本發(fā)明涉及軌道交通
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是涉及一種無砟軌道水泥基材料動態(tài)性能衰變試驗裝置及方法。
背景技術(shù)：
：無砟軌道作為我國高鐵主要的軌道結(jié)構(gòu)型式，具有高平順、高穩(wěn)定和少維修的特點。與傳統(tǒng)有砟軌道的散粒體道床不同，無砟軌道主要采用鋼筋混凝土、乳化瀝青水泥砂漿(CA砂漿)等水泥基材料構(gòu)筑。CRTSI型板式無砟軌道是我國高鐵建設(shè)中具有廣泛應(yīng)用的軌道形式，其結(jié)構(gòu)組成主要為鋼軌、扣件、軌道板、CA砂漿充填層調(diào)整層、凸形擋臺、混凝土底座等。由于無砟軌道組成材料的多樣性、作用荷載的重復(fù)性和運營環(huán)境的復(fù)雜性等原因，在服役期間不可避免出現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)病害、材料性能逐漸傷損退化。CRTSI型板式無砟軌道容易出現(xiàn)以下幾種病害：1.軌道板開裂。在列車荷載的作用下，軌道板受到彎曲動荷載的反復(fù)作用出現(xiàn)豎向裂紋，裂紋的產(chǎn)生使軌道板中的鋼筋直接暴露在大氣中，會加速侵蝕性離子在軌道板中的擴散，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，從而加速軌道板的損傷。2.軌道板破損。由于扣件周圍的混凝土存在應(yīng)力集中，在列車荷載的反復(fù)作用下，應(yīng)力集中位置的混凝土容易出現(xiàn)破損。3.無砟軌道層間汲水。對于框架式無砟軌道，降水會使軌道板內(nèi)槽出現(xiàn)積水。積水向下滲入CA砂漿層中會造成乳化瀝青流失，使砂漿層變脆。4.CA砂漿破損掉塊。在列車荷載作用下，變脆后的CA砂漿層將很容易出現(xiàn)破損，并逐漸出現(xiàn)擠出、掉塊的情況。由于無砟軌道的結(jié)構(gòu)在服役過程中長期承受重復(fù)列車荷載和多種環(huán)境侵蝕的作用，在對其結(jié)構(gòu)和材料的研究必須考慮列車荷載和環(huán)境侵蝕的耦合作用。對于混凝土的疲勞荷載和環(huán)境耦合作用的致?lián)p問題，Xi、MITSURUS.、Xiang等進(jìn)行了混凝土軸心抗壓疲勞與氯離子擴散交互作用下氯離子在混凝土中的傳輸性和滲透性的研究，但對于混凝土疲勞性能的研究卻不得而知；Kuhl、Postolopoulos研究了累積侵蝕對鋼筋混凝土的低周疲勞性能，認(rèn)為侵蝕會導(dǎo)致疲勞過程中鋼筋延性較大程度降低；北京交通大學(xué)翟松峰、大連理工大學(xué)商懷帥、Fagerlund對混凝土的凍融循環(huán)與單軸荷載作用下的疲勞效應(yīng)進(jìn)行研究，并建立了凍融的疲勞損傷方程。對CA砂漿劣化及耐久性能的研究方面，武漢理工大學(xué)王發(fā)洲、王濤、胡曙光等分別針對18℃、20℃和-20℃的環(huán)境溫度建立了CA砂漿疲勞次數(shù)與應(yīng)力水平相關(guān)性的模擬方程；浙江工業(yè)大學(xué)毛錦達(dá)模擬測試了荷載-振動-高低溫環(huán)境下的CA砂漿抗疲勞性能；北京交通大學(xué)胡華鋒等針對嚴(yán)寒地區(qū)CA砂漿抗凍性、低溫力學(xué)性能及10-40Hz頻率的350萬次的疲勞性能進(jìn)行了試驗研究。由于疲勞和環(huán)境耦合作用的加載試驗裝置設(shè)計復(fù)雜，現(xiàn)有的試驗研究方案多集中在靜荷載與環(huán)境因素的耦合對試驗件的作用，循環(huán)荷載和環(huán)境侵蝕多采用交替作用的方式間接加載，這與高速鐵路線路中列車動荷載和環(huán)境侵蝕耦合作用的實際情況不符。對于CA砂漿的疲勞-環(huán)境耦合作用的研究則多以疲勞-溫度耦合為主，鮮見水侵蝕、鹽侵蝕等作用下CA砂漿疲勞性能的研究。