專利名稱：測試水泥混凝土抗沖擊強(qiáng)度用的拱門型試件及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于建筑材料的測試用試件及其測試方法的，尤其涉及一種測試水泥混凝土抗沖擊強(qiáng)度用的拱門型試件及其試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
沖擊強(qiáng)度是建筑材料重要的機(jī)械力學(xué)性能之一。它用來衡量材料的抗沖擊能力或者判斷建筑材料的脆性或韌性程度，因此沖擊強(qiáng)度也稱為沖擊韌性。目前國內(nèi)常用測試材料沖擊強(qiáng)度的方法有擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)、落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)等。擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)是以擺錘所具有的勢能，一次落擺沖擊試樣。擺錘是以沖擊試驗(yàn)機(jī)擺軸為中心，在處于預(yù)仰角α位置時(shí)釋放擺錘，以一定速度(5 515m/s)沖擊試樣，而不同的沖擊速度所得到結(jié)果也并不一樣。落錘式?jīng)_擊試驗(yàn)是把落錘或鋼球由已知高度自由落下對試樣進(jìn)行沖擊，測定試樣抗沖擊性能的方法。試驗(yàn)中將落錘在一定高度自由落下對下部試件(大多數(shù)為平板試件) 產(chǎn)生沖擊，試件受沖擊后會產(chǎn)生開裂破壞。但在實(shí)際操作中，由于沖擊時(shí)間極短，加上接觸變形等因素的影響，沖擊強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果不易準(zhǔn)確。但是這些方法都不是針對水泥混凝土材料的，國內(nèi)外目前還沒有出現(xiàn)針對水泥混凝土的抗沖擊強(qiáng)度的測試方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，填補(bǔ)國內(nèi)外目前對于水泥混凝土的抗沖擊強(qiáng)度測試方面的空白，提供一種用于測試水泥混凝土沖擊強(qiáng)度的拱門型試件及測試方法。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。一種測試水泥混凝土抗沖擊強(qiáng)度用的拱門型試件，由一個(gè)半圓形拱1和兩個(gè)與半圓形拱的圓弧相切并連接的拱腳2組成，所述的半圓形拱1和拱腳2是水泥混凝土的一體結(jié)構(gòu)。所述半圓形拱1的內(nèi)徑為83mm，外徑為133mm，兩拱腳2各高83mm，厚度為50mm。測試水泥混凝土抗沖擊強(qiáng)度用的拱門型試件的鋼制底座，在鋼制底座的上表面兩邊的對稱位置分別設(shè)置有兩個(gè)與拱腳2相吻合的凹槽3。所述凹槽3為50mmX50mmX50mm的正方體凹槽。測試水泥混凝土抗沖擊強(qiáng)度用的拱門型試件的試驗(yàn)方法，具有如下步驟(1)采用常規(guī)水泥混凝土澆注工藝制成一體的拱門型試件，4 后拆除模具，將試件置于溫度為20 士 2°C、相對濕度為90%的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28天；(2)采用常規(guī)生產(chǎn)工藝，制備與拱門型試件相配合的鋼制底座，(3)在步驟(1)拱門型試件達(dá)到預(yù)定養(yǎng)護(hù)齡期后，取出拱門型試件，在試件的拱形內(nèi)側(cè)受拉區(qū)應(yīng)變最大處貼上應(yīng)變片4，并用導(dǎo)線將應(yīng)變片4連接到動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；將試件的兩拱腳2固定到鋼制底座的凹槽3內(nèi)，對試件進(jìn)行剛性固定；
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(4)將試件置于落錘試驗(yàn)儀的底座上，通過試件出現(xiàn)初始裂紋和試件完全斷裂時(shí)的沖擊次數(shù)來評價(jià)材料的抗沖擊性能，并通過動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄應(yīng)變隨沖擊次數(shù)變化的規(guī)律，以此來評價(jià)其抗沖擊性能；而動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上應(yīng)變值發(fā)生突變說明試件已經(jīng)開裂，記錄數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上的時(shí)間即為試件的初始開裂時(shí)間，以此來評價(jià)材料初始開裂的沖擊次數(shù)，并且由此實(shí)現(xiàn)試件開裂時(shí)間的準(zhǔn)確定義。