CN114323933A - 基于高聚物与混凝土接触面力学特性的测试***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***,包括制样测试一体装置和采集机构;制样测试一体装置包括可调节的试验箱本体和压力控制结构;试验箱体包括用于放置预制混凝土的两个第一腔体和位于两个第一腔体之间的第二腔体,第二腔体用于放置待试验注浆试样;压力控制结构用于对放置在两个第一腔体中的混凝土施加相对作用力;采集机构用于实时采集待试验注浆试样在相对作用力下的变形数据。本发明还公开了一种基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试方法。旨在获取高聚物与混凝土接触面的变形数据。
Description
技术领域
本发明涉及力学测量仪器领域,尤其涉及一种基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***及方法。
背景技术
高聚物注浆技术指在压力作用下将双组份原材料注入岩土体裂隙内,原材料经过化学反应后生成固体介质,从而达到抬升上部结构、充填空洞裂隙和防渗堵漏的目的。高聚物注浆技术在交通、水利和市政等基础工程设施非开挖快速修复中取得了成功应用。在实际工程中,高聚物注浆试样通常和路基、管道、堤坝等既有工程体紧密贴合,出现了高聚物材料与混凝土接触面这一工程问题。
目前科研人员主要是采用直剪法研究高聚物与混凝土接触面的力学特性,现有的方法或装置难以获得接触面的变形特征,且试样的制备和力学测试过程是分开进行的,接触面易受到扰动。现有专利CN201920166352.2公开了一种交通荷载作用下埋地管道力学响应试验装置,通过更换填土类型、改变压实度、调节变径板、顶推不同长度抽屉式脱空箱、滚动反力架和作动器、改变填土高度、改变含水率的方式考量土质、压实度、管径、脱空长度、交通荷载作用位置、埋深、含水量对埋地管道力学响应的影响,为交通荷载作用下正常和脱空埋地管道受力机理研究和高聚物修复管底脱空效果评价提供可靠的数据依据,可见,其针对的是管道在交通载荷作用下的数据参数变化情况,并未对管道与混凝土接触面进行分析,进而亟需一种可以用于研究高聚物与混凝土接触面的力学特性的装置。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***及方法,旨在解决现有技术中难以获取高聚物与混凝土接触面的力学特性的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供一种基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***,包括制样测试一体装置和采集机构;
所述制样测试一体装置包括可调节的试验箱本体和压力控制结构;
所述试验箱体包括用于放置预制混凝土的两个第一腔体和位于所述两个第一腔体之间的第二腔体,所述第二腔体用于放置待试验注浆试样;
所述压力控制结构用于对放置在两个第一腔体中的混凝土施加相对作用力;
所述采集机构用于实时采集所述待试验注浆试样在相对作用力下的变形数据。
可选地,所述第二腔体包括两个活动式挡板和一个活动式底板。
可选地,所述试验箱本体还包括可移动密封盖,所述可移动密封盖覆盖在所述两个第一腔体和第二腔体上方,所述可移动密封盖表面设置有注浆孔。
可选地,所述可移动密封盖表面还设置有观测孔。
可选地,所述压力控制结构还包括至少两根贯通所述试验箱本体的贯通式螺栓,各贯通式螺栓平行于两个第一腔体中的混凝土所受的的相对作用力方向,且位于所述两个第一腔体和第二腔体外侧。
可选地,处于同一水平的两个贯通式螺栓与所述试验箱本体的侧表面之间设置有垫片,各垫片下方设置有压力感应器。
可选地,所述制样测试一体装置还包括刚性垫片,所述刚性垫片放置在固化的注浆试样的上表面。
此外,为实现上述目的,本发明还提供一种基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试方法,采用上述任一项所述的基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***,所述方法包括以下步骤:
在固化的注浆试样与两个预制混凝土的接触面喷涂目标物质,所述固化的注浆试样位于所述两个预制混凝土之间;
对所述两个预制混凝土侧表面施加相对作用力,以使所述固化的注浆试样在相对作用力下发生形变;
实时采集所述固化的注浆试样在相对作用力下的变形数据。
