專利名稱：測試水泥混凝土抗沖擊強度用的拱門型試件及其測試方法
技術領域：
本發明是關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度用的拱門型試件及其試驗方法。
背景技術：
沖擊強度是建筑材料重要的機械力學性能之一。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，因此沖擊強度也稱為沖擊韌性。目前國內常用測試材料沖擊強度的方法有擺錘式沖擊試驗、落錘式沖擊試驗等。擺錘式沖擊試驗是以擺錘所具有的勢能，一次落擺沖擊試樣。擺錘是以沖擊試驗機擺軸為中心，在處于預仰角α位置時釋放擺錘，以一定速度(5 515m/s)沖擊試樣，而不同的沖擊速度所得到結果也并不一樣。落錘式沖擊試驗是把落錘或鋼球由已知高度自由落下對試樣進行沖擊，測定試樣抗沖擊性能的方法。試驗中將落錘在一定高度自由落下對下部試件(大多數為平板試件) 產生沖擊，試件受沖擊后會產生開裂破壞。但在實際操作中，由于沖擊時間極短，加上接觸變形等因素的影響，沖擊強度的計算結果不易準確。但是這些方法都不是針對水泥混凝土材料的，國內外目前還沒有出現針對水泥混凝土的抗沖擊強度的測試方法。
發明內容
本發明的目的是，填補國內外目前對于水泥混凝土的抗沖擊強度測試方面的空白，提供一種用于測試水泥混凝土沖擊強度的拱門型試件及測試方法。本發明通過如下技術方案予以實現。一種測試水泥混凝土抗沖擊強度用的拱門型試件，由一個半圓形拱1和兩個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構。所述半圓形拱1的內徑為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置有兩個與拱腳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度用的拱門型試件的試驗方法，具有如下步驟(1)采用常規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%的環境下養護28天；(2)采用常規生產工藝，制備與拱門型試件相配合的鋼制底座，(3)在步驟(1)拱門型試件達到預定養護齡期后，取出拱門型試件，在試件的拱形內側受拉區應變最大處貼上應變片4，并用導線將應變片4連接到動態數據采集系統；將試件的兩拱腳2固定到鋼制底座的凹槽3內，對試件進行剛性固定；
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(4)將試件置于落錘試驗儀的底座上，通過試件出現初始裂紋和試件完全斷裂時的沖擊次數來評價材料的抗沖擊性能，并通過動態數據采集系統記錄應變隨沖擊次數變化的規律，以此來評價其抗沖擊性能；而動態數據采集系統上應變值發生突變說明試件已經開裂，記錄數據采集系統上的時間即為試件的初始開裂時間，以此來評價材料初始開裂的沖擊次數，并且由此實現試件開裂時間的準確定義。目前，國內外還沒有統一的水泥混凝土等建筑材料的抗沖擊試驗方法。傳統方法問題較多，要方便、準確、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橫截面內；二是試件要剛性固定，消除連接物體帶來的能量分散；三是在試驗中能夠引入動態數據采集系統，進行實時測量。本發明的有益效果是，提供了一種用于測試水泥混凝土沖擊強度的拱門型試件及其測試方法，有效地解決了如上的3個問題；本發明的拱門型試件能更好的反應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，本發明消除了測量過程中其他因素的影響，可以預先確定開裂的位置，提高了可預知性和抗沖擊性能試驗的精確度，本發明在試件拱形的應變最大處粘貼應變片以測量試件隨沖擊次數的應變值，從而評價不同材料的抗沖擊性能，本發明操作方便、結果準確、做到了在試驗中引入動態數據采集系統進行實時測量。
圖1是本發明拱門型試件的結構示意圖；圖2是鋼制底座的結構示意圖；圖3是鋼制底座的剖視圖。附圖標記如下1——半圓形拱2——拱腳3——凹槽 4——應變片