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的首要目的在于提供一種無砟軌道水泥基材料動態(tài)性能衰變試驗裝置，該裝置能模擬出溫度、酸雨、氯鹽和高速列車荷載共同作用的工況，從而更真實的得出無砟軌道水泥基材料在實際運行過程中的動態(tài)性能衰變規(guī)律，從而為無砟軌道疲勞壽命的預(yù)測和維修提供有效、可靠的試驗數(shù)據(jù)，以提高高速鐵路運行的平順性、舒適性和安全性。本發(fā)明的另一目的在于提供一種使用上述的無砟軌道水泥基材料動態(tài)性能衰變試驗裝置對無砟軌道水泥基材料進(jìn)行動態(tài)性能衰變試驗的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種衰變試驗裝置，其包括盒體、上加載板和疲勞試驗機；疲勞試驗機的上加載夾持機構(gòu)與所述上加載板固定連接；疲勞試驗機的下加載夾持機構(gòu)與所述盒體的底部固定連接；被測試的試驗件放置在盒體內(nèi)，所述上加載板頂壓在試驗件的頂面上，盒體的底板和上加載板將試驗件夾持住。進(jìn)一步地，所述盒體內(nèi)設(shè)置有用于模擬腐蝕性環(huán)境的液體；優(yōu)選地，所述液體為水、酸性溶液或者鹽溶液。進(jìn)一步地，所述盒體內(nèi)設(shè)置有下加載板，下加載板與盒體的底板固定連接；所述試驗件放置在下加載板上，上、下加載板將所述試驗件夾持住。其中，下加載板優(yōu)選地通過焊接方式固定在盒體的底板上。進(jìn)一步地，所述上加載板為矩形，上加載板底面的兩側(cè)設(shè)置有下凸的條形上加載頭；或者，所述上加載板為圓形，上加載板底面不設(shè)置下凸的上加載頭。進(jìn)一步地，所述下加載板頂面的兩側(cè)均設(shè)置有上凸的條狀下加載頭。當(dāng)對CA砂漿試驗件進(jìn)行衰變試驗時，圓柱形的CA砂漿試驗件的上、下柱面分別直接貼靠在圓形的上加載板底面和下加載板上表面上。而試驗件為混凝土試驗件時，方塊形的試驗件放置在矩形的上加載板和下加載板之間，上、下加載板上的上、下加載頭分別頂靠在混凝土試驗件的上下表面上。進(jìn)一步地，所述加載頭為沿所述上、下加載板邊緣設(shè)置的條狀凸起。優(yōu)選地，所述加載頭和加載板一體成型，優(yōu)選地，由一塊鋼板切削加工而成。進(jìn)一步地，所述加載頭與試驗件接觸的末端為圓弧形。加載頭圓滑設(shè)置，以避免過于尖銳從而直接破壞試驗件。進(jìn)一步地，所述下加載板為矩形板，下加載板的長度是寬度的2-4倍，更為優(yōu)選地，下加載板的長度是寬度的為3倍；所述上加載板為矩形板或者圓形板；上、下加載板的厚度一致；上加載板的寬度或者直徑與下加載板的寬度一致。其中，盒體優(yōu)選地由鋼板焊接而成，盒體的側(cè)板和底板之間采用焊接的方式連接?；炷羷討B(tài)性能試驗中，上加載板為矩形板；CA砂漿動態(tài)性能試驗中，上加載板形狀優(yōu)選地為圓形鋼板。進(jìn)一步地，所述盒體內(nèi)側(cè)表面設(shè)置有用于防止腐蝕的涂層，所述涂層優(yōu)選地為環(huán)氧樹脂層。進(jìn)一步地，所述盒體內(nèi)設(shè)置有用于對盒體內(nèi)所述液體或者氣體進(jìn)行加熱的加熱單元，以及用于測量盒體內(nèi)所述液體或者氣體溫度的溫度測量裝置。優(yōu)選地，所述加熱單元為電加熱棒；溫度測量裝置為溫度計或者溫度傳感器。通過設(shè)置加熱單元和溫度測量裝置可以調(diào)節(jié)盒體內(nèi)的被模擬環(huán)境的溫度值，從而將溫度的影響參數(shù)耦合進(jìn)去，從而真實還原無砟軌道所處的工作環(huán)境。進(jìn)一步地，所述衰變試驗裝置還包括用于密封所述盒體上方開口的蓋體；所述疲勞試驗機的上加載夾持機構(gòu)通過上連接柱與所述上加載板連接；蓋體上設(shè)置有通孔，所述上連接柱上端與上加載夾持機構(gòu)連接，上連接柱的下端穿過所述通孔與上加載板連接。進(jìn)一步地，所述上連接柱與所述通孔之間滑動密封。通過設(shè)置蓋體，可以模擬不同溫度下、不同酸堿度的空氣對試驗件的腐蝕作用，目前，由于工業(yè)的過度發(fā)展，空氣質(zhì)量越來越差，由此空氣質(zhì)量的影響因素不得不考慮。