構(gòu)構(gòu)件)的各部位將承受重復應カ和應變，以致在低于靜載強度下發(fā)生疲勞失效。在先前的研究中只是將環(huán)境與荷載交替作用后簡單疊加 來處理，這樣與實際エ況有相對較大的差別，難以準確檢測混凝土結(jié)構(gòu)在環(huán)境因素與荷載耦合作用下發(fā)生疲勞失效的情況。

實用新型內(nèi)容實用新型目的針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本實用新型的目的是提供ー種能夠較為準確評估混凝土結(jié)構(gòu)在環(huán)境因素與荷載耦合作用下的疲勞失效的耦合實驗裝置。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為ー種混凝土疲勞荷載與環(huán)境耦合實驗裝置，包括設在混凝土試件(以下簡稱“試件”)上部的第一支點和第二支點，設在混凝土試件下部的第三支點和第四支點，所述第一支點和第二支點的間距大于第三支點和第四支點的間距，還包括設在混凝土試件上部的第一支點和第二支點之間的耐腐蝕容器。所述耐腐蝕容器可為無蓋容器。所述耐腐蝕容器的底部可開有一孔。所述耐腐蝕容器與混凝土試件可通過膠粘接固定。所述膠可為硅膠。所述硅膠的厚度可為Imm至2_。所述混凝土試件的表面除了與所述耐腐蝕容器接觸的部分可設有保水層。有益效果本實用新型可適用于通用的材料疲勞試驗機(如美國MTS810系列金屬及非金屬材料疲勞試驗系統(tǒng))，打破傳統(tǒng)做法，分別調(diào)整上下支點間的間距，將試件在四點彎曲試驗中上部受彎，將腐蝕液作為環(huán)境因素置于受拉部位，來模擬環(huán)境與荷載雙重因素對混凝土的破壞作用機理。

圖I為混凝土疲勞荷載與環(huán)境耦合實驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為混凝土中鋼筋銹蝕的三階段示意圖；圖3為疲勞荷載-位移關(guān)系曲線圖；圖4為氯離子濃度隨應力水平及深度變化趨勢圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實例，進ー步闡明本實用新型，應理解這些實例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。如圖I所示，利用疲勞試驗機(如美國MTS810)為平臺，首先調(diào)整試驗參數(shù)，主要參數(shù)如應力水平S(S定義為循環(huán)荷載產(chǎn)生的應カ與靜載強度的比值S = σ/f·，在每個循環(huán)荷載中分為Smax和Smin) 一般為O. 45 O. 9之間、循環(huán)應カ比R(R = Smin/Smax)為O. I (可據(jù)實際情況而定)、采用正弦波加載，一般應カ水平> O. 75時頻率為2 3Hz ;而當應力水 平彡O. 75時頻率為10Hz。接下來根據(jù)試件的尺寸來確定四點彎曲實驗中四個支點的距離，較為關(guān)鍵的是將下部兩支點(即第三支點3和第四支點4)的距離調(diào)小，而上部兩支點(即第一支點5和第二支點6)的距離較大，各支點分別連接疲勞試驗機(圖中未示出)。圖I中試件尺寸的單位為“mm”。耐腐蝕容器I置于試件2上部。根據(jù)試件尺寸加工配套耐腐蝕容器，容器特征為透明、無蓋且底部有ー圓孔；將容器置于試件上部，并用硅膠NQ-704將容器與試件膠黏在一起，注意硅膠的厚度要適度，可取Imm至2_，本例為1_，盡量避免膠層對試件力學性能的影響；加入所選腐蝕液，開始實驗，實驗時將腐蝕液(如NaCl、Na2S04溶液等，本實例選擇NaCl溶液)裝置底部的圓孔封住，避免溶劑流失，影響溶液濃度，間隔一定時間更換腐蝕液并攪拌，以保持證實驗過程中溶液濃度不發(fā)生變化且均勻。本裝置主要研究疲勞荷載與環(huán)境因素耦合作用機制對結(jié)構(gòu)混凝土的腐蝕作用。研究發(fā)現(xiàn)，造成結(jié)構(gòu)混凝土破壞的主要因素除不同的荷載外，鋼筋的銹蝕膨脹成為失效的又一主導因素，而造成鋼筋銹蝕膨脹的主要原因為氯離子到達鋼筋表面后，將其鈍化膜破壞引發(fā)鋼筋銹蝕，如圖2所示，氯離子從混凝土表面擴散到鋼筋表面的時間較長(T1)，所以研究此段較為有意義。氯離子的擴散速率主要依據(jù)Fick (菲克)第二定律，具體如下................................j.J ゴ.........................