評價(jià)材料低溫抗開裂性能的試件及測量設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種評價(jià)材料的低溫抗開裂性能的試件和測量設(shè)備，所述試件包括試件本體，所述試件本體設(shè)有第一面和與之相對的第二面，所述試件本體的第一面和第二面之間設(shè)有作為裂紋源的預(yù)制裂紋，該預(yù)制裂紋在試件本體受到相應(yīng)的力時(shí)發(fā)生擴(kuò)展，所述測量設(shè)備包括高低溫試驗(yàn)箱和設(shè)于其中的溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)。本實(shí)用新型的試件為裂紋擴(kuò)展溫度的測定而設(shè)計(jì)，使材料抗裂性能的評價(jià)更科學(xué)、合理，并且試驗(yàn)結(jié)果具有很好的重現(xiàn)性。
【專利說明】評價(jià)材料低溫抗開裂性能的試件及測量設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種評價(jià)剛性、半剛性材料的低溫抗開裂性能的試件和測量設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]剛性和半剛性材料在約束條件下隨著溫度降低會呈現(xiàn)開裂的趨勢，該特性在實(shí)際使用中具有一定的影響，然而，目前尚沒有科學(xué)、合理的方法對材料的抗開裂性能進(jìn)行評價(jià)。
[0003]目前，對于剛性和半剛性材料使用性能的評價(jià)，，通常情況下，主要是考察材料的韌性，例如通過沖擊斷裂試驗(yàn)、高速拉伸試驗(yàn)或斷裂韌性測試來表征，然而，韌性只是抗開裂性能的一個(gè)方面，另一個(gè)重要方面是降溫過程中材料本體應(yīng)力的積累，使得材料的韌性與溫度有密切的相關(guān)關(guān)系，但是，上述測定通常是在恒溫條件下進(jìn)行的，因此，上述方法不能準(zhǔn)確的表征材料在變溫條件下的抗開裂性能。而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，基本不可能處于恒溫條件下，通常都是處于變溫條件下的，因此，現(xiàn)有的評價(jià)方法，對于材料在實(shí)際使用環(huán)境下的抗開裂性能評價(jià)指導(dǎo)性較差。
[0004]對于浙青混凝土材料而言，目前研究中有凍斷試驗(yàn)方法，其試件是無缺陷的棱柱形試件，在線性降溫過程中考察材料的凍斷溫度，但由于各種原因，其斷裂位置和斷裂溫度結(jié)果重現(xiàn)性較差。
[0005]而對于有機(jī)樹脂類材料而言，目前尚沒有其低溫抗開裂性能的評價(jià)試驗(yàn)方法。實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實(shí)用新型目的在于提供一種評價(jià)材料的低溫抗開裂性能的試件，以便進(jìn)行不同材料(主要指剛性或半剛性材料)的低溫抗開裂性能的橫向比較，能夠用于有機(jī)樹脂類材料的低溫抗開裂性能的評價(jià)，并能獲得較高的準(zhǔn)確度，具有較高的實(shí)用性，容易制得參數(shù)一致的平行試件，并且制備簡單、方便，成本較低。
[0007]本實(shí)用新型目的還在于提供一種測量設(shè)備，以利用該試件進(jìn)行測量。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的主要技術(shù)方案是:
[0009]一種用于評價(jià)材料的低溫抗開裂性能的試件，用于破壞性裂紋擴(kuò)展測試，能夠用于測量剛性、半剛性材料的裂紋擴(kuò)展溫度，其包括試件本體，所述試件本體設(shè)有第一面和與之相對的第二面，所述試件本體的第一面和第二面之間設(shè)有作為裂紋源的預(yù)制裂紋，該預(yù)制裂紋在試件本體受到相應(yīng)的拉應(yīng)力時(shí)發(fā)生擴(kuò)展。
[0010]其中，所述預(yù)制裂紋可以為狹長狀，其延伸方向與所述力的方向呈90°的角度。
[0011]其中，所述試件本體可以由剛性或半剛性的熱固性樹脂或熱塑性樹脂材料制成。
[0012]一種可以供上述試件進(jìn)行裂紋擴(kuò)展性能測試的設(shè)備，其主要包括:
[0013]約束與伺服裝置，用于保持試件在拉應(yīng)力方向的幾何尺寸不變；
[0014]降溫裝置，用于降低試件所處的環(huán)境溫度，以使試件在在降溫過程中呈收縮趨勢，配合所述約束裝置使得所述預(yù)制裂紋擴(kuò)展；以及
[0015]測力裝置和/或測溫裝置，所述測力裝置與所述約束與伺服裝置連接用于測量試件所受的拉應(yīng)力值，所述測溫裝置設(shè)于降溫裝置中用于測量所述試件所處環(huán)境溫度的值。