進(jìn)一步地，所述衰變試驗裝置還包括風(fēng)機，所述盒體或者蓋體上設(shè)置有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，風(fēng)機通過管路與進(jìn)風(fēng)口連接；所述盒體內(nèi)設(shè)置有風(fēng)速測量儀。通過設(shè)置風(fēng)機，則可以將空氣質(zhì)量、溫度以及風(fēng)速等環(huán)境因素與列車載荷等動態(tài)因素耦合在一起，從而更真實地得出無砟軌道水泥基材料在實際運行過程中的動態(tài)性能衰變規(guī)律，從而為無砟軌道疲勞壽命的預(yù)測和維修提供有效、可靠的試驗數(shù)據(jù)，以提高高速鐵路運行的平順性、舒適性和安全性。進(jìn)一步地，所述疲勞試驗機的下加載夾持機構(gòu)通過下連接柱與所述盒體的底部固定連接。其中，上、下連接柱優(yōu)選地為硬質(zhì)金屬柱，如鋼柱等。進(jìn)一步地，所述試驗件包括無砟軌道水泥基材料混凝土試驗件和CA砂漿試驗件。本發(fā)明提供的衰變試驗裝置具有以下幾點有益效果：(1)能研究無砟軌道中多種水泥基材料的疲勞性能。作為無砟軌道結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的部件，混凝土軌道板和CA砂漿層材料性能的變化對無砟軌道整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能有決定性的影響，通過測定列車荷載和環(huán)境侵蝕耦合作用下混凝土和CA砂漿材料強度、彈性模量等力學(xué)性能的數(shù)值，研究疲勞荷載和環(huán)境侵蝕耦合作用下混凝土和CA砂漿材料性能劣化規(guī)律；(2)能考慮多種環(huán)境因素的影響。由于無砟軌道結(jié)構(gòu)長期暴露在大氣環(huán)境中，混凝土軌道板和CA砂漿將不可避免地受到環(huán)境荷載的侵蝕。本試驗工裝可以模擬溫度、酸雨、氯鹽等多種環(huán)境荷載作用對混凝土和CA砂漿疲勞性能的影響，研究在列車荷載和環(huán)境荷載共同作用下無砟軌道關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料性能的變化規(guī)律。以一定的疲勞循環(huán)次數(shù)為一個加載周期，利用無損檢測技術(shù)解析在不同加載周期后混凝土或CA砂漿的強度、彈性模量和裂縫寬度、深度等數(shù)據(jù)。通過對試驗構(gòu)件進(jìn)行取樣分析測定鹽離子對混凝土的侵蝕情況。為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種采用上述衰變試驗裝置的衰變試驗系統(tǒng)，其還包括處理器和顯示器，所述處理器與所述加熱單元、溫度測量裝置、風(fēng)速測量儀以及風(fēng)機連接。進(jìn)一步地，所述盒體內(nèi)設(shè)置有濕度計；優(yōu)選地，濕度計與所述處理器連接。為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種利用上述衰變試驗裝置對無砟軌道水泥基材料動態(tài)性能衰變試驗的試驗方法，所述試驗方法具體包括如下步驟：S1.測定混凝土試驗件或CA砂漿試驗件的初始強度等級；S2.將試驗件放置在下加載頭或者下加載板上；S3.加載環(huán)境設(shè)置；環(huán)境設(shè)置具體包括：1)腐蝕性環(huán)境；根據(jù)測試的需要，向盒體內(nèi)加入水、腐蝕性氣體、酸溶液或鹽溶液模擬腐蝕性環(huán)境；2)非腐蝕性的大氣環(huán)境；即在不加入水、腐蝕性氣體、酸溶液或鹽溶液的情況下，在干燥條件下，模擬不同列車荷載作用下混凝土和CA砂漿的動態(tài)性能衰變試驗數(shù)據(jù)；S4.加載溫度設(shè)置；通過開啟或者關(guān)閉加熱單元，使盒體內(nèi)氣體或者液體加熱至設(shè)定溫度；S5.啟動疲勞試驗機，疲勞試驗機通過上加載板、下加載板/盒體向試驗件施加設(shè)定頻率、幅值和循環(huán)次數(shù)的載荷，以模擬不同列車以不同速度對軌道作用的荷載；其中，不同列車的軸重通過調(diào)整加載應(yīng)力大小來模擬，不同運營時速通過調(diào)整加載頻率來實現(xiàn)模擬；S6.