[發(fā)明專利]超低溫試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110459894.7
• 申請(qǐng)日: 2011-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN102519804A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 時(shí)旭東;鄭建華;李艷輝;李金光;富克;李玉龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)寰球工程公司
• 主分類號(hào): G01N3/18
• 分類號(hào): G01N3/18
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超低溫試驗(yàn)裝置，特別是涉及一種用于混凝土超低溫受力性能試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

液化天然氣(LNG)接收站的大型儲(chǔ)罐采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，而天然氣的液化溫度大約為-165℃，在這樣的低溫作用下，混凝土的受力性能明顯不同于常溫，特別是其變形性能，隨溫度的不斷降低，還將產(chǎn)生不同的變化規(guī)律。顯然，LNG儲(chǔ)罐的受力性能將受制于混凝土超低溫受力性能的變化。

混凝土的低溫受力性能一直受到研究者高度的重視，相關(guān)的研究也較多，不過(guò)大多基于遭受自然環(huán)境低溫，也即作用的溫度不低于-50℃的情況進(jìn)行探討。早在上世紀(jì)50年代，國(guó)外已有學(xué)者關(guān)注混凝土超低溫的受力性能，并進(jìn)行了這方面的一些研究。近年，隨著大型LNG接收站的建造，相關(guān)的研究人員又開始關(guān)注超低溫作用下混凝土的受力性能。

國(guó)內(nèi)有關(guān)混凝土低溫受力性能研究主要集中于自然環(huán)境低溫，其溫度值多不低于-30℃。已有的研究表明，在溫度達(dá)到-30℃后，隨溫度繼續(xù)降低，其受力性能還將有明顯不同于此前的變化規(guī)律。顯然，國(guó)內(nèi)已有的這些研究成果只能作為參考，不能直接應(yīng)用到這類儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中去，需專門給出在超低溫作用下混凝土的受力性能參數(shù)。即使假定國(guó)外這方面的研究成果能滿足要求，由于混凝土組成材料性能特性具有明顯的地方性，不同地區(qū)材料澆筑的混凝土，其受力性能特別是其定量方面的特性將有所差異，而且其研究結(jié)果還取決于其它許多因素。因此，僅有的一些國(guó)外研究成果也只能作為相關(guān)研究或設(shè)計(jì)時(shí)參考，不能簡(jiǎn)單地直接套用。況且，我國(guó)目前尚未有涉及到超低溫作用下混凝土方面的相關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，也需結(jié)合我國(guó)國(guó)情和相應(yīng)的需求給出其研究成果和數(shù)據(jù)。

超低溫試驗(yàn)不同于常規(guī)的試驗(yàn)，需要考慮其試驗(yàn)特點(diǎn)專門制作相應(yīng)的試驗(yàn)裝置。已有的一些超低溫試驗(yàn)裝置也多針對(duì)特定的或單一的試驗(yàn)內(nèi)容，難以涵蓋超低溫混凝土受力性能的試驗(yàn)，且沒(méi)有考慮或很好地反映和利用超低溫下混凝土的受力特性。

