CN103837413A - 混凝土拉伸徐变试验装置及混凝土收缩应力徐变试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的混凝土拉伸徐变试验装置，包括：支架、上穿孔-铰接式夹头、下穿孔-铰接式夹头、穿孔试件、变形计和配重荷载，与穿孔试件联接的两个穿孔-铰接式夹头，分别悬挂于支架上，并与配重荷载联接，形成试验装置。混凝土收缩应力徐变试验方法是以标准徐变室和自然环境条件，完全和非完全约束刚度约束情况，采用“梯级加载”和“随变加载”加载方式，以及收缩阈值和固定龄期加载控制条件，测试混凝土收缩应力徐变的试验方法。本发明的试验装置和方法，因解决混凝土试件与夹头连接、物理对中、荷载损失问题，提高试验可操作性，且逐级测试徐变和应变，可研究更多的徐变行为和性能问题，尤其是实现了自然环境的混凝土收缩应力徐变的试验。

Description

混凝土拉伸徐变试验装置及混凝土收缩应力徐变试验方法

技术领域

本发明公开了一种混凝土拉伸徐变试验装置及混凝土收缩应力徐变试验方法；特别是指一种混凝土拉伸徐变试验装置及混凝土收缩应力徐变试验方法；属于土木工程专业中混凝土试验技术领域，特别是混凝土拉伸徐变试验技术。

背景技术

结构中混凝土常因收缩和约束而发生开裂。徐变作为结构混凝土抗收缩开裂的关键问题，近年来该研究也逾越深入，对“混凝土拉伸徐变性能与研究相对成熟的受压徐变性能有所区别”的观点已为业界接受，相关研究的工作亦有进展，而收缩应力下混凝土徐变行为具有荷载和徐变时变的力学特征，及混凝土硬化等特殊性，开展混凝土收缩应力徐变的研究和试验对混凝土结构抗裂具有重要意义。收缩应力下混凝土拉伸徐变试验是该研究的基础，试验方法及装置在结构混凝土抗裂的施工控制中也将发挥重要作用。

混凝土拉伸徐变试验装置及试验方法的不同，决定所得徐变性能和相关参数的范围存在差异，或操作难易与精度的差异。目前进行混凝土拉伸徐变的试验方法主要有：

（一）钢架-弹簧施力法（见附图1），该法是我国现行标准DL/T5150-2001和SL352-2006《水工混凝土试验规程》所采用的混凝土拉伸徐变试验方法。杨杨[杨杨，许四法，叶德艳，等.早龄期高强混凝土拉伸徐变特性[J].硅酸盐学报，2009，37(7)：1124-1129]等采用该类方法进行混凝土收缩应力下徐变的研究，在大量试验的基础上，拟合计算得到混凝土收缩应力下徐变性能的特征参数，但缺少直接获得混凝土收缩应力徐变行为的试验结果；另因该试验方法通过弹簧施加拉力，这就使得混凝土试件徐变发生后，引起弹簧变形值减小，而改变加载应力水平；同时钢架相应产生的变形（反力减小对应的钢架变形减小）也会影响结果。若进行结构约束下收缩拉伸应力的徐变（以下简称收缩应力徐变），为施加时变特征的收缩应力，和减少混凝土徐变引起的弹簧对加载应力水平的影响，需要不断调整弹簧状态（重新调整试验装置达到设定力值，特别是后者因需微调难度更大），为保证试验结果，工作难度和量都较大。申请公布号CN103149100A“一种混凝土轴心拉伸徐变试验仪及试验方法”也属该类型，显著特点在于改变变形测读方式，获得结果。

（二）TSTM（Temperature-Stress Testing Machine）法，亦称开裂架试验方法或轴向约束法（见附图2），1969年德国墨尼黑技术大学R.Springenschmid提出试验方法，主要进行混凝土抗收缩开裂性研究，此后的研究者提出用步进电机和传感器等改建该方法获取混凝土收缩应力，国内有研究文献[马新伟，钮长仁，Hooton R D.高性能混凝土在约束条件下的受拉徐变特性[J].武汉理工大学学报，2006，28(2)：26-29.]采用该方法，该试验研究所得混凝土徐变为收缩应力下混凝土徐变，这也是目前为数不多的开展收缩应力徐变试验的工作之一。由于该试验装置的特点，采用步进电机控制试件处于全约束状态，荷载传感器得到的轴向收缩应力，通过另测得的混凝土弹性模量和收缩变形（辅助性能数据），计算获得收缩应力徐变；限于控制变形装置、计算方法和辅助性能数测试，该研究没有提出其他约束度情况下的试验方法；因试验装置中使用约束钢架，不适合自然环境（温度变化下），也无相应的测试方法；另外试验装置昂贵，限制该方法在国内普遍使用；再就是该方法所用设备昂贵，且国内这种设备一次仅能测一个试件，数据量有限。申请公布号CN103149094A“早龄期混凝土拉伸徐变的测量方法及装置”也属该类型，其显著特点是提出外框结构的变形量≤1μm、自锁式穿心千斤顶加载、差动式位移传感器和减磨装置等要求。

（三）杠杆-配重法（见附图3），二十世纪80年代末，姜福田在其编著的《混凝土力学性能与测定》[姜福田.混凝土力学性能与测定[M].北京：中国铁道出版社，1989.]就介绍了该方法，加荷配重除可用水箱外，还可采用砝码。相对后者，水箱加荷在荷载值的微调方面更具优势，只是计量加水所产生的荷载时，应考虑温度和操作等因素的影响方可保证足够的精度。该方法可以依据试验要求进行加载，但未见采用该方法开展针对收缩应力徐变研究的报道。另外，该装置因需考虑重心引起的稳定性问题，杠杆构架的制作成本也较高。李兴贵[李兴贵.高拉应力作用下混凝土的徐变和徐变破坏[J].河海大学学报，1996，24（4）：58-64]采用双杠杆法改进原方法减小试验的空间，也使整个试验架的重心稳定问题有所改善，其制作成本仍较高。

（四）钢架-液（气）压法（见附图4），该方法也是早期设想的一种拉伸徐变试验装置，在钢架中通过油压（气压-氮气）千斤顶施力，进行拉伸徐变试验，如Y.Akatsuka的液压式拉伸徐变机通过油压推动活塞来加荷。因液压的可调特点，理论上该方法也可进行收缩应力徐变试验，但这类方法由于液压(缸)的长期稳压问题影响实际应用，再有该方法采用钢架，存在与方法（一）相同的荷载不稳问题。

（五）其他，纯弯-拉伸法—以混凝土梁受纯弯荷载时，混凝土梁中性轴下部分处于受拉应力状态，进行拉伸徐变研究，该方法对于预应力混凝土梁的徐变研究有重要意义，西安理工大学的张浩博等采用该方法获得其研究领域的有意义的结果，但整个混凝土梁截面分布拉压应力，受拉部分存在拉应力梯度分布，该结果对认识混凝土纯拉伸性能有局限性；油压-内膨胀法—将混凝土制成空心圆柱体（圆筒）试件，密封、连接油管，通过加入压力液体（液压，气体-气压）产生的压强，使得混凝土圆筒膨胀受拉，研究混凝土拉伸徐变，A.D.Ross进行了该方法研究，同样混凝土内拉应力存在梯度，另外试件密封和抗渗透性对试验的成功率影响很大，该法应用不多。

综上所述，轴向约束法、杠杆-配重法和钢架-液（气）压法可进行收缩应力徐变试验，其中轴向约束法进行过全约束下收缩应力徐变试验研究，但在试验条件（研究范围）、检测参数、装置稳定性和设备成本存在不尽如意之处，难于进行自然环境的测试。