[0016]其中，所述測力裝置為力傳感器，所述測溫裝置為溫度傳感器，所述約束及伺服裝置為溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)，所述降溫裝置為高低溫箱。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0018]現(xiàn)有技術(shù)的浙青凍斷試驗(yàn)中，其以材料強(qiáng)度理論為基礎(chǔ)，認(rèn)為當(dāng)材料所受應(yīng)力超過材料強(qiáng)度時(shí)試件發(fā)生破壞，并以試件發(fā)生破壞時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果作為最終的試驗(yàn)結(jié)果，然而，在實(shí)際試驗(yàn)過程中，試件的斷裂位置多為其端部與連接金屬件的粘接處，而此處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，當(dāng)試件斷裂時(shí)，應(yīng)力集中現(xiàn)象的存在容易影響最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0019]本實(shí)用新型的試件，根據(jù)斷裂力學(xué)裂紋擴(kuò)展原理，通過在試件本體上預(yù)制作為裂紋源的預(yù)制裂紋，使得所測結(jié)果的物理意義明確，使得測量數(shù)據(jù)更加集中，使得對于裂紋擴(kuò)展溫度的測定更準(zhǔn)確，在通過測量剛性、半剛性材料的裂紋擴(kuò)展溫度來評價(jià)其低溫抗開裂性能時(shí)，相較現(xiàn)有技術(shù)能夠評定更準(zhǔn)確，并且評定結(jié)果相較現(xiàn)有技術(shù)更符合產(chǎn)品的實(shí)際使用狀況，并且試驗(yàn)結(jié)果具有很好的重現(xiàn)性；
[0020]本實(shí)用新型的測量設(shè)備，使得測量簡單易行、結(jié)果準(zhǔn)確。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型的試件的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖(其中，a為主視圖，b為A-A截面圖)。
[0022]圖2 (a)和圖2 (b)為實(shí)施例3中不同缺陷大小環(huán)氧砂漿試樣的裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的試驗(yàn)曲線圖(其中，a為21#試件，b為22#試件)。
[0023]圖3 (a)、圖3 (b)和圖3 (C)為實(shí)施例3中不同配方環(huán)氧砂漿試樣的裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的試驗(yàn)曲線圖(其中，a為23#試件，b為24#試件，c為25#試件)。
[0024]圖4 (a)和圖4 (b)為實(shí)施例5中不同缺陷大小環(huán)氧涂膜材料的裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的試驗(yàn)曲線圖(其中，a為31#試件，b為32#試件)。
[0025]圖5 (a)、圖5 (b)和圖5 (C)為實(shí)施例5中不同配方環(huán)氧涂膜材料的裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的試驗(yàn)曲線圖(其中，a為33#試件，b為34#試件，c為35#試件)。
[0026]圖6 (a)和圖6 (b)為實(shí)施例4中無預(yù)制缺陷的2個(gè)相同試件，考察兩次試驗(yàn)的結(jié)果符合性的測量結(jié)果示意圖。
[0027]圖7 Ca)和圖7 (b)是實(shí)施例4中預(yù)制5mm缺陷的2個(gè)相同試件，考察本發(fā)明方法兩次試驗(yàn)的結(jié)果符合性的測量結(jié)果示意圖。
[0028]圖8是本實(shí)用新型的測量設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了更好理解，下面結(jié)合附圖通過【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0030]參見圖1，本實(shí)用新型的一種評價(jià)材料的低溫抗開裂性能的試件，用于破壞性裂紋擴(kuò)展測試，能夠用于測量剛性、半剛性材料的裂紋擴(kuò)展溫度，其主要包括試件本體1，所述試件本體I設(shè)有第一面11和與之相對的第二面12，所述試件本體I的第一面11和第二面12之間設(shè)有作為裂紋源的預(yù)制裂紋10，該預(yù)制裂紋10在試件本體I受到相應(yīng)的拉應(yīng)力時(shí)發(fā)生擴(kuò)展。
[0031]其中，所述預(yù)制裂紋10為狹長狀，其延伸方向與所述力的方向呈90°的角度。
[0032]其中，所述預(yù)制裂紋10的長度可以為所述試件本體寬度的1/10至1/2。
