專利名稱：水泥基材料拉伸徐變測試裝置的制作方法
水泥基材料拉伸徐變測試裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溫濕度控制的水泥基材料拉伸徐變測試>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
溫濕度環(huán)境對水泥基材料的強(qiáng)度與模量發(fā)展、體積變化等有不可忽視的影響。研究混凝土的徐變，特別是早齡期混凝土的徐變，有必要控制試驗(yàn)環(huán)境的溫、濕度。常規(guī)的徐變儀僅可控制荷載。如此一來，試驗(yàn)環(huán)境受限于室內(nèi)溫度與濕度。
國內(nèi)外的通用型材料試驗(yàn)機(jī)和一些帶小型溫度環(huán)境箱的材料試驗(yàn)機(jī)可模擬高溫， 如US5015825 (Furnace for Tensile/ Fatigue),及低溫，如US5105626A (Apparatus for Measuring Tensile and Compressive Properties of Solid Materials at Cryogenic Temperatures) 0但此類設(shè)備不能長期有效的控制濕度來滿足長達(dá)數(shù)周的徐變試驗(yàn)。而大型可放置徐變試驗(yàn)設(shè)備的環(huán)境屋、養(yǎng)護(hù)室造價(jià)和維護(hù)費(fèi)極高。
結(jié)合環(huán)境箱和加載設(shè)備于一體的難度在于(I)能夠長期工作的可控溫濕環(huán)境箱體積較大，加載設(shè)備尺寸選擇余地較??；(2)擬合此兩系統(tǒng)需要系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)，對環(huán)境箱開洞、試件夾具，連接件等局部細(xì)節(jié)要求較高。多試件的連接和對中(co-axially aligned) 對于工件夾具要求較高。近年來的一些發(fā)明，如CN201149588Y (路面混凝土環(huán)境模擬及性能測試裝置)和CN202083409U (—種環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)試驗(yàn)臺(tái)架的防護(hù)箱)有功能較強(qiáng)的環(huán)境箱，但均需將加載設(shè)備置于環(huán)境箱內(nèi)，占用寶貴的內(nèi)箱空間，將其用于水泥基材料徐變試驗(yàn)時(shí)導(dǎo)致加載設(shè)備的體積較大。
關(guān)于拉伸徐變儀的加載可分為靜態(tài)加載和動(dòng)態(tài)加載。靜態(tài)加載設(shè)備通常指通過掛載砝碼然后靠杠桿放大(如圖1所示)。穩(wěn)壓能力無可比擬，造價(jià)較低。但這種設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)微小的動(dòng)態(tài)加載卸載和位移模式加載，用途極為有限。對于混泥土徐變試驗(yàn)而言，這意味著此類徐變架無法測得用于模擬徐變的必要的材料性能(如抗拉強(qiáng)度，彈性模量等)。動(dòng)態(tài)加載設(shè)備由助動(dòng)器，伺服器控制器，數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)，和電腦組成。助動(dòng)器有液壓活塞也有氣動(dòng)活塞形式和電機(jī)型，活塞的移動(dòng)靠伺服閥調(diào)節(jié)(如圖2所示)。電腦(通過控制板)與伺服閥溝通，傳感器收集動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)并反饋給電腦，形成一個(gè)同步測控的閉環(huán)。這樣的加載設(shè)備適用于多種試驗(yàn)。盡管它的穩(wěn)壓、保持荷載的能力不如靜態(tài)(砝碼)加載，但是隨著加工技術(shù)進(jìn)步，動(dòng)態(tài)加載設(shè)備將會(huì)更普及。
