一种超低温环境下混凝土劈裂强度试验的装置及试验方法

1.一种超低温环境下混凝土劈裂强度试验的装置，包括万能试验机（2），和置于万能试验机（2）的上压板（2.1）和下压板（2.2）之间的低温箱（3），其特征在于：所述低温箱（3）的上表面有一个用于上传力（4）杆穿过的孔洞、下表面对应位置有一个用于下传力杆（5）穿过的孔洞；
所述上传力杆（4）的一端与万能试验机（2）的上压板（2.1）连接、另一端与夹持在混凝土试块（1）上方的上承压盘（6）连接，所述上承压盘（6）与混凝土试块（1）之间连接有上垫片（8）；
所述下传力杆（5）的一端与万能试验机（2）的下压板（2.2）连接、另一端与夹持在混凝土试块（1）下方的下承压盘（7）连接，所述下承压盘（7）与混凝土试块（1）之间垫有下垫片（9）；
所述上承压盘（6）、上垫片（8）和下垫片（9）三者通过两根定位杆（10）连接；
所述上垫片（8）为矩形扁条、两端开有用于定位杆（10）的螺纹头（10.1）穿过的上垫片通孔（8.1），上垫片（8）与混凝土试块（1）的接触面为弧形面；
所述下垫片（9）为矩形扁条、与上垫片（8）相互平行、大小一致，两端开有与上垫片（8）对应、用于定位杆（10）的杆身（10.2）穿过的下垫片通孔（9.1），下垫片（9）与混凝土试块（1）的接触面为弧形面；
所述上承压盘（6）与定位杆（10）螺纹连接，其中定位杆（10）的一端是带有外螺纹的螺纹头（10.1）、其余部分是光滑的杆身（10.2），上承压盘（6）上有一组与定位杆（10）配合的下螺孔（6.2）；
所述定位杆（10）的螺纹头（10.1）的直径小于上垫片通孔（8.1）的直径，定位杆（10）的杆身（10.2）的直径大于上垫片通孔（8.1）的直径、小于下垫片通孔（9.1）的直径。
2.根据权利要求1所述超低温环境下混凝土劈裂强度试验的装置，其特征在于：所述上传力杆（4）与上压板（2.1）榫卯连接，其中一个有榫头、另一个有与之配合的榫槽。
3.根据权利要求2所述超低温环境下混凝土劈裂强度试验的装置，其特征在于：所述上传力杆（4）与上承压盘（6）螺纹连接，其中上传力杆（4）的端头是带有外螺纹的螺纹连接头（4.2），上承压盘（6）有与螺纹连接头（4.2）配合的上螺孔（6.1）。
4.根据权利要求3所述超低温环境下混凝土劈裂强度试验的装置，其特征在于：所述下承压盘（7）上有用于下传力杆（5）插入的限位槽（7.1）。
5.一种应用权利要求1-4之一所述的超低温环境下混凝土劈裂强度试验的装置的混凝土劈裂试验方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，进行混凝土试块（1）的劈裂试验之前，将上传力杆（4）、上承压盘（6）、上垫片（8）、下垫片（9）、定位杆（10）、下承压盘（7）和下传力杆（5）组装成一个整体机构；
步骤二，将组装好的整体机构放入低温箱（3）中；
步骤三，将上传力杆（4）和下传力杆（5）从低温箱（3）的孔洞中穿出、分别与万能试验机（2）的上压板（2.1）和下压板（2.2）固定连接；
步骤四，将混凝土试块（1）放入上垫片（8）和下垫片（9）之间；
步骤五，在垫片和混凝土试块之间放入垫条，调整万能力学试验机（2）的上、下压板的位置，将混凝土试块夹持住；
步骤六，盖上低温箱箱盖，启动低温箱，在常温到-190℃范围调节试验温度；
步骤七，待试验温度稳定后，启动万能试验机（2），进行混凝土劈裂试验，直至混凝土试块（1）破坏，准确记录低温环境下的混凝土劈裂强度数据。