目前已有的一些超低溫試驗(yàn)裝置大概可分兩類。一類僅能冷凍試驗(yàn)試件；另一類則可進(jìn)行降溫和加載組合的各種試驗(yàn)工況。如Takashi的低溫試驗(yàn)裝置(Takashi?Miur，The?properties?of?concrete?at?very?low?temperatures，Materials?and?Structures/Materiaux?et?Constructions，1989，22，243-254)，它由絕熱材料等制成的一個(gè)封閉箱型空間，試驗(yàn)試件放入其中，通過(guò)輸入液氮進(jìn)行降溫。該試驗(yàn)裝置只能對(duì)試驗(yàn)試件進(jìn)行超低溫作用處理，不能滿足超低溫混凝土等材料受力性能各種試驗(yàn)要求。還有如Naik的低溫試驗(yàn)裝置(T.R.Naik，Temperature?Effects?on?Concrete，A?symposium?sponsored?by?ASTM?Committee?C-9?on?Concrete?and?Concrete?Aggregates，Kansas?City，MO，21?June?1983)，該試驗(yàn)裝置采用液氮作為冷卻劑，由空心鋼瓶和內(nèi)襯絕熱材料制成低溫容器，由嵌入在冷卻室中的熱電偶控制溫度。冷卻裝置直接安裝于低溫容器內(nèi)壁附近，試件的加載位置在冷卻室的頂部和底部。冷卻劑液態(tài)氮通過(guò)冷卻裝置處多個(gè)銅管噴射到爐腔內(nèi)。該試驗(yàn)裝置雖能滿足對(duì)試驗(yàn)試件進(jìn)行降溫和加載功能要求，但在實(shí)施相關(guān)的試驗(yàn)工況中存在不少致命缺陷，主要有：(1)冷卻劑不是在一個(gè)密閉空間里，采用多噴頭噴液氮試圖使?fàn)t腔內(nèi)溫度均勻，噴頭易被混凝土試件破壞過(guò)程中形成的碎細(xì)渣堵住，且試件劇烈的爆裂式破壞也使噴頭易毀?？梢?jiàn)，這種施加低溫方式難以使?fàn)t腔內(nèi)溫度均勻(爐腔內(nèi)溫度均勻是試驗(yàn)最為基本的要求)，且這種試驗(yàn)爐難以進(jìn)行重現(xiàn)和保持反復(fù)多次試驗(yàn)(混凝土等材料低溫試驗(yàn)需進(jìn)行大量且重復(fù)性的試驗(yàn)，試驗(yàn)條件的可重復(fù)性和能經(jīng)受超低溫試驗(yàn)多次沖擊作用是其試驗(yàn)裝置的必備條件)，不能很好地滿足超低溫混凝土受力性能試驗(yàn)要求。(2)超低溫混凝土強(qiáng)度較高、剛度大，而絕熱材料雖可尋找出具有較高強(qiáng)度性能的，但其剛度和硬度都較差，在試驗(yàn)過(guò)程中不能始終對(duì)試件提供較為均勻的應(yīng)力作用，特別是混凝土試件即將破壞時(shí)由其影響更明顯。壓頭采用鋼材，其傳熱快，不僅消耗低溫能源，還使試驗(yàn)試件端部溫度明顯低于其它處、稍長(zhǎng)時(shí)間在超低溫試驗(yàn)爐口處將起霜結(jié)冰，同時(shí)還將出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。這些都將嚴(yán)重地影響試驗(yàn)試件超低溫受力性能試驗(yàn)結(jié)果，甚至使有些超低溫試驗(yàn)工況無(wú)法實(shí)施。(3)由于超低溫試驗(yàn)爐的爐腔內(nèi)要放置下壓頭、試件與下壓頭間的絕熱塊、上壓頭和試件與上壓頭間的絕熱塊，其試驗(yàn)試件定位必然存在問(wèn)題、且難以定位，并且不可避免地存在試驗(yàn)試件偏心問(wèn)題。這將改變?cè)囼?yàn)試件的受力條件，嚴(yán)重影響其試驗(yàn)結(jié)果，甚至改變?cè)囼?yàn)試件的破壞形態(tài)，顯然這種處理方法不妥。(4)該試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)試件軸向變形通過(guò)量測(cè)上下壓頭間的變形獲得，這顯然不可取。它的量測(cè)結(jié)果還要包括下壓頭、試件與下壓頭間絕熱塊、上壓頭和試件與上壓頭間絕熱塊的變形以及它們間縫隙密實(shí)引起的變形。而這些變形多不能可靠地給出，如上下壓頭的變形，因沿其豎向的溫度分布不均勻、且難以測(cè)定，準(zhǔn)確地給出其變形基本上不可能。同時(shí)這些變形多與超低溫混凝土試件的豎向變形量級(jí)相當(dāng)，不能忽略。因此，這種試驗(yàn)試件超低溫變形量測(cè)方法給出的變形值不能反映超低溫混凝土受力情況。