混凝土拉伸徐变的试验装置除总体构架外，混凝土试件的形状和夹头（接头）影响混凝土受力状态、内应力分布，决定徐变试验检测结果（准确、精度）、试验成功和操作难易，因此混凝土试件的形状和夹头也是试验装置的关键。

拉伸徐变试验需通过夹头对混凝土试件施加拉伸荷载，夹头和试件形状首先应保证对中，使施加的荷载在混凝土内产生纯拉应力，既考虑几何对中，又考虑到混凝土成型时因沉降引起试件的骨料和密度分布沿试模深度（或称试件厚度）的差异，保持物理对中，至少在试验测读的标距内尽可能对中，避免混凝土偏心受拉对试验结果的影响；其次是夹头的良好使用性，夹头与试件间的连接应良好、稳定，且夹头对试件没有损伤等不利影响，另外夹头应适合较广的徐变研究内容的要求，如进行混凝土早期徐变试验，拆模后即可安装试验等方面要求。

试件形状：常用拉伸试件形状有—棱柱体、端头扩大棱柱体（狗骨状）、圆柱体和端头扩大圆柱体，后两种因夹头不好施加拉力，不便安装测试变形的表和应变计（片），很少采用；前两种使用较多，本专利亦采用该两种形状试件。

试验夹头（亦称接头）：（一）钳夹式（见附图5-a），Golmerman和Shulnan（1928）采用带有螺纹槽的钢条状夹头夹紧试件端部，利用摩阻力对试件进行拉伸；有研究采用端头扩大试件更利于加大摩阻力和减少试件端头的损伤。该形式夹头对其本身的加工精度和混凝土试件端头的尺寸精度要求较高，以避免夹头的几何偏心对试验结果的影响。（二）预埋锚固式（见附图5-b），通过预埋锚固钢筋，或外加胶粘处理将钢板与混凝土粘结，传递拉伸荷载，澳大利亚-蒙纳什大学的研究者采用该方法进行纤维混凝土的拉伸试验，但该种夹头本身对偏心的调整作用有限，需另外增加万向节等改善调整偏心的影响。（三）胶粘式（见附图5-c），W.Zheng等人采用强力胶粘剂如环氧树脂等将薄钢板与试件端部相连接来避免试件端部因受力复杂而影响试件标距范围内保持纯拉应力状态的效应（称端部效应），胶粘措施的采用，还可将两个或多个试件粘结，进行徐变试验。但本专利申请者进行的试验表明，国内市场供应的胶粘剂，固化时间较长，粘结力往往又不能满足拉伸徐变荷载设计值要求，造成实际操作困难，尤其需进行混凝土早期徐变试验时更显突出。（四）嵌入式（见附图5-d），该夹头形式与扩大端头的形状相吻合，利用嵌入试件扩大端头的夹头（嵌入式夹头）对试件的扩大端头与测试基准段间（变形标距段）的过渡面（过渡面一般采用弧形面，也有采用斜面-俯视图中为直线）挤压作用，使得试件的测试基准段产生拉应力，进行拉伸徐变试验，该形式夹头对其本身的加工精度和混凝土试件端头的尺寸精度要求较高，即便如此避免偏心受力的作用也有限，轴向约束法即采用该形式夹头，因混凝土试件直接浇注，减少一些加工精度的要求。

上述各夹头一般应再通过半球铰或万向节与施荷装置（拉杆等）连接，传递荷载。

发明内容：

本发明克服现有技术之不足，提出一种装置结构简单、成本低、操作方便、力学关系简单、明了，拉伸荷载恒定，可进行相对较广范围的收缩应力徐变性能研究的试验装置和方法。

本发明的混凝土拉伸徐变试验装置，包括：支架、上穿孔-铰接式夹头、下穿孔-铰接式夹头、穿孔试件、变形计和配重荷载（见说明书附图6）。本发明的混凝土拉伸徐变试验装置也称“悬挂-配重式混凝土拉伸徐变试验装置”。

所述混凝土拉伸徐变试验装置是所述穿孔试件两端分别与上、下穿孔-铰接式夹头联接，且在所述穿孔试件两侧设置所述变形计，所述与穿孔试件联接的两个穿孔-铰接式夹头，分别悬挂于所述支架上，和与所述配重荷载联接，形成总体试验装置。

所述支架用于悬挂穿孔-铰接式夹头、穿孔试件和配重荷载，可用钢管搭建，也可借助室内墙体搭建，或利用既有钢架等，设置吊钩（单个试验的荷载约2.5吨）；

所述穿孔-铰接式夹头由钢制外框、半球铰接荷载连接杆和穿孔铰接用钢杆轴组成（见说明书附图7），所述半球铰接荷载连接杆含挂钩的穿孔-铰接式夹头称上穿孔-铰接式夹头，所述半球铰接荷载连接杆含圆环的穿孔-铰接式夹头称下穿孔-铰接式夹头，所述上、下穿孔-铰接式夹头中半球铰接荷载连接杆所含的挂钩或圆环，仅是叙述方便，非上、下穿孔-铰接式夹头的实质性区别，可根据方便试验的要求进行设置；

所述钢制外框呈U型，横梁中有球缺形孔，该孔适合与半球铰接荷载连接杆形成半球铰接；两侧边杆上各设有一个可插装穿孔铰接用钢杆轴的圆孔；

所述半球铰接荷载连接杆为钢制圆杆，一端呈半球状，适合与钢制外框组成半球铰接；另端杆头含挂钩或圆环，可悬挂于所述支架，和与所述配重荷载联接；

所述穿孔铰接用钢杆轴为含螺帽的螺杆标准件，要求穿插在混凝土试件中套管内的部分为光圆状。

所述穿孔-铰接式夹头技术要求：穿孔-铰接式夹头的各部件均为钢制，有效承载面积须满足试验加载要求，一般大于530mm²；钢制外框的U型内框尺寸须可放置试件，对于说明书附图7所示的截面为100mm×100mm的试件，U型外框的各边净长应≥110mm；

穿孔铰接用钢杆轴的轴线与半球铰接荷载连接杆轴线在同一平面，不同面误差小于0.2mm，即钢制外框上半球圆孔和半球铰接荷载连接杆的共轴线，与钢制外框上两侧穿孔圆孔和穿孔铰接用钢杆轴的共轴线，不同面误差小于0.2mm；穿孔铰接用钢杆轴的轴线与半球铰接荷载连接杆轴线的保持垂直，垂直角度误差≤±0.5°，保证试件几何对中和物理对中。

所述试件的物理对中的原理是，当铰轴传递拉伸荷载时，若试件几何对中和物理对中，则拉伸荷载线与试件的纵轴面重合，如说明书附图8a；若因成型时的沉降使得试件纵轴面两侧的混凝土密实度和刚度不一致，试件受拉后即出现说明书附图8b所示情况，又因在混凝土试件中穿孔（成孔）套管由低摩阻力和高强材料制成，夹头中穿孔钢杆轴表面光滑，钢杆轴与穿孔套管的着力线就会发生移动，拉伸受力线起保持原状态作用，可调整试件恢复说明书附图8a所示状态，发挥物理对中效果。

所述穿孔试件为混凝土棱柱体，或端头扩大棱柱体，棱柱体试件纵向两端，或端头扩大棱柱体试件的两端扩大端头处各设有一个穿孔/通孔，穿孔试件中段侧面对称设有变形测读标距；所述穿孔试件两端穿孔的轴线在试件成型时的水平的纵轴面上，且与纵轴垂直；