一种超低温环境下混凝土劈裂强度试验的装置及试验方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种混凝土劈裂强度试验的装置以及试验方法。\n背景技术\n[0002] 作为最重要的清洁能源之一，液化天然气LNG开始在世界各国广泛利用，由于LNGo\n液化温度为-165C，使其储存条件非常苛刻，目前，储存LNG的终端塔主要以内部钢密封层外部钢筋混凝土保护层的协同结构为主，因此，对所用混凝土在超低温环境的力学性能进行研究是很有必要的。\n[0003] 目前，国内外学者在对低温或超低温环境混凝土力学测试中，主要有两种方式：1.通过将混凝土试件置于低温保温箱或冰箱冷却，待试件温度与箱体内部温度一致后，快速将其取出进行抗压强度测试，但这种方法由于试验时，将试件脱离了低温环境，进入常温条件进行试验，这会出现温度分布不均的情况，实验结果也不准确；2.将试件置于自制超低温控制箱中进行混凝土抗压强度测试，这种方法能够确保在试验过程中混凝土一直处于目标温度下。\n[0004] 但以上方法只针对混凝土在超低温下的抗压强度，由于目前现有试验方法和装置本身存在局限性，使得在混凝土的低温劈裂强度试验方法设计上还没提出有效的方案，来确保试验的精度和数据的准确性。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的是提供一种超低温环境下混凝土劈裂强度试验的装置及试验方法，要解决混凝土劈裂强度试验准确度的技术问题；并解决实现试验过程简便易操作的问题。\n[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：\n[0007] 一种超低温环境下混凝土劈裂强度试验的装置，包括万能试验机，和置于万能试验机的上压板和下压板之间的低温箱，所述低温箱的上表面有一个用于上传力杆穿过的孔洞、下表面对应位置有一个用于下传力杆穿过的孔洞。\n[0008] 所述上传力杆的一端与万能试验机的上压板连接、另一端与夹持在混凝土试块上方的上承压盘连接，所述上承压盘与混凝土试块之间连接有上垫片。\n[0009] 所述下传力杆的一端与万能试验机的下压板连接、另一端与夹持在混凝土试块下方的下承压盘连接，所述下承压盘与混凝土试块之间垫有下垫片。\n[0010] 所述上承压盘、上垫片和下垫片三者通过两根定位杆连接。\n[0011] 所述上传力杆与上压板榫卯连接，其中一个有榫头、另一个有与之配合的榫槽。\n[0012] 所述上传力杆与上承压盘螺纹连接，其中上传力杆的端头是带有外螺纹的螺纹连接头，上承压盘有与螺纹连接头配合的上螺孔。\n[0013] 所述上承压盘与定位螺纹连接，其中定位杆的一端是带有外螺纹的螺纹头、其余部分是光滑的杆身，上承压盘上有一组与定位杆配合的下螺孔。\n[0014] 所述上垫片为矩形扁条、两端开有用于定位杆的螺纹头穿过的上垫片通孔，上垫片与混凝土试块的接触面为弧形面。\n[0015] 所述下垫片为矩形扁条、与上垫片相互平行、大小一致，两端开有与上垫片对应、用于定位杆的杆身穿过的下垫片通孔，下垫片与混凝土试块的接触面为弧形面。\n[0016] 所述定位杆的螺纹头的直径小于上垫片通孔的直径，定位杆的杆身的直径大于上垫片通孔的直径、小于下垫片通孔的直径。\n[0017] 所述下承压盘上有用于下传力杆插入的限位槽。\n[0018] 一种应用所述的超低温环境下混凝土劈裂强度试验的装置的混凝土劈裂试验方法，具体步骤如下：\n[0019] 步骤一，进行混凝土试块的劈裂试验之前，将上传力杆、上承压盘、上垫片、下垫片、定位杆、下承压盘和下传力杆组装成一个整体机构。\n[0020] 步骤二，将组装好的整体机构放入低温箱中。\n[0021] 步骤三，将上传力杆和下传力杆从低温箱的孔洞中穿出、分别与万能试验机的上压板和下压板固定连接。\n[0022] 步骤四，将混凝土试块放入上垫片和下垫片之间。\n[0023] 步骤五，在垫片和混凝土试块之间放入垫条，调整万能力学试验机的上、下压板的位置，将混凝土试块夹持住。\n[0024] 步骤六，盖上低温箱箱盖，启动低温箱，在0到-190℃范围调节试验温度。\n[0025] 步骤七，待试验温度稳定后，启动万能试验机，进行混凝土劈裂试验，直至混凝土试块破坏，准确记录低温环境下的混凝土劈裂强度数据。