[0033]根據(jù)斷裂力學(xué)裂紋擴(kuò)展原理，由于試件本身相對理論模型通常都是帶有一定缺陷的，而在破壞性的裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)中，由于應(yīng)力的集中，試件在缺陷位置斷裂的可能性較大，而試件自身缺陷的位置由于不可預(yù)測，因此，通常導(dǎo)致斷裂位置不確定，測量結(jié)果離散性較大，不夠準(zhǔn)確，為了提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，優(yōu)選為，所述裂紋擴(kuò)展溫度是采用設(shè)有作為裂紋源的預(yù)制裂紋的試件測量得到的，以便令試件的斷裂可預(yù)測的發(fā)生于預(yù)制裂紋位置，進(jìn)而“掩蓋”或“消除”試件中的其他缺陷對測量結(jié)果的不利影響，使得測量結(jié)果具有很好的重現(xiàn)性，而且，還可以根據(jù)實(shí)際需求，適當(dāng)調(diào)整預(yù)制裂紋的尺寸等參數(shù)，以簡化操作，并提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0034]通常，預(yù)制裂紋10 (缺陷)的尺寸參數(shù)(如長度)可根據(jù)材料和試驗(yàn)用設(shè)備的參數(shù)來確定，原則是在設(shè)備可提供的溫度變化范圍內(nèi)盡可能將材料的裂紋擴(kuò)展溫度顯著區(qū)分開，以方便進(jìn)行橫向比較，而且，本實(shí)用新型的試件，測定裂紋擴(kuò)展溫度時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整試件的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，就可以進(jìn)行材料性能的橫向比較，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的靈活性大，應(yīng)用范圍廣。
[0035]為了使預(yù)制裂紋起到良好的裂紋源的效果，并能使測量結(jié)果更準(zhǔn)確，重現(xiàn)性更好，所述預(yù)制裂紋的寬度越窄越好，并且在一批次試驗(yàn)中應(yīng)保持一致，例如可以為0.07mm。
[0036]通常，預(yù)制裂紋的尺寸增大，材料的裂紋擴(kuò)展溫度升高，對應(yīng)的應(yīng)力降低。
[0037]其中，所述預(yù)制裂紋不延伸至試件本體的邊緣。
[0038]優(yōu)選為，所述預(yù)制裂紋設(shè)于試件本體的中部位置。
[0039]所述預(yù)制裂紋的深度貫穿所述試件本體的厚度。
[0040]上述任一種試件，所述試件本體可以由剛性或半剛性的熱固性樹脂或熱塑性樹脂材料制成。。
[0041]上述試件可以采用如下方法予以制備，成型所述試件本體時(shí)，在預(yù)設(shè)置預(yù)制裂紋的位置夾入預(yù)定厚度的薄片，以使成型后的試件本體中形成所述預(yù)制裂紋，并在試件本體成型后移除該薄片或不移除該薄片，完成所述試件的制備。
[0042]其中，所述薄片可以由與成型后的所述試件本體不粘連的材質(zhì)制成；和/或，所述薄片的至少一面涂有使其與成型后的所述試件本體不粘連的涂層。
[0043]例如，所述薄片可以為薄紙片。
[0044]優(yōu)選為，所述薄紙片為不沾薄紙片。
[0045]優(yōu)選為，所述不沾薄紙片為至少一面涂有硅油的不沾薄紙片。
[0046]優(yōu)選為,所述薄片的厚度為不大于0.07mm。
[0047]一種測量設(shè)備，可以供上述任一種試件進(jìn)行測試，其主要包括:
[0048]約束及伺服裝置，用于保持試件在拉應(yīng)力方向的幾何尺寸不變；
[0049]降溫裝置，用于降低試件所處的環(huán)境溫度，以使試件在在降溫過程中呈收縮趨勢，配合所述約束及伺服裝置使得所述預(yù)制裂紋有擴(kuò)展趨勢；以及
[0050]測力裝置和/或測溫裝置，所述測力裝置與所述約束及伺服裝置連接用于測量試件所受的拉應(yīng)力值，所述測溫裝置設(shè)于降溫裝置中用于測量所述試件所處環(huán)境溫度的值。
[0051]其中，所述測力裝置為力傳感器，所述測溫裝置為溫度傳感器，所述約束及伺服裝置為溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)，所述降溫裝置為高低溫箱。
[0052]所述高低溫試驗(yàn)箱，用于提供適宜的試驗(yàn)溫度環(huán)境。
[0053]所述溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)，設(shè)于高低溫試驗(yàn)箱中，約束試件的尺寸變化，測定試件在變溫條件下的溫度應(yīng)力變化。
[0054]所述溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)中設(shè)有固定裝置和伺服系統(tǒng)，用于保持試件在拉應(yīng)力方向的幾何尺寸不變。