國內(nèi)外也有考慮將先進(jìn)的環(huán)境模擬設(shè)備與外置閉路加載設(shè)備組合，但它們不是為混凝土拉伸徐變試驗(yàn)而設(shè)計(jì)。如適合于金屬材料的CN201589746U(—種`用于疲勞性能試驗(yàn)的煙霧環(huán)境裝置)，其環(huán)境箱是一個(gè)固定在疲勞性能試驗(yàn)機(jī)上的封閉箱體，加載設(shè)備置于環(huán)境箱之外。又如適用于石油工業(yè)機(jī)械部件材料測試的US20090314107A1 (environmental mechanical test apparatus),該裝置既有閉路液壓伺服荷載控制系統(tǒng),又有可控溫度和壓力的環(huán)境艙。
綜上所述，現(xiàn)有的混凝土拉伸徐變試驗(yàn)器材還不理想。所以，有必要發(fā)明出一種能滿足下列要求的混凝土徐變設(shè)備能操控溫、濕度，可動(dòng)態(tài)、靜態(tài)加載卸載，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境模擬，一機(jī)多用，多個(gè)試件同步測試。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，試驗(yàn)環(huán)境穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，自動(dòng)化程度高，用于水泥基材料拉伸徐變的測試裝置。
本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是一種水泥基材料拉伸徐變測試裝置， 該裝置包括門式機(jī)支柱、門式加載主機(jī)、環(huán)境箱、澆筑混凝土試件的設(shè)備和LVDT直線傳感器；所述門式機(jī)支柱與門式加載主機(jī)連接，所述環(huán)境箱與門式加載主機(jī)對中，所述環(huán)境箱內(nèi)有溫濕控制系統(tǒng)，所述門式加載主機(jī)對于澆筑混凝土試件的設(shè)備進(jìn)行縱向拉伸，LVDT直線傳感器掛載在澆筑混凝土試件的設(shè)備上。所述門式機(jī)支柱內(nèi)有絲杠和驅(qū)動(dòng)部件，所述門式加載主機(jī)內(nèi)有采集數(shù)據(jù)并且控制系統(tǒng)的PC機(jī)、控制主板、伺服電機(jī)和位移傳感器。所述環(huán)境箱的頂部和底部均有開孔，側(cè)壁開有倒線孔以供箱內(nèi)的傳感器走線。所述環(huán)境箱內(nèi)溫度范圍為O °C 70 °C，相對濕度范圍為40°/Γ90%。所述環(huán)境箱置于支架上，支架上有滑輪和軌道，以便環(huán)境箱移入或移出門式加載主機(jī)。所述環(huán)境箱的內(nèi)壁有保溫層和溫濕度調(diào)控系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括壓縮電機(jī)、加濕器、加熱管、冷凝管、風(fēng)扇、溫濕度傳感器和空調(diào)電機(jī)。所述環(huán)境箱置于框架內(nèi)的上夾頭與下夾頭之間，環(huán)境箱的上下均有開孔并與夾頭對齊，夾頭可通過此開孔給試件施加軸向拉力。所述澆筑混凝土試件的設(shè)備為上下串聯(lián)疊置的圓柱形模具， 兩個(gè)模具之間有連接件。上述澆筑混凝土試件的設(shè)備中，試件兩端有連接桿從環(huán)境箱的開孔伸到環(huán)境箱之外，被門式加載主機(jī)的夾頭夾緊進(jìn)行拉伸。
具體來說，一種可控制溫度、濕度的水泥基材料拉伸徐變測試裝置包括環(huán)境箱，滑動(dòng)板，試驗(yàn)架，加載裝置，直線傳感器，伺服電機(jī)，數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。結(jié)合了環(huán)境箱和電液伺服閉路控制加載系統(tǒng)。環(huán)境箱還配有滑道方便進(jìn)入或撤離主試驗(yàn)機(jī)。環(huán)境箱內(nèi)有溫、 濕度調(diào)節(jié)裝置。環(huán)境箱置于框架內(nèi)的上夾頭與下夾頭之間。環(huán)境箱的上下均有開孔并與夾頭對齊。夾頭可通過此開孔給試件施加軸向拉力。試件內(nèi)埋有連接裝置與夾頭連接。整個(gè)試驗(yàn)過程中，試件及LVDT (直線位移傳感器)處在一個(gè)可獨(dú)立操控的溫、濕度環(huán)境。環(huán)境箱內(nèi)可放2個(gè)400 mm長的并聯(lián)試件。
