试验室用多孔材料压力-吸水耦合测试装置及其测试方法

本发明涉及一种试验室用多孔材料压力-吸水耦合测试装置及其测试方法，属于测试材料吸水能力的试验装置的技术领域。

背景技术：

现有多孔材料的吸水测试装置主要分为两种。其一：无原始压力作用或受压后撤去荷载的自然吸水装置，其二：受压状态下的渗水装置(如图1所示)。

但是第一种装置只能测试受压后撤去力值状态时(即吸水测试时无压力状态)的多孔材料吸水。多孔材料，尤其是建筑多孔材料如砂浆，混凝土等在日常使用过程中大多处于受压力状态。受压状态下多孔材料的孔结构发生改变，不同压应力水平下微裂缝的出现及发展都将对多孔材料的吸水能力造成影响。当撤去压力时，发生弹性变形的孔恢复，只有当孔发生塑性不可逆变形时才能测得吸水能力的变化。低应力水平下大多多孔材料发生弹性变形。因此，第一种装置对于低应力水平下多孔材料吸水量的测定存在问题。

图1所示的第二种装置可以测量持荷状态下的渗水量，但是存在两个问题：1、测试试件需要钻心取样，钻心会对测试使用的试样产生裂缝影响测试结果的准确度，且试件大小及钻心厚度均要匹配相应的钻心器械，增加了试验成本及操作的复杂程度。2、该方法对试件要求较高，试件必须为薄壁筒形，筒壁过厚或试件材料过于密实则水无法渗透过壁厚影响渗水量的收集，非筒形则无法进行测试。

技术实现要素：

本发明为了解决上述背景技术中提到的现有两种多孔材料的吸水测试装置存在的技术问题，提出一种试验室用多孔材料压力-吸水耦合测试装置及其测试方法。

本发明提出一种试验室用多孔材料压力-吸水耦合测试装置，包括压力机部分、连通吸水测试部分和数据采集部分，

所述压力机部分包括压力机下底板a、压力机下底板b和压力机上板，所述压力机下底板a的顶面比压力机下底板b的顶面的高度要高，

所述连通吸水测试部分包括试件吸水容器、储水容器、可升降的电子称底座、联通管和一台能与电脑连接实时记录数据的且精确到±0.01g的电子称，所述试件吸水容器放置在压力机下底板a上，且位于压力机上板下，所述试件受压垫板放置于容器内的试件上方，以保证受压过程的顺利进行，所述储水容器放置在电子称上，所述电子称放置在可升降的电子称底座上，所述可升降的电子称底座位于压力机下底板b上，所述吸水的容器和储水容器通过联通管联通，

所述数据采集部分包括电脑，所述电脑与压力机和电子称联通，压力机施加的荷载、位移与电子称的读数输出给电脑。

优选地，所述试件吸水容器包括透明可视刻度线a、滤网和联通孔a，所述试件吸水容器的桶身上刻有透明可视刻度线a，桶身侧壁底部开有联通孔a，所述联通孔a内侧设置有滤网。

优选地，所述储水容器包括盖子、通气孔、透明可视刻度线b和联通孔b，所述储水容器的桶身上方设置有盖子，所述盖子上设置有通气孔，所述桶身上刻有透明可视刻度线b，所述桶身侧壁底部开有联通孔b。

优选地，所述联通管两端连接有不锈钢接头，所述不锈钢接头的两端分别连接试件吸水容器和储水容器的联通孔。连通管靠近容器的部分有水阀。

优选地，所述联通管的下方安装有联通管支撑装置。

优选地，所述联通管支撑装置包括托槽、若干照明装置、调节托槽方向的螺栓、控制升降的螺栓和吸盘式底座，所述托槽上设置有若干照明装置，所述托槽下设置有支撑杆，所述支撑杆与托槽的连接处设置有调节托槽方向的螺栓，所述支撑杆的底部为吸盘式底座，所述支撑杆上设置有控制升降的螺栓。

优选地，所述压力机下底板a与压力机下底板b之间采用螺栓连接，非压力吸水测试时，能够对压力机下底板b进行拆除。

优选地，所述电子秤的上表面采用表面粗糙的材料，防止试验过程中储水容器的滑移。

一种所述的试验室用多孔材料压力-吸水耦合测试装置的测试方法，具体包括以下步骤：

(1)试验前将压力机下底板a与压力机下底板b连接，

(2)清理各底座，保证其平整清洁，

(3)按试件吸水容器中的图标放好试件后放置试件顶的试件受压垫板，

(4)打开电脑的数据采集系统及压力测试系统，向储水容器中注水，

(5)下降压力机上板，并抬高电子秤的可升降的电子称底座，当储水容器的连通孔b高于吸水容器的连通孔a，且低于吸水容器高度的二分之一时，拧开连通管上的水阀，通过透明可视刻度线a密切关注试件吸水容器中水位的变化，当接近目标值，降低可升降的电子称底座使得储水容器的连通孔b与吸水容器的连通孔a尽量保持同一高度，并注意试件吸水容器与储水容器中的水位线，防止试件吸水容器中水过多而导致外溢，