停止疲勞試驗機，測量試驗件的剩余強度、彈性模量以及裂縫寬度、深度等數(shù)據(jù)，完成一個周期的加載試驗；S7.重復(fù)步驟S1-6，完成多個周期的加載試驗，得到不同溫度、酸雨、鹽性地質(zhì)、潮濕地質(zhì)等不同環(huán)境腐蝕條件及不同列車荷載作用下，試驗件的動態(tài)性能衰變試驗數(shù)據(jù)，得出在列車荷載以不同軸重、不同速度和不同環(huán)境腐蝕條件共同作用下，無砟軌道水泥基材料性能衰變的規(guī)律。進(jìn)一步地，所述試驗方法還包括對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)不同加載次數(shù)后測得試驗件混凝土或CA砂漿的強度、彈性模量值，可以得到混凝土或CA砂漿在不同荷載作用下材料性能的劣化規(guī)律，擬合出混凝土軌道板或CA砂漿層的疲勞傷損曲線。進(jìn)一步地，所述試驗方法還包括：S8.試驗件離子擴散速率的測定，疲勞加載完成后對試驗件中心進(jìn)行鉆芯取樣，對芯樣進(jìn)行分層切片研磨，滴定每層試樣中離子的濃度，可得到不同軸重、不同速度的列車荷載作用下，離子在無砟軌道水泥基材料中的擴散速率。進(jìn)一步地，步驟S2中還包括根據(jù)試驗?zāi)康膶υ囼灱M(jìn)行處理：若研究環(huán)境對無砟軌道水泥基材料的腐蝕性，可直接將無砟軌道水泥基材料試驗件放置在下加載頭或下鋼板上；若研究離子在無砟軌道水泥基材料中的滲透性試驗，則將無砟軌道水泥基材料試驗件滲透面以外的其余面涂上防水材料。進(jìn)一步地，所述試驗方法還包括：S0.澆筑與養(yǎng)護(hù)試驗件；根據(jù)所需研究的無砟軌道水泥基材料的類型和力學(xué)性質(zhì)澆筑試驗件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過設(shè)置不同的加載頻率，能實現(xiàn)對高速客車、普速客車和普速貨車等不同運營條件下無砟軌道水泥基材料的動態(tài)性能衰變規(guī)律的試驗研究。另外，通過進(jìn)行列車荷載和環(huán)境侵蝕耦合加載，能實現(xiàn)列車荷載和環(huán)境侵蝕耦合作用下無砟軌道水泥基材料的動態(tài)性能衰變規(guī)律的試驗研究。另外，本發(fā)明充分考慮了列車荷載和環(huán)境侵蝕耦合作用下混凝土和砂漿材料的動態(tài)性能衰變問題，把混凝土和CA砂漿在列車荷載作用下的疲勞劣化和多種自然環(huán)境侵蝕下的劣化結(jié)合起來，能模擬不同運營條件下無砟軌道水泥基材料的受荷情況，提供列車荷載和環(huán)境荷載耦合作用下無砟軌道水泥材料動態(tài)性能衰變的試驗數(shù)據(jù)，對無砟軌道結(jié)構(gòu)破壞的研究和預(yù)測能更加準(zhǔn)確可靠，能對無砟軌道結(jié)構(gòu)壽命的預(yù)測和維修周期的確定提供理論基礎(chǔ)。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例提供的混凝土試驗件用的衰變試驗裝置的主視圖；圖2為圖1的橫向剖視圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的CA砂漿試驗件用的衰變試驗裝置的主視圖；圖4為圖3的橫向剖視圖；圖5為本發(fā)明提供的另一種實施例方式的衰變試驗裝置的主視圖；圖6為本發(fā)明提供的試驗方法的流程圖；圖7為本發(fā)明實施例試驗中不同加載頻率對混凝土彈性模量變化的影響的變化規(guī)律圖；圖8為本發(fā)明實施例試驗中不同加載頻率對混凝土抗折強度變化的影響的變化規(guī)律圖；圖9為本發(fā)明實施例試驗中不同應(yīng)力水平對混凝土彈性模量變化的影響的變化規(guī)律圖；圖10為本發(fā)明實施例試驗中不同應(yīng)力水平對混凝土抗折強度變化的影響的變化規(guī)律圖；圖11為本發(fā)明實施例試驗中不同加載頻率下混凝土內(nèi)自由氯離子濃度隨混凝土深度的變化規(guī)律圖；圖12為本發(fā)明實施例試驗中不同應(yīng)力水平下混凝土內(nèi)自由氯離子濃度隨混凝土深度的變化趨勢圖。