[0055]優(yōu)選為，所述固定裝置包括:
[0056]兩個(gè)固定件，分別固定所述試件的兩端，固定件的連線與試件中部的裂縫走向垂直。
[0057]所述伺服系統(tǒng)，與一個(gè)或兩個(gè)所述固定件連接，以調(diào)整試件拉應(yīng)力方向的幾何尺寸，使其保持不變。
[0058]優(yōu)選為，所述伺服系統(tǒng)包括:
[0059]位移傳感器，設(shè)于兩個(gè)固定件之間，用于測量第一面和第二面之間的相對位移；以及
[0060]驅(qū)動裝置，驅(qū)動一個(gè)或兩個(gè)所述固定件，調(diào)整試件拉應(yīng)力方向的幾何尺寸，使其保持不變。
[0061]優(yōu)選為，所述位移傳感器為兩個(gè)，兩個(gè)所述位移傳感器并列設(shè)于所述試件的兩側(cè)。
[0062]優(yōu)選為，溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)中的伺服系統(tǒng)，根據(jù)位移傳感器反饋的信號進(jìn)行調(diào)整，保證試件的尺寸在變溫過程中保持恒定。
[0063]所述伺服系統(tǒng)包括伺服電機(jī)。優(yōu)選為，還包括控制系統(tǒng)，分別與所述力傳感器、溫度傳感器和位移傳感器連接以獲取相應(yīng)信號，還與伺服電機(jī)和高低溫箱的控制系統(tǒng)連接，以實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)和高低溫箱的控制。
[0064]優(yōu)選為，所述力傳感器設(shè)于溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)中，測定、記錄試件在變溫過程中的溫度應(yīng)力變化。
[0065]優(yōu)選為，所述固定裝置還包括支架，所述支架包括底座、頂板和左、右支柱，所述左、右支柱并列支撐于所述底座和頂板之間，兩個(gè)所述固定件分別通過伺服電機(jī)和力傳感器與底座和頂板連接，所述伺服電機(jī)設(shè)于底座，并與一個(gè)固定件驅(qū)動連接，通過驅(qū)動該固定件沿支柱方向的平移來調(diào)整所述第一面和第二面之間的幾何尺寸，所述力傳感器設(shè)于頂板和另一個(gè)固定件之間，所述溫度傳感器設(shè)于所述左右支柱鄰近所述試件的預(yù)制裂紋的位置，所述位移傳感器與所述試件并列設(shè)于兩個(gè)固定件之間，所述支架設(shè)于高低溫箱內(nèi)，所述控制系統(tǒng)設(shè)于高低溫箱外。
[0066]優(yōu)選為，所述力傳感器通過一個(gè)微調(diào)裝置連接于頂板，根據(jù)試件的尺寸調(diào)整力傳感器與頂板之間的安裝距離，以便試件安裝之后使力傳感器處于歸零狀態(tài)(是否歸零還取決于力傳感器本身的調(diào)校，此處是指力傳感器處于檢測不到外力的狀態(tài))。
[0067]上述試件可以采用下述方法評價(jià)剛性、半剛性材料的低溫抗開裂性能，通過測量試件的裂紋擴(kuò)展溫度并進(jìn)行橫向比較來評價(jià)剛性、半剛性材料的低溫抗開裂性能。
[0068]其中，所述剛性材料指的是:不發(fā)生應(yīng)力屈服現(xiàn)象而直接斷裂的材料；所述半剛性材料指的是:斷裂時(shí)發(fā)生應(yīng)力屈服現(xiàn)象的材料。
[0069]其中，所述裂紋擴(kuò)展溫度指:剛性材料的低溫?cái)嗔褱囟?，或，半剛性材料的低溫屈服溫度?br> [0070]其中，還可以結(jié)合測量剛性、半剛性材料裂紋擴(kuò)展時(shí)的應(yīng)力來評價(jià)其低溫抗開裂性能，如可以根據(jù)應(yīng)力-溫度曲線來評價(jià)其低溫抗開裂性能。
[0071]結(jié)合方式為:
[0072]試驗(yàn)得到的應(yīng)力-溫度曲線一般有兩種類型:一種是應(yīng)力曲線按一定斜率上升直至試件斷裂破壞，此時(shí)認(rèn)為裂紋擴(kuò)展溫度與斷裂溫度是重合的；另一種應(yīng)力曲線在某一溫度前保持一定斜率上升，到達(dá)此溫度后隨溫度降低應(yīng)力不再上升，應(yīng)力曲線走平，曲線出現(xiàn)兩個(gè)溫度特征點(diǎn)，一個(gè)是應(yīng)力屈服溫度(可作為裂紋擴(kuò)展溫度)，另一個(gè)是斷裂溫度。
[0073]當(dāng)裂紋擴(kuò)展溫度相同時(shí)，斷裂溫度越高其抗開裂性能越好。
[0074]其中，所述裂紋擴(kuò)展溫度的測量方式可以為:在保持所述試件的預(yù)制裂紋兩側(cè)的尺寸不變的條件下，持續(xù)降溫直至試件斷裂，將剛性材料制成的試件發(fā)生低溫?cái)嗔褧r(shí)或半剛性材料制成的試件發(fā)生低溫應(yīng)力屈服時(shí)的溫度作為所述裂紋擴(kuò)展溫度。
[0075]其主要包括如下步驟:
[0076]步驟一、將位移傳感器固定于試件的預(yù)制裂紋的兩側(cè)，并將位移傳感器與控制系統(tǒng)連接；
