专利名称：用于超低温试验炉的压头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压头，特别是涉及一种混凝土超低温受力性能试验中用于超低温试验炉的压头。
背景技术：
为了超低温混凝土等材料试验具有均勻的超低温温度环境，试验炉(或称试验机)的上下压头必须一部分伸入超低温试验炉中，即压头的一部分在炉内、剩余的部分在炉外。现有的混凝土超低温受力性能试验中，试验炉的压头采用同一类材料制作，其制作材料为普通钢材，但该类型的压头不能适应超低温情况下的各种试验要求。若用现有试验炉的压头进行超低温情况下混凝土受力性能试验，主要存在以下缺点(1)常规试验炉的压头均是采用普通钢材，其导热系数很大，不仅低温热能消耗巨大，而且将使超低温试验炉的试验工作室温度分布不均勻，尤其是上下压头附近的温度分布，这将严重影响试验数据，甚至导致不可靠的试验结果或结论。(2)由于常规试验机压头的导热系数很大，低温热量通过压头的传递导致超低温试验炉的炉口温度远低于室内环境温度，此处将吸收环境湿气起霜结冰，进而严重影响试验要求的上下压头工作状态，使试验掺杂不应有的且具有波动和不确定特性的影响因素， 影响试验结果的可靠性、增大试验数值的离散性。(3)长期反复试验的超低温至常温升降温变化将使常规试验机的压头锈蚀，影响其试验工作性能。为了解决压头导热系数大的问题，有人将压头采用外包隔热材料的方法。但该种方法短时间内对减缓冷源扩散效果明显，但稍长时间隔热效果将明显降低，且这种处理方式使试验结果的重现性很差。超低温混凝土低温脆性破坏特性也将使其进一步地恶化，进而严重影响试验结果的可靠性，并增大试验数值的离散性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种隔热效果好、成本低、质量较轻、操作方便的用于超低温试验炉的压头。为达上述目的，本发明一种用于超低温试验炉的压头，部分置于超低温试验炉内， 部分置于超低温试验炉外，其外形为“凸”字形状，包括不锈钢层和树脂玻璃钢层，所述置于超低温试验炉内的压头由不锈钢和树脂玻璃钢组合制成，所述置于超低温试验炉外的压头由树脂玻璃钢制成。即置于超低温试验炉内的压头有两层结构组成，靠近炉内筒的部分由不锈钢制成，另一层由树脂玻璃钢制成；所述置于超低温试验炉外的压头完全由树脂玻璃钢制成，树脂玻璃钢为一种玻璃纤维与树脂的复合材料，如环氧树脂玻璃钢、聚酯树脂玻璃钢、酚醛树脂玻璃钢等，具有质量轻、强度高、近于绝热的特点，市场有售，可根据上下压头对其性能要求任选一种。本发明用于超低温试验炉的压头，其中不锈钢层和树脂玻璃钢层之间用树脂粘结后再用螺栓连接。本发明用于超低温试验炉的压头，其中优选所述树脂玻璃钢为环氧树脂玻璃钢、 聚酯树脂玻璃钢或酚醛树脂玻璃钢。进一步地，按照在超低温试验炉的安装位置分为上压头和下压头，本发明的用于超低温试验炉的上压头顶端设有把手，方便试验人员在试验开始前放入和结束后取出。本发明用于超低温试验炉的压头的应用，将其用于混凝土超低温受力性能试验， 进一步地在混凝土超低温受力性能试验中用于安装在超低温试验炉的顶端和底端。本发明与现有技术相比具有如下优点(1)采用多材料组合形成受力性能试验的试验机压头，可充分发挥所用材料各自的优点，通过其优点组合进而满足超低温试验的各种要求。组合材料(高强不锈钢和树脂玻璃钢)均为常规材料，易于获取、且价格不高。若用单一材料，不仅其性能不能很好地满足超低温试验的要求，而且其造价极其昂贵，不适应于混凝土类这种非精密且具有一定离散性材料的试验。(2)树脂玻璃钢的刚度和硬度相对钢材较差，不宜与刚度和硬度都较高的试件直接接触。本压头直接与试验试件接触部分采用的是高强不锈钢材料，可增强试件受压接触面的刚度和硬度，适用于高强度和高硬度试件对其的作用，能对试件施加均勻分布的作用力，提高上下压头的反复使用次数和减少各次使用可能带来的试验差异，确保试验结果的可重现性。(3)压头的直接与试件接触部分采用不锈钢材料，不仅便于设置试验要求的各种装置(如试验安全保护杆、变形量测装置和试件自动定位装置等)，而且能与压头的树脂玻璃钢部分可靠地连接成一整体。(4)压头的直接与试件接触部分采用不锈钢材料，不仅可克服普通钢材的锈蚀问题，而且其导热系数相对普通钢材要低(不锈钢常温附近的导热系数约为17W/m.K，而普通钢材约为50W/m. K)，且随温度降低，其导热系数将显著地降低，如-190°C时，其导热系数不到8W/m. K，这不仅满足强度、硬度、耐腐蚀和便于连接等要求，还在一定程度上降低了炉腔的热量扩散。(5)树脂玻璃钢导热系数很低，常温下约为0. 4ff/m. K，并随温度降低，其导热系数还将降低，如-190°C时，其导热系数仅有0. 02ff/m. K，基本接近绝热材料。压头的非直接与试件接触部分采用树脂玻璃钢能很好地起到阻断低温热量的扩散。实践表明，数小时的低温作用，超低温炉外压头表面及附近的温度未发生变化，基本同环境温度。而树脂玻璃钢具有较高的受压强度，完全满足混凝土类材料受力性能试验较大的荷载作用要求。(6)树脂玻璃钢的质量密度不到钢材的1/4，而它的体积占压头的绝大部分。采取这种多材料组合形成的压头重量很轻，便于试验人员进行各种试验安装。(7)由于试验人员接触压头为其树脂玻璃钢部分，而其低温绝热性能，确保了试验人员避免遭受可能的超低温灼伤事件发生。下面结合附图对本发明的用于超低温试验炉的压头作进一步说明。