本裝置中的環(huán)境箱為可控溫、濕度的養(yǎng)護(hù)箱，溫度范圍為O °C 70 °C，相對濕度范圍為409Γ90%(偏差3%以內(nèi))。箱的頂?shù)拙虚_孔，側(cè)壁還開有倒線孔以供箱內(nèi)的傳感器走線。門式加載主機(jī)采用閉環(huán)控制伺服加載電機(jī)，最大荷載50kN，可持荷兩周。輔助部件有澆筑混凝土試件用的模具，試件對中、連接件。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中典型的徐變架圖。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)中典型的閉環(huán)控制伺服加載設(shè)備圖。
圖3是本發(fā)明裝置的簡圖。
圖4是本發(fā)明門式加載機(jī)主機(jī)的工作示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖3是本發(fā)明裝置的簡圖。圖中標(biāo)號為1、連接桿；2、LVDT直線傳感器；3、連接 件；4、夾頭；5、環(huán)境箱；6、環(huán)境箱軌道；7、門式機(jī)支柱(內(nèi)有絲杠和驅(qū)動(dòng)部件)；8、門式加載 主機(jī)(內(nèi)含控制主板，伺服電機(jī));9、支架；10、門式加載主機(jī)的下臂；11、環(huán)境箱溫濕控制系 統(tǒng)(內(nèi)含壓縮電機(jī)，加熱管，冷凝管，風(fēng)扇，溫濕度傳感器)。其中LVDT (Linear Variable Differential Transformer)是線性可變差動(dòng)變壓器的縮寫,屬于直線位移傳感器。工作原 理簡單地說是鐵芯可動(dòng)變壓器。它由一個(gè)初級線圈，兩個(gè)次級線圈，鐵芯，線圈骨架，外殼等 部件組成。LVDT工作過程中，鐵心的運(yùn)動(dòng)不能超出線圈的線性范圍，否則將產(chǎn)生非線性值， 因此所有的LVDT均有一個(gè)線性范圍。
圖4是本發(fā)明門式加載機(jī)主機(jī)的工作示意圖，其中PC機(jī)與門式加載主機(jī)的控制 主板連通；PC機(jī)發(fā)出指令(如加載，卸載，保持荷載)，控制主板接收電腦指令后將其轉(zhuǎn)化為 控制信號發(fā)給伺服電機(jī)。伺服電機(jī)可精確地控制絲杠的驅(qū)動(dòng)部件(圖3，標(biāo)號7)，絲杠帶動(dòng) 門式加載主機(jī)的下臂(圖3，標(biāo)號10)在絲杠的長方向上移動(dòng)(即在豎直方向上移動(dòng))。門式 加載主機(jī)內(nèi)的位移傳感器測得下臂的位移和豎直方向的應(yīng)力，并將信息反饋到控制主板。 控制主板處理和放大位移和應(yīng)力信息，然后反饋到PC機(jī)。PC機(jī)發(fā)出新的指令，調(diào)整應(yīng)力和 應(yīng)變。整個(gè)系統(tǒng)的控制及信息反饋形成一個(gè)閉環(huán)。門式加載主機(jī)可以調(diào)節(jié)控制模式，位移 控制模式和時(shí)間進(jìn)程模式加載。
環(huán)境箱置于支架上，與門試加載主機(jī)對中(圖3)。支架上有滑輪和軌道，以便環(huán)境 箱可移入移出門式加載主機(jī)。環(huán)境箱壁有保溫層；溫濕調(diào)控系統(tǒng)有壓縮電機(jī)、加濕器、加熱 管、冷凝管、風(fēng)扇、溫濕度傳感器和空調(diào)電機(jī)。澆筑混凝土試件的設(shè)備處于環(huán)境箱內(nèi)，圓柱形 混凝土試件與外界環(huán)境隔開，只有試件兩端的連接桿從環(huán)境箱的小洞通到環(huán)境箱之外。門 式加載主機(jī)的夾頭抓取連接桿，對試件進(jìn)行拉伸。圓柱形混凝土試件用專門設(shè)計(jì)的模具澆 筑。試件之間的連接為一金屬圓盤(圖3，標(biāo)號3)，中心部位有開孔和螺紋。圓盤涂上環(huán)氧 樹脂，然后擰到要粘接的兩試件之間，使之聯(lián)為一體。LVDT直線傳感器掛載在試件的中部， 測取應(yīng)力分布均勻區(qū)域的應(yīng)變。
