一種約束狀態(tài)下水泥基材料的加速劣化試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種約束狀態(tài)下水泥基材料的加速劣化試驗(yàn)方法。制作兩端預(yù)埋螺栓的水泥基試件；配制用于加速劣化試驗(yàn)的鹽溶液；利用彈性模量較高的材料制作約束裝置。進(jìn)行劣化試驗(yàn)時(shí)，將螺栓穿過約束裝置，再用螺母連接，通過電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)調(diào)節(jié)試件的約束度。劣化過程采用非金屬超聲檢測分析儀和位移傳感器對試件的超聲波參數(shù)和位移變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，劣化前后采用X?射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)對試件的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描和分析。與傳統(tǒng)的劣化試驗(yàn)方法相比，該約束裝置更加靈活方便，劣化效果更加明顯；與傳統(tǒng)的劣化判定方法相比，該法可以實(shí)時(shí)監(jiān)測劣化過程，微觀孔結(jié)構(gòu)的掃描分析方法，更加直觀可靠。
【專利說明】
一種約束狀態(tài)下水泥基材料的加速劣化試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及到土木工程材料領(lǐng)域中建筑材料的耐久性試驗(yàn)方法，尤其是一種約束狀態(tài)下水泥基材料的加速劣化試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，混凝土材料已成為世界上用途最廣、用量最大的建筑結(jié)構(gòu)材料，其性能和時(shí)變性直接影響重大基礎(chǔ)工程的服役性能與服役壽命。然而，由于高鹽、高溫差、低濕度、高溫/冰凍等環(huán)境作用，我國沿海和西部鹽湖等嚴(yán)酷環(huán)境下的混凝土材料往往過早失效，進(jìn)而影響到工程結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致眾多基礎(chǔ)設(shè)施服役壽命大幅降低，經(jīng)濟(jì)損失巨大，嚴(yán)重制約海洋發(fā)展。
[0003]海洋潮汐區(qū)發(fā)生的干濕交替鹽溶液侵蝕作用會加速混凝土的性能劣化，混凝土中介質(zhì)傳輸、化學(xué)侵蝕、力學(xué)損傷之間的交互作用機(jī)制與一般環(huán)境具有明顯的區(qū)別，其性能退化過程具有顯著的時(shí)變性與隨機(jī)性特征。研究混凝土在干濕交替鹽溶液侵蝕作用下的劣化，可以對嚴(yán)酷環(huán)境下某一時(shí)期內(nèi)混凝土材料的損傷情況進(jìn)行預(yù)測和評價(jià)。
[0004]素混凝土在單純的自由形變時(shí)并不會產(chǎn)生裂紋，只有當(dāng)變形受到限制時(shí)才會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力并逐漸開裂。實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中，混凝土總是因受到一定的外部約束(模板、鋼筋、支座和相鄰構(gòu)件等)而導(dǎo)致形變受到限制，從而產(chǎn)生約束應(yīng)力，最終結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯變化。本發(fā)明通過模擬海洋環(huán)境中干濕交替現(xiàn)象和鹽溶液侵蝕過程，提供了一種約束狀態(tài)下水泥基材料的加速劣化試驗(yàn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種約束狀態(tài)下水泥基材料的加速劣化試驗(yàn)方法，本發(fā)明采用單軸約束方法，與傳統(tǒng)的圓環(huán)約束、平板約束方法相比，該法可以對劣化過程中不同尺寸試件的形變，超聲波參數(shù)變化等指標(biāo)進(jìn)行即時(shí)測定。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的目的是通過如下的手段實(shí)現(xiàn)的。
[0007]—種約束狀態(tài)下水泥基材料的加速劣化試驗(yàn)方法，包含如下的步驟:
[0008](I)制作水泥基材料的試件；
[0009]在試件的兩端預(yù)埋兩根螺栓制得劣化試件和對比試件；
[0010](2)配制加速劣化試驗(yàn)所需的鹽溶液；
[0011](3)制作加速試驗(yàn)所需的約束裝置；
[0012]約束裝置分為左板，右板各一塊，中間開圓孔，上板，下板各一塊。拼接后，再采用螺栓固定連接各板。劣化試驗(yàn)時(shí)，將螺栓穿過圓孔，再用螺母連接。通過電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)控制試件的約束度。
[0013](4)劣化過程采用非金屬超聲檢測分析儀和位移傳感器對試件的超聲波參數(shù)和位移變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，劣化前后采用X-射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)對試件的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描和分析。
