[发明专利]一种水泥石微观单边劈裂测试装置与方法

权利要求书

1.一种水泥石微观单边劈裂测试装置，其特征在于，包括：

运行区，用于搭载各模块，包括工作台、机械模块、水冷模块、清洁模块、和监测模块；所述的工作台，用于驱动试样在X方向、Y方向、z方向的移动和绕z轴转动；所述的机械模块设置在工作台一侧，由中央立柱、加工机具和测试机具组成，所述的中央立柱上设有可绕其旋转和z方向升降的加工机具和测试机具；所述的水冷模块、清洁模块设置在工作台一侧，实现试样加工过程的水冷和清洁；所述监测模块监控试样的制备、测试过程；

所述的工作台由水平驱动机构和旋转升降驱动机构组成，所述的水平驱动机构设置于旋转升降驱动机构顶部，实现试样在X方向和Y方向的移动；所述的旋转升降驱动机构可控制水平驱动机构z向平动和绕z轴转动；

所述的加工机具，由第一转向盘、连接臂、加工电机、组合刀片、转向头和内置压力传感器组成，所述的第一转向盘安装在中央立柱上，连接臂一端连接转向盘，一端连接加工电机，所述的加工电机连接转向头，转向头处安装有组合刀片，压力传感器内置于加工机具，用于控制试样加工时的打磨力度和削切力度，保证切面平整；

所述的组合刀片，为打磨、削切功能二合一的刀片，刀片内圈为金刚石磨片，磨片表面布置有30-125μm粒径的磨粒，刀片外圈为橡胶切割片，弹性模量应为5000-8000Mpa；

控制区，由主控台和显示器组成，各模块通过相应的控制器集成于主控台，显示器用于实现人机交互。

2.如权利要求1所述的水泥石微观单边劈裂测试装置，其特征在于，在水平驱动机构的顶部开口设有载具固定槽，用于固定载具，开口尺寸与载具外形相同，内部设置有真空吸盘。

3.如权利要求1所述的水泥石微观单边劈裂测试装置，其特征在于，所述的机械模块由中央立柱、加工机具和测试机具组成，所述的中央立柱支撑于工作室底板上，其上设有可绕其旋转的加工机具和测试机具；且在中央立柱内部设有金属滑槽，滑槽内设有升降机构，所述的升降机构驱动所述的加工机具和测试机具在z向的自由移动。

4.如权利要求1所述的水泥石微观单边劈裂测试装置，其特征在于，所述的测试机具，由第二转向盘、连接臂、纳米级加载设备、楔形金属压头组成，所述的第二转向盘安装在中央立柱上，连接臂连接第二转向盘和纳米级加载设备，纳米级加载设备驱动所述的楔形金属压头，用于测设试样。

5.如权利要求1所述的水泥石微观单边劈裂测试装置，其特征在于，还包括循环模块，循环模块由双层金属过滤网、刮渣器、废渣槽和过滤槽组成；其中，双层金属过滤网设置在过滤槽上，用于过滤试样加工过程中产生的废液，滤去其中的杂质和废渣；刮渣器设置于上层金属过滤网的一侧；废渣槽设置在上层金属过滤网的另外一端。

6.如权利要求1所述的水泥石微观单边劈裂测试装置，其特征在于，所述的监测模块，由可变焦放大镜头、镜头调节器、移动滑轨和显示器组成；其中，镜头调节器可调整可变焦放大镜头在135°锥形范围的定点观测；移动滑轨设置于工作室内部的两个垂直侧壁，可用于调整镜头的水平位置；显示器设置于控制区，用于接收镜头成像，监控试样的制备、测试过程，同时结合后台图片处理软件能够计算出图像上任意两点间的距离Δ和位置变化信息。

7.一种利用权利要求1-6任一所述的水泥石微观单边劈裂测试装置进行测试的方法，其特征在于，如下：

步骤1.待混凝土试样养护至规定龄期后，使用精密切割机制备混凝土薄片，并用异丙醇终止其水化反应；

步骤2.使用紫外线硬化树脂将混凝土薄片试样粘贴至载具表面，并固定于载具固定槽中；

步骤3.启动机械模块，通过第一转向盘将加工机具旋转90°，接入中央立柱的金属滑槽；

步骤4.打开可变焦放大镜头，调整成像中心位于工作台处，且显示器上的成像清晰、稳定；

步骤5.通过工作台中的水平驱动机构和旋转升降驱动机构调整试样的三维位置，使试样在x-y平面上，处于组合刀片中内圈金刚石磨片的正下方，z方向上正好接触金刚石磨片；

步骤6.打开水冷模块中的金属喷头，对金刚石磨片进行持续冷却降温；

步骤7.打开加工电机，磨片开始高速旋转；随后通过旋转升降驱动机构控制试样朝z向移动，打磨试样；打磨过程中通过压力传感器监控金刚石磨片与试样间的接触压力，同时通过显示器上的图像测距功能可监控试样的打磨厚度；

步骤8.停止金刚石磨片运行，通过转向头使组合刀片进行90°旋转，并调整试样的侧表面与橡胶切割片接触，且试样底部高于切割片下缘，以保证切割成型后的每个微立方体试样是独立的个体，底部无树脂粘连；

步骤9.打开加工电机，橡胶切割片高速运行，以保证切割面平整，并通过水平驱动机构平移试样，开始进行第一次切割工序，切割过程中通过压力传感器实时监测切割片与试样的接触压力；

步骤10.结合工作台上的标尺确定其余切割点位，重复步骤9完成试样x边上的多次切割；

步骤11.通过旋转升降驱动机构使试样旋转90°，重复步骤9-10，完成试样y边上的多次切割，水泥石微观劈裂试样制备完成；

步骤12.取下载具，采用环境扫描电子显微镜对试样进行尺寸检查，检查完成后将载具重新放置入载具固定槽中；

步骤13.使纳米级加载设备的楔形金属压头对准需要测试的某一微观劈裂试样；

步骤14.打开测试电机，使楔形金属压头按规定的程控匀速向下加载，直至微立方体劈裂破坏，记录加载过程中的荷载-位移曲线；测试过程中通过可变焦放大镜头记录试样自加载至破坏的全过程，以供后续图像处理分析；

步骤15.重复步骤13-14，完成对多个微观劈裂试样的测试。