一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學性能的試驗箱及系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及試件力學性能實驗裝置技術領域，特別是涉及一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學性能的試驗箱及系統。
【背景技術】
[0002]凍融，是指土層由于溫度降到零度以下和升至零度以上而產生凍結和融化的一種物理地質作用和現象。我國多屬于季節性凍土類型，冬季凍結，夏季消融，冰對巖石裂隙兩壁便產生巨大的壓力；而當氣溫回升時，冰便融化，兩壁受到的壓力驟減，兩壁遂向中央推回。在反覆的凍結和融化過程中，巖石的裂隙就會擴大、增多，以致石塊被分割出來，這種作用叫凍融作用。
[0003]然而處于凍融環境中的各種構件承受者各種復雜荷載作用(靜力荷載以及交變荷載)。實際上受凍融地區的構件一年遭受一次凍融循環，為了減少對受凍融區域構件力學性能的試驗時間，現有技術中采用模擬真實環境的方法，用于快速模擬構件凍融溫度載荷下的力學性能。
[0004]目前對混凝土構件在凍融狀態下進行疲勞試驗的方法主要為，對混凝土構件進行凍融循環，完成既定次數凍融循環后，然后取出該構件，置于疲勞測試裝置上，進行疲勞測試;然后使構件自然解凍，溫度升至零度以上，再進行疲勞測試，這種做法只能實現對混凝土構件凍融后的疲勞測試，無法實時進行，因此，測試結果不夠準確，對工程實際應用造成很大誤差。
【發明內容】
[0005]針對上述現有技術中凍融過程中試件力學性能的實驗過程中，測試結果不夠準確，對工程實際應用造成很大誤差的問題，本發明提供了一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學性能的試驗箱及系統。
[0006]本發明提供的一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學性能的試驗箱及系統通過以下技術要點來解決問題:一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學性能的試驗箱，包括箱體本體、設置于箱體本體中的制冷裝置，還包括設置于箱體本體箱壁上的霧化液入口或設置于箱體本體中的霧化裝置。
[0007]具體的，處于凍融環境中的各種構件承受者各種復雜荷載作用:力荷載以及交變荷載的同時，空氣中的濕度等級以及酸雨等是否帶腐蝕性質對構件的耐久性影響很大。現有技術中針對凍融溫度載荷下試件的力學性能實驗，分別在試件處于O °C以下和(TC以上時分別進行應力加載，通過反復的升溫降溫，完成最終的凍融溫度載荷下試件的力學性能測定。以上過程不僅效率低、相較于試件的實際工作環境，不能真實的模擬不同溫度下試件的受力情況、沒有考慮到除溫度以外的其他因素對試件力學性能的影響，如試件所處環境的濕度、試件所處環境中介質的腐蝕性等。
[0008]以上試驗箱技術方案中，設置的箱體本體用作容置被試驗的試件，設置于箱體本體中的制冷裝置用于對箱體本體中的環境進行制冷，以得到凍融過程中的低溫環境，同時通過控制制冷裝置的啟停或控制制冷裝置的功率，可使得箱體本體中的環境溫度變化與試件實際工作環境下凍融過程的溫度變化相適應，這樣，通過以上提供的試驗箱，在試件溫度變化的過程中，可使得施加到試件上的應力載荷隨時存在，這樣，以上試件的實驗環境更接近于時間所要工作的真實環境，利于凍融溫度載荷下試件力學性能模擬的準確性、利于提高凍融溫度載荷下試件力學性能模擬的效率和便捷性。
[0009]進一步的，在以上箱體本體的箱壁上設置了霧化液入口或在箱體本體中設置霧化裝置，可通過由霧化液入口向箱體本體內通入霧化液或通過霧化裝置生成霧化液，在不同時間點改變箱體本體中試件所處環境濕度的辦法，使得試件所處環境更接近于試件工作過程中的真實環境。
[0010]進一步的，以上通入的霧化液或直接在箱體本體內生成的霧化液，霧化液的原料根據試件的需要，可采用酸性液體、堿性液體、其他腐蝕性介質等，以使得在改變試件所處實驗環境濕度的情況下，改變試件所處實驗環境的酸性、堿性、腐蝕性等，以使得試件所處實驗環境更接近于工作環境，達到進一步提升凍融溫度載荷下試件力學性能模擬準確性的目的。