[0077]步驟二、將試件固定于固定件，并調(diào)整力傳感器至歸零狀態(tài)；
[0078]步驟三、根據(jù)設(shè)定的高低溫箱的溫控程序恒速降溫，并始終保持試件的預(yù)制裂紋兩側(cè)的尺寸不變，直至試件發(fā)生斷裂；
[0079]步驟四、記錄步驟三中相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；
[0080]步驟五、根據(jù)步驟四中記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析、確定裂紋擴(kuò)展溫度。
[0081]其中，試件可以首先在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室條件下養(yǎng)護(hù)7天，再進(jìn)行試驗(yàn)。
[0082]其中，步驟四中，降溫之前可以先在20°C條件下保溫I小時(shí)。
[0083]其中，步驟四中，初始溫度可以為20°C，降溫速率可以為10°C /小時(shí)。
[0084]其中，步驟五中，可以保溫30分鐘后開始記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0085]其中，步驟五中，記錄的試驗(yàn)數(shù)據(jù)包括力值和溫度值。
[0086]其中，步驟一中，所述位移傳感器可以分別與兩個(gè)固定件連接，并測定兩個(gè)固定件之間的相對位移。
[0087]其中，步驟二中，可以采用粘接或夾固方式將試件固定于固定件。
[0088]其中，步驟五中，可以將試件發(fā)生斷裂或應(yīng)力屈服時(shí)的環(huán)境溫度作為所述的裂紋擴(kuò)展溫度。
[0089]以下還提供了本實(shí)用新型的幾個(gè)實(shí)施例，其中，實(shí)施例1是一種較佳試驗(yàn)設(shè)備，實(shí)施例2是采用環(huán)氧樹脂砂漿材料制得的一種較佳試件，實(shí)施例3是采用環(huán)氧樹脂涂層材料制得的一種較佳試件，實(shí)施例4是與現(xiàn)有技術(shù)的對比實(shí)驗(yàn)。
[0090]實(shí)施例1，是本實(shí)用新型的一種試驗(yàn)設(shè)備的較佳實(shí)施例(參見圖8)，其主要包括:
[0091]高低溫箱2;
[0092]兩個(gè)固定件，分別固定所述試件的第一面和第二面；
[0093]兩個(gè)位移傳感器21，設(shè)于兩個(gè)固定件之間，用于測量第一面和第二面之間的相對位移，可以并列設(shè)于所述試件的兩側(cè)；
[0094]力傳感器23 ；
[0095]溫度傳感器22 ；
[0096]伺服電機(jī)24;
[0097]控制系統(tǒng)25，分別與所述力傳感器23、溫度傳感器22和位移傳感器21連接以獲取相應(yīng)信號，還與伺服電機(jī)24和高低溫箱2的控制系統(tǒng)連接，以實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)24和高低溫箱2的控制；
[0098]支架，所述支架包括底座、頂板和左、右支柱，所述左、右支柱并列支撐于所述底座和頂板之間，兩個(gè)所述固定件分別通過伺服電機(jī)24和力傳感器23與底座和頂板連接，所述伺服電機(jī)24設(shè)于底座，并與一個(gè)固定件驅(qū)動連接，通過驅(qū)動該固定件沿支柱方向的平移來調(diào)整所述第一面和第二面之間的幾何尺寸，所述力傳感器23設(shè)于頂板和另一個(gè)固定件之間，所述溫度傳感器22設(shè)于所述左右支柱鄰近所述試件的預(yù)制裂紋的位置，所述位移傳感器21與所述試件并列設(shè)于兩個(gè)固定件之間，所述支架設(shè)于高低溫箱2內(nèi)，所述控制系統(tǒng)25設(shè)于高低溫箱2外；以及
[0099]微調(diào)裝置，所述力傳感器23通過一個(gè)微調(diào)裝置連接于頂板，根據(jù)試件的尺寸調(diào)整力傳感器23與頂板之間的安裝距離，以便試件安裝之后使力傳感器23處于歸零狀態(tài)。
[0100]實(shí)施例2，是采用環(huán)氧樹脂砂漿材料制得的21#試件、22#試件、23#試件、24#試件和25#試件，其中，21#、22#為不同裂紋長度的平行試件；23#、24#和25#為不同配方材料進(jìn)行對比的平行試件(所述平行試件指，除了指定參數(shù)不同之外，其余參數(shù)均相同的一組試件)。具體如下:
[0101]21#試件:1#環(huán)氧砂漿配方，長X寬X高=200mmX40 mm X 20 mm，中部位置設(shè)有一個(gè)長條形缺陷(預(yù)制裂紋)，裂紋長度2mm，貫穿20mm厚度方向，裂紋寬度為0.07mm (參見圖1);
[0102]22#試件:1#環(huán)氧砂漿配方，長X寬X高=200mm X 40mm X 20mm，中部位置設(shè)有一個(gè)長條形缺陷(預(yù)制裂紋)，裂紋長度5mm，貫穿20mm厚度方向，裂紋寬度為0.07mm (參見圖1);
