一種約束狀態下水泥基材料的加速劣化試驗方法
【專利摘要】本發明提供了一種約束狀態下水泥基材料的加速劣化試驗方法。制作兩端預埋螺栓的水泥基試件；配制用于加速劣化試驗的鹽溶液；利用彈性模量較高的材料制作約束裝置。進行劣化試驗時，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機調節試件的約束度。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和位移變化進行實時監測，劣化前后采用X?射線計算機斷層掃描技術對試件的孔結構進行掃描和分析。與傳統的劣化試驗方法相比，該約束裝置更加靈活方便，劣化效果更加明顯；與傳統的劣化判定方法相比，該法可以實時監測劣化過程，微觀孔結構的掃描分析方法，更加直觀可靠。
【專利說明】
一種約束狀態下水泥基材料的加速劣化試驗方法
技術領域
[0001]本發明涉及到土木工程材料領域中建筑材料的耐久性試驗方法，尤其是一種約束狀態下水泥基材料的加速劣化試驗方法。
【背景技術】
[0002]目前，混凝土材料已成為世界上用途最廣、用量最大的建筑結構材料，其性能和時變性直接影響重大基礎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/冰凍等環境作用，我國沿海和西部鹽湖等嚴酷環境下的混凝土材料往往過早失效，進而影響到工程結構，導致眾多基礎設施服役壽命大幅降低，經濟損失巨大，嚴重制約海洋發展。
[0003]海洋潮汐區發生的干濕交替鹽溶液侵蝕作用會加速混凝土的性能劣化，混凝土中介質傳輸、化學侵蝕、力學損傷之間的交互作用機制與一般環境具有明顯的區別，其性能退化過程具有顯著的時變性與隨機性特征。研究混凝土在干濕交替鹽溶液侵蝕作用下的劣化，可以對嚴酷環境下某一時期內混凝土材料的損傷情況進行預測和評價。
[0004]素混凝土在單純的自由形變時并不會產生裂紋，只有當變形受到限制時才會產生內應力并逐漸開裂。實際工程結構中，混凝土總是因受到一定的外部約束(模板、鋼筋、支座和相鄰構件等)而導致形變受到限制，從而產生約束應力，最終結構產生明顯變化。本發明通過模擬海洋環境中干濕交替現象和鹽溶液侵蝕過程，提供了一種約束狀態下水泥基材料的加速劣化試驗方法。

【發明內容】

[0005]技術問題:本發明的目的是提供一種約束狀態下水泥基材料的加速劣化試驗方法，本發明采用單軸約束方法，與傳統的圓環約束、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，超聲波參數變化等指標進行即時測定。
[0006]技術方案:本發明的目的是通過如下的手段實現的。
[0007]—種約束狀態下水泥基材料的加速劣化試驗方法，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)配制加速劣化試驗所需的鹽溶液；
[0011](3)制作加速試驗所需的約束裝置；
[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。劣化試驗時，將螺栓穿過圓孔，再用螺母連接。通過電液伺服萬能試驗機控制試件的約束度。
[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和位移變化進行實時監測，劣化前后采用X-射線計算機斷層掃描技術對試件的孔結構進行掃描和分析。
[0014]所述的螺栓長度為2?20cm，材質為不銹鋼。
[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，各溶液質量分數為0.1?90%。
[0016]所述的約束裝置材質為不銹鋼，鑄鐵，陶瓷，普通玻璃，有機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為超聲波的聲時，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構為孔體積，孔面積，孔隙率的一種或幾種。
[0019]有益效果:本發明與現有技術相比，具有以下優點:
[0020]1、本發明采用單軸約束方法，與傳統的圓環約束、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，超聲波參數變化等指標進行即時測定。
[0021]2、與溫度-應力試驗機控制試件的約束度相比，該法采用電液伺服萬能試驗機控制試件約束度更為靈活，操作更為方便，且成本低廉。
[0022]3、與質量損失率、強度損失率等傳統的劣化判定方法相比，超聲波參數變化和形變的判定方法更為方便，準確。該法可以對劣化全過程進行實時，無損監測。
[0023]4、采用X-射線計算機斷層掃描技術對試件劣化前后的孔結構進行掃描和分析，研究試件的微觀結構變化，該法更為直觀可靠。
【附圖說明】
[0024]圖1是劣化試驗的約束裝置示意圖。
[0025]其中有:左板I，右板2，上板3，下板4，圓孔5。