附圖標(biāo)記：1-試驗件；2-液體；10-盒體；11-進(jìn)風(fēng)口；12-出風(fēng)口；15-蓋體；20-上加載板；21-上加載頭；25-下加載板；26-下加載頭；30-上加載夾持機構(gòu)；31-上連接柱；35-下加載夾持機構(gòu)；36-下連接柱；40-加熱單元；45-溫度測量裝置；48-風(fēng)速測量儀。具體實施方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合具體的實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋說明。實施例1如圖1-4所示，本實施例提供的一種衰變試驗裝置，其包括盒體10、上加載板20和疲勞試驗機；疲勞試驗機的上加載夾持機構(gòu)30與上加載板20固定連接；疲勞試驗機的下加載夾持機構(gòu)35與盒體10的底部固定連接；被測試的試驗件1放置在盒體10內(nèi)，上加載板20頂壓在試驗件1的頂面上，盒體10的底板和上加載板20將試驗件1夾持住。盒體10內(nèi)設(shè)置有用于模擬腐蝕性環(huán)境的液體2；其中，根據(jù)腐蝕性環(huán)境不同，液體2分為水、酸性溶液或者鹽溶液。盒體10內(nèi)設(shè)置有下加載板25，下加載板25與盒體10的底板固定連接；試驗件1放置在下加載板25上，上加載板20和下加載板25將試驗件1夾持住。其中，下加載板25優(yōu)選地通過焊接方式固定在盒體10的底板上。如圖1-2所示，上加載板20底面的兩側(cè)設(shè)置有下凸的上加載頭21；下加載板25頂面的兩側(cè)均設(shè)置有上凸的下加載頭26。如圖3-4所示，當(dāng)對CA砂漿試驗件進(jìn)行衰變試驗時，圓柱形的CA砂漿試驗件1的上、下柱面分別直接貼靠在上加載板20底面和下加載板25上表面上。而試驗件1為混凝土試驗件時，方塊形的試驗件1放置在上加載板20和下加載板25之間，上加載板20和下加載板25上的上加載頭21和下加載頭26分別頂靠在混凝土試驗件的上下表面上。其中，加載頭為沿上加載板20和下加載板25邊緣設(shè)置的條狀凸起。優(yōu)選地，加載頭和加載板一體成型，優(yōu)選地，由一塊鋼板切削加工而成。加載頭與試驗件1接觸的末端為圓弧形。加載頭圓滑設(shè)置，以避免過于尖銳從而直接破壞試驗件1。下加載板25為矩形板，下加載板25的長度是寬度的2-4倍，更為優(yōu)選地，下加載板25的長度是寬度的為3倍；上加載板20為矩形板或者圓形板；上加載板20和下加載板25的厚度一致；上加載板20的寬度或者直徑與下加載板25的寬度一致。其中，盒體10優(yōu)選地由鋼板焊接而成，盒體10的側(cè)板和底板之間采用焊接的方式連接?；炷羷討B(tài)性能試驗中，上加載板20為矩形板；CA砂漿動態(tài)性能試驗中，上加載板20形狀優(yōu)選地為圓形鋼板。盒體10內(nèi)側(cè)表面設(shè)置有用于防止腐蝕的涂層，涂層優(yōu)選地為環(huán)氧樹脂層。盒體10內(nèi)設(shè)置有用于對盒體10內(nèi)液體2或者氣體進(jìn)行加熱的加熱單元40，以及用于測量盒體10內(nèi)液體2或者氣體溫度的溫度測量裝置45。優(yōu)選地，加熱單元40為電加熱棒；溫度測量裝置45為溫度計或者溫度傳感器。通過設(shè)置加熱單元40和溫度測量裝置45可以調(diào)節(jié)盒體10內(nèi)的被模擬環(huán)境的溫度值，從而將溫度的影響參數(shù)耦合進(jìn)去，從而真實還原無砟軌道所處的工作環(huán)境。另外，本發(fā)明更優(yōu)優(yōu)選的實施方式是，如圖5所示，衰變試驗裝置還包括用于密封盒體10上方開口的蓋體15；疲勞試驗機的上加載夾持機構(gòu)30通過上連接柱31與上加載板20連接；蓋體15上設(shè)置有通孔，上連接柱31上端與上加載夾持機構(gòu)30連接，上連接柱31的下端穿過通孔與上加載板20連接。上連接柱31與通孔之間滑動密封。