[0103]23#試件:2#環(huán)氧砂漿配方，長X寬X高=200 mmX 40mmX 20mm，中部位置設(shè)有一個(gè)長條形缺陷(預(yù)制裂紋)，裂紋長度2mm，貫穿20mm厚度方向，裂紋寬度為0.07mm (參見圖1);
[0104]24#試件:3#環(huán)氧砂漿配方，長X寬X高=200mm X 40mm X 20mm,中部位置設(shè)有一個(gè)長條形缺陷(預(yù)制裂紋)，裂紋長度2mm，貫穿20mm厚度方向，裂紋寬度為0.07mm (參見圖1);
[0105]25#試件:4#環(huán)氧砂漿配方，長X寬X高=200 mmX 40mmX 20mm，中部位置設(shè)有一個(gè)長條形缺陷(預(yù)制裂紋)，裂紋長度2mm，貫穿20mm厚度方向，裂紋寬度為0.07mm (參見圖1)。
[0106]21#試件、22#試件、23#試件、24#試件和25#試件所測得的結(jié)果分別如圖2(a)、圖2(b)、圖 3(a)、圖 3(b)和圖 3(c)所示。
[0107]圖2(a)為試驗(yàn)得到的21#試件的裂紋擴(kuò)展溫度試驗(yàn)曲線，由圖可知，當(dāng)溫度降低到-14.6°C時(shí)，21#試件發(fā)生了斷裂。由試驗(yàn)曲線的形狀可以看出，21#試件斷裂前裂紋邊緣未發(fā)生顯著的應(yīng)力屈服現(xiàn)象，其裂紋擴(kuò)展溫度與斷裂溫度重合，可以確定為-14.6°C
[0108]圖2(b)為試驗(yàn)得到的22#試件的裂紋擴(kuò)展溫度試驗(yàn)曲線，由圖可知，當(dāng)溫度降低到-13°C時(shí)，22#試件發(fā)生了斷裂。由試驗(yàn)曲線的形狀可以看出，22#試件斷裂前裂紋邊緣未發(fā)生顯著的應(yīng)力屈服現(xiàn)象，其裂紋擴(kuò)展溫度可以確定為_13°C ；
[0109]圖3(a)為試驗(yàn)得到的23#試件的裂紋擴(kuò)展溫度試驗(yàn)曲線，由圖可知，當(dāng)溫度降低到-ll°c時(shí)，23#試件發(fā)生了斷裂。由試驗(yàn)曲線的形狀可以看出，23#試件斷裂前裂紋邊緣未發(fā)生顯著的應(yīng)力屈服現(xiàn)象，其裂紋擴(kuò)展溫度可以確定為-1i°c ；
[0110]圖3(b)為試驗(yàn)得到的24#試件的裂紋擴(kuò)展溫度試驗(yàn)曲線，由圖可知，當(dāng)溫度降低到-5.3°C時(shí)，24#試件發(fā)生了斷裂。由試驗(yàn)曲線的形狀可以看出，24#試件斷裂前裂紋邊緣未發(fā)生顯著的應(yīng)力屈服現(xiàn)象，其裂紋擴(kuò)展溫度可以確定為-5.3°C ；
[0111]圖3(c)為試驗(yàn)得到的25#試件的裂紋擴(kuò)展溫度試驗(yàn)曲線，由圖可知，當(dāng)溫度降低到3.7°C時(shí)，25#試件發(fā)生了斷裂。由試驗(yàn)曲線的形狀可以看出，25#試件斷裂前裂紋邊緣未發(fā)生顯著的應(yīng)力屈服現(xiàn)象，其裂紋擴(kuò)展溫度可以確定為3.7V。
[0112]由此可知，裂紋擴(kuò)展溫度測試中，21#試件< 22#試件，說明裂紋長度小，測試得到的裂紋擴(kuò)展溫度比較低；23#試件< 24#試件< 25#試件，這3個(gè)試件尺寸參數(shù)相同，而材料配方不同，其中，23#試件的裂紋擴(kuò)展溫度最低，其抗開裂能力最好。
[0113]實(shí)施例3，是采用環(huán)氧樹脂涂層材料制得的31#試件、32#試件、33#試件、34#試件和35#試件，其中:31#、32#為不同裂紋長度的平行試件；33#、34#和35#為不同配方材料進(jìn)行對比的平行試件。具體如下:
[0114]31#試件:1#環(huán)氧樹脂涂層材料配方,長X寬X高=200mmX40 mmX4 mm,中部位置設(shè)有一個(gè)長條形缺陷(預(yù)制裂紋)，裂紋長度IOmm,貫穿4mm厚度方向,裂紋寬度為0.07mm(參見圖1)；
[0115]52#試件:1#環(huán)氧樹脂涂層材料配方，長X寬X高=200mmX40mmX4mm,中部位
置設(shè)有一個(gè)長條形缺陷(預(yù)制裂紋)，裂紋長度20mm，貫穿4mm厚度方向，裂紋寬度為0.07mm(參見圖1)；
[0116]53#試件:2#環(huán)氧樹脂涂層材料配方，長X寬X高=200mmX40mmX4mm,中部位置設(shè)有一個(gè)長條形缺陷(預(yù)制裂紋)，裂紋長度20mm，貫穿4mm厚度方向，裂紋寬度為0.07mm(參見圖1)；
[0117]54#試件:3#環(huán)氧樹脂涂層材料配方，長X寬X高=200mmX40mmX4mm,中部位置設(shè)有一個(gè)長條形缺陷(預(yù)制裂紋)，裂紋長度20mm，貫穿4mm厚度方向，裂紋寬度為0.07mm(參見圖1)；
[0118]55#試件:4#環(huán)氧樹脂涂層材料配方，長X寬X高=200mmX40mmX4mm,中部位置設(shè)有一個(gè)長條形缺陷(預(yù)制裂紋)，裂紋長度20mm，貫穿4mm厚度方向，裂紋寬度為0.07mm(參見圖1)。