目前，國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的水泥混凝土等建筑材料的抗沖擊試驗(yàn)方法。傳統(tǒng)方法問題較多，要方便、準(zhǔn)確、定量地測定建筑材料的抗沖擊性能需要解決好以下問題一是試件受沖擊荷載能集中的一個(gè)橫截面內(nèi)；二是試件要?jiǎng)傂怨潭?，消除連接物體帶來的能量分散；三是在試驗(yàn)中能夠引入動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。本發(fā)明的有益效果是，提供了一種用于測試水泥混凝土沖擊強(qiáng)度的拱門型試件及其測試方法，有效地解決了如上的3個(gè)問題；本發(fā)明的拱門型試件能更好的反應(yīng)材料承受沖擊荷載的能力，剛性固定的底座可以減小沖擊能量的耗散，本發(fā)明消除了測量過程中其他因素的影響，可以預(yù)先確定開裂的位置，提高了可預(yù)知性和抗沖擊性能試驗(yàn)的精確度，本發(fā)明在試件拱形的應(yīng)變最大處粘貼應(yīng)變片以測量試件隨沖擊次數(shù)的應(yīng)變值，從而評價(jià)不同材料的抗沖擊性能，本發(fā)明操作方便、結(jié)果準(zhǔn)確、做到了在試驗(yàn)中引入動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。


圖1是本發(fā)明拱門型試件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是鋼制底座的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是鋼制底座的剖視圖。附圖標(biāo)記如下1——半圓形拱2——拱腳3——凹槽 4——應(yīng)變片
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，本發(fā)明并不局限于下述實(shí)施例，很多數(shù)據(jù)的變化是依據(jù)實(shí)際情況確定，但這并不因此違背本發(fā)明的范圍和精神。如圖1所示，本發(fā)明的測試水泥混凝土抗沖擊強(qiáng)度用的拱門型試件，由一個(gè)半圓形拱1和兩個(gè)與半圓形拱的圓弧相切并連接的拱腳2組成，所述的半圓形拱1和拱腳2是水泥混凝土的一體結(jié)構(gòu)。拱門型試件厚50mm，半圓形拱1的內(nèi)側(cè)半徑為83mm，外側(cè)半徑為133mm，拱腳2高度為83mm。試件的橫截面為50mmX50mm的正方形截面。試件是采用有機(jī)玻璃的外箍和內(nèi)嵌塊的模具，采用常規(guī)水泥混凝土澆注工藝制成一體試件，4 后拆除模具，將試件置于溫度為20士2°C、相對濕度為90%的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)觀天。沖擊試驗(yàn)中，沖擊載荷在試件中產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力除與試件的形狀、體積和局部彈塑性變形等有關(guān)外，還同與其相連接的物體有關(guān)。如與試件相連接的物體是絕對剛體，則沖擊能全部為該零件所承受；如與試件相連接的物體剛度為某一值，則沖擊能為整個(gè)體系所承擔(dān)，該試件只承受沖擊能的一部分。因此試件的底座設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本發(fā)明采用鋼制底座，在底座的上表面設(shè)置有50mmX50mm見方，深50mm的凹槽3，底座為 333mmX 130mmX65mm的長方體，如圖2、圖3所示。在試件達(dá)到預(yù)定養(yǎng)護(hù)齡期后，取出拱門型試件，每種材料成型3組試件。將試件的兩拱腳2固定到鋼制底座的凹槽3內(nèi)，對試件進(jìn)行剛性固定。根據(jù)ANSYS應(yīng)力分析，拱門型試件的最大應(yīng)力在試件的半圓形拱1的中點(diǎn)，此處最先發(fā)生開裂破壞。因此，在試件的拱形內(nèi)側(cè)受拉應(yīng)變最大處粘貼應(yīng)變片4，如圖1所示。應(yīng)變片的規(guī)格為10mmX5mm紙質(zhì)應(yīng)變片，用導(dǎo)線將應(yīng)變片連接到動態(tài)數(shù)據(jù)應(yīng)變儀上。將連接好的試件放在落錘試驗(yàn)儀底座上，落錘重量選0. 875kg,自350mm處自由釋放，記錄試件出現(xiàn)初始裂紋和試件完全斷裂時(shí)的沖擊次數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果的表征方法有①經(jīng)過落錘反復(fù)沖擊，當(dāng)試驗(yàn)板出現(xiàn)初始裂縫時(shí)的沖擊次數(shù)；②試件破壞時(shí)的沖擊次數(shù)；③破壞與初裂時(shí)沖擊次數(shù)的差值和破壞時(shí)的沖擊耗能。沖擊耗能按式(1)計(jì)算W = N · mgh (公式 1)式中，W 沖擊耗能，N· m;
