混凝土材料高温中弯曲试验机及高温中弯曲试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种混凝土材料力学性能试验机，尤其是一种用于普通混凝土、纤维 混凝土、再生混凝土、高强混凝土等材料高温中抗折强度和弯曲韧性的试验机;还涉及混凝 土材料的力学性能试验方法，尤其是混凝土高温中抗折强度和弯曲韧性的试验方法。
【背景技术】
[0002] 混凝土是工程建设中用途最广、用量最大的建筑材料。近年来，随着混凝土材料在 高层、高耸、大跨等特殊使用条件和严酷环境应用的深入，对混凝土材料高温抗火性能提出 了新的要求，急需相应的高温试验设备以研发混凝土材料的高温抗火性能。现有混凝土高 温弯曲试验设备的升温系统和加载系统往往是分离的，不能进行严格意义上的高温中混凝 土弯曲性能试验，只能进行高温后混凝土弯曲性能试验和近似的高温中混凝土弯曲性能试 验。高温后混凝土弯曲性能试验是将混凝土材料放到升温设备中加热，达到目标值后停止 加热，待混凝土材料冷却后在加载设备上进行加载。近似的高温中混凝土弯曲性能试验则 是在升温设备中的混凝土温度达到目标值后，立即用特制的高温钳等工具将处于高温状态 的混凝土材料放到弯曲试验机上加载。实际应用中发现，不论是高温后弯曲试验，还是近似 的高温中弯曲试验，所得的混凝土高温中弯曲试验结果与火灾高温中混凝土实际的弯曲性 能均有较大差异。
[0003] 为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
【发明内容】
[0004] 技术人员经过长时间的技术攻关，终于发现产生上述问题的原因。混凝土高温弯 曲试验结果与火灾高温中混凝土实际的弯曲性能差异较大的原因在于:混凝土高温中弯曲 试验设备的升温系统与加载系统是分离的，不能实现升温与加载的协同，加载时混凝土试 件的温度总会不同程度的低于加热时的目标温度，混凝土试件在降温过程中，外部降温快， 内部降温慢，从而产生热应力梯度，造成混凝土材料的应力损伤，进而使所得试验结果与火 灾高温中混凝土的实际弯曲性能产生差异。对于高温后混凝土弯曲性能试验，加载时混凝 土试件的温度已降至常温，热应力损伤非常明显。对于近似的高温中混凝土弯曲性能试验， 虽然混凝土试件从升温设备中取出后立即进行加载，温度下降较少，但由于加载时的环境 温度远低于升温设备中的温度，混凝土试件的热应力梯度较大，热应力损伤同样不可忽视。 此外，在研发的过程中，技术人员还遇到一个技术问题，即量测混凝土变形量的位移计放入 升温设备中会被烧坏。
[0005] 此外，按照我国现行有关试验方法标准和规范，混凝土材料性能(例如，抗压强度） 是根据相同条件下3个混凝土试件的试验结果确定的，因此，必须解决3个相同混凝土试件 在相同高温环境下升温和加载的问题。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：混凝土材料高温中弯曲试 验机，包括用于对混凝土试件施加压力的加载设备、用于加热混凝土试件的升温设备以及 用于测量混凝土试件弯曲变形量的位移采集装置； 所述加载设备包括底座、固定于该底座上的立柱、设于所述立柱上且沿所述立柱上下 移动并定位的横梁、固定于横梁底部的上压板、固定于上压板底部的耐高温上压头、设于所 述底座上的下压板、设于所述下压板上的耐高温下压头、设于所述下压头上的耐高温垫块 以及用于对所述下压板施加向上作用力的加载动力源，所述耐高温上压头的下端平行设置 