[0119]31#試件、32#試件、33#試件、34#試件和35#試件所測得的結(jié)果分別如圖4 (a)、圖4 (b)、圖5 (a)、圖5 (b)和圖5 (c)所示。
[0120]圖4 (a)為31#試件的裂紋擴(kuò)展溫度試驗(yàn)曲線，其在_50°C時(shí)發(fā)生斷裂，31#試件斷裂前裂紋前端未發(fā)生明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，其裂紋擴(kuò)展溫度可以確定為_50°C ；
[0121]圖4 (b)為32#試件的裂紋擴(kuò)展溫度試驗(yàn)曲線，其在_31°C發(fā)生斷裂，32#試件斷裂前裂紋前端未發(fā)生明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，其裂紋擴(kuò)展溫度可以確定為_31°C ；
[0122]圖5(a)為33#試件的裂紋擴(kuò)展溫度試驗(yàn)曲線，其在-9.5°C發(fā)生斷裂，但在_6°C之后曲線發(fā)生了屈服，此時(shí)對應(yīng)裂紋前端發(fā)生了應(yīng)力松弛現(xiàn)象，裂紋開始擴(kuò)展，由此確定其裂紋擴(kuò)展溫度為-6°C，斷裂溫度為-9.5°C ；
[0123]圖5 (b)為34#試件的裂紋擴(kuò)展溫度試驗(yàn)曲線，其在-38 °C發(fā)生斷裂，但在-21 °C之后曲線發(fā)生了屈服，此時(shí)對應(yīng)裂紋前端發(fā)生了應(yīng)力松弛現(xiàn)象，裂紋開始擴(kuò)展，由此確定其裂紋擴(kuò)展溫度為_21°C，斷裂溫度為-38°C ；
[0124]圖5 (c)為35#試件的裂紋擴(kuò)展溫度試驗(yàn)曲線，其在_51°C發(fā)生斷裂，但在_34°C之后曲線發(fā)生了屈服，此時(shí)對應(yīng)裂紋前端發(fā)生了應(yīng)力松弛現(xiàn)象，裂紋開始擴(kuò)展，由此確定其裂紋擴(kuò)展溫度為_34°C，斷裂溫度為-51°C。
[0125]由此可知，裂紋擴(kuò)展溫度測試中，31#試件< 32#試件，說明裂紋長度小，測試得到的裂紋擴(kuò)展溫度比較低；33#試件> 34#試件> 35#試件，這3個(gè)試件尺寸參數(shù)相同，而材料配方不同，其中，35#試件的裂紋擴(kuò)展溫度最低，其抗開裂能力最好。
[0126]綜合實(shí)施例2中的測量結(jié)果可知，缺陷(預(yù)制裂紋)的設(shè)置，使得試件的斷裂位置可控，且，測量數(shù)據(jù)的分布趨勢基本一致(即測量數(shù)據(jù)基本由平行試件的制備材料決定，而缺陷形式基本不影響測量數(shù)據(jù)的分布趨勢)，基本消除了其他因素對測量結(jié)果的干擾，使得測量結(jié)果具有很好的重現(xiàn)性。
[0127]實(shí)施例4，為了與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行對比，以便更好的體現(xiàn)本實(shí)用新型的有益效果，以下還提供了兩組試件試驗(yàn)結(jié)果重現(xiàn)性的對比試驗(yàn)。
[0128]41#試件和42#試件，為5#環(huán)氧砂漿材料制成的2個(gè)平行試件，長X寬X高=200mmX 40mmX 20mm,試件未設(shè)置缺陷；
[0129]43#試件和44#試件，為6#環(huán)氧砂漿材料制成的2個(gè)平行試件，長X寬X高=200mmX 40mmX 20mm,中部位置設(shè)有一個(gè)長條形缺陷(預(yù)制裂紋)，裂紋長度5mm,貫穿20mm厚度方向，裂紋寬度為0.07mm；
[0130]采用相同的設(shè)備和條件對試件進(jìn)行凍斷試驗(yàn)，并測得各對比試件的凍斷溫度。
[0131]圖6 (a)和圖6 (b)為41#和42#試件的試驗(yàn)曲線，兩個(gè)試件的凍斷溫度分別為-ll°c和-6°C，斷裂位置為頭部設(shè)備連接處；
[0132]圖7 (a)和圖7 (b)為43#和44#試件的試驗(yàn)曲線，兩個(gè)試件的裂紋擴(kuò)展溫度(凍斷溫度)分別為-13.08°C和-13.04°C，斷裂位置為預(yù)設(shè)裂紋處；
[0133]將測量結(jié)果進(jìn)行對比可知，現(xiàn)有技術(shù)的試驗(yàn)方法中，存在測量結(jié)果不一致的情況，其重現(xiàn)性較低，難以控制，測量結(jié)果的準(zhǔn)確度低，要想消除各因素的影響，獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果，需要使用多個(gè)平行試件進(jìn)行試驗(yàn)，操作復(fù)雜，成本高。
[0134]根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果的比對可知，采用本實(shí)用新型的試件所測得的橫向比較結(jié)果與現(xiàn)有技術(shù)相比能更準(zhǔn)確的反應(yīng)實(shí)際情況。