權(quán)利要求
1.一種水泥基材料拉伸徐變測試裝置，其特征在于，該裝置包括門式機(jī)支柱、門式加載主機(jī)、環(huán)境箱、澆筑混凝土試件的設(shè)備和LVDT直線傳感器；所述門式機(jī)支柱與門式加載主機(jī)連接，所述環(huán)境箱與門式加載主機(jī)對中，所述環(huán)境箱內(nèi)有溫濕控制系統(tǒng)，所述門式加載主機(jī)對于澆筑混凝土試件的設(shè)備進(jìn)行縱向拉伸，LVDT直線傳感器掛載在澆筑混凝土試件的設(shè)備上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述水泥基材料拉伸徐變測試裝置，其特征在于，所述門式機(jī)支柱內(nèi)有絲杠和驅(qū)動(dòng)部件，所述門式加載主機(jī)內(nèi)有采集數(shù)據(jù)并且控制系統(tǒng)的PC機(jī)、控制主板、 伺服電機(jī)和位移傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述水泥基材料拉伸徐變測試裝置，其特征在于，所述環(huán)境箱的頂部和底部均有開孔，側(cè)壁開有倒線孔以供箱內(nèi)的傳感器走線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述水泥基材料拉伸徐變測試裝置，其特征在于，所述環(huán)境箱內(nèi)溫度范圍為O 0C 70 °C，相對濕度范圍為40% 90%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述水泥基材料拉伸徐變測試裝置，其特征在于，所述環(huán)境箱置于支架上，支架上有滑輪和軌道，以便環(huán)境箱移入或移出門式加載主機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述水泥基材料拉伸徐變測試裝置，其特征在于，所述環(huán)境箱的內(nèi)壁有保溫層和溫濕度調(diào)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括壓縮電機(jī)、加濕器、加熱管、冷凝管、風(fēng)扇、溫濕度傳感器和空調(diào)電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述水泥基材料拉伸徐變測試裝置，其特征在于，所述環(huán)境箱置于框架內(nèi)的上夾頭與下夾頭之間，環(huán)境箱的上下均有開孔并與夾頭對齊，夾頭可通過此開孔給試件施加軸向拉力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述水泥基材料拉伸徐變測試裝置，其特征在于，所述澆筑混凝土試件的設(shè)備為上下串聯(lián)疊置的圓柱形模具，兩個(gè)模具之間有連接件。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述水泥基材料拉伸徐變測試裝置，其特征在于，所述澆筑混凝土試件的設(shè)備中，試件兩端有連接桿從環(huán)境箱的開孔伸到環(huán)境箱之外，被門式加載主機(jī)的夾頭夾緊進(jìn)行拉伸。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種水泥基材料拉伸徐變測試裝置，該裝置包括門式機(jī)支柱、門式加載主機(jī)、環(huán)境箱、澆筑混凝土試件的設(shè)備和LVDT直線傳感器；所述門式機(jī)支柱與門式加載主機(jī)連接，所述環(huán)境箱與門式加載主機(jī)對中，所述環(huán)境箱內(nèi)有溫濕控制系統(tǒng)，所述門式加載主機(jī)對于澆筑混凝土試件的設(shè)備進(jìn)行縱向拉伸，LVDT直線傳感器掛載在澆筑混凝土試件的設(shè)備上。
文檔編號G01N3/08GK103063515SQ20121055900
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者魏亞, 姚湘杰 申請人:清華大學(xué)