專利名稱：用于超低溫試驗爐的壓頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓頭，特別是涉及一種混凝土超低溫受力性能試驗中用于超低溫試驗爐的壓頭。
背景技術(shù)：
為了超低溫混凝土等材料試驗具有均勻的超低溫溫度環(huán)境，試驗爐(或稱試驗機(jī))的上下壓頭必須一部分伸入超低溫試驗爐中，即壓頭的一部分在爐內(nèi)、剩余的部分在爐外?，F(xiàn)有的混凝土超低溫受力性能試驗中，試驗爐的壓頭采用同一類材料制作，其制作材料為普通鋼材，但該類型的壓頭不能適應(yīng)超低溫情況下的各種試驗要求。若用現(xiàn)有試驗爐的壓頭進(jìn)行超低溫情況下混凝土受力性能試驗，主要存在以下缺點(1)常規(guī)試驗爐的壓頭均是采用普通鋼材，其導(dǎo)熱系數(shù)很大，不僅低溫?zé)崮芟木薮?，而且將使超低溫試驗爐的試驗工作室溫度分布不均勻，尤其是上下壓頭附近的溫度分布，這將嚴(yán)重影響試驗數(shù)據(jù)，甚至導(dǎo)致不可靠的試驗結(jié)果或結(jié)論。(2)由于常規(guī)試驗機(jī)壓頭的導(dǎo)熱系數(shù)很大，低溫?zé)崃客ㄟ^壓頭的傳遞導(dǎo)致超低溫試驗爐的爐口溫度遠(yuǎn)低于室內(nèi)環(huán)境溫度，此處將吸收環(huán)境濕氣起霜結(jié)冰，進(jìn)而嚴(yán)重影響試驗要求的上下壓頭工作狀態(tài)，使試驗摻雜不應(yīng)有的且具有波動和不確定特性的影響因素， 影響試驗結(jié)果的可靠性、增大試驗數(shù)值的離散性。(3)長期反復(fù)試驗的超低溫至常溫升降溫變化將使常規(guī)試驗機(jī)的壓頭銹蝕，影響其試驗工作性能。為了解決壓頭導(dǎo)熱系數(shù)大的問題，有人將壓頭采用外包隔熱材料的方法。但該種方法短時間內(nèi)對減緩冷源擴(kuò)散效果明顯，但稍長時間隔熱效果將明顯降低，且這種處理方式使試驗結(jié)果的重現(xiàn)性很差。超低溫混凝土低溫脆性破壞特性也將使其進(jìn)一步地惡化，進(jìn)而嚴(yán)重影響試驗結(jié)果的可靠性，并增大試驗數(shù)值的離散性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種隔熱效果好、成本低、質(zhì)量較輕、操作方便的用于超低溫試驗爐的壓頭。為達(dá)上述目的，本發(fā)明一種用于超低溫試驗爐的壓頭，部分置于超低溫試驗爐內(nèi)， 部分置于超低溫試驗爐外，其外形為“凸”字形狀，包括不銹鋼層和樹脂玻璃鋼層，所述置于超低溫試驗爐內(nèi)的壓頭由不銹鋼和樹脂玻璃鋼組合制成，所述置于超低溫試驗爐外的壓頭由樹脂玻璃鋼制成。即置于超低溫試驗爐內(nèi)的壓頭有兩層結(jié)構(gòu)組成，靠近爐內(nèi)筒的部分由不銹鋼制成，另一層由樹脂玻璃鋼制成；所述置于超低溫試驗爐外的壓頭完全由樹脂玻璃鋼制成，樹脂玻璃鋼為一種玻璃纖維與樹脂的復(fù)合材料，如環(huán)氧樹脂玻璃鋼、聚酯樹脂玻璃鋼、酚醛樹脂玻璃鋼等，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、近于絕熱的特點，市場有售，可根據(jù)上下壓頭對其性能要求任選一種。本發(fā)明用于超低溫試驗爐的壓頭，其中不銹鋼層和樹脂玻璃鋼層之間用樹脂粘結(jié)后再用螺栓連接。本發(fā)明用于超低溫試驗爐的壓頭，其中優(yōu)選所述樹脂玻璃鋼為環(huán)氧樹脂玻璃鋼、 聚酯樹脂玻璃鋼或酚醛樹脂玻璃鋼。進(jìn)一步地，按照在超低溫試驗爐的安裝位置分為上壓頭和下壓頭，本發(fā)明的用于超低溫試驗爐的上壓頭頂端設(shè)有把手，方便試驗人員在試驗開始前放入和結(jié)束后取出。本發(fā)明用于超低溫試驗爐的壓頭的應(yīng)用，將其用于混凝土超低溫受力性能試驗， 進(jìn)一步地在混凝土超低溫受力性能試驗中用于安裝在超低溫試驗爐的頂端和底端。