[0135]本實(shí)用新型的試件，通過在試件本體預(yù)制作為裂紋源的預(yù)制裂紋，使得測量數(shù)據(jù)更加集中，使得所測結(jié)果的物理意義明確，使得對于裂紋擴(kuò)展溫度的測定更準(zhǔn)確，在通過測量剛性、半剛性材料的裂紋擴(kuò)展溫度來評價(jià)其低溫抗開裂性能時(shí)，相較現(xiàn)有技術(shù)能夠評定更準(zhǔn)確，并且評定結(jié)果相較現(xiàn)有技術(shù)更符合產(chǎn)品的實(shí)際使用狀況，并且試驗(yàn)結(jié)果具有很好的重現(xiàn)性；[0136]本實(shí)用新型的測量設(shè)備，使得測量簡單易行、結(jié)果準(zhǔn)確。
【權(quán)利要求】
1.一種評價(jià)材料的低溫抗開裂性能的試件，用于破壞性裂紋擴(kuò)展測試，能夠用于測量剛性、半剛性材料的裂紋擴(kuò)展溫度，其特征在于:包括試件本體，所述試件本體設(shè)有第一面和與之相對的第二面，所述試件本體的第一面和第二面之間設(shè)有作為裂紋源的預(yù)制裂紋，該預(yù)制裂紋在試件本體受到拉應(yīng)力時(shí)發(fā)生擴(kuò)展。
2.如權(quán)利要求1所述的試件，其特征在于:所述預(yù)制裂紋為狹長狀，其延伸方向與所述力的方向呈90°的角度。
3.如權(quán)利要求1所述的試件，其特征在于:所述預(yù)制裂紋的長度為所述試件本體寬度的 1/10 至 1/2。
4.如權(quán)利要求1所述的試件，其特征在于:所述預(yù)制裂紋不延伸至試件本體的邊緣。
5.如權(quán)利要求1所述的試件，其特征在于:所述預(yù)制裂紋設(shè)于試件本體的中部位置。
6.如權(quán)利要求1所述的試件，其特征在于:所述預(yù)制裂紋的深度貫穿所述試件本體的厚度。
7.如權(quán)利要求1所述的試件，其特征在于:所述試件本體為平板狀，所述預(yù)制裂紋沿平板狀試件本體的板面延伸。
8.如權(quán)利要求1所述的試件，其特征在于:所述預(yù)制裂紋的寬度<0.07mm。
9.如權(quán)利要求1所述的試件，其特征在于，所述預(yù)制裂紋的形式為: 成型所述試件本體時(shí)通過夾持異物在試件本體中形成的空間縫隙。
10.如權(quán)利要求9所述的試件，其特征在于:所述異物與試件本體的接觸面是不粘連試件本體的表面。
11.如權(quán)利要求9所述的試件，其特征在于:所述異物為薄片狀。
12.如權(quán)利要求9所述的試件，其特征在于，所述預(yù)制裂紋的形式為:成型所述試件本體時(shí)通過夾持異物在試件本體中形成的填充有所述異物的夾層。
13.如權(quán)利要求12所述的試件，其特征在于:所述異物與試件本體的接觸面是不粘連試件本體的表面。
14.如權(quán)利要求12所述的試件，其特征在于:所述預(yù)制裂紋的形式為夾層時(shí)， 所述異物的抗拉強(qiáng)度顯著低于所述試件本體，或，所述異物的至少一個(gè)表面與試件本體之間設(shè)有防止二者粘連的防粘層。
15.如權(quán)利要求12所述的試件，其特征在于:所述異物為薄片狀。
16.如權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的試件，其特征在于:所述試件本體由剛性或半剛性的熱固性或熱塑性樹脂材料制成。
17.—種可以供權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的試件進(jìn)行裂紋擴(kuò)展性能測試的設(shè)備，其特征在于包括: 約束及伺服裝置，用于保持試件在拉應(yīng)力方向的幾何尺寸不變； 降溫裝置，用于降低試件所處的環(huán)境溫度，以使試件在在降溫過程中呈收縮趨勢，配合所述約束及伺服裝置使得所述預(yù)制裂紋有擴(kuò)展趨勢；以及 測力裝置和/或測溫裝置，所述測力裝置與所述約束及伺服裝置連接用于測量試件所受的拉應(yīng)力值，所述測溫裝置設(shè)于降溫裝置中用于測量所述試件所處環(huán)境溫度的值。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于:所述測力裝置為力傳感器，所述測溫裝置為溫度傳感器，所述約束及伺服裝置為溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)，所述降溫裝置為高低溫箱。
【文檔編號】G01N33/44GK203758810SQ201420061367
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月11日
【發(fā)明者】趙波, 李敬瑋, 魯一暉, 郝巨濤, 瞿楊, 劉增宏, 何旭升, 鄧正剛, 李蓉, 王秀軍 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院, 北京中水科海利工程技術(shù)有限公司