\n[0026] 与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：\n[0027] 本发明实现了对低温及超低温环境下混凝土的劈裂强度进行测试，并且能确保试验精度和数据准确性，解决了超低温条件下进行混凝土劈裂试验的技术问题。\n[0028] 本发明针对混凝土劈裂试验特别研究设计的，可以实现常温到-196℃的试验环境，其中常温一般是15℃到25℃的温度范围，而且结构简单、强度大、可以承受2000KN的荷载：主要包括传力杆、承压盘、垫片和定位杆四个部分，其中传力杆用来连接低温箱外部的万能试验机，以保证整个试验过程中，混凝土试块均处于低温箱内，确保试验的准确性；上承压盘与上传力杆通过螺纹连接在一起连接强度好、轴心不会偏移，避免试验过程中出现错位现象；同样，上传力杆与上压板之间爱你的榫卯连接、下承压盘上的限位槽设计也是为了保证与下传力杆之间不会发生位移，同时还有定位的作用；定位杆的设计是为了方便上、下垫片定位、以保证两者轴心平行一致、对应混凝土试块的中轴，保证了试验精确度，而且定位杆与下垫片之间活动连接、即只定位下垫片与上垫片的位置关系，而不起力的传递的作用、不会对下垫片产生额外的力，就不会在上压板下压过程中起到抵挡作用，不会影响试验过程，这个装置整体性好、结构简单、容易加工、方便拆卸、可重复利用，不会破坏试验机本身的功能，需要的时候连接安装、不需要时就可以根据需要拆卸，试验方法简单、容易操作实现，保证了效率，又能精确测试低温环境下的混凝土试块的劈裂试验的数据结果。\n[0029] 本发明可广泛应用于超低温环境下混凝土劈裂强度试验。\n附图说明\n[0030] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。\n[0031] 图1是本发明的结构示意图。\n[0032] 图2是本发明的上传力杆的结构示意图。\n[0033] 图3是本发明的上承压盘的剖面结构示意图。\n[0034] 图4是本发明的上承压盘的俯视结构示意图。\n[0035] 图5是本发明的上承压盘的仰面结构示意图。\n[0036] 图6是本发明的上垫片的主视结构示意图。\n[0037] 图7是本发明的上垫片的仰视结构示意图。\n[0038] 图8是本发明的上垫片的侧视结构示意图。\n[0039] 图9是本发明的下承压盘的剖面结构示意图。\n[0040] 图10是本发明的下承压盘的仰面结构示意图。\n[0041] 图11是本发明的下传力杆的结构示意图。\n[0042] 图12是本发明的定位杆的结构示意图。\n[0043] 附图标记：1-混凝土试块、2-万能试验机、2.1-上压板、2.2-下压板、3-低温箱、4-上传力杆、5-下传力杆、6-上承压盘、6.1-上螺孔、6.2-下螺孔、7-下承压盘、7.1-限位槽、8-上垫片、8.1-螺孔、9-下垫片、9.1-通孔、10-定位杆。\n具体实施方式\n[0044] 实施例参见图1所示，一种超低温环境下混凝土劈裂强度试验的装置，包括万能试验机2，和置于万能试验机2的上压板2.1和下压板2.2之间的低温箱3，所述低温箱3的上表面有一个用于上传力4杆穿过的孔洞、下表面对应位置有一个用于下传力杆5穿过的孔洞；\n所述上传力杆4的一端与万能试验机2的上压板2.1连接、另一端与夹持在混凝土试块1上方的上承压盘6连接，所述上承压盘6与混凝土试块1之间连接有上垫片8；所述下传力杆5的一端与万能试验机2的下压板2.2连接、另一端与夹持在混凝土试块1下方的下承压盘7连接，所述下承压盘7与混凝土试块1之间垫有下垫片9；所述上承压盘6、上垫片8和下垫片9三者通过两根定位杆10连接。\n[0045] 参见图2所示，所述上传力杆4与上压板2.1榫卯连接，其中一个有榫头、另一个有与之配合的榫槽，所述上传力杆4与上承压盘6螺纹连接，其中上传力杆4的端头是带有外螺纹的螺纹连接头4.2。