所述穿孔试件的两个穿孔在试件成型时由安装在试模的侧模上的刚性、低摩阻力套管形成，可用市售硬塑管或金属管，所述套管的直径为φ26mm～φ32mm，所述穿孔的轴线距穿孔试件最近的端面距离应≥50mm，试件中穿孔用于穿插所述穿孔-铰接式夹头的穿孔铰接用钢杆轴，使试件与夹头间形成铰接，传递荷载；所述穿孔试件在成型时套管外侧预设有螺旋加强筋，螺旋加强筋采用φ4～8mm的钢筋制成，所述螺旋加强筋的螺旋环的中心线与所述通孔或套管的轴线重合，且螺旋加强筋含有弯头，所述弯头为加强筋端部、平行于试件横断面的弯折段，将夹头的穿孔铰接用钢杆轴和试件的穿孔间传递的拉伸荷载均匀传递至试件受拉部分；

所述变形测读标距由穿孔试件成型时预埋的两对测头预埋件形成，所述测头预埋件是在试件成型时通过可拆卸式的安装，联接在成型试模的侧模上，拆模后预埋在试件中的测头预埋件，测头预埋件用于安装变形计测读变形，计算应变；“说明书附图7”中9所示测头为试件变形测读装置一部分，包括预埋件和固定件，由铜质材料制成，试件成型时测头预埋件螺接在侧模的内侧，混凝土成型后嵌入试件的混凝土中，徐变试验时安装固定件，以及变形计等形成测读变形的整个试件变形测读装置，进行试件变形测读；所述变形测读标距在穿孔试件的两个穿孔之间，在成型时的试件水平纵轴面上，要求测头与穿孔中心轴的间距l’≥0.8a+1/2d，其中：a为试件横截面边长，d为套管直径，标距L≥120mm，所述穿孔试件的变形测读标距处的横截面为正方形，边长为≥100mm的常规试件尺寸。

所述变形计用于测读试验中试件变形，计算应变，可采用千分表、位移传感器和应变计等其他通用变形引伸装置；

所述配重荷载由连接钢缆绳、框盘和砝码组成，见“说明书附图6”，亦可钢缆绳、水和水箱等组成，要求可准确加载试验所需荷载。

本发明混凝土收缩应力徐变试验方法，包括：按照标准徐变室和自然环境两种环境条件，完全和非完全结构约束刚度两种约束情况，采用“梯级加载”和“随变加载”两种加载方式，以及收缩阈值和固定龄期两种加载控制条件，测试混凝土收缩应力徐变的试验方法，进行混凝土收缩应力徐变试验的方法。试验测读各条件下混凝土变形，按式（1）的基本关系（原理）计算混凝土收缩应力徐变，

ε_c=ε_TCT-ε_sh-ε_e   （1）

式中：ε_c—混凝土（试件）的收缩应力徐变；

ε_TCT—试验中，各级加载持续期间混凝土试件发生的总应变，简称总应变，试验时可从“混凝土拉伸徐变试验装置”中的变形计直接测读；

ε_sh—混凝土的收缩应变，由辅助收缩试验中采用的“混凝土限制膨胀和收缩测量仪”测读，因收缩应变为负值，计算时应改为正值；

ε_e—对应收缩应力所加荷载时，试件发生的弹性应变，试验中由“混凝土拉伸徐变试验装置”或辅助混凝土拉伸试验测读或计算。

所述基本关系（原理）为结构中混凝土因收缩应力发生变形（应变，即本发明标记的总应变）与收缩变形（应变）、收缩应力下弹性变形（应变）、收缩应力徐变变形（徐变）的关系。本发明将其简化为试验中每级荷载自加荷起的持续期间，混凝土试件的总应变与收缩应变、收缩应力下弹性应变、收缩应力徐变的关系。

所述辅助收缩试验，为测读混凝土不受约束时发生的体积变形（以应变作为指标）的试验，采用《混凝土膨胀剂》GB23439-2009中附录B的“掺膨胀剂的混凝土限制膨胀率和收缩试验方法”，或《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009试验方法进行；所述体积变形（应变）包括干缩、化学收缩、自收缩等，对于自然环境下还包括热胀冷缩，本发明统称为收缩应变；

所述辅助混凝土拉伸试验包括获得混凝土弹性变形的拉伸试验，和按经验公式借助受压弹性模量试验等方法，获得与收缩应力徐变试验中加载所对应的混凝土弹性应变。

基于式（1）关系，针对标准徐变室和自然环境、完全和非完全结构约束刚度情况下混凝土收缩应力徐变，“本发明”研究设计以“梯级加载”和“随变加载”两种加载方式、收缩阈值和固定龄期两种控制条件进行混凝土收缩应力徐变试验。各具体试验方法如下：

1.标准徐变室条件梯级加载-混凝土收缩应力徐变试验方法

所述标准徐变室条件即符合《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009中混凝土收缩试验所要求的温湿度条件，或《水工混凝土试验规程》DL/T5150-2001规定的标准徐变室条件，试验选定其中一种条件时应注意温湿度的差异，及其对徐变结果的影响。

所述梯级加载，即“梯级荷载拉伸徐变试验方法”，按收缩变形阈值和固定龄期两种加载条件进行混凝土收缩应力徐变试验，因所得混凝土收缩应力徐变初步结果的曲线呈微台级连续变化，故称“梯级荷载拉伸徐变试验方法”。

所述收缩变形阈值，为试验中试件的收缩和徐变引起的净应变（ε_t，i=-ε_sh,i-ε_c,i）达到阈值（T_h）时进行加载的条件，即当ε_t，i≥T_h时加载，计算各级加载量（P_i）并加载，加载量（P_i）按下列计算：

P_i=k_i·A·E_t,i·(-ε_sh,i-1-ε_c,i-1)  i=1、2、3…n…  （2）

式中：P_i—i级加载值，kN，通常换算为kg；

A—试件受力面积，mm²；

E_t,i—i级加载时对应龄期的混凝土拉伸弹性模量，GPa，可取添加拉伸荷载时所测弹性模量，或辅助混凝土拉伸试验所测弹性模量；

k_i—i级加载修正系数，推荐k_i为1.05～1.60，标准徐变室环境，宜取k_i=1.4，自然环境，宜取k_i=1.2，；

ε_c,i-1—i-1级荷载持续期间的徐变，με；

ε_sh,i-1—i-1级荷载持续期间（i-1级加载至i级加载前）收缩应变，με，因收缩变形为负值，故加上“-”。

所述加载修正系数（k_i），是考虑，龄期在1～28d期间，混凝土拉伸弹性模量相对初期弹性模量有50～100%的增长，且早期增长较快；其次，i级至i+1级加载期间，随混凝土收缩和徐变引起的净应变（ε_t，i）将继续增加，收缩应力增大；另一方面自然环境中混凝土存在热胀和湿胀可能，故选取上述k_i值；

所述i-1级荷载持续期间（i-1级加载至i级加载前）收缩应变由同配合比同时拌制混凝土制作的试件自由收缩变形（应变），可由“混凝土限制膨胀和收缩测量仪”测读。

所述各符号中i为试验时各级加载和测读的序号，i=1,2,3…n…。

所述i级加载中，当i=1时的初次加载值（P₁），其计算取值是，E_t,1—1级加载时对应龄期的混凝土拉伸弹性模量，可取辅助混凝土拉伸试验所测弹性模量，ε_sh，0—1级加载龄期时混凝土自由收缩变形（应变），ε_c,0—1级加载龄期时混凝土收缩应力徐变，E_t,1、ε_sh，0和ε_c,0值取自既有研究数据或资料数据，得到P₁，kN；具体计算取值可参见“具体实施方式”中“6.实施例”的“6.2.1加载”相关内容；

所述阈值（T_h），设定为T_h=5με，该值设定是依据即满足变形计（千分表等）的精度要求，又满足混凝土体积变形和收缩应力徐变变形的变化周期及其对应的加载量，和试验便利等因素确定；