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(1)采用多材料組合形成受力性能試驗的試驗機(jī)壓頭，可充分發(fā)揮所用材料各自的優(yōu)點，通過其優(yōu)點組合進(jìn)而滿足超低溫試驗的各種要求。組合材料(高強(qiáng)不銹鋼和樹脂玻璃鋼)均為常規(guī)材料，易于獲取、且價格不高。若用單一材料，不僅其性能不能很好地滿足超低溫試驗的要求，而且其造價極其昂貴，不適應(yīng)于混凝土類這種非精密且具有一定離散性材料的試驗。(2)樹脂玻璃鋼的剛度和硬度相對鋼材較差，不宜與剛度和硬度都較高的試件直接接觸。本壓頭直接與試驗試件接觸部分采用的是高強(qiáng)不銹鋼材料，可增強(qiáng)試件受壓接觸面的剛度和硬度，適用于高強(qiáng)度和高硬度試件對其的作用，能對試件施加均勻分布的作用力，提高上下壓頭的反復(fù)使用次數(shù)和減少各次使用可能帶來的試驗差異，確保試驗結(jié)果的可重現(xiàn)性。(3)壓頭的直接與試件接觸部分采用不銹鋼材料，不僅便于設(shè)置試驗要求的各種裝置(如試驗安全保護(hù)桿、變形量測裝置和試件自動定位裝置等)，而且能與壓頭的樹脂玻璃鋼部分可靠地連接成一整體。(4)壓頭的直接與試件接觸部分采用不銹鋼材料，不僅可克服普通鋼材的銹蝕問題，而且其導(dǎo)熱系數(shù)相對普通鋼材要低(不銹鋼常溫附近的導(dǎo)熱系數(shù)約為17W/m.K，而普通鋼材約為50W/m. K)，且隨溫度降低，其導(dǎo)熱系數(shù)將顯著地降低，如-190°C時，其導(dǎo)熱系數(shù)不到8W/m. K，這不僅滿足強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕和便于連接等要求，還在一定程度上降低了爐腔的熱量擴(kuò)散。(5)樹脂玻璃鋼導(dǎo)熱系數(shù)很低，常溫下約為0. 4ff/m. K，并隨溫度降低，其導(dǎo)熱系數(shù)還將降低，如-190°C時，其導(dǎo)熱系數(shù)僅有0. 02ff/m. K，基本接近絕熱材料。壓頭的非直接與試件接觸部分采用樹脂玻璃鋼能很好地起到阻斷低溫?zé)崃康臄U(kuò)散。實踐表明，數(shù)小時的低溫作用，超低溫爐外壓頭表面及附近的溫度未發(fā)生變化，基本同環(huán)境溫度。而樹脂玻璃鋼具有較高的受壓強(qiáng)度，完全滿足混凝土類材料受力性能試驗較大的荷載作用要求。(6)樹脂玻璃鋼的質(zhì)量密度不到鋼材的1/4，而它的體積占壓頭的絕大部分。采取這種多材料組合形成的壓頭重量很輕，便于試驗人員進(jìn)行各種試驗安裝。(7)由于試驗人員接觸壓頭為其樹脂玻璃鋼部分，而其低溫絕熱性能，確保了試驗人員避免遭受可能的超低溫灼傷事件發(fā)生。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的用于超低溫試驗爐的壓頭作進(jìn)一步說明。


圖1為本發(fā)明用于超低溫試驗爐的壓頭的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明壓頭安裝在超低溫試驗爐內(nèi)的使用狀態(tài)圖。附圖標(biāo)記說明2-超低溫試驗爐；3-上壓頭；4-下壓頭；5-試驗工作室；6_制冷劑密封艙；7-真空層；8-保溫隔熱層；9-不銹鋼層；10-樹脂玻璃鋼層；11-把手；13-試驗試件；20-螺栓。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點作更詳細(xì)的說明。