[发明专利]一种水泥石微观试样的制备及弯拉强度测试的装置与方法

说明书

本发明公开了一种水泥石微观试样的制备及弯拉强度测试的装置与方法，包括工作台，工作台固定设置支撑架和滑槽轨道；所述支撑架固定设置磨切组件，用以对试样进行磨切加工形成样品，支撑架还固定设置测试组件以测试样品的弯拉强度；所述磨切组件和测试组件均位于滑槽轨道上方，用以固定试样或样品的操作台设置于滑槽轨道，并可沿滑槽轨道移动。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种水泥石微观试样的制备及弯拉强度测试的装置与方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

现如今，混凝土材料已广泛应用于建筑、海洋港口、道路桥梁和水利电力等现代土木工程建设中。近年来工程建设向着巨型、大跨和特种结构方向发展，基础设施逐步扩展到复杂、恶劣的工程环境，如跨海大桥、海底隧道等工程，对混凝土的服役性能提出了更高的要求。然而，混凝土材料在复杂环境下的长期使用过程中，会不可避免地产生开裂、剥落等损伤破坏，对于结构的正常使用性能和耐久性能产生不利影响，甚至可能会危及结构的安全运营。因此，探究混凝土材料的损伤机理，对于指导混凝土材料增韧设计，以及改善混凝土材料的性能，提高混凝土结构服役寿命是十分有意义和有必要的。

混凝土的抗拉强度比较低，一般只有抗压强度的1/20～1/10，但抗拉强度对混凝土的抗裂性起着重要作用。因此，要想更好地探究混凝土的力学性能，除要求抗压强度外，抗拉强度也是设计中要考虑的重要参数。混凝土的服役性能主要受其力学性能影响，然而目前对混凝土力学性能的研究大多都是整体的、宏观的，例如《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2019)规定了混凝土材料的劈裂抗拉强度试验标准试样尺寸为边长150mm的立方体，直接测定其劈裂抗拉强度。但混凝土是一个共混多相体系，其力学性能在各个尺度上(nm-m)都受到各种因素的影响，若忽略其微观各相性能而直接分析宏观，无法对其性能形成机理和损伤失效机制进行深入、准确地探究。因此，除了进行宏观性能的分析外，还应开展更小尺度上的混凝土材料力学行为研究。

随着材料微观测试技术的发展，在微纳米级材料力学性能测试中，纳米压痕仪作为一种能够记录小载荷、小位移的高精度仪器，正逐渐成为微型化试件测试的常用工具。利用纳米压痕技术进行微观力学研究，为开发各种微型化试验研究提供了基础，如微型梁的弯曲试验。但是从多尺度分析方法出发，纳米压痕仪用于测试水泥石微观力学性能目前仍存在一些问题，比如用于纳米压痕测试的试件由于受尺寸限制(10μm以内)，其测试结果只能反映水泥石中某一水化产物的物理性质，而无法测得水泥石这一复杂体系的力学性能；此外，采用尖型压头的纳米压痕仪无法准确对中在微纳米级颗粒顶部,可能产生“滑针”或“偏针”,不能保证实验的准确性。且压痕仪的局部压入变形、微悬臂梁沿截面宽度方向挠曲和梁支座挠曲都会增大有效挠度,降低评价结果的准确性等。

综上所述，发明人发现，目前在微观尺度下，缺少一种用于制备水泥浆体(即水泥石)、测试其力学性能的装置。因此，为了能够高精度、高质量地完成微观水泥石弯拉强度的测试，推动水泥石微观各项性能及断裂机理的研究进展，填补其纳-介-宏观多尺度断裂模拟体系空白，进而更深入地分析水泥石材料的强度形成机理和损伤劣化行为是十分有必要的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的是提供一种水泥石微观试样的制备及弯拉强度测试的装置与方法，该装置通过滑槽轨道的设置，实现了水泥石微观试样的高精度打磨、切割，同时也极大地提高了试验效率，能够在试样制备完成后及时、高效地进行弯拉强度测试，避免外界因素的改变以及人为的扰动对试样造成不必要的影响。

本发明的第二目的是提供一种水泥石微观试样的制备及弯拉强度测试的方法，该方法过程简单，耗时短、精度高，能够有效实现微米级水泥石微观试样的制备及测试，较好地分析水泥石微观各项力学性能及断裂机理；在弯曲试验中，采用微型化三点弯曲测试方法，利用试件的微观变形行为来推导材料的微观弹性、塑性性能和断裂机理。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：