可选地,所述在固化的注浆试样与两个预制混凝土的接触面喷涂目标物质的步骤之前,包括:
在制样测试一体装置的两个间隔的第一腔体中分别放入预制混凝土;
在所述制样测试一体装置上方盖上密封盖,所述密封盖贯通设置有注浆孔;
通过所述注浆孔向所述两个第一腔体之间的第二腔体注射注浆试样,直至注浆试样达到预设重量。
可选地,所述对所述两个预制混凝土侧表面施加相对作用力的同时,还包括:
对固化的注浆试样上表面施加作用力。
本发明提出的一种基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***,包括制样测试一体装置和采集机构;所述制样测试一体装置包括可调节的试验箱本体和压力控制结构;所述试验箱体包括用于放置预制混凝土的两个第一腔体和位于所述两个第一腔体之间的第二腔体,所述第二腔体用于放置待试验注浆试样;所述压力控制结构用于对放置在两个第一腔体中的混凝土施加相对作用力;所述采集机构用于实时采集所述待试验注浆试样在相对作用力下的变形数据。该测试***的兼具制备试验试样和力学测试试验试样一体化,进而提高了试验试样测试的数据准确率,以及为定量评价高聚物注浆修复效果的提供了夯实的理论基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***一实施例的效果示意图;
图2为图1所示实施例中试验箱本体的俯视简图;
图3为图1所示实施例中试验箱本体的后视图;
图4为图1所示实施例中试验箱本体的右视图;
图5为图1所示实施例中试验箱本体的底部俯视图;
图6为图1所示实施例中试验箱本体的密封盖的俯视图;
图7为本发明基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试方法一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
附图标号说明:
标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
1 | 试验箱本体 | 2 | 采集机构 |
3 | 注浆试样 | 4 | 混凝土 |
5 | 压力控制结构 | 6 | 刚性垫板 |
11 | 第一腔体 | 12 | 第二腔体 |
13 | 密封盖 | 14 | 辅助结构 |
51 | 压力传感器 | 52 | 贯通式螺栓 |
53 | 垫片 | 111 | 侧挡板 |
112 | 前/后挡板 | 113 | 底板 |
121 | 活动式底板 | 122 | 活动式挡板 |
131 | 注浆孔 | 132 | 观测孔 |
133 | 固定件 | 1321 | 阀门 |
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
参见图1至图6,本发明提供提供一种基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***,包括制样测试一体装置和采集机构2;所述制样测试一体装置包括可调节的试验箱本体1和压力控制结构5;所述试验箱本体1包括用于放置预制混凝土4的两个第一腔体11和位于所述两个第一腔体之间的第二腔体12,所述第二腔体12用于放置待试验注浆试样3;所述压力控制结构5用于对放置在两个第一腔体11中的混凝土4施加相对作用力;所述采集机构2用于实时采集所述待试验注浆试样3在相对作用力下的变形数据。
具体地,注浆试样3一般为高聚物,如图3至5所示,所述试验箱本体1包括两组侧挡板111、两块前/后挡板112、底板113、两个活动式挡板122和一个活动式底121板拼接形成的容纳腔体,所述容纳腔体分为两个第一腔体11和一个第二腔体12,其中两组侧挡板111、两块前/后挡板112和底板113形成两个第一腔体11,以及由两个活动式挡板122和一个活动式底板121形成的第二腔体12将两个第一腔体11隔开。此外,所述两个第一腔体11的尺寸可以设置相同,也可以不同。
进一步地,所述底板113还贯通设置有辅助结构14,所述辅助结构14两端通过固定件与底板113的侧表面固定,所述辅助结构14起到加强固定试验箱本体1稳固性。其中所述固定件多采用螺栓与螺母进行匹配固定。
进一步地,如图2所示,所述两个活动式挡板122不接触且间隔预设距离,两个活动式挡板122的间隔距离与放入第一腔体11中的混凝土4长度相匹配。优选地,所述两个活动式挡板122平行设置,进而可以得到规整的固化试样。在制备试样时,需要将两个活动式挡板122、一个活动式底板121与第一腔体11中放置的混凝土围成第二腔体12,以方便在第二腔体12中注入待试验注浆材料;并在制备完成后,将两个活动式挡板122、一个活动式底板121拆除,并露出高聚物-混凝土接触面,以备后续测试使用。