图1为本发明用于超低温试验炉的压头的结构示意图2为本发明压头安装在超低温试验炉内的使用状态图。附图标记说明2-超低温试验炉；3-上压头；4-下压头；5-试验工作室；6_制冷剂密封舱；7-真空层；8-保温隔热层；9-不锈钢层；10-树脂玻璃钢层；11-把手；13-试验试件；20-螺栓。
具体实施例方式以下结合附图和实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。如图1和图2所示，超低温试验炉2的顶端和底端分别安装有上压头3和下压头 4，其中压头3、4的外形为“凸”字形状，包括不锈钢层9和树脂玻璃钢层10，部分置于超低温试验炉2内，部分置于超低温试验炉2外，所述置于超低温试验炉2内的压头部分由不锈钢和树脂玻璃钢组合制成，所述置于超低温试验炉2外的压头由树脂玻璃钢制成，即压头 3、4中不锈钢层9完全置于试验炉2的内腔，树脂玻璃钢层10 —部分置于试验炉2的内腔中，剩下的部分置于试验炉2的外部；上、下压头3、4的不锈钢9和树脂玻璃钢10之间用树脂粘结后再用螺栓20连接(压头工作时处于受压状况，故理论上对不锈钢部分与树脂玻璃钢部分间粘结强度不要求或要求很低，加螺栓固定的主要目的是确保试件发生爆裂使积聚的能量释放时不会因其发生相互脱离现象)，本实施例中所用的树脂玻璃钢为环氧树脂玻璃钢，在其他实施方式中还可以采用聚酯树脂玻璃钢或酚醛树脂玻璃钢等本领域常用的树脂玻璃钢材料。上压头3的顶端设有把手11，方便试验人员在试验开始前放入和结束后取出ο本发明压头在混凝土超低温受力性能试验中用于安装在超低温试验炉2的顶端和底端，如图2所示，该超低温试验炉2由内向外依次为试验工作室5、制冷剂密闭舱6、真空层7和保温隔热层8，试验工作室5内放置试验试件13。经过多次试验证明，数小时(如6-8小时)的低温作用，超低温炉外压头表面及附近的温度未发生变化。如超低温炉内温度达_190°C时上压头顶部表面温度为23. 2°C，保持炉内温度不变至6小时后，此处的温度仍为23. 2°C。以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种用于超低温试验炉的压头，部分置于超低温试验炉内，部分置于超低温试验炉外，其特征在于其外形为“凸，，字形，包括不锈钢层和树脂玻璃钢层，所述置于超低温试验炉内的压头由不锈钢和树脂玻璃钢组合制成，所述置于超低温试验炉外的压头由树脂玻璃钢制成。
2.根据权利要求1所述的压头，其特征在于所述不锈钢层和树脂玻璃钢层之间用树脂粘结后再用螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的压头，其特征在于所述树脂玻璃钢为环氧树脂玻璃钢、聚酯树脂玻璃钢或酚醛树脂玻璃钢。
4.根据权利要求1所述的压头，按照在超低温试验炉的安装位置分为上压头和下压头，其特征在于所述上压头的顶端设有把手。
5.权利要求1-4任一项所述的压头的应用，其特征在于将其用于混凝土超低温受力性能试验。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于在混凝土超低温受力性能试验中用于安装在超低温试验炉的顶端和底端。
全文摘要
本发明涉及一种用于超低温试验炉的压头，部分置于超低温试验炉内，部分置于超低温试验炉外，其外形为“凸”字形，包括不锈钢层和树脂玻璃钢层，所述置于超低温试验炉内的压头由不锈钢和树脂玻璃钢组合制成，所述置于超低温试验炉外的压头由树脂玻璃钢制成；进一步地，不锈钢层和树脂玻璃钢层之间用树脂粘结后再用螺栓连接。本发明在混凝土超低温受力性能试验中用于安装在超低温试验炉的顶端和底端，具有隔热效果好、成本低、质量较轻、操作方便的特点。
文档编号G01N3/18GK102539229SQ201110460580
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者富克, 时旭东, 李艳辉, 李金光, 郑建华, 黄永刚 申请人:中国寰球工程公司