[0014]所述的螺栓長度為2?20cm，材質(zhì)為不銹鋼。
[0015]所述的鹽溶液為硫酸鈉，硫酸鉀，硫酸鎂，硝酸鈉，硝酸鉀，硝酸鈣，硝酸鎂，氯化鈉，氯化鉀，氯化鈣，氯化鎂的一種或幾種的混合，各溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1?90%。
[0016]所述的約束裝置材質(zhì)為不銹鋼，鑄鐵，陶瓷，普通玻璃，有機(jī)玻璃的一種或幾種的組合。
[0017]所述的劣化過程所測的超聲波參數(shù)為超聲波的聲時(shí)，聲速，波幅，頻率的一種或幾種。
[0018]所述的劣化前后掃描分析的孔結(jié)構(gòu)為孔體積，孔面積，孔隙率的一種或幾種。
[0019]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1、本發(fā)明采用單軸約束方法，與傳統(tǒng)的圓環(huán)約束、平板約束方法相比，該法可以對劣化過程中不同尺寸試件的形變，超聲波參數(shù)變化等指標(biāo)進(jìn)行即時(shí)測定。
[0021]2、與溫度-應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)控制試件的約束度相比，該法采用電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)控制試件約束度更為靈活，操作更為方便，且成本低廉。
[0022]3、與質(zhì)量損失率、強(qiáng)度損失率等傳統(tǒng)的劣化判定方法相比，超聲波參數(shù)變化和形變的判定方法更為方便，準(zhǔn)確。該法可以對劣化全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)，無損監(jiān)測。
[0023]4、采用X-射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)對試件劣化前后的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描和分析，研究試件的微觀結(jié)構(gòu)變化，該法更為直觀可靠。
【附圖說明】
[0024]圖1是劣化試驗(yàn)的約束裝置示意圖。
[0025]其中有:左板I，右板2，上板3，下板4，圓孔5。
[0026]圖2是試件形變隨循環(huán)次數(shù)的變化關(guān)系圖；SI為自由狀態(tài)劣化；S2為約束狀態(tài)劣化。
[0027]圖3是干濕循環(huán)條件下試件的超聲波聲速變化圖；SI為自由狀態(tài)劣化;S2為約束狀態(tài)劣化。
[0028]圖4是劣化前后試件總孔體積的對比圖；SI為自由狀態(tài)劣化;S2為約束狀態(tài)劣化。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。
[0030](I)制作水泥基材料的試件；
[0031 ] 按照配合比水泥:水:砂=1: 0.5: 3制備水泥砂漿試件，尺寸為40mm X 40mm X160mm。在試件的兩端預(yù)埋兩根長度為8cm的螺栓，其中露出距離為4cm。制得劣化試件和對比試件；
[0032](2)配制加速劣化試驗(yàn)所需的鹽溶液；
[0033]為加速劣化進(jìn)程，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的Mg2SO4，10%的NaCl和10%的Na2SO4混合鹽溶液進(jìn)行加速劣化試驗(yàn)。同時(shí)采用干濕循環(huán)方式，干濕循環(huán)制度為室溫(20°C)浸泡8h，50°C干燥16h，此24h為一個(gè)循環(huán)。
[0034](3)制作加速試驗(yàn)所需的約束裝置；
[0035]約束裝置材質(zhì)為不銹鋼，分左板，右板各一塊，中間開圓孔，上板，下板各一塊。拼接后，再采用螺栓固定連接各鋼板。劣化試驗(yàn)時(shí)，將螺栓穿過圓孔，再用螺母連接。通過電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)控制試件的約束度為0.70?0.75。
[0036](4)加速劣化試驗(yàn)在恒溫恒濕箱內(nèi)進(jìn)行。將該設(shè)備改造后，接入LVDT位移傳感器，對試件形變進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。使用時(shí)將兩個(gè)傳感器分別與試件兩端連接，輸出信號由采集儀儲存。利用非金屬超聲檢測分析儀對試件經(jīng)各干濕循環(huán)后超聲波聲速進(jìn)行測量。利用X-射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)對試件劣化前后的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，并統(tǒng)計(jì)分析試件的孔體積。