所述固定龄期，按龄期为1d、2d、3d、5d、7d、14d、21d、28d…，计算各级加载量（P’_i）并加载，测读变形（应变），测算混凝土徐变（ε_c,i）；

各级加载后测读变形（应变），包括：收缩应变（ε_shi）、弹性应变（ε_e,i）、净应变（ε_t,i）和总应变（ε_TCT,i），测算混凝土徐变（ε_c,i）；

上述各符号中i为试验时各级加载和测读的序号，i=1,2,3…n…。

2.考虑结构约束刚度影响的情况

所述考虑结构约束刚度影响的情况，是针对结构对混凝土收缩的不同约束刚度产生不同的收缩应力，及其相应产生的不同的收缩应力徐变的问题，而进行的试验。

依据约束情况计算加载值（P_i’’），并加载，所述P_i’’按公式（3）计算：

P_i''=k_i·R·A·E_t,i·(-ε_sh,i-1-ε_c,i-1)   （3）

式中：R—结构对混凝土约束系数；

其余符号同前。

加载后，测读变形（应变），计算考虑约束系数（R）情况的各级加载的混凝土拉伸徐变（ε_C-c,i）；可按收缩变形阈值和固定龄期两种方式。

3.自然环境条件混凝土收缩应力徐变试验方法

所述自然环境条件混凝土收缩应力徐变试验方法，为自然环境条件（naturentironment）下，针对结构中混凝土发生的收缩应力徐变的问题，而进行的试验；

自然环境条件试验方法，其特征在于：将徐变试验及试件，和收缩（体积变形）试件置于环境条件中进行试验，按变形阈值（设定|ε_t，i|≥T_h）和固定龄期两种方式，以及考虑完全和非完全结构约束刚度两种情况，逐级加（减）载，测读自身缩胀变形/应变（ε_e，sh,i）、弹性应变（ε_e，e,i）、净应变（ε_e，t,i）和总应变（ε_e,TCT,i），测试混凝土徐变（ε_e,c,i）；

所述设定|ε_t，i|是考虑自然环境中混凝土因温度上升和雨淋（或空气湿度增加），引起自身缩胀变形/应变（ε_e，sh,i）为膨胀值；所述加（减）载中减载是针对结构中混凝土因升温/雨淋而膨胀时，收缩应力减小所对应的减载；

所述测读自身缩胀变形/应变（ε_e，sh,i）是将变形试件置于自然环境中变形，测量仪置于标准徐变室环境，取置于自然环境试件至标准徐变室环境测读自身缩胀变形/应变（ε_e,shi），要求3～5min内完成，所述3～5min内完成变形的测读要求，是依据蒋建华等研究结果[蒋建华,袁迎曙,张习美.自然气候环境的温度作用谱和混凝土内温度响应预计[J].中南大学学报,2010,41(5):1923-1930]中关于混凝土对环境温度的相应及其温度分布规律的研究结果进行设计，该要求可以满足对自身缩胀变形/应变（ε_e,shi）测读结果的精度要求。所述变形试件和测量仪为本发明采用GB23439-2009《混凝土膨胀剂》中进行混凝土限制膨胀试验的试件、混凝土限制膨胀和收缩测量仪，制作试件时须用测头替代试件中“纵向限制器”，且测头的安装应符合GB23439的测距要求；所述测读弹性应变（ε_e，e,i）、净应变（ε_e，t,i）和总应变（ε_e,TCT,i），以及计算混凝土徐变（ε_e,c,i）同前述。

4.随变加载-混凝土收缩应力徐变试验方法

所述随变加载，是指在完全刚度约束下，试验保持试件标距内的总应变为零（ε_TCT，i=0）。当ε_TCT，i≠0时，即要求通过调整配重（拉伸荷载）来保持ε_{TCT， i}=0，因此称为“随变加载”。

标准徐变室环境，当没有调整荷载（没有添加荷载）时，干缩和徐变是时变函数，通常ε_TCT，i＜0，通过继续加载来保持ε_TCT，i=0。

对于自然环境，当没有调整荷载时，混凝土体积变形（或自身缩胀变形-应变）和徐变是时变函数，干缩和冷缩时可能ε_TCT，i＜0，若发生湿胀和升温膨胀时也可能ε_TCT，i＞0，则荷载（配重）相应加大，或减小。

完全刚度约束下随变加载情况下收缩应力徐变（ε_C，c,i）计算，因ε_TCT，i=0，测得ε_,c,sh.i和ε’_C，e,i后，即可参照公式（1）计算ε_C，c,i。

所述其他约束度（R≠1，通常R＜1）的随变加载，因ε_C，TCT,i≠0，则须推算i级龄期时段（i级加载）的应变（ε’_C，TCT,i）为徐变试件变形的控制值，当ε_{TCT， i}≠ε’_C，TCT,i时，调整配重（拉伸荷载）；所述ε’_C，TCT,i按下式计算：

ε'_C,TCT,i=ε_c,sh,i+ε'_C,c,i+ε'_C,e,i   （4）

式中，ε’_C，TCT,i、ε_,c,sh.i、ε’_C,c,i和ε’_C，e,i分别为其他约束度（非完全刚度约束）下，试件的总应变、混凝土收缩应变、收缩应力徐变和加载产生的弹性应变。

所述ε_c.sh.i为试验实测值；

所述ε’_C,c,i为试验的目标值，但这种情况下又需以ε’_C,c,i计算试验控制值进行试验，本发明推荐按ε’_C，c,i-1通过线性外延法计算，或根据R=1时实测得到的ε_c,i,按ε’_C，c,i=R·ε_c,i计算，再与此级试验所得ε’’_C，c,i比较，若二者相对误差在15%以内，徐变（ε’_C，c,i）可作试验结果；相对误差超过15%，则，在i+1级以ε’’_{C， c,i}重新拟合ε’_C，TCT,i+1，数次调整后的徐变（ε’’_C，c,i）结果精度将获得提高；ε’_C，e,i为试验实测值，但“随变加载”方式中各次加载量较小，直接测读较为困难，本专利推荐按加荷值（P’’’_c,i）和实测弹模（E_i）计算弹性应变（ε’_C，e,i）。

其他约束度的随变加载的加荷值（P’’’_c,i）为：

P_c''_,'_i=k_i·R·A·E_c,t,i·(-ε_c,sh,i-1-ε_C,c,i-1)  （5）

式中，R和A同前述；E_c,t,i—i级加载时混凝土拉伸弹性模量；ε_c,sh.i-1—i-1级荷载持续期间混凝土收缩应变；ε_C,c.i-1—i-1级荷载持续期间混凝土徐变。

其他约束度的随变加载情况下ε_C，c,i测算，以前述估算的ε’_C，c,i与试验测得的ε’’_C，c,i二者的平均值作为结果（ε_C，c,i），其中ε’’_C，c,i按下式计算：

ε''_C,c,i=ε''_C,TCT,i-ε_sh,i-ε'_C,e,i   （6）

式中，ε’’_C，TCT,i—试验实测总应变；ε_c,sh.i和ε’_C，e,i同前。

自然环境情况，注意ε_C，e,sh.i的差异，若发生湿胀和升温膨胀时也可能ε’_C，TCT,i＞ε_C，TCT,i，则荷载（配重）应予减小。

按照上述方式、步骤和（6）式，亦可得到收缩应力徐变（ε_C，e,c,i）。

本发明采用“穿孔-铰接式夹头”和“试件穿孔”设计，进行收缩应力徐变试验。夹头的整体组合区别于既有夹头形式和传力、对中方法，具有：①联结牢固、稳定，申请者的既往研究和试验表明，该链接在混凝土极限拉伸破坏时也不会破坏；②适合几何对中和调节物理对中（避免混凝土不均匀沉降引起的拉伸偏心），一方面，采用穿孔铰接和半球铰接技术组合设计，解决混凝土拉伸荷载下的对中问题，尤其在避免因混凝土沉降不均匀性引起的物理对中难题方面具有独特优势，另一方面，试件中穿孔和检测标距的定位关系，保证几何对中和测试基准段中混凝土纯拉状态；③适合自早龄期始的收缩应力徐变试验，试件1d拆模后即可进行；④试件穿孔材料摩阻力小等特点。