进一步地,如图3至4所示,所述试验箱本体1还包括可移动密封盖13,所述可移动密封盖13覆盖在所述两个第一腔体11和第二腔体12上方,且所述可移动密封盖13通过固定件133分别与两个侧挡板111进行固定,固定件133多采用螺栓与螺母进行固定。密封盖13的设置,使得在制备试样时可以避免外界环境对制备的影响,进而提高后续测试的准确性。
进一步地,如图6所示,所述可移动密封盖13表面设置有注浆孔131。
进一步地,所述可移动密封盖13表面还设置有观测孔132。
具体地,所述注浆孔131和观测孔132贯通所述可移动密封盖13且与第二腔体12连通,观测孔132可以有利于在制备试样的过程中排出多余的空气,以及实时确定注浆孔131中注射浆料量的情况。此外,所述观测孔132出口还设置有关闭阀门1321。
进一步地,如图3所示,所述压力控制结构5还包括至少两根贯通所述试验箱本体1的贯通式螺栓52,各贯通式螺栓52平行于两个第一腔体11中的混凝土所受的相对作用力方向,且位于所述两个第一腔体11和第二腔体12外侧。具体地,所述各贯通式螺栓52贯通所述试验箱本体1并通过相应的固定件与试验箱本体1的两个侧挡板111固定,且位于放置预制混凝土4和高聚物试样3的外侧,进而方便对预制混凝土4和高聚物试样3施加可调节的作用力。其中所述固定件多采用螺栓与螺母进行匹配固定。
进一步地,处于同一水平的两个贯通式螺栓52与所述试验箱本体1的侧表面之间设置有垫片53,各垫片下方设置有压力感应器51。具体地,底板53为矩形结构,且底板的长度大于或等于所述侧挡板111的宽度,并且在各垫片53下方设置有多个压力传感器51,如图4所示,单个垫片53连接着两根相互平行的贯通式螺栓52,以及单块垫片53下方设置有3个压力传感器51,以及在侧挡板111上设置有两块垫片。该垫片53的设置,可以实现通过螺母连接两个处于同一水平的贯通式螺栓52,进而在一定程度上起到均匀受力的效果。一般地,在测试时,将制样测试一体装置放置在电液伺服试验机上,并通过逐渐拧紧贯通式螺栓52实现对预制混凝土4和高聚物试样3的接触面施加法向荷载至预设要求,并通过压力传感器51对法向应力进行实时监测。
进一步地,所述制样测试一体装置还包括刚性垫片6,所述刚性垫片6放置在固化的注浆试样3的上表面。具体地,在测试过程中,除了需要采集二维的相对作用力,还要根据实际需求设置施加在试样上表面的压力,进而通过设置刚性垫片6,使得固化的注浆试样3均匀受力。
此外,为实现上述目的,本发明还提供一种混凝土接触面力学特性测试方法,采用上述任一项所述的混凝土接触面力学特性测试***,所述方法包括以下步骤:
步骤S1,在固化的注浆试样与两个预制混凝土4的接触面喷涂目标物质,所述固化的注浆试样3位于所述两个预制混凝土4之间;
具体地,将注浆试样3与两个预制混凝土4接触面上均匀喷涂散斑后将整体装置移至电液伺服试验机进行测试。
步骤S2,对所述两个预制混凝土4侧表面施加相对作用力,以使所述固化的注浆试样在相对作用力下发生形变;
步骤S3,实时采集所述固化的注浆试样3在相对作用力下的变形数据。
具体地,通过设置的压力传感器51对所述两个预制混凝土4侧表面所受的法向应力进行实时监测,并且,在所述步骤S2的同时,还通过设置在固化的注浆试样3上表面的刚性垫片6施加向下的作用力。进而借助试验机和刚性垫片6向固化的注浆试样试样施加荷载,并借助于采集机构2对接触面的三维应变数据进行实时采集,接触面的黏结强度t通过如下公式计算:
其中,F为试样破坏时的荷载,L为接触面边长;m为刚性垫片质量;g为重力加速度;
具体地,所述采集机构2为DIC高清数字照相变形量测***。
进一步地,所述在固化的注浆试样与两个预制混凝土的接触面喷涂目标物质的步骤之前,还包括:
步骤S5,在制样测试一体装置的两个间隔的第一腔体11中分别放入预制混凝土4;
步骤S6,在所述制样测试一体装置上方盖上密封盖13,所述密封盖13贯通设置有注浆孔131;
步骤S7,通过所述注浆孔131向所述两个第一腔体11之间的第二腔体12注射注浆试样,直至注浆试样达到预设重量。
具体地,通过注浆孔131向两块混凝土4中间位置注射高聚物注浆试样3原材料,当有原材料从观测孔132溢出时关闭阀门1321,继续注射高聚物原材料至预设重量。