\n[0046] 参见图3、图4、图5所示，所述上承压盘6有与螺纹连接头4.2配合的上螺孔6.1和一组与定位杆10配合的下螺孔6.2。\n[0047] 参见图9、图10、图11所示，所述下承压盘7上有用于下传力杆5插入的限位槽7.1。\n[0048] 参见图6、图7、图8所示，所述上垫片8为矩形扁条、两端开有用于定位杆10的螺纹头10.1穿过的上垫片通孔8.1，上垫片8与混凝土试块1的接触面为弧形面。\n[0049] 所述下垫片9与上垫片8结构一样、同为矩形扁条，且与上垫片8相互平行、大小一致，两端开有与上垫片8对应、用于定位杆10的杆身10.2穿过的下垫片通孔9.1，下垫片9与混凝土试块1的接触面为弧形面。\n[0050] 参见图12所示，所述定位杆10的一端是带有外螺纹的螺纹头10.1、其余部分是光滑的杆身10.2，定位杆10的螺纹头10.1将上垫片8和上承压盘6螺纹连接在一起，杆身10.2的端部穿过下垫片9上的下垫片通孔9.1，所述定位杆10的螺纹头10.1的直径小于上垫片通孔8.1的直径，定位杆10的杆身10.2的直径大于上垫片通孔8.1的直径、小于下垫片通孔9.1的直径。\n[0051] 一种应用所述的超低温环境下混凝土劈裂强度试验的装置的混凝土劈裂试验方法，具体步骤如下：\n[0052] 步骤一，进行混凝土试块1的劈裂试验之前，将上传力杆4、上承压盘6、上垫片8、下垫片9、定位杆10、下承压盘7和下传力杆5组装成一个整体，其中：上传力杆4与上承压盘6通过螺纹连接；定位杆10的螺纹头穿过上垫片通孔8.1与上承压盘6的下螺孔6.2通过螺纹连接，同时将上垫片8固定在上承压盘6和定位杆的杆身10.2之间；定位杆10的另一端穿出下垫片通孔9.1、而将下垫片9定位在上垫片8的平行位置上；下垫片9放置在下承压盘7上；将下承压盘7的限位槽7.1对准下传力杆5放置，至此，上传力杆4、上承压盘6、上垫片8、下垫片\n9、定位杆10、下承压盘7和下传力杆5相互连接为整体机构。\n[0053] 步骤二，将组装好的整体机构放入低温箱3中，由于定位杆与下垫片之间是活动连接的，所以两者之间的距离可以调节，整体机构可以很轻松的放入低温箱3中。\n[0054] 步骤三，将上传力杆4和下传力杆5从低温箱3的孔洞中穿出、分别与万能试验机2的上压板2.1和下压板2.2固定连接，其中上传力杆4上的榫头4.1对准上压板2.1上的榫槽，两者榫卯连接；下传力杆5放置在下压板2.2上，由于下传力杆5为低温箱的孔洞所限制，所以下传力杆5与下压板2.2之间不会出现相对位移。\n[0055] 步骤四，将混凝土试块1放入上垫片8和下垫片9之间，由于上垫片8一下垫片9已经通过定位杆相互定位、此时只需要调节混凝土试块1的相对位置，保证三者中线一致即可。\n[0056] 步骤五，在上、下垫片和混凝土试块1之间放入垫条，调整万能力学试验机2的上、下压板的相对位置，通过传力杆将压板施加的压力传递给承压盘、在传给垫片、垫条，直至将混凝土试块夹持固定在两个垫条之间。\n[0057] 步骤六，盖上低温箱箱盖，启动低温箱，在常温到-190℃范围调节所需要的试验温度，由于整个混凝土试块均在低温箱中，避免了混凝土试块温度分布不均匀的现象、保证了试验的精确度，此外，整个装置整体性好，传力、受力均匀协调，不会为混凝土试块带来不利影响。\n[0058] 步骤七，待试验温度稳定后，启动万能试验机2，进行混凝土劈裂试验，上压板2.1开始下压，由上传力杆4、上承压盘6、上垫片8和垫条依次将力传递，直至混凝土试块1破坏，准确记录低温环境下的混凝土劈裂强度数据。\n[0059] 另外，如果需要进行常温混凝土抗压试验，直接将整个机构连同保温箱一起去除，即可恢复万能试验机的原始功能，如果需要进行低温下的混凝土抗压试验，就可以只将上、下垫片拆除，直接将混凝土试块放在上下承压盘之间，即可进行低温下的混凝土试块的抗压试验。