本发明的混凝土收缩应力徐变试验方法的特点在于：相对传统拉伸徐变试验方法，直接进行混凝土收缩应力徐变试验，相对轴向约束法更适合于自然环境下试验。本发明的试验方法，因逐级加载、测读各级荷载期间的应变和徐变，可研究更多混凝土的徐变行为和性能问题。装置简单、易行。

附图说明

附图1a为我国现行标准DL/T5150-2001和SL352-2006《水工混凝土试验规程》采用的拉伸徐变试验装置；

附图1b为浙江工业大学杨杨2009年发表在硅酸盐学报上的混凝土徐变试验装置[杨杨，许四法，叶德艳，等.早龄期高强混凝土拉伸徐变特性[J].2009，37(7)：1124-1129]；

附图2为TSTM法（轴向约束法）试验装置

附图3为现有杠杆-配重法混凝土拉伸徐变试验装置

附图4为现有液压混凝土拉伸徐变试验装置

附图5a为现有技术中钳夹式夹头的结构示意图；

附图5b为现有技术中预埋锚固式夹头的结构示意图；

附图5c为现有技术中胶粘式夹头的结构示意图；

附图5d为现有技术中嵌入式夹头的结构示意图；

附图6为本发明混凝土拉伸徐变试验装置结构示意图；

附图7为附图6中夹头和试件的总体构成示意图；

附图8a、附图8b为本发明穿孔-铰接式接头对试件的物理对中原理示意图；

附图9a为实施例所测C30混凝土标准徐变室收缩应变曲线；

附图9b为实施例所测C30混凝土标准徐变室加载瞬时（弹性）应变曲线；

附图9c为实施例所测C30混凝土标准徐变室收缩应力徐变曲线；

附图10a为实施例所测C30混凝土自然环境下收缩应变曲线；

附图10b为实施例所测C30混凝土自然环境下加载瞬时（弹性）应变曲线；

附图10c为实施例所测C30混凝土自然环境下收缩应力徐变曲线；

附图中：

附图1a、附图1b同为“钢架-弹簧施力法”混凝土徐变试验装置。

附图6中，“混凝土拉伸徐变试验装置”由上穿孔-铰接式夹头、下穿孔-铰接式夹头、穿孔试件和配重荷载组成。上、下夹头用于传递拉伸荷载，保证混凝土试件的测试标距范围处于轴心受拉状态；试件由受检（试验）混凝土制成；配置荷载可用挂篮和砝码或其他计量重物组成。图中：1-上穿孔-铰接式夹头，2-下穿孔-铰接式夹头，3-穿孔试件，12-配重荷载。

附图7中，表明穿孔铰接用钢杆轴、半球铰接荷载连接杆和钢制外框的相对位置；图示“穿孔试件”的构成，套管和螺旋加强配筋的位置。图中：1-上穿孔-铰接式夹头，2-下穿孔-铰接式夹头，3-穿孔试件，4-上穿孔-铰接式夹头中含挂钩的半球铰接连接杆，与支架连接，5-半球铰接，6-穿孔铰接用钢杆轴，7-试件中套管形成的穿孔，8-螺旋加强筋，9-预埋测头，10-变形计（铜棒和测头），11-下穿孔-铰接式夹头中含圆环的半球铰接连接杆，与配重荷载连接。

附图8中，穿孔-铰接式接头对试件的物理对中原理是，当铰轴传递拉伸荷载时，若试件几何对中和物理对中，则拉伸荷载线与试件的纵轴面重合，如附图8a；若因成型时的沉降使得试件纵轴面两侧的混凝土密实度和刚度不一致，试件受拉后，会出现附图8b所示情况，当附图8b所示情况出现，本发明的穿孔-铰接式夹头和穿孔试件间的铰接就会起到物理对中作用，因混凝土试件中穿孔（成孔）套管由低摩阻力和高强材料制成，夹头中穿孔钢杆轴表面光滑，钢杆轴在穿孔套管中可滚动，钢杆轴与穿孔套管的触力线会自动发生移动，使拉伸受力线恢复附图8a所示状态，起到物理对中效果。

具体实施方式

利用本发明混凝土拉伸徐变试验装置进行混凝土收缩应力徐变试验方法的具体实施，包括：依据混凝土研究和工程检测的目的确定具体研究方法、建立试验室和场地、制备试验装置并安装，按试验方法和相应步骤进行试验，获得收缩应力徐变试验结果等主要步骤。

本发明的试验方法包括针对标准徐变室和自然环境、完全和非完全结构约束刚度情况下混凝土收缩应力徐变的试验方法，可以“梯级加载”和“随变加载”加载方式，收缩阈值和固定两种控制条件进行收缩应力徐变试验，所述依据混凝土研究和工程检测的目的确定具体研究方法，即按试验研究和工程检测目的与内容，试验精度要求及条件，确定试验具体方法；

所述建立试验室和场地，进行混凝土收缩应力徐变试验需要标准徐变室，该试验室除场地大小需满足试验要求外，其温湿度应符合GB/T50082-2009或DL/T5150-2001等标准规程的规定；自然环境条件下的试验也应对场地大小作出要求，必要时还应结合研究和检测目的确定自然环境的地点和季节天气；

所述制备试验装置并安装，因试验的主要装置非常规试验器具，须制备符合要求的夹头与试件试模，搭建适合悬挂“悬挂-配重式拉伸徐变试验装置”简单支架，或在屋架和既有钢支架设置吊钩等（单个试验的荷载约2吨）；辅助的收缩应变和弹性模量等试验的器具也需相应准备；

所述试验步骤包括：试件制作、徐变试验装置和试件安装、试验变形数据测读和试验结果（混凝土收缩应力下徐变）分析计算。

所述试件制作：首先，按研究混凝土的配合比，同时制作混凝土徐变试件、体积变形（收缩）试件和弹性模量试件共三种，其中，徐变试件用于本发明装置测读徐变变形等数据；体积变形（收缩）试件按《混凝土膨胀剂》GB23439-2009中附录B的“掺膨胀剂的混凝土限制膨胀率和收缩试验方法”所列要求，或《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009试验测读混凝土体积变形（非荷载变形）试验方法制作；弹性模量试件为本发明方法测读混凝土试件困难时的补充试验试件，按拉伸试验方法制作。各种试件置于试验研究内容要求的环境，养护至规定龄期，待测数据；各种测试的试件为三块一组，特殊情况需符合相关标准规定。

注意：1.制备徐变的穿孔试件时注意螺旋加强筋中传力弯钩的方向，保证荷载的传递。2.若混凝土收缩变形（应变）试验采用GB23439-2009《混凝土膨胀剂》的混凝土限制膨胀和收缩测量仪进行，须用测头替代试件中“纵向限制器”，测头的安装应符合GB23439的测距要求。

所述徐变试验装置和试件安装：试件养护至规定龄期，按“说明书附图6”安装，开始收缩应力徐变试验（因结构中混凝土收缩应力在混凝土硬化后即产生，一般要求1d时开始）。

所述试验变形数据测读：徐变试件变形和体积变形（收缩变形）一般由千分表（或其他位移传感器，或应变计）测读。

徐变试件变形由安装于“说明书附图6”中测头与铜棒间的千分表测读，按试件标距计算应变。可测读数据包括：净应变（ε_t,i）、弹性应变（ε_e,i）和总应变（ε_TCT,i），以及不同约束度下徐变试验的ε_C，t,i、ε_C，e,i和ε_C,TCT,i，自然环境下徐变试验的ε_e，t,i、ε_e，e,i和ε_e,TCT,i等。