如圖1和圖2所示，超低溫試驗爐2的頂端和底端分別安裝有上壓頭3和下壓頭 4，其中壓頭3、4的外形為“凸”字形狀，包括不銹鋼層9和樹脂玻璃鋼層10，部分置于超低溫試驗爐2內(nèi)，部分置于超低溫試驗爐2外，所述置于超低溫試驗爐2內(nèi)的壓頭部分由不銹鋼和樹脂玻璃鋼組合制成，所述置于超低溫試驗爐2外的壓頭由樹脂玻璃鋼制成，即壓頭 3、4中不銹鋼層9完全置于試驗爐2的內(nèi)腔，樹脂玻璃鋼層10 —部分置于試驗爐2的內(nèi)腔中，剩下的部分置于試驗爐2的外部；上、下壓頭3、4的不銹鋼9和樹脂玻璃鋼10之間用樹脂粘結(jié)后再用螺栓20連接(壓頭工作時處于受壓狀況，故理論上對不銹鋼部分與樹脂玻璃鋼部分間粘結(jié)強(qiáng)度不要求或要求很低，加螺栓固定的主要目的是確保試件發(fā)生爆裂使積聚的能量釋放時不會因其發(fā)生相互脫離現(xiàn)象)，本實施例中所用的樹脂玻璃鋼為環(huán)氧樹脂玻璃鋼，在其他實施方式中還可以采用聚酯樹脂玻璃鋼或酚醛樹脂玻璃鋼等本領(lǐng)域常用的樹脂玻璃鋼材料。上壓頭3的頂端設(shè)有把手11，方便試驗人員在試驗開始前放入和結(jié)束后取出ο本發(fā)明壓頭在混凝土超低溫受力性能試驗中用于安裝在超低溫試驗爐2的頂端和底端，如圖2所示，該超低溫試驗爐2由內(nèi)向外依次為試驗工作室5、制冷劑密閉艙6、真空層7和保溫隔熱層8，試驗工作室5內(nèi)放置試驗試件13。經(jīng)過多次試驗證明，數(shù)小時(如6-8小時)的低溫作用，超低溫爐外壓頭表面及附近的溫度未發(fā)生變化。如超低溫爐內(nèi)溫度達(dá)_190°C時上壓頭頂部表面溫度為23. 2°C，保持爐內(nèi)溫度不變至6小時后，此處的溫度仍為23. 2°C。以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于超低溫試驗爐的壓頭，部分置于超低溫試驗爐內(nèi)，部分置于超低溫試驗爐外，其特征在于其外形為“凸，，字形，包括不銹鋼層和樹脂玻璃鋼層，所述置于超低溫試驗爐內(nèi)的壓頭由不銹鋼和樹脂玻璃鋼組合制成，所述置于超低溫試驗爐外的壓頭由樹脂玻璃鋼制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓頭，其特征在于所述不銹鋼層和樹脂玻璃鋼層之間用樹脂粘結(jié)后再用螺栓連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓頭，其特征在于所述樹脂玻璃鋼為環(huán)氧樹脂玻璃鋼、聚酯樹脂玻璃鋼或酚醛樹脂玻璃鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓頭，按照在超低溫試驗爐的安裝位置分為上壓頭和下壓頭，其特征在于所述上壓頭的頂端設(shè)有把手。
5.權(quán)利要求1-4任一項所述的壓頭的應(yīng)用，其特征在于將其用于混凝土超低溫受力性能試驗。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于在混凝土超低溫受力性能試驗中用于安裝在超低溫試驗爐的頂端和底端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于超低溫試驗爐的壓頭，部分置于超低溫試驗爐內(nèi)，部分置于超低溫試驗爐外，其外形為“凸”字形，包括不銹鋼層和樹脂玻璃鋼層，所述置于超低溫試驗爐內(nèi)的壓頭由不銹鋼和樹脂玻璃鋼組合制成，所述置于超低溫試驗爐外的壓頭由樹脂玻璃鋼制成；進(jìn)一步地，不銹鋼層和樹脂玻璃鋼層之間用樹脂粘結(jié)后再用螺栓連接。本發(fā)明在混凝土超低溫受力性能試驗中用于安裝在超低溫試驗爐的頂端和底端，具有隔熱效果好、成本低、質(zhì)量較輕、操作方便的特點。
文檔編號G01N3/18GK102539229SQ201110460580
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者富克, 時旭東, 李艷輝, 李金光, 鄭建華, 黃永剛 申請人:中國寰球工程公司