[0037]圖2是試件形變隨循環(huán)次數(shù)的變化關(guān)系圖；SI為自由狀態(tài)劣化，S2為約束狀態(tài)劣化。總體上，SI和S2試件在劣化階段均表現(xiàn)為膨脹，SI試件的最終膨脹值約為1.72 X 10—4，而S2試件的膨脹值較小，120d時(shí)達(dá)到0.59 X 10—4。此后，S2試件由膨脹轉(zhuǎn)為收縮，與其初始尺寸相比，總膨脹值降為0.27X10—4。原因是劣化一段時(shí)間后，試件內(nèi)部微結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，抵消了部分膨脹應(yīng)力。
[0038]圖3是干濕循環(huán)條件下試件的超聲波聲速變化圖；SI為自由狀態(tài)劣化，S2為約束狀態(tài)劣化。SI和S2試件的超聲波聲速的降低值都隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而增大，但S2試件經(jīng)過120次循環(huán)時(shí)出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，超聲波聲速降低值大幅減小，說明此時(shí)試件的劣化現(xiàn)象最為明顯。
[0039]圖4是劣化前后試件總孔體積的對比圖；SI為自由狀態(tài)劣化，S2為約束狀態(tài)劣化。SI試件劣化120d時(shí)較劣化前的孔體積略有增加，變化率約為12.56%，而S2試件劣化120d后較劣化前的孔體積增幅較大，變化率達(dá)到28.58%。這是因?yàn)镾2試件經(jīng)劣化產(chǎn)生了干縮濕漲應(yīng)力和鹽結(jié)晶膨脹應(yīng)力等內(nèi)應(yīng)力，該應(yīng)力因受到外部約束無法完全釋放，產(chǎn)生殘余應(yīng)變并逐漸累積，最終導(dǎo)致試件內(nèi)部微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化;而SI試件的干濕循環(huán)，鹽溶液侵蝕過程無外部約束，殘余應(yīng)力較小或累積較少，不足以使試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種約束狀態(tài)下水泥基材料的加速劣化試驗(yàn)方法，其特征在于該試驗(yàn)方法包含如下的步驟: 1)制作水泥基材料的試件:在試件的兩端預(yù)埋兩根螺栓制得劣化試件和對比試件； 2)配制加速劣化試驗(yàn)所需的鹽溶液； 3)制作加速試驗(yàn)所需的約束裝置: 約束裝置分為左板，右板各一塊，中間開圓孔;還有上板，下板各一塊;將左板、右板、上板，下板拼接成截面為矩形的約束裝置后，再采用螺栓固定連接各板;劣化試驗(yàn)時(shí)，將螺栓從圓孔穿過，再用螺母連接;通過電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)控制試件的約束度； 4)劣化過程采用非金屬超聲檢測分析儀和位移傳感器對試件的超聲波參數(shù)和位移變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，劣化前后采用X-射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)對試件的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描分析。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的約束狀態(tài)下水泥基材料的加速劣化試驗(yàn)方法，其特征在于所述步驟I)中所述的螺栓長度為2?20cm，材質(zhì)為不銹鋼。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的約束狀態(tài)下水泥基材料的加速劣化試驗(yàn)方法，其特征在于所述步驟2)中的鹽溶液為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鈣、硝酸鎂、氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣或氯化鎂的一種或幾種的混合，各溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1?90%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的約束狀態(tài)下水泥基材料的加速劣化試驗(yàn)方法，其特征在于所述步驟3)中的約束裝置材質(zhì)為不銹鋼、鑄鐵、陶瓷、玻璃或有機(jī)玻璃的一種或幾種的組合。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的約束狀態(tài)下水泥基材料的加速劣化試驗(yàn)方法，其特征在于所述步驟4)中的劣化過程所測的超聲波參數(shù)為超聲波的聲時(shí)、聲速、波幅或頻率的一種或幾種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的約束狀態(tài)下水泥基材料的加速劣化試驗(yàn)方法，其特征在于所述步驟4)中所述的劣化前后掃描分析的孔結(jié)構(gòu)為孔體積、孔面積和孔隙率。
【文檔編號】G01N29/07GK106018559SQ201610327874
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】錢春香, 陳懷成, 陶強(qiáng)兵, 黃浩良
【申請人】東南大學(xué)