式中，t，時間；X，據(jù)混凝土內(nèi)部據(jù)其表面的距離；Dd，氯離子擴散系數(shù)；C，氯離子濃度。初始條件為T = 0，X > O 時，C = C0 ;叉=0，1:>0時，0= (^;因此，可解得氯離子在混凝土中ー維擴散理論模型為C-Co+ (Cs-Co) · (I-erf-—=)式中，C。，混凝土內(nèi)的初始氯離子濃度；Cs，混凝土暴露表面的氯離子濃度，一般認為與暴露環(huán)境介質(zhì)的氯離子濃度相當。erf,誤差函數(shù) erfu =}" e—r dt實驗實例不同應カ水平下，疲勞荷載與氯離子擴散耦合作用規(guī)律，如圖3和圖4所示從圖3中可以看出在疲勞荷載與氯離子擴散耦合作用時，荷載的波形仍為正弦波形式，說明將混凝土試件由傳統(tǒng)的下部受拉改為上部受拉，荷載的形式?jīng)]有發(fā)生偏移，能與氯離子擴散過程較好的匹配。由圖4可以發(fā)現(xiàn)，每種應カ水平下，氯離子濃度隨深度的増加而減少；隨著應水平的提高，氯離子在每ー深度的含量在明顯增加，特別是在0-15mm之間。這說明氯離子在疲勞荷載的耦合作用下，在較短時間內(nèi)能迅速的擴散至30mm處，氯離子擴散過程與疲勞荷載能較好的耦合。 由圖3及圖4的實驗結(jié)果驗證了此耦合裝置的實用性，為以后更好的科研提供了有力的助手。本裝置實現(xiàn)了真正意義上在環(huán)境(氯鹽、硫酸鹽等)與荷載耦合作用下來研究混凝土的耐久性。一方面，混凝土在持續(xù)荷載作用下，損傷不斷累積，另一方面環(huán)境介質(zhì)也同步對混凝土進行侵蝕，在這樣的裝置下研究混凝土的損傷劣化更符合實際其服役狀況，且對耐久性評估以及壽命預測尤為重要。該裝置的實用新型克服了以往那種先加載后環(huán)境侵蝕或先環(huán)境侵蝕后加載的非協(xié)同作用機制。
權(quán)利要求1.ー種混凝土疲勞荷載與環(huán)境耦合實驗裝置，包括設在混凝土試件上部的第一支點和第二支點，設在混凝土試件下部的第三支點和第四支點，其特征在于所述第一支點和第二支點的間距大于第三支點和第四支點的間距，還包括設在混凝土試件上部的第一支點和第ニ支點之間的耐腐蝕容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述混凝土疲勞荷載與環(huán)境耦合實驗裝置，其特征在于所述耐腐蝕容器為無蓋容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述混凝土疲勞荷載與環(huán)境耦合實驗裝置，其特征在于所述耐腐蝕容器的底部開有一孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述混凝土疲勞荷載與環(huán)境耦合實驗裝置，其特征在于所述耐腐蝕容器與混凝土試件通過膠粘接固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述混凝土疲勞荷載與環(huán)境耦合實驗裝置，其特征在于所述膠為硅膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述混凝土疲勞荷載與環(huán)境耦合實驗裝置，其特征在于所述硅膠的厚度為1_至2_。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述混凝土疲勞荷載與環(huán)境耦合實驗裝置，其特征在于所述混凝土試件的表面除了與所述耐腐蝕容器接觸的部分設有保水層。
專利摘要本實用新型公開了一種混凝土疲勞荷載與環(huán)境耦合實驗裝置，包括設在混凝土試件上部的第一支點和第二支點，設在混凝土試件下部的第三支點和第四支點，所述第一支點和第二支點的間距大于第三支點和第四支點的間距，還包括設在混凝土試件上部的第一支點和第二支點之間的耐腐蝕容器。本實用新型能夠較為準確的檢測混凝土結(jié)構(gòu)在環(huán)境因素與荷載綜合作用下發(fā)生疲勞失效。
文檔編號G01N17/00GK202433285SQ20112035128
公開日2012年9月12日 申請日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者孫偉, 孫國文, 王彩輝, 蔣金洋, 韓建德 申請人:東南大學