体积变形试件的变形（收缩应变），按《混凝土膨胀剂》GB23439-2009中附录B的“掺膨胀剂的混凝土限制膨胀率和收缩试验方法”，或《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009试验方法测读计算，可测读数据包括：收缩应变（ε_sh,i），不同约束度下徐变试验的收缩应变ε_C，sh,i，自然环境下徐变试验的收缩应变ε_e，sh,i等。

弹性模量试件的弹性模量按拉伸试验方法试验测算。

各条件和方式所得应变和徐变数据的测算步骤如下：

测试总体步骤是自试验伊始（i=1）加载P₁，测得净应变（ε_t,1）、弹性应变（ε_e,1）、总应变（ε_TCT,1），和收缩应变（ε_sh,1），计算ε_c，1；此后逐次加载P_i，分别测读净应变（ε_t,i）、弹性应变（ε_e,i）、总应变（ε_TCT,i），和收缩应变（ε_sh,i），计算ε_c，i，i=2，3，4，…n…。

各条件和方式形成的试验方法的测试步骤如下:

1.标准徐变室条件梯级加载-混凝土收缩应力徐变试验

1.1收缩变形阈值方法

i=1时，加载P₁，测读收缩应变（ε_sh，1）、弹性应变（ε_e,1）、净应变（ε_t,1）和总应变（ε_TCT,1），当ε_t，1≥T_h（T_h=5με），测算混凝土徐变（ε_c,1），并开始i=2级试验；

当ε_t，i≥T_h，即i=2，3，4，…n…时，按公式（2）计算并加载P_i，测读收缩应变（ε_sh，i）、弹性应变（ε_e,i）、净应变（ε_t,i）和总应变（ε_TCT,i），测算混凝土徐变（ε_c,i），ε_c,i按下式计算：

ε_c,i=ε_TCT,i-ε_sh,i-ε_e,i   （7）

式中：ε_c,i—i级荷载持续期间，试件的拉伸徐变；

ε_TCT,i—i级荷载持续期间，拉伸徐变试件的总应变，从穿孔试件上测读；

ε_sh,i—i级荷载持续期间，同配合比同时拌制混凝土制作的试件自由收缩变形（应变），可由“混凝土限制膨胀和收缩测量仪”测读，因收缩应变为负值，计算时应改为正值；

ε_e,i—i级加载试件发生的弹性应变，可由徐变试验或辅助弹性试验直接测读。

或，ε_c,i=ε_t,i-ε_sh,i   （8）

式中：ε_t,i—i级荷载持续期间，拉伸徐变试件的净应变，由徐变试验直接测读；

ε_c,i，ε_sh.i—同前。

1.2固定龄期方法

按龄期为1d、2d、3d、5d、7d、14d、21d、28d…，按公式（2）计算各级加载量（P_i）并加载，测读收缩应变（ε_sh，i）、弹性应变（ε_e,i）、净应变（ε_t,i）和总应变（ε_TCT,i），按公式（7）或公式（8）测算混凝土徐变（ε_c,i）。

2.考虑结构约束刚度影响的情况

i=1时，按公式（3）计算加载量（P’’₁）并加载，测读和计算各应变和徐变。

2.1收缩变形阈值方法

当ε_t，i≥T_h（T_h=5με），即i=2，3，4，…n…时，加载P’’_i，P’’_i按公式（3）计算，测读收缩应变（ε_C，sh.i）、弹性应变（ε_C，e,i）、净应变（ε_C，t,i）和总应变（ε_C，TCT,i），测算混凝土徐变（ε_C，c,i），徐变按下式计算：

ε_C,c,i=ε_C,t,i-ε_C,sh,i   （9）

式中：ε_C，c,i—考虑约束系数（R）情况的i级加载期间，混凝土拉伸徐变（应变）；

ε_C，t,i—考虑约束系数（R）情况的i级加载期间拉伸徐变试件净应变，可由拉伸徐变试验直接测读；

ε_C，sh.i—考虑约束系数（R）情况的i级加载期间试件发生收缩应变，可由“混凝土限制膨胀和收缩测量仪”测读，因收缩应变为负值，计算时应改为正值。

2.2固定龄期方式

按龄期为1d、2d、3d、5d、7d、14d、21d、28d…，按公式（3）计算各级加载量（P’’_i）并加载，测读变形（应变），按公式（7）或公式（8）测算混凝土徐变（ε_C，c,i）。

3.自然环境条件梯级加载-混凝土收缩应力徐变试验

3.1收缩变形阈值方法

i=1时，加载P_e,1，测读和计算各应变和徐变。

当|ε_e,t，i|≥T_h（T_h=5με），即i=2，3，4，…n…时，加（减）载P_e,i，测读收缩应变（ε_e,shi）、弹性应变（ε_e,e,i）、净应变（ε_e,t,i）和总应变（ε_e,TCT,i），测算混凝土徐变（ε_c,i）。

所述各级加（减）载量（P_e,i）的计算按公式（2）；

混凝土徐变（ε_e,c,i）的计算同（7）式和（8）式。

注意膨胀和收缩的符号差异。

3.2固定龄期方法

按龄期为1d、2d、3d、5d、7d、14d、21d、28d…，计算各级加（减）载量（P_e,i）并加（减）载，测读变形（应变），测算混凝土徐变（ε_e,c,i）。

4.随变加载-混凝土收缩应力徐变试验

4.1完全刚度约束方法

完全刚度约束下，因保持ε_TCT，i=0，当ε_TCT，i≠0时，即调整荷载，测得ε_,c,sh.i和ε’_C，e,i后即可计算ε_C，c,i，，算式同（6）式，标准徐变室和自然环境情况相同，注意后者会减载。

4.2其他约束度（R≠1）的方法

i=1时，加载P’’’_c,1，测读和计算各应变和徐变。所述P’’’_c,1=R×P₁；

i级加载的推算总应变（ε’_C，TCT,i）按（4）式计算；

ε’_C，c,i，按ε’_C，c,i=R·ε_c,i估算；

加荷值（P’’’_c,i），按（5）式计算，测得ε’’_C，TCT,i、ε’’_,c,sh.i和ε’’_C，e,i，按（6）式计算ε’’_C，c,i；

以ε’_C，c,i和ε’’_C，c,i的平均值作为ε_C，e,i。

检验ε’_C，c,i和ε’’_C，c,i间误差，二者相对误差在15%以内，徐变（ε_C，c,i）可作试验结果；相对误差超过15%，则，在i+1级以ε’’_C，c,i重新拟合ε’_C，TCT,i+1，数次调整后的徐变（ε_C，c,i）结果精度将获得提高。

自然环境情况，注意ε_C，e,sh.i的差异，若发生湿胀和升温膨胀时也可能ε’_C，TCT,i＞ε_C，TCT,i，则荷载（配重）应予减小。参照上述步骤和公式亦可得到徐变（ε_{C， e,c,i}）。

5.混凝土收缩应力徐变试验结果的分析计算

根据上述试验方法测得与研究（检测）目的相对应的收缩应力徐变（ε_c,i、ε_{e， c,i}和ε_C，c,i等），按下式计算可得混凝土各龄期的累计收缩应力徐变（ε_T）：

${\mathrm{\ϵ}}_T=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ϵ}}_{c,i}---\left(10\right)$