N 破壞時(shí)沖擊次數(shù)；h 沖擊錘下落高度，350mm ；g 9.81m/s2;m 落錘質(zhì)量，kg。
權(quán)利要求
1.一種測試水泥混凝土抗沖擊強(qiáng)度用的拱門型試件，由一個(gè)半圓形拱(1)和兩個(gè)與半圓形拱的圓弧相切并連接的拱腳( 組成，所述的半圓形拱(1)和拱腳( 是水泥混凝土的一體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1測試水泥混凝土抗沖擊強(qiáng)度用的拱門型試件，其特征在于，所述半圓形拱(1)的內(nèi)徑為83mm，外徑為133mm，兩拱腳(2)各高83mm，厚度為50mm。
3.權(quán)利要求1的測試水泥混凝土抗沖擊強(qiáng)度用的拱門型試件的鋼制底座，在鋼制底座的上表面兩邊的對稱位置分別設(shè)置有兩個(gè)與拱腳( 相吻合的凹槽(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的拱門型試件的鋼制底座，其特征在于，所述凹槽(3)為 50mmX 50mm的正方形、深50mm的凹槽；鋼制底座為333mmX 130mmX65mm的長方體。
5.權(quán)利要求1的測試水泥混凝土抗沖擊強(qiáng)度用的拱門型試件的試驗(yàn)方法，具有如下步驟(1)采用常規(guī)水泥混凝土澆注工藝制成一體的拱門型試件，4 后拆除模具，將試件置于溫度為20 士 2°C、相對濕度為90%的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28天；(2)采用常規(guī)生產(chǎn)工藝，制備與拱門型試件相配合的鋼制底座。(3)在步驟(1)拱門型試件達(dá)到預(yù)定養(yǎng)護(hù)齡期后，取出拱門型試件，在試件的拱形內(nèi)側(cè)受拉區(qū)應(yīng)變最大處粘貼應(yīng)變片G)，并用導(dǎo)線將應(yīng)變片(4)連接到動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；將試件的兩拱腳O)固定到鋼制底座的凹槽(3)內(nèi)，對試件進(jìn)行剛性固定；(4)將試件置于落錘試驗(yàn)儀的底座上，通過試件出現(xiàn)初試裂紋和試件完全斷裂時(shí)的沖擊次數(shù)來評價(jià)材料的抗沖擊性能，并通過動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄應(yīng)變隨沖擊次數(shù)變化的規(guī)律，以此來評價(jià)其抗沖擊性能；而動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上應(yīng)變值發(fā)生突變說明試件已經(jīng)開裂， 記錄數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上的時(shí)間即為試件的初始開裂時(shí)間，以此來評價(jià)材料初始開裂的沖擊次數(shù)，并且由此實(shí)現(xiàn)試件開裂時(shí)間的準(zhǔn)確定義。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測試水泥混凝土抗沖擊強(qiáng)度用的拱門型試件，由一個(gè)半圓形拱1和兩個(gè)與半圓形拱的圓弧相切并連接的拱腳2組成，所述的半圓形拱1和拱腳2是水泥混凝土的一體結(jié)構(gòu)；與試件配套使用的鋼制底座的上表面設(shè)置有兩個(gè)與拱腳2相吻合的凹槽3。本發(fā)明在試件拱形的應(yīng)變最大處粘貼應(yīng)變片4，并用導(dǎo)線將其連接到動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；再將試件置于落錘試驗(yàn)儀的底座上，通過試件出現(xiàn)初試裂紋和完全斷裂時(shí)的沖擊次數(shù)及動態(tài)采集系統(tǒng)記錄的變化的規(guī)律，以此評價(jià)不同材料的抗沖擊性能。本發(fā)明填補(bǔ)了目前國內(nèi)外對于水泥混凝土的抗沖擊強(qiáng)度測試方面的空白。
文檔編號G01N3/303GK102519810SQ20111041542
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者孫書云, 曹邦海, 朱涵, 章旸, 譚黨聯(lián) 申請人:天津大學(xué)