两个用于对混凝土试件中部向下施加压力的条状凸部，所述耐高温垫块的上端平行设置两 个用于对混凝土试件两端部向上施加压力的条状凸部，所述耐高温上压头上的条状凸部以 及所述耐高温垫块上的条状凸部平行设置且共同形成用于对混凝土试件施加作用力的四 个支点； 所述升温设备包括高温炉支撑架、设于该高温炉支撑架上的高温炉以及设于高温炉内 的发热体，所述高温炉位于所述上压板和所述下压板之间，所述高温炉的顶板设置供所述 耐高温上压头向下穿入高温炉内部的上穿孔，所述高温炉的底板设置供所述耐高温下压头 向上穿入高温炉内部的下穿孔，所述上穿孔和所述下穿孔在竖直方向上正对设置； 所述位移采集装置包括设于所述耐高温上压头上的三个位移计、采集三个所述位移计 的信息的位移计采集盒、两个端部导杆结构以及中部导杆结构，所述中部导杆结构的耐高 温导杆在竖直方向上滑动穿过的所述耐高温上压头的中心孔深入高温炉内，两所述端部导 杆结构的耐高温导杆分别从所述耐高温上压头的两侧向下深入高温炉内，高温炉顶部设有 供各所述耐高温导杆穿过的导向孔，设于耐高温上压头两侧的所述位移计与相应的所述端 部导杆结构顶压配合用于测量混凝土试件两端的变形量，设于所述上压板上的所述位移计 与所述中部导杆结构顶压配合用于测量混凝土试件中部的变形量。
[0007] 优选的，所述耐高温上压头包括固设于所述上压板上的上压头支座以及固设于所 述上压头支座上的上压头本体，所述耐高温下压头包括固设于所述下压板上的下压头支 座以及固设于所述下压头支座上的下压头本体，相应的所述条状凸部位于所述上压头本体 上。
[0008] 优选的，所述立柱上部设有螺纹，所述横梁上的两端转动设有螺母，所述横梁上设 有用于驱动两所述螺母转动的电机，所述横梁通过与所述立柱的螺纹配合实现上下移动并 定位。
[0009] 优选的，所述升温设备还包括温控系统和设于所述高温炉内的温度传感器，所述 发热体为碳硅棒，所述温控系统与所述温度传感器采样连接，所述温控系统与所述硅碳棒 电连接。
[0010]优选的，所述端部导杆结构包括设于所述上压头支座的底面上且具有压簧的弹簧 座以及顶部设于所述压簧底端的所述耐高温导杆，所述弹簧座的外侧沿轴向方向设有导向 缝，所述耐高温导杆的上端部设置横向压板，所述横向压板滑动插设在导向缝中且该横向 压板用于与相应所述位移计的探测部顶压配合，两所述耐高温导杆分别与耐高温下压头上 的所述条状凸部正对设置;所述中部导杆结构包括转动连接在所述耐高温上压头上的杠 杆、设于杠杆内端部的所述耐高温导杆以及拉簧，所述拉簧的上、下两端分别固定于杠杆外 端部和所述上压板上，所述杠杆外端部与相应所述位移计的探测部顶压配合。
[0011]优选的，还包括推动装置包括设于所述高温炉的底板内表面上且与炉门垂直设置 的耐高温导轨、滑动插设于高温炉侧壁上的推动杆以及驱动所述推动杆往复运动的动力 源，所述耐高温垫块的底部设有与所述耐高温导轨滑动配合的滑槽，所述推动杆用于推动 所述耐高温垫块在所述耐高温滑轨上滑动。
[0012] 优选的，所述动力源包括电机支架以及设于电机支架上的电机，所述电机支架包 括设置于所述高温炉后侧的两个水平布置的丝杠，电机与所述丝杠上的丝母驱动连接，丝 杠旁设有刻度尺。
[0013] 优选的，还包括计算机，所述计算机与所述位移计采集盒信息连接用于采集位移 计采集盒的位移信号，所述计算机与试验机控制盒控制连接以便通过试验机控制盒控制加 载动力源对所述下压板施加向上作用力并接收试验机控制盒反馈的荷载信号。
[0014] 利用混凝