式中：ε_T—为i=1至i=n级加载前（对应龄期为T_n），n=1,2,3…，试件发生的累计徐变，可以是标准徐变室条件下徐变，亦可是自然环境下徐变；可以是完全刚度下徐变，亦可是其他约束度下徐变；可以是阈值加载方法的徐变，亦可是固定龄期加载方法的徐变等；

ε_c,i—同前，亦可是ε_e，c,i和ε_C，c,i等。

根据ε_T和T_n结果，可绘制ε_T—T曲线（混凝土收缩应力徐变-龄期关系曲线）。

根据ε_T、ε_c,i、ε_e，c,i和ε_C，c,i等也可计算混凝土收缩应力徐变的其他参数，或研究混凝土收缩应力徐变机理和行为。

6.实施例

采用悬挂-配重式混凝土拉伸徐变试验装置及混凝土收缩应力徐变试验方法，结合高速铁路某施工段道床板施工的C30混凝土，进行混凝土收缩应力徐变试验，以收缩变形阈值方法测试标准徐变室条件、约束系数分别为0.9、0.8、0.7、0.3的收缩应力徐变；以固定龄期方式测试自然环境下混凝土收缩应力徐变。

混凝土主要原材料有P·O42.5R水泥、河砂、碎石、聚羧酸系高性能减水剂、II级粉煤灰、S95矿渣粉和自来水等，混凝土配合比如表1，

表1混凝土配合比kg/m³

编号	水	水泥	粉煤灰	矿粉	粗骨料	细骨料	减水剂
								WG	121	291	75	52	1181	734	2.89

6.1制备试件

按配合比拌制混凝土，制备表2所列数量的试件。

表2各种试件制作数量

6.2试验

试件标准养护1d后，在标准徐变室和自然环境条件安装试验装置，开始试验，测读数据和加载后测读数据。

6.2.1加载

（1）初级加载：初级加载按公式（2）计算，式中A、E_t,0、ε_sh,0和ε_c,0按试件尺寸和C30混凝土既有研究数据取值，本实施例的试件标距处横截面尺寸100mm×100mm，A=100mm×100mm，E_t,0、ε_sh,0和ε_c,0的既有研究数据和资料中数据分别为，混凝土1d收缩应变值70～400με，收缩应力徐变值40～350με[相当于应力徐变松弛系数57%～86%（取72%）]，混凝土早期弹性模量12.0～25.0GPa，取值后近似计算得P₁=1.4×100mm×100mm×20.0GPa×(1-0.72)×100με=7840N，取整且换算为kg单位，P₁≈800kg，该荷载所施拉伸应力也低于早龄期混凝土1～2MPa抗拉强度，为拉伸强度的45～90%区间，试验表明：对于C25～C45混凝土，该取值基本适用，确定P₁=800kg。

考虑约束系数时按公式（3）计算。

（2）后续加载：此后各级加载按公式（2）和公式（3）计算，变形数据取自6.2.2。

标准徐变室条件（收缩变形阈值方式，R=0.9、0.8、0.7、0.3）的收缩应力徐变和自然环境条件（固定龄期方式）的56d内各级加载值，见表3。

表3各级加载值kg

加载情况说明：收缩阈值方法对约束系数低（R=0.3）不完全适用，宜采用固定龄期方法，或随变加载方法，如同自然环境下采用的固定龄期方法测试混凝土收缩应力徐变。

6.2.2测读变形数据

测读各级变形，按标距计算收缩应变（ε_sh，i）、弹性应变（ε_e,i）、净应变（ε_t,i）和总应变（ε_TCT,i），将ε_sh，i、ε_e,i、ε_t,i和ε_TCT,i与T_n绘制曲线，标准徐变室条件的收缩应变曲线和加载瞬时（弹性）应变曲线如说明书附图9a和图9b；自然环境条件的收缩应变曲线和加载瞬时（弹性）应变曲线如图10a和图10b。

6.3收缩应力徐变试验结果

标准徐变室条件按公式（9），自然环境条件按公式（7）或公式（8）计算ε_c,i，再按公式（10）计算ε_T，绘制ε_T—T曲线。

标准徐变室条件（R=0.9、0.8、0.7、0.3）的所测C30混凝土的收缩应力徐变曲线如说明书附图9c。

自然环境（固定龄期方式）所测C30混凝土的收缩应力徐变曲线如说明书附图10c。

本发明可以测得混凝土收缩应力徐变，尤其是实现了自然环境下混凝土收缩应力徐变，可进行与混凝土收缩应力徐变相关的研究和工程检测。

Claims (9)

1.混凝土拉伸徐变试验装置，所述混凝土拉伸徐变试验装置包括：支架、上穿孔-铰接式夹头、下穿孔-铰接式夹头、穿孔试件、变形计和配重荷载，其特征在于，所述穿孔试件两端分别与上、下穿孔-铰接式夹头联接，且在所述穿孔试件两侧设置所述变形计，所述与穿孔试件联接的两个穿孔-铰接式夹头，分别悬挂于所述支架上，和与所述配重荷载联接，形成总体试验装置。

2.根据权利要求1所述的混凝土拉伸徐变试验装置，其特征在于：所述穿孔-铰接式夹头包括：钢制外框、半球铰接连接杆和穿孔铰接用钢杆轴；所述钢制外框呈U型，横梁中有球缺形孔，该孔适合与半球铰接连接杆形成半球铰接，所述钢制外框的U型两侧边杆上各设有一个可插装穿孔铰接用钢杆轴的圆孔；所述半球铰接连接杆为钢制圆杆，一端呈半球状，适合与所述钢制外框组成半球铰接，另端杆头含挂钩或圆环，可悬挂于所述支架，和与所述配重荷载联接；所述穿孔铰接用钢杆轴为含螺帽的螺杆标准件；所述穿孔-铰接式夹头技术要求：穿孔铰接用钢杆轴的轴线与半球铰接连接杆轴线在同一平面，不同面误差小于0.2mm；穿孔铰接用钢杆轴的轴线与半球铰接连接杆轴线的保持垂直，垂直角度误差≤±0.5°，保证试件几何对中和物理对中。

3.根据权利要求1所述的混凝土拉伸徐变试验装置，其特征在于：所述穿孔试件为混凝土棱柱体，或端头扩大棱柱体，棱柱体试件纵向两端或端头扩大棱柱体试件的两端扩大端头处各设有一个穿孔，穿孔试件中段侧面对称设有变形测读标距；所述穿孔试件两端穿孔的轴线在试件成型时的水平的纵轴面上，且与纵轴垂直；所述穿孔试件两个穿孔在试件成型时由安装在试模的侧模上的刚性、低摩阻力套管形成，所述穿孔的轴线距穿孔试件最近的端面距离应≥50mm；所述穿孔试件在成型时套管外侧预设有螺旋加强筋，所述螺旋加强筋的螺旋环的中心线与所述通孔或套管的轴线重合，且螺旋加强筋含有弯头，所述弯头为加强筋端部、平行于试件横断面的弯折段，所述穿孔试件中穿孔用于穿插所述穿孔-铰接式夹头的穿孔铰接用钢杆轴，使试件与夹头间形成铰式联接；所述变形测读标距由穿孔试件成型时预埋的两对测头预埋件形成，所述测头预埋件是在试件成型时通过可拆卸的联接在成型试模的侧模上，拆模后预埋在试件中的测头预埋件，测头预埋件用于安装变形计测读变形，计算应变，所述变形测读标距在穿孔试件的两个穿孔之间，在成型时的试件水平纵轴面上，要求测头与穿孔中心轴的间距l’≥0.8a+1/2d，其中：a为试件横截面边长，d为套管直径，标距L≥120mm，所述穿孔试件的变形测读标距处的横截面为正方形，边长为≥100mm的常规试件尺寸。

