持荷混凝土耐久性试验加载装置

2020-08-18余涛

建材与装饰 2020年23期

余涛

（江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西赣州 341000）

随着混凝土材料耐久性问题带来的负面影响愈加突出，学者们对混凝土耐久性问题的钻研也从单个因素作用发展到多种因素及其耦合作用。其中，荷载与环境因素共同作用下混凝土结构的耐久性研究是一项重要内容，相关研究表明，外加应力会引起混凝土微观结构的改变，从而导致宏观上的破坏，因此在研究混凝土的耐久性问题时必须考虑外加应力因素的影响，经过多年发展，混凝土材料耐久性试验持荷加载装置主要分为三类：①杠杆加载装置；②弹簧加载装置；③扭矩控制的加载装置。

1 杠杆加载装置

杠杆加载装置是依据杠杆原理进行设计实现荷载作用的，这种装置通过双杠杆将设计需要的外荷载经过两次放大传递给试件梁，采用自平衡装置使试件受到持续而稳定的荷载作用，无需加装其他反力装置，双杠杆可将外荷载放大72～90 倍，如需使装置产生更大的弯曲应力，可以延长力臂和增加外荷载。常用的试件受弯加载方式有三点式和四点式，三点式是在试件下部设置两个受力点，在上部设置一个受力点，试件受到弯剪作用；四点式则是在试件上下部各设置两个受力点，试件受弯剪弯作用，下图采用的就是该加载方式。这种荷载加载装置的优点是加载水平大，可产生持续稳定的荷载，且可调性强，操作简单，易于控制，受温度影响不大。缺点是体积和重量大，不能放入冻融试验机和碳化箱中，且一次操作只能对一根试件进行加载，后来学者张伟平对此进行改进，使得杠杆加载装置一次可对多根试件加载，而且可对更大尺寸的试件进行加载，其装置简图见图1。

2 弹簧加载装置

弹簧加载装置其原理取自于胡克定律，其结构简单易操作，但该套装置中的弹簧和紧固件易造成应力损失，其中弹簧受温度影响大，会随着温度的变化而产生微小的形变，紧固件中的螺母在湿度有变化时，其摩擦系数会降低，造成细微松动，且受时间跨度干扰大，其中的金属构件又存在易腐蚀的特性，因而不适用于干湿循环、冻融循环及盐溶液腐蚀试验。

图1 杠杆加载装置

试件弯拉加载装置见图2，在试件的两端设置预留孔道，在其中穿入高强螺栓和碟形弹簧，加载时先将试件的一端固定到适中的位置，在试件中部受拉位置贴上电阻应变片，用来控制试件的拉应变，然后拧动另一端的螺母以挤压弹簧使混凝土试件受到轴向荷载，再与中间的垫块共同作用形成弯拉力，用调整碟形弹簧压缩变形量和应变片读出的拉应力的方式来控制应力值。可以根据实际需要选择合适尺寸和弹力的碟形弹簧，碟形弹簧具有体积小弹力大的特性，而且可以减小试件收缩变形产生的应力损失。

图2 试件弯拉加载装置

试件轴压加载装置见图3，由三块大小一样的承压板（最上面那块承压板需略厚一点，在四角处打孔）、四根高强螺栓、四组碟形弹簧和四个螺母组成。在第一和第二承压板之间四角处放置四组碟簧，第二和第三块承压板之间放置试块，依次用螺栓连接。其所能提供的轴向荷载大，所以需用压力机进行加载，将试件和加载装置按图中的方式组装好后，放在压力机上，在其上方放置一个实心钢柱用来导力，设置好压力机的荷载参数，启动压力机，待其稳定后，需用扳手分多次少量地拧紧四个螺母，以防止出现偏心荷载，然后使压力机回复原位取出即可。该装置弹簧压缩所产生的弹力通过承压板均匀地传递到试件上，但在实际操作过程中螺母无法做到绝对的拧紧，造成弹簧的应力损失，所以需用压力机对其进行富余加载，富余加载的比例可设为1.05。因此该套弹簧控制的轴压加载装置能够提供足够大的轴压荷载，但无法对荷载值进行精准控制，若需对压应力进行精准控制，可以通过设置压力传感器和应变片来实现。另外该装置一次只能对一个试块进行加载，在进行盐腐蚀试验时，需对碟簧和夹具增加额外的保护措施。

图3 试件轴压加载装置

3 扭矩控制的加载装置

这套装置的试件受弯加载装置与弹簧控制的弯拉加载装置有很大的相似之处，所不同的是其通过扭力扳手对紧固件施加扭矩来获得轴向荷载，用轴力传感器来控制轴向荷载的大小，并与中间的圆钢支座共同作用产生弯拉应力。该装置受混凝土试件的收缩徐变和紧固件的松弛影响大，如果试验时间跨度大时，需常拧螺母对其进行应力补偿，但随着时间和环境的变化，其扭矩系数又会发生改变，从而影响到了加载的精度，同样地，该装置中采用的金属构件限制了其在腐蚀环境中的使用，扭矩受弯加载装置见图4 试件受弯加载装置。

图4 试件受弯加载装置

扭矩控制的轴压加载装置是在试件中心设置预留孔道，在试件孔道中穿入轴力传感器和紧固件，通过使用大吨位扳手拧紧紧固件来产生轴向荷载，用轴力传感器来控制轴力的大小。优点是操作方式简单，体积小，可放入试验箱中。但其弊端明显，对于轴向荷载加载量较大的混凝土试件难以操作，当对扭矩扳手加装导向杆操作时，会导致横向失稳，故能够施加的轴力有限，且其精度难以控制，适用条件同样存在局限性，轴心受压加载装置见图5。