通過設(shè)置蓋體15，可以模擬不同溫度下、不同酸堿度的空氣對試驗件1的腐蝕作用，目前，由于工業(yè)的過度發(fā)展，空氣質(zhì)量越來越差，由此空氣質(zhì)量的影響因素不得不考慮。衰變試驗裝置還包括風(fēng)機，盒體10或者蓋體15上設(shè)置有進(jìn)風(fēng)口11和出風(fēng)口12，風(fēng)機通過管路與進(jìn)風(fēng)口11連接；盒體10內(nèi)設(shè)置有風(fēng)速測量儀48。通過設(shè)置風(fēng)機，則可以將空氣質(zhì)量、溫度以及風(fēng)速等環(huán)境因素與列車載荷等動態(tài)因素耦合在一起，從而更真實地得出無砟軌道水泥基材料在實際運行過程中的動態(tài)性能衰變規(guī)律，從而為無砟軌道疲勞壽命的預(yù)測和維修提供有效、可靠的試驗數(shù)據(jù)，以提高高速鐵路運行的平順性、舒適性和安全性。疲勞試驗機的下加載夾持機構(gòu)35通過下連接柱36與盒體10的底部固定連接。其中，上連接柱31和下連接柱36優(yōu)選地為硬質(zhì)金屬柱，如鋼柱等。試驗件1包括無砟軌道水泥基材料混凝土試驗件和CA砂漿試驗件1。本發(fā)明還提供了一種采用上述衰變試驗裝置的衰變試驗系統(tǒng)，其還包括處理器和顯示器，處理器與加熱單元40、溫度測量裝置45、風(fēng)速測量儀48以及風(fēng)機連接。另外，盒體10內(nèi)還可增設(shè)濕度計；濕度計與處理器連接。實施例2為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種利用上述衰變試驗裝置對無砟軌道水泥基材料動態(tài)性能衰變試驗的試驗方法，試驗方法具體包括如下步驟：S0.澆筑與養(yǎng)護(hù)試驗件1；根據(jù)所需研究的無砟軌道水泥基材料的類型和力學(xué)性質(zhì)澆筑試驗件1。S1.測定無砟軌道水泥基材料試驗件的初始強度等級；S2.根據(jù)試驗?zāi)康膶υ囼灱?進(jìn)行處理：若研究環(huán)境對無砟軌道水泥基材料的腐蝕性，可直接將無砟軌道水泥基材料試驗件1放置在下加載頭26或下加載板25上；若研究離子在無砟軌道水泥基材料中的滲透性試驗，則將無砟軌道水泥基材料試驗件1滲透面以外的其余面涂上防水材料。處理后，將試驗件1放置在下加載頭26或者下加載板25上；S3.加載環(huán)境設(shè)置；環(huán)境設(shè)置具體包括：1)腐蝕性環(huán)境；根據(jù)測試的需要，向盒體10內(nèi)加入水、腐蝕性氣體、酸溶液或鹽溶液模擬腐蝕性環(huán)境；2)非腐蝕性的大氣環(huán)境；即在不加入水、腐蝕性氣體、酸溶液或鹽溶液的情況下，在干燥條件下，模擬不同列車荷載作用下混凝土和CA砂漿的動態(tài)性能衰變試驗數(shù)據(jù)；S4.加載溫度設(shè)置；通過開啟或者關(guān)閉加熱單元40，使盒體10內(nèi)氣體或者液體2加熱至設(shè)定溫度；S5.啟動疲勞試驗機，疲勞試驗機通過上加載板20、下加載板25/盒體10向試驗件1施加設(shè)定頻率、幅值和循環(huán)次數(shù)的載荷，以模擬不同列車以不同速度對軌道作用的荷載；其中，不同列車的軸重通過調(diào)整加載應(yīng)力大小來模擬，不同運營時速通過調(diào)整加載頻率來實現(xiàn)模擬；S6.停止疲勞試驗機，測量試驗件1的剩余強度、彈性模量以及裂縫寬度、深度等數(shù)據(jù)，完成一個周期的加載試驗；S7.重復(fù)步驟S1-6，完成多個周期的加載試驗，得到不同溫度、酸雨、鹽性地質(zhì)、潮濕地質(zhì)等不同環(huán)境腐蝕條件及不同列車荷載作用下，試驗件1的動態(tài)性能衰變試驗數(shù)據(jù)，得出在列車荷載以不同軸重、不同速度和不同環(huán)境腐蝕條件共同作用下，無砟軌道水泥基材料性能衰變的規(guī)律。試驗方法還包括對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)不同加載次數(shù)后測得試驗件1混凝土的強度、彈性模量值，可以得到無砟軌道水泥基材料在不同荷載作用下材料性能的劣化規(guī)律，擬合出混凝土軌道板或CA砂漿層的疲勞傷損曲線。