4.混凝土收缩应力徐变试验方法，其特征在于，按照标准徐变室和自然环境两种环境条件，完全和非完全结构约束刚度两种约束情况，采用“梯级加载”和“随变加载”两种加载方式，以及收缩阈值和固定龄期两种加载控制条件，测试混凝土收缩应力徐变的试验方法；

所述标准徐变室是指符合《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009中混凝土收缩试验所要求的温湿度条件，或《水工混凝土试验规程》DL/T5150-2001规定的标准徐变室条件；

所述自然环境即为试验所选室外环境；

所述完全和非完全结构约束刚度为结构对混凝土收缩的约束程度，约束程度用约束系数R表征，完全结构约束刚度R=1，非完全结构约束刚度R＜1；

所述梯级加载方式，是按收缩变形阈值和固定龄期两种加载条件测试混凝土收缩应力徐变的试验方式；

所述随变加载方式包括2种方式；

一种是指在完全刚度约束，即R=1下，试验保持试件标距内的总应变ε_TCT，i=0，当ε_TCT，i≠0时，通过调整配重来保持ε_TCT，i=0；

另一种是指在非完全刚度约束，即R＜1下，随变加载须推算i级加载时的总应变ε’_C,TCT,i作为徐变试件变形的控制值，当实测的总应变不等于ε’_C，TCT,i时，调整配重，使实测的总应变等于ε’_C，TCT,i；

所述收缩阈值加载控制条件，为试验中试件的收缩和徐变引起的净应变ε_t，i达到阈值T_h时进行加载的条件；所述净应变ε_t，i=ε_sh,i-ε_c,i，ε_sh,i是i级荷载持续期间混凝土的自由收缩应变，ε_c,i是i级荷载持续期间混凝土的徐变，该值由试验直接测读，所述阈值设定为T_h=5με；

所述固定龄期加载控制条件是按固定龄期加载测试的条件；

所述混凝土收缩应力徐变试验方法，即收缩应力下混凝土拉伸徐变试验方法，由上述试验条件和方式形成标准徐变室条件梯级加载试验方法、自然环境条件试验方法以及随变加载试验方法；所述梯级加载试验方法是指收缩变形阈值加载方法、固定龄期加载方法、约束刚度情况下加载方法中的一种。

5.根据权利要求4所述混凝土收缩应力徐变试验方法，其特征在于：标准徐变室条件的收缩变形阈值加载方法，实测i-1级加载期间试件收缩和徐变引起的净应变ε_t，i-1，当ε_t，i-1≥T_h时，计算i级的加载量P_i并加载，以测读收缩应变ε_sh，i-1、弹性应变ε_e,i-1、净应变ε_t,i-1和总应变ε_TCT,i-1，测算混凝土徐变ε_c,i-1；所述i级加载量（P_i）为：

P_i=k_i·A·E_t，i·(-ε_sh，i-1-ε_c，i-1)  i=1、2、3…n…  （2）

公式（2）中，P_i为i级加载值，k_i为i级加载修正系数，A为试件受力面积，E_t,i为i级加载时混凝土拉伸弹性模量，ε_sh,i-1为i-1级荷载持续期间混凝土自由收缩应变，ε_c,i-1为i-1级荷载时混凝土的收缩应力徐变，i为试验时各级加载和测读的序号，i=1,2,3…n…，当i=1时，E_t,1为1级加载时混凝土拉伸弹性模量，ε_sh,0为1级荷载时混凝土的自由收缩应变，ε_c,0为1级荷载时混凝土的收缩应力徐变，E_t,1、ε_sh,0、ε_c,0通过辅助试验或既有研究数据确定，对于C25～C45混凝土、试件标距处横截面尺寸为100×100mm、1d龄期加载的推荐值为P₁=800kg；

混凝土徐变ε_c,i由试验测读各参数按公式（7）计算：

ε_c,i=ε_TCT,i-ε_sh,i-ε_e,i   （7）

公式（7）中各符号同前述。

6.根据权利要求4所述的混凝土收缩应力徐变试验方法，其特征在于：标准徐变室条件梯级加载试验方法的固定龄期方法，是按固定龄期加载测试，计算各级加载量P’_i并加载，测读变形，转换为应变，按公式（7）计算混凝土徐变ε_c,i，所述龄期为混凝土通常龄期，固定龄期可为1d、2d、3d、5d、7d、14d、21d、28d…；所述加载量P’_i采用公式（2）计算和取值。

7.根据权利要求4所述的混凝土收缩应力徐变试验方法，其特征在于：标准徐变室条件梯级加载试验方法的考虑结构约束刚度的加载方法，是依据约束情况R，按收缩变形阈值和固定龄期两种方式，计算加载值P_i’’，并加载，测读变形，转换为应变，采用公式（7）计算混凝土徐变ε_C-c,i；所述加载值P_i’’按公式（3）计算，

P_i''=k_i·R·A·E_t,i·(-ε_sh,i-1-ε_c,i-1)   （3）

公式（3）中，R为结构对混凝土约束系数，其余符号同前；所述测试混凝土徐变ε_C-c,i的各参数和计算同前。

8.根据权利要求4所述的混凝土收缩应力徐变试验方法，其特征在于：自然环境条件试验方法，是将徐变试验装置，以及用于测量体积变形的试件置于环境条件中进行试验，按变形阈值和固定龄期两种方法，以及考虑完全和非完全结构约束刚度两种情况，逐级加载或减载，测读自由缩胀应变ε_e，sh,i、弹性应变ε_e，e,i、净应变ε_e，t,i和总应变ε_e,TCT,i，按式（11）计算混凝土徐变ε_e,c,i；

ε_e,c,i=ε_e,TCT,i-ε_e,sh,i-ε_e,e,i   （11）

所述自然环境条件试验方法的变形阈值方法是，当ε_t，i≥T_h，即加载，当ε_t，i≤-T_h，即减载；

所述测读自由缩胀应变ε_e，sh,i是将变形试件置于自然环境变形，测量仪置于标准徐变室环境，取置于自然环境试件至标准徐变室环境测读自身缩胀变形-应变（ε_e,shi），要求3～5min内完成；所述体积变形试件和测量仪采用GB23439-2009《混凝土膨胀剂》中进行混凝土限制膨胀试验的试件、混凝土限制膨胀和收缩测量仪，制作试件时须用测头替代试件中“纵向限制器”，且测头的安装应符合GB23439的测距要求；所述弹性应变ε_e，e,i、净应变ε_e，t,i和总应变ε_e,TCT,i同前述。

9.根据权利要求4所述的混凝土收缩应力徐变试验方法，其特征在于：随变加载试验方法，是考虑结构约束度R=1下混凝土应变，保持混凝土试件总应变ε_{TCT， i}=0，而加、减荷载，测试各应变，按公式（7）计算徐变；

其他约束系数R＜1，按公式（6）推算总应变ε’_C,TCT,i，

ε'_C,TCT,i=ε_sh,i+ε'_C,c,i+ε'_C,e,i   （6）

式中，ε_sh,i为混凝土自由缩胀应变；ε’_C，c,i为推算徐变，按ε’_C，c,i=R·ε_c,i计算；ε’_{C， e,i}为加载时实测的混凝土弹性应变，或按ε’_C，e,i=R·ε_C,e,i计算；

当ε_TCT，i≠ε’_C，TCT,i时，加减荷载，测算各应变，按（6）式计算ε’’_C，c,i；检验ε’_C，c,i和ε’’_C，c,i间误差，二者相对误差在15%以内，以ε’_C，c,i和ε’’_C，c,i的平均值作为ε_C，e,i；相对误差超过15%，则，在i+1级以ε’’_C，c,i重新拟合ε’_{C，TCT,i+1，}数次调整后的徐变ε_C，c,i结果精度将获得提高。

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