具體實施例方式下面結合具體實例對本發明做進一步的說明，本發明并不局限于下述實施例，很多數據的變化是依據實際情況確定，但這并不因此違背本發明的范圍和精神。如圖1所示，本發明的測試水泥混凝土抗沖擊強度用的拱門型試件，由一個半圓形拱1和兩個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構。拱門型試件厚50mm，半圓形拱1的內側半徑為83mm，外側半徑為133mm，拱腳2高度為83mm。試件的橫截面為50mmX50mm的正方形截面。試件是采用有機玻璃的外箍和內嵌塊的模具，采用常規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%的環境下養護觀天。沖擊試驗中，沖擊載荷在試件中產生的沖擊應力除與試件的形狀、體積和局部彈塑性變形等有關外，還同與其相連接的物體有關。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，則沖擊能為整個體系所承擔，該試件只承受沖擊能的一部分。因此試件的底座設計至關重要。本發明采用鋼制底座，在底座的上表面設置有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。在試件達到預定養護齡期后，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，對試件進行剛性固定。根據ANSYS應力分析，拱門型試件的最大應力在試件的半圓形拱1的中點，此處最先發生開裂破壞。因此，在試件的拱形內側受拉應變最大處粘貼應變片4，如圖1所示。應變片的規格為10mmX5mm紙質應變片，用導線將應變片連接到動態數據應變儀上。將連接好的試件放在落錘試驗儀底座上，落錘重量選0. 875kg,自350mm處自由釋放，記錄試件出現初始裂紋和試件完全斷裂時的沖擊次數。試驗結果的表征方法有①經過落錘反復沖擊，當試驗板出現初始裂縫時的沖擊次數；②試件破壞時的沖擊次數；③破壞與初裂時沖擊次數的差值和破壞時的沖擊耗能。沖擊耗能按式(1)計算W = N · mgh (公式 1)式中，W 沖擊耗能，N· m;
N 破壞時沖擊次數；h 沖擊錘下落高度，350mm ；g 9.81m/s2;m 落錘質量，kg。
權利要求
1.一種測試水泥混凝土抗沖擊強度用的拱門型試件，由一個半圓形拱(1)和兩個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構。
2.根據權利要求1測試水泥混凝土抗沖擊強度用的拱門型試件，其特征在于，所述半圓形拱(1)的內徑為83mm，外徑為133mm，兩拱腳(2)各高83mm，厚度為50mm。
3.權利要求1的測試水泥混凝土抗沖擊強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置有兩個與拱腳( 相吻合的凹槽(3)。
4.根據權利要求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.權利要求1的測試水泥混凝土抗沖擊強度用的拱門型試件的試驗方法，具有如下步驟(1)采用常規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%的環境下養護28天；(2)采用常規生產工藝，制備與拱門型試件相配合的鋼制底座。(3)在步驟(1)拱門型試件達到預定養護齡期后，取出拱門型試件，在試件的拱形內側受拉區應變最大處粘貼應變片G)，并用導線將應變片(4)連接到動態數據采集系統；將試件的兩拱腳O)固定到鋼制底座的凹槽(3)內，對試件進行剛性固定；(4)將試件置于落錘試驗儀的底座上，通過試件出現初試裂紋和試件完全斷裂時的沖擊次數來評價材料的抗沖擊性能，并通過動態數據采集系統記錄應變隨沖擊次數變化的規律，以此來評價其抗沖擊性能；而動態數據采集系統上應變值發生突變說明試件已經開裂， 記錄數據采集系統上的時間即為試件的初始開裂時間，以此來評價材料初始開裂的沖擊次數，并且由此實現試件開裂時間的準確定義。
全文摘要
本發明公開了一種測試水泥混凝土抗沖擊強度用的拱門型試件，由一個半圓形拱1和兩個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構；與試件配套使用的鋼制底座的上表面設置有兩個與拱腳2相吻合的凹槽3。本發明在試件拱形的應變最大處粘貼應變片4，并用導線將其連接到動態數據采集系統；再將試件置于落錘試驗儀的底座上，通過試件出現初試裂紋和完全斷裂時的沖擊次數及動態采集系統記錄的變化的規律，以此評價不同材料的抗沖擊性能。本發明填補了目前國內外對于水泥混凝土的抗沖擊強度測試方面的空白。
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 優先權日2011年12月13日
發明者孫書云, 曹邦海, 朱涵, 章旸, 譚黨聯 申請人:天津大學