本实施例的测试方法采用兼具制备试验试样和力学测试试验试样一体化,一方面保障了试样的制备过程及力学试验过程是连续进行的,避免试样移动过程中接触面受到外界扰动,另一方面,可以实现对接触面的三维应变场的实时监测与采集。此外,可以通过向注浆区域内预先充满水,来模拟有水条件下的高聚物注浆过程,研究接触面含水率对其力学特性的影响规律。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者***不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个......”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者***中还存在另外的相同要素。上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***,其特征在于,包括制样测试一体装置和采集机构;
所述制样测试一体装置包括可调节的试验箱本体和压力控制结构;
所述试验箱体包括用于放置预制混凝土的两个第一腔体和位于所述两个第一腔体之间的第二腔体,所述第二腔体用于放置待试验注浆试样;
所述压力控制结构用于对放置在两个第一腔体中的混凝土施加相对作用力;
所述采集机构用于实时采集所述待试验注浆试样在相对作用力下的变形数据。
2.根据权利要求1所述的基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***,其特征在于,所述第二腔体包括两个活动式挡板和一个活动式底板。
3.根据权利要求2所述的基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***,其特征在于,所述试验箱本体还包括可移动密封盖,所述可移动密封盖覆盖在所述两个第一腔体和第二腔体上方,所述可移动密封盖表面设置有注浆孔。
4.根据权利要求3所述的基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***,其特征在于,所述可移动密封盖表面还设置有观测孔。
5.根据权利要求1所述的基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***,其特征在于,所述压力控制结构包括至少两根贯通所述试验箱本体的贯通式螺栓,各贯通式螺栓平行于两个第一腔体中的混凝土所受的相对作用力方向,且位于所述两个第一腔体和第二腔体外侧。
6.根据权利要求5所述的基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***,其特征在于,处于同一水平的两个贯通式螺栓与所述试验箱本体的侧表面之间设置有垫片,各垫片下方设置有压力感应器。
7.根据权利要求6所述的混凝土接触面力学特性测试***,其特征在于,所述制样测试一体装置还包括刚性垫片,所述刚性垫片放置在固化的注浆试样的上表面。
8.一种基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试方法,其特征在于,采用上述权利要求1至7中任一项所述的基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试***,所述方法包括以下步骤:
在固化的注浆试样与两个预制混凝土的接触面喷涂目标物质,所述固化的注浆试样位于所述两个预制混凝土之间;
对所述两个预制混凝土侧表面施加相对作用力,以使所述固化的注浆试样在相对作用力下发生形变;
实时采集所述固化的注浆试样在相对作用力下的变形数据。
9.根据权利要求8所述的基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试方法,其特征在于,所述在固化的注浆试样与两个预制混凝土的接触面喷涂目标物质的步骤之前,包括:
在制样测试一体装置的两个间隔的第一腔体中分别放入预制混凝土;
在所述制样测试一体装置上方盖上密封盖,所述密封盖贯通设置有注浆孔;
通过所述注浆孔向所述两个第一腔体之间的第二腔体注射注浆试样,直至注浆试样达到预设重量。
10.根据权利要求8所述的基于高聚物与混凝土接触面力学特性测试方法,其特征在于,所述对所述两个预制混凝土侧表面施加相对作用力的同时,还包括:
对固化的注浆试样上表面施加作用力。
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