[0011 ]作為本領域技術人員，以上霧化液入口實質上為流體流通通道，這樣，以上霧化液入口作為氣體通入口，如模擬氯化鈉電解制堿車間含有鋼筋的混凝土凍融溫度載荷下混凝土的力學性能，由霧化液入口通入氯氣進行試件力學性能實驗，也應該包含于本案的保護范圍之內，即以上霧化液入口亦可作為氣體或氣液混合流體進入口。這樣，以上霧化液入口可以外接氣栗或外接霧化裝置，設置于箱體本體中的霧化裝置或外接的霧化裝置可采用體積較小的超聲霧化器。
[0012]作為以上所述的一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學性能的試驗箱進一步的技術方案:
為便于及時、高效、準確的調整箱體本體內的濕度和溫度，所述箱體本體箱壁上還設置有干燥氣入口及空氣對流孔。以上干燥氣入口用于向箱體本體中通入干燥氣體，以上空氣對流孔用于箱體本體由內至外排氣。
[0013]為便于操作者觀察實驗過程，所述箱體本體的局部還設置有作為箱體本體箱壁的透光板。以上透光板可采用透明塑料或玻璃板等。
[0014]作為制冷裝置的具體實現形式，所述制冷裝置為設置于箱體本體箱壁上的冷流體管，所述冷流體管用于通過冷流體，在冷流體流經冷流體管的過程中，吸收箱體本體空腔中的熱量。以上冷流體管優選采用具有良好導熱性能且具有較好強度的金屬管，如銅管，以上冷流體可采用液氮。采用以上形式的制冷裝置，可使得試驗箱具有較小體積和重量，以在以整個試驗箱受交變應力的實驗模型下，減小對應力加載裝置的要求。
[0015]作為一種對箱體本體內溫度可控性好、對冷流體利用率高的具體方案，所述箱體本體的箱壁為夾層式結構，所述制冷裝置設置于箱體本體箱壁的夾層中，還包括與所述夾層連通的氣體入口和氣體出口，所述氣體入口用于連接氣源，所述氣體出口與箱體本體的內腔相通。本方案中，通過由氣體入口向夾層結構中通入氣體，氣體熱量部分被制冷裝置吸收后進入到箱體本體內部，達到調節箱體本體內溫度的目的。
[0016]由于試件實際工作過程中，試件周圍的溫度近似相等，為便于得到實驗過程中的試件處在一個等溫環境中，利于提高模擬實驗數據的可參考性，還包括設置于箱體本體內部的空氣循環裝置，所述空氣循環裝置用于箱體本體內部空氣的勻混。
[0017]同時，本發明還公開了一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學性能的系統，該系統包括應力加載裝置，還包括以上方案中提供的試驗箱，所述應力加載裝置的試件固定端位于箱體本體內部。
[0018]以上設置的一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學性能的系統中，設置的應力加載裝置用于向試件上施加需要模擬的應力，以上應力加載裝置用于向試件上加載拉應力、壓應力、交變應力等，如采用氣壓缸、液壓缸的活塞桿端部作用于試件上，采用由壓電換能器、位移放大器串聯，超聲信號發生器作為壓電換能器電能輸入裝置組成的應力加載裝置等。以上系統可模擬試件凍融過程中試件溫度變化的過程中對試件施加應力，相較于現有裝置，由于更接近于試件真實工作環境，本系統測試結果準確，測試效率高。
[0019]作為以上所述一種可模擬凍融溫度載荷下試件力學性能的系統進一步的技術方案:
為便于箱體本體內部環境的溫度檢測和/或濕度檢測，還包括設置于箱體本體內部的測溫部和/或濕度測量部。以上測溫部和濕度測量部可分別采用溫度傳感器或濕度傳感器，以直接輸出數字信號或模擬信號，利用以上信號反饋，作用于本系統的某些功能部件上，實現本系統的自動化運行。
[0020]為提升對試件固定的穩固性和避免因為試件上應力集中或者偏心受力等情況，影響試件凍融溫度載荷下力學性能實驗結果的準確性，所述應力加載裝置的試件固定端上還設置有球鉸接座，所述球鉸接座包括球座、球體、壓緊桿及鎖緊螺帽，所述球座上設置有球形槽，所述球體內嵌于球形槽中，壓緊桿固定于球體上，且壓緊桿上設置有用于與應力加載裝置的試件固定端螺紋連接的螺紋段，所述螺紋段上還螺紋連接有用于實現壓緊桿與應力加載裝置的試件固定端固定連接的鎖緊螺帽，所述球體卡設于球形槽中，且球體可繞自身球心轉動。
[0021]以上球鉸接座上，通過轉動壓緊桿改變應力加載裝置的試件固定端與試件之間的距離，通過以上鎖緊螺帽實現壓緊桿與應力加載裝置的試件固定端兩者的固定連接，球體可在球形槽中轉動的形式，便于改變球座相對于試件的傾斜角度，以在取得球座與試件最佳的作用點，以上作用點上球座與試件可采用直接接觸、試件的另一端與箱體本體相互作用以對試件施加靜應力，