[发明专利]X射线计算机断层扫描原位测试水泥基材料的加载装置

说明书

技术领域

本发明提出一种新的加载装置，通过对称加载的设计方法，结合X射线计算机断层扫描技术，可以分析水泥基材料试件在荷载和环境因素（包括碳化、冻融、氯离子渗透、干湿交替等劣化因素）耦合作用下，其微结构的演变情况。本装置采用四点弯曲的加载方式，可以区分出砂浆试件受到弯压作用和弯拉作用的区域，分别测定其微结构随着环境的演变情况，该发明属于水泥和混凝土基础研究领域。

背景技术

近年来，X射线计算机断层扫描技术已成为获取多孔材料内部结构无损图像的有力工具，其基本工作原理是利用X射线源围绕物体旋转收集射线衰减信息来重建图像。

该技术可很好地表征多孔体的显微构造，被成功地应用于多孔结构及其变形模式的研究，这与X射线在该类材料中的低吸收有关。对于水泥基材料，X射线计算机断层扫描技术已经被用于断裂、硫酸盐侵蚀、碳化及水泥水化等方面的研究。考虑到实际的服役环境，水泥基材料在发生结构劣化时，总是伴随荷载的作用，所以，在无荷载条件下得到的微观结构的演变，并不能完全吻合实际情况。目前用于X射线计算机断层扫描的试验对象，还局限于无应力作用下的试件。已经公开报道的荷载与环境耦合作用的试验装置，常常不能避开装置自身的干扰，对试件进行图像重构时，难以消除伪影的影响。

在加载装置的研制领域，如果要考虑荷载与环境因素的共同作用，则已经研制的加载装置，还没有完全符合实际需要的。然而，为了分析荷载与环境因素耦合作用下，试件微结构演变的实际情况，考虑荷载因素，又是非常有必要的。目前尚未见国内外公开报道。因此，本装置的开发具备实际意义，填补了这一区域的空白。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种分析荷载与环境耦合作用下，水泥基材料微结构演变的试验装置。

技术方案：本发明的X射线计算机断层扫描原位测试水泥基材料的加载装置包括：双头螺杆、调节螺帽,金属垫片、弹簧、砂浆试块、砂浆垫棍、固定螺帽；其中，砂浆试块有上、下两块，在两块砂浆试块之间垫有砂浆垫棍，在砂浆试块的两侧壁内分别设有一根穿过两块砂浆试块的双头螺杆，双头螺杆的一端与固定螺帽连接，螺杆的另一端穿过砂浆试块和金属垫片，被调节螺帽固定住，弹簧套在双头螺杆上并位于砂浆试块与金属垫片之间。

砂浆垫棍和两个弹簧螺杆，其中两个弹簧螺杆包括双头螺杆两个、调节螺帽两个,金属垫片两个、弹簧两个 、固定螺帽两个分别穿插固定于两个砂浆试件的端部。

本发明的特点如下： 1）控制加载应力大小问题的解决

本加载装置在砂浆试块与金属垫片之间串联了弹簧，由于已知弹簧的胡克系数，所以，控制弹簧的压缩量，就可以控制试件所受的应力水平；

2）X射线计算机断层扫描成像受金属干扰严重问题的解决

加载装置中的金属会对X射线计算机断层扫描成像带来较大的干扰，造成重构图像中存在较严重的伪影。采用密度较小的高强度材料制作加载装置是一条可行的解决办法，但会增加实验的成本。本加载装置采用对称加载的方法，将加载装置金属部分布置在X射线扫描区以外，只要扫描的角度合适，就可以避开金属的干扰； 

3）荷载与环境因素耦合问题的解决

传统的微观试验，其试验的对象多为自然状态的样品，不受应力作用，所以不能准确反映荷载与环境因素耦合对水泥基材料耐久性的影响。本加载装置自身可以连同砂浆试件一起参与X射线计算机断层扫描扫描，所以扫描的结果表征的是试件受到荷载与环境因素耦合时，其即时的内部微结构情况。另外，本装置对试件施加弯曲荷载，试件不同区域承受不同的应力，从而可以在试件上，划分出受弯压与受弯拉作用的区域。研究不同区域内部微结构演变情况，可以分析不同应力与环境因素耦合作用对水泥基材料耐久性的影响； 

有益效果：

1）本加载装置占用体积小，可利用现有碳化箱、冻融试验机、烘箱、化学腐

蚀实验箱等进行多因素耐久性试验，并满足短期内大批量试验的要求。

2）完全采用不锈钢设计，避免在试验过程中出现加载装置发生锈蚀而导致的应力变化情况的出现。

3）采用本发明的方法，一方面可以测试试件的抗环境侵蚀能力，另一方面还可初步判断荷载对试件内部微结构的影响，从而综合评价荷载与环境因素对试件的影响。

附图说明

图1是混凝土多因素耐久性实验装置主视图。

图2是图1的左视图。

该装置包括：双头螺杆1、调节螺帽2,金属垫片3、弹簧4、砂浆试块5、砂浆垫棍6、固定螺帽7。