當(dāng)需要測定試驗件離子擴散速率時，疲勞加載完成后對試驗件1中心進(jìn)行鉆芯取樣，對芯樣進(jìn)行分層切片研磨，滴定每層試樣中離子的濃度，可得到不同軸重、不同速度的列車荷載作用下，離子在無砟軌道水泥基材料中的擴散速率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過設(shè)置不同的加載頻率，能實現(xiàn)對高速客車、普速客車和普速貨車等不同運營條件下無砟軌道水泥基材料的動態(tài)性能衰變規(guī)律的試驗研究。另外，通過進(jìn)行列車荷載和環(huán)境侵蝕耦合加載，能實現(xiàn)列車荷載和環(huán)境侵蝕耦合作用下無砟軌道水泥基材料的動態(tài)性能衰變規(guī)律的試驗研究。試驗中加載設(shè)備和測試工具還包括：MTS、多功能混凝土無損檢測系統(tǒng)、筆記本電腦、壓力試驗機、取芯機、天平。本發(fā)明實施例的試驗裝置的試驗工況如表1所示。表1試驗工況工況一列車荷載單獨加載工況二列車荷載和侵蝕性離子耦合加載工況三列車荷載和升溫耦合加載工況四列車荷載、侵蝕性離子和升溫耦合加載對于列車荷載，我國現(xiàn)有無砟軌道中運行的三種列車，即高速客車、普速客車和普速貨車，其列車荷載的特征值如表2所示。根據(jù)研究的列車荷載對象選取相應(yīng)的列車荷載特征值進(jìn)行加載。表2列車荷載特征值荷載種類軸重應(yīng)力水平設(shè)計時速加載頻率高速客車15t0.3～0.5200km/h～350km/h22Hz～39Hz普速客車15t0.3～0.5120km/h～160km/h13Hz～18Hz普速貨車30t0.5～0.7120km/h≤13Hz對于侵蝕性離子，根據(jù)研究鐵路線路所處的地理環(huán)境因素進(jìn)行加載，如多雨的地區(qū)進(jìn)行水侵蝕加載，沿海地區(qū)進(jìn)行氯離子侵蝕加載，多酸雨地區(qū)進(jìn)行酸溶液侵蝕加載等。對于升溫，本發(fā)明實施例的工裝可采用水浴加熱的方式對試驗件進(jìn)行加熱。本專利試驗裝置研究的無砟軌道水泥基材料動態(tài)性能衰變規(guī)律為混凝土和CA砂漿疲勞荷載作用下力學(xué)性能的衰變規(guī)律。其中，若研究混凝土的抗彎疲勞性能，則澆筑試驗件外觀規(guī)格為400mm×100mm×100mm的棱柱體抗折試驗件；若研究CA砂漿的抗壓疲勞性能，則澆筑試驗件外觀為底面直徑50mm、高50mm的圓柱體抗壓試驗件。其數(shù)據(jù)處理如下：根據(jù)不同加載次數(shù)后測得混凝土的強度、彈性模量值，可以得到無砟軌道水泥基材料在不同荷載作用下材料性能的劣化規(guī)律，擬合出混凝土軌道板或CA砂漿層的疲勞傷損曲線。采用以上試驗裝置和試驗方法研究混凝土材料抗折疲勞性能和氯離子滲透性能的具體試驗參數(shù)和結(jié)果如下：試驗中，澆筑試驗件規(guī)格為400mm×100mm×100mm的混凝土棱柱體抗折試驗件；試驗步驟S2中，由于需要研究氯離子在混凝土中的擴散性，需要對混凝土試驗件受拉面以外的所有面涂一層環(huán)氧樹脂進(jìn)行防水處理；盒體內(nèi)的液體為濃度10％的NaCl溶液。步驟S4中，不進(jìn)行升溫設(shè)置，在室溫下進(jìn)行試驗。步驟S5中，設(shè)置荷載為：應(yīng)力水平為0.3的條件下，頻率分別取10Hz、15Hz和20Hz；頻率為15Hz的條件下，應(yīng)力水平分別取0.3、0.5和0.7。(現(xiàn)有技術(shù)中，混凝土疲勞試驗的加載頻率通常不高于10Hz，而高速列車的運行速度為200km/h～350km/h，普速列車的運行速度為120km/h～160km/h，對應(yīng)的列車荷載頻率分別為22Hz～39Hz和13Hz～18Hz，由此，現(xiàn)有試驗的加載頻率不符合列車荷載頻率的特征值)?；炷疗谠囼灪罂拐蹚姸群蛷椥阅Ａ克p的規(guī)律如圖7-8和圖9-10所示。其中，圖7和8分別為不同加載頻率對混凝土彈性模量和抗折強度變化的影響；圖9和10分別為不同應(yīng)力水平對混凝土彈性模量和抗折強度變化的影響。