[0026]圖2是試件形變隨循環次數的變化關系圖；SI為自由狀態劣化；S2為約束狀態劣化。
[0027]圖3是干濕循環條件下試件的超聲波聲速變化圖；SI為自由狀態劣化;S2為約束狀態劣化。
[0028]圖4是劣化前后試件總孔體積的對比圖；SI為自由狀態劣化;S2為約束狀態劣化。
【具體實施方式】
[0029]下面結合實施例對本發明的內容作進一步說明。
[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)配制加速劣化試驗所需的鹽溶液；
[0033]為加速劣化進程，配制質量分數為5%的Mg2SO4，10%的NaCl和10%的Na2SO4混合鹽溶液進行加速劣化試驗。同時采用干濕循環方式，干濕循環制度為室溫(20°C)浸泡8h，50°C干燥16h，此24h為一個循環。
[0034](3)制作加速試驗所需的約束裝置；
[0035]約束裝置材質為不銹鋼，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。劣化試驗時，將螺栓穿過圓孔，再用螺母連接。通過電液伺服萬能試驗機控制試件的約束度為0.70?0.75。
[0036](4)加速劣化試驗在恒溫恒濕箱內進行。將該設備改造后，接入LVDT位移傳感器，對試件形變進行實時測量。使用時將兩個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各干濕循環后超聲波聲速進行測量。利用X-射線計算機斷層掃描技術對試件劣化前后的微觀結構進行掃描，并統計分析試件的孔體積。
[0037]圖2是試件形變隨循環次數的變化關系圖；SI為自由狀態劣化，S2為約束狀態劣化。總體上，SI和S2試件在劣化階段均表現為膨脹，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時達到0.59 X 10—4。此后，S2試件由膨脹轉為收縮，與其初始尺寸相比，總膨脹值降為0.27X10—4。原因是劣化一段時間后，試件內部微結構發生明顯變化，抵消了部分膨脹應力。
[0038]圖3是干濕循環條件下試件的超聲波聲速變化圖；SI為自由狀態劣化，S2為約束狀態劣化。SI和S2試件的超聲波聲速的降低值都隨著干濕循環次數的增加而增大，但S2試件經過120次循環時出現明顯的拐點，超聲波聲速降低值大幅減小，說明此時試件的劣化現象最為明顯。
[0039]圖4是劣化前后試件總孔體積的對比圖；SI為自由狀態劣化，S2為約束狀態劣化。SI試件劣化120d時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，變化率達到28.58%。這是因為S2試件經劣化產生了干縮濕漲應力和鹽結晶膨脹應力等內應力，該應力因受到外部約束無法完全釋放，產生殘余應變并逐漸累積，最終導致試件內部微結構發生變化;而SI試件的干濕循環，鹽溶液侵蝕過程無外部約束，殘余應力較小或累積較少，不足以使試件內部結構產生明顯變化。
【主權項】
1.一種約束狀態下水泥基材料的加速劣化試驗方法，其特征在于該試驗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)配制加速劣化試驗所需的鹽溶液； 3)制作加速試驗所需的約束裝置: 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;劣化試驗時，將螺栓從圓孔穿過，再用螺母連接;通過電液伺服萬能試驗機控制試件的約束度； 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和位移變化進行實時監測，劣化前后采用X-射線計算機斷層掃描技術對試件的孔結構進行掃描分析。2.根據權利要求1所述的約束狀態下水泥基材料的加速劣化試驗方法，其特征在于所述步驟I)中所述的螺栓長度為2?20cm，材質為不銹鋼。3.根據權利要求1所述的約束狀態下水泥基材料的加速劣化試驗方法，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，各溶液質量分數為0.1?90%。4.根據權利要求1所述的約束狀態下水泥基材料的加速劣化試驗方法，其特征在于所述步驟3)中的約束裝置材質為不銹鋼、鑄鐵、陶瓷、玻璃或有機玻璃的一種或幾種的組合。5.根據權利要求1所述的約束狀態下水泥基材料的加速劣化試驗方法，其特征在于所述步驟4)中的劣化過程所測的超聲波參數為超聲波的聲時、聲速、波幅或頻率的一種或幾種。6.根據權利要求1所述的約束狀態下水泥基材料的加速劣化試驗方法，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構為孔體積、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
【發明人】錢春香, 陳懷成, 陶強兵, 黃浩良
【申請人】東南大學