专利名称：一种制备土工试样的方法
技术领域：
本发明涉及土工试验试样制备领域。具体说是一种实验室土工试样的制备方法。
背景技术：
目前工业和民用建筑、水利、交通各类工程的地基土及填筑土料的基本工程性质试验，大多参考GB/T50123-1999《土工试验方法标准》。另外，中国是文明古国，土遗址遍布全国，由于现存的土遗址经过千百年的风吹雨打，大部分已破坏严重，土遗址尤其是丝绸之路上的土遗址保护迫在眉睫，而且土遗址保护起步较晚，试验方法目前参考普通土工试验方法。在测试普通土、遗址土物理、力学性能时，制作出组分均匀、性能稳定、可重复性强的土工试样是关键。按照上述标准制样方法，无论是用内径61.8mm，高40mm不锈钢环刀，还是用内径40mm，高80mm的铜质模具制备出的试样，都会出现明显的界面分层现象，导致平行土样之间的抗折强度、剪切强度、渗透系数、孔隙比等的测试数据离散性很大而无法采用和进行比较，尤其是抗折强度。抗折强度(弯曲强度)是无机非金属材料(如:水泥、混凝土、玻璃等)的一个重要力学性能参数，但由于土样制作分层的现象，对断面施加外力时，总是在土柱分层处断裂，一直无法实际通过测试该物理指标对土工试样的抗折强度或弯曲强度进行评价。为了解决上述问题，本发明采用分梯度击实法，土-水充分混匀法，土充分吸水膨胀法制备土工试样，获得了均质、性能稳定的土样，该发明具有强的实用价值，使土工试验成果为工程设计和施工提供准确可靠的土性指标奠定了基础。
发明内容
本发明内容包括两个步骤，首`先是制备成分均匀、充分吸收水分、膨胀充分的散状土样，准确称量固体物料和去离子水后，在塑料薄膜上撒一层固体物料，用喷壶喷一遍水，再撒一层土，喷一遍水，直至固体物料和水用完为止，避免了现有方法中将水直接倒入混合物之中，很容易导致物料成团，结块并且水分分布很不均匀的现象。用塑料薄膜密封24个小时候后，打开机械混合，此时用手攥一下物料，既不松散也不粘手，这是土粒吸水均匀、膨胀充分的表现，避免了现有的方法中制得的土由于吸水不均匀局部松散、局部成团的现象。其次是击实出无分层的土柱。对于制作内径40mm,高80mm的土柱,采用相应的铜质模具和夯实锤，对固体物料采用分梯度击实法进行击实，避免了传统击实法中分四层击实，每层击实次数相同，层与层之间的粘结力很小，四层基本是独立的，会出现界面分层现象。本发明将物料填满铜质模具而不是如现有方法中的不填满，用手指按实后，根据多次试验经验按9次进行分梯度击实，从下到上每次击实次数为5、5、10、10、10、20、30、30、30，总击实次数为160次。第一层物料被击打5次时，模具中的物料会明显被压缩、变得致密，当加入后续物料并击打时，由于土颗粒对力的传导作用，会将部分击打力传导到下层土柱中，因此会继续使下层土柱密实，同时本层土柱受到的打击力相应减小，因此当均匀分配每层的击打次数时，下层土柱会比上层土柱致密，导致分层现象，只有按一定的间隔增加对后续土层的击打次数才能使每层土柱受到的击打力相似、致密度相似，整个土柱无分层现象。
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附图1:内径40mm、高80mm的铜质模具和夯实锤。附图2:采用分梯度击实法(图2-1)和传统击实法(图2-2)制备出的试样对比示意图。附图3:试样进行抗折强度测试之后的断裂位置。
具体实施方式
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以制备用于抗折强度测试的内径40mm,高80mm的三合土试样为例:
1、原料及组成为:土,沙,水硬性石灰,去离子水；土:沙为8:2 (质量比)；(土 +沙):水硬性石灰为7:3 (体积比)；去离子水为土、沙、水硬性石灰混合物总质量的16-17% (最优含水率)。2、经过大量 试验,制备一个高80mm，直径40mm的三合土试样的质量约为175g。以制备3个测试抗折强度试样为例，所需物料为土 500g，沙125g，水硬性石灰139g，去离子水 150ml ο3、将上述土、沙和水硬性石灰所有固体物料机械混合均匀，在塑料薄膜上铺一层固体物料，在固体物料表面用喷壶均匀喷洒一遍水，再铺一层固体物料，再喷一遍水，直至所有物料用完为止，之后将物料机械混合，捣碎少量结块。用塑料薄膜将物料密封24h，待水与石灰充分反应、土颗粒充分吸水膨胀后，将物料再次混合均匀备用。4、取一定量的物料填满铜质模具，用手指按实。根据大量的试验经验，击实次数为160次左右，按9次分梯度击实，从下至上击实次数为5、5、10、10、10、20、30、30、30。每次打击结束之后，向模具中填满物料，并用手指按实。5、在养护7天后，对试样进行抗折强度测试，试样全部从中间断裂。3个平行试样的抗折强度分别为427.9KPa，419.9KPa，402.lKPa，平均抗折强度为416.6KPa，数据的均匀性相对良好。6、另外，使用本方法制备出的试样，经过不同加固材料加固后，抗折强度数据的平行性也较好。7、本方法应用在内径61.8mm,高40mm的环刀法制备的土工试样中，分6次击实,从下至上每层击实次数为3，3，5，5，5，5，总击实次数为16次。对试样进行孔隙比、渗透系数等测试，数据均匀性良好。所以分梯度击实法，可以广泛应用于土工试样的制备上。
权利要求
1.本发明以制备内径40mm,高80mm的三合土试样为例，原料组成为土、沙、水硬性石灰、去离子水；土:沙为8:2 (质量比)；(土 +沙):水硬性石灰为7:3 (体积比)；去离子水为土、沙、水硬性石灰混合物总质量的16-17% (最优含水率)。
2.采用土-水充分混匀法，土充分吸水膨胀法制备土工试样，即:准确称量固体物料和去离子水后，在塑料薄膜上撒一层固体物料，用喷壶喷一遍水，再撒一层土，喷一遍水，直至固体物料和水用完为止，用塑料薄膜覆盖混合物一昼夜，再机械混合。
3.本发明采用分梯度击实法，根据经验，制备直径为40mm、高为80mm的试样,击实次数应为160-170次。
4.本发明采用击实次数为160下，按9次进行分梯度击实，自下至上每层击实次数为5、5、10、10、10、20、30、30、30。
5.采用上述物料配比和击实次数，养护7天后，平行试样的抗折强度较均匀，试样的平均抗折强度约为416.6KPa。
6.分梯度击实应用在环刀法(内径61.8mm,高40mm)制备的土工试样上,击实次数为16次，分6次进行分 梯度击实，自下而上每层击实次数为3、3、5、5、5、5。
全文摘要
为解决土工试样制备过程分层现象，本发明提供了一种制备土工试样方法，制备出的试样不分层，特别适用于土工性质中测试抗折强度、弯曲强度试样的制备。以内径40mm，高80mm的铜质模具制备的三合土样为例，采用土-水充分混匀法，土充分吸水膨胀法得到混合均匀和吸水膨胀充分的物料后，采用分梯度击实法，从下至上分间隔增加击打次数，获得了较为均质、性能稳定的土样，避免了传统击实法界面分层现象，使平行试样的抗折强度、渗透系数、孔隙比等性能指标更加准确可靠，该发明具有强的实用价值。
文档编号G01N1/28GK103234788SQ20131012145
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者王菊琳, 张屹东 申请人:北京化工大学