圖7和8中，r表示試驗件加載的應(yīng)力水平，f表示試驗件加載的頻率。比較圖7和8中應(yīng)力水平同為0.3的條件下荷載頻率分別取10Hz、15Hz和20Hz的試驗件可知：①在初始彈性模量和抗折強度接近的情況下，荷載頻率為10Hz的試驗件的彈性模量和抗折強度下降的速率最快，加載次數(shù)為200萬次左右時彈性模量和抗折強度分別下降6.3GPa和0.97MPa。②荷載頻率為15Hz的試驗件和荷載頻率為20Hz的試驗件在加載次數(shù)較少時，彈性模量和抗折強度下降的平均速率接近，加載次數(shù)為200萬次左右時，荷載頻率為15Hz的試驗件彈性模量和抗折強度分別降低4.40GPa和0.46MPa，荷載頻率為20Hz的試驗件彈性模量和抗折強度分別降低4.40GPa和0.55MPa。③荷載頻率越低，試驗件彈性模量和抗折強度從圖像上呈現(xiàn)“階梯式”下降的趨勢越明顯，出現(xiàn)明顯下降的拐點越早；頻率越高，其彈性模量和抗折強度從圖上呈現(xiàn)出的下降曲線越平滑，出現(xiàn)明顯下降的拐點越晚。圖9和10中，r表示試驗件加載的應(yīng)力水平，f表示試驗件加載的頻率。比較圖9和10中何在頻率同為15Hz的條件下應(yīng)力水平分別取0.3、0.5和0.7的試驗件可知：①在初始彈性模量和抗折強度存在差異的情況下，應(yīng)力水平越高，試驗件彈性模量和抗折強度的下降越明顯。應(yīng)力水平為0.7的試驗件初始彈性模量和抗折強度最高，加載次數(shù)為150萬次時，其彈性模量和抗折強度分別下降7.41GPa和0.96MPa，而完成疲勞加載時則分別下降15.01GPa和2.06MPa；應(yīng)力水平為0.5的試驗件初始彈性模量和抗折強度次之，加載次數(shù)為150萬次時，其彈性模量和抗折強度分別下降3.01GPa和0.58MPa，而完成疲勞加載時則分別下降11.39GPa和1.56MPa；應(yīng)力水平為0.3的試驗件初始彈性模量和抗折強度最低，加載次數(shù)為150萬次時，其彈性模量和抗折強度分別下降2.64GPa和0.21MPa，而完成疲勞加載時則分別下降5.11GPa和0.73MPa。②應(yīng)力水平越大，試驗件的彈性模量和抗折強度越容易出現(xiàn)折減。應(yīng)力水平為0.3的試驗件加載次數(shù)在150萬次以前彈性模量和抗折強度都相對平穩(wěn)，加載次數(shù)在150萬次后下降的速率開始增大；應(yīng)力水平為0.5的試驗件加載次數(shù)在125萬次后彈性模量和抗折強度出現(xiàn)明顯下降；應(yīng)力水平為0.7的試驗件則從開始加載后彈性模量和抗折強度出現(xiàn)明顯的下降。鉆芯取樣分層測氯離子濃度的試驗結(jié)果如圖9、10和11所示。圖11為不同加載頻率下混凝土內(nèi)自由氯離子濃度隨混凝土深度的變化規(guī)律圖。由圖11可知，在動荷載作用2d，同時自然浸泡于5％氯化鈉溶液中時，隨著加載頻率的變化混凝土內(nèi)相同深度處自由氯離子濃度有所不同。隨著加載頻率的增加，相同深度內(nèi)自由氯離子濃度增加。當(dāng)混凝土深度小于25mm時，加載頻率對氯離子濃度影響比較明顯，相比于頻率為10Hz及15Hz，頻率為20Hz的動荷載作用下氯離子濃度明顯高一些。當(dāng)混凝土深度大于25mm時，隨著深度的增加混凝內(nèi)自由氯離子濃度變化較小。而圖12表示不同應(yīng)力水平下混凝土內(nèi)自由氯離子濃度隨混凝土深度的變化；由圖12可知，在動荷載作用2d，同時自然浸泡于5％氯化鈉溶液中時，隨著加載應(yīng)力水平的變化混凝土內(nèi)相同深度處自由氯離子濃度有所不同。隨著應(yīng)力水平的增加，相同深度內(nèi)自由氯離子濃度增加。當(dāng)混凝土深度小于25mm時，應(yīng)力水平對氯離子濃度影響比較明顯，相比于應(yīng)力水平為0.3及0.5時，應(yīng)力水平為0.7動荷載作用下氯離子濃度明顯高一些。當(dāng)混凝土深度大于25mm時，隨著深度的增加混凝土內(nèi)自由氯離子濃度變化較小。最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3