(6)架好联通管支撑装置并打开照明装置，观测联通管中是否有气泡，无气泡则开始试验。

本发明所述的试验室用多孔材料压力-吸水耦合测试装置及其测试方法的有益效果为：

1.本发明所述的试验室用多孔材料压力-吸水耦合测试装置可进行受压条件下的吸水测试，提高低压应力水平下的多孔材料吸水测试结果的精度。

2.本发明所述的试验室用多孔材料压力-吸水耦合测试装置减少试件钻心造成的损伤及其影响，提高试验精度。

3.本发明所述的试验室用多孔材料压力-吸水耦合测试装置对试件形状及厚度没有要求，减少测试复杂度，降低试验成本，可进行多种类型试件的受压吸水测试试验。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为背景技术中所述的第二种装置的结构示意图；

图2为本发明所述的一种试验室用多孔材料压力-吸水耦合测试装置的结构示意图；

图3为压力机和数据采集器部分的结构示意图；

图4为压力机下底板a与压力机下底板b的局部放大图；

图5为试件吸水容器的结构示意图；

图6为储水容器的结构示意图；

图7为联通管的结构示意图；

图8为联通管支撑装置的结构示意图；

其中，1-压力机下底板a(承载试件用)，2-压力机下底板b(承载电子称用)，3-试件吸水容器，4-储水容器，5-压力机上板，6-可升降的电子称底座，7-试件受压垫板，8-电子秤，9-联通管，10-联通管支撑装置，11-透明可视刻度线a，12-滤网，13-联通孔a，14-盖子，15-通气孔，16-透明可视刻度线b，17-联通孔b，18-不锈钢接头，19-托槽，20-照明装置，21-调节托槽方向的螺栓，22-控制升降的螺栓，23-吸盘式底座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

具体实施方式一：参见图2-8说明本实施方式。本实施方式所述的试验室用多孔材料压力-吸水耦合测试装置，包括压力机部分、连通吸水测试部分和数据采集部分，

所述压力机部分包括压力机下底板a1、压力机下底板b2和压力机上板5，所述压力机下底板a1的顶面比压力机下底板b2的顶面的高度要高，压力机部分的其他结构为现有的压力机结构。

所述连通吸水测试部分包括试件吸水容器3、储水容器4、联通管9和一台能与电脑连接实时记录数据的且精确到0.01g的电子称8，所述试件吸水容器3放置在压力机下底板a1上，且位于压力机上板5下，所述试件吸水容器3上垫有试件受压垫板，所述储水容器4放置在电子称8上，所述电子称8放置在可升降的电子称底座6上，所述可升降的电子称底座6位于压力机下底板b2上，所述吸水的容器3和储水容器4通过联通管9联通，

所述数据采集部分包括电脑以及相应的压力机与电子称等设备的操作软件，所述电脑与压力机和电子称8联通，压力机施加的荷载、位移与电子称8的读数输出给电脑。

所述试件吸水容器3包括透明可视刻度线a11、滤网12和联通孔a13，所述试件吸水容器3的桶身上刻有透明可视刻度线a11，桶身侧壁底部开有联通孔a13，所述联通孔a13处设置有滤网12。

所述储水容器4包括盖子14、通气孔15、透明可视刻度线b16和联通孔b17，所述储水容器4的桶身上方设置有盖子14，所述盖子上设置有通气孔15，所述桶身上刻有透明可视刻度线b16，所述桶身侧壁底部开有联通孔b17。

所述联通管9两端连接有不锈钢接头18，所述不锈钢接头18的两端分别连接试件吸水容器3和储水容器4的联通孔。所述联通管9靠近容器4的部分有水阀。

所述联通管9的下方安装有联通管支撑装置10。所述联通管支撑装置10包括托槽19、若干照明装置20、调节托槽方向的螺栓21、控制升降的螺栓22和吸盘式底座23，所述托槽19上设置有若干照明装置20，所述托槽19下设置有支撑杆，所述支撑杆与托槽19的连接处设置有调节托槽方向的螺栓21，所述支撑杆的底部为吸盘式底座23，所述支撑杆上设置有控制升降的螺栓22。

所述试件受压垫板7的长宽方向的尺寸要小于容器3相应的尺寸且大于试件受压面的尺寸，以避免受压时产生误差。高度方向的尺寸要根据试件预估破坏压力的大小保证拥有足够的刚度。

关于试件与其上方垫板如何放置：一般压力机上下压力板之间的最大距离大于试件高度的3倍。放置好容器3后将上压力板升高使其与容器3的上口间距离大于试件的高度，按照容器3内底部事先画好的试件安放位置图标放置试件。再将试件的垫板放置于试件上方。最后，降低压力机上压力板使其在试验前与试件上方垫板顶面保持1mm左右的间距。

为进行受压状态时试件吸水测试，本发明设计了采用连通器原理的装置(如图2所示)。该装置分为三部分，分别为：压力机部分，连通吸水测试部分和数据采集部分。

压力机部分：对传统的压力机试件底座进行改造，将底座一侧设计为阶梯状分为压力机下底板a1和压力机下底板b2两部分。压力机下底板a1部分主要用于放置试件，压力机下底板b2部分主要用于放置称量器械。压力机下底板a1与压力机下底板b2之间阶梯的高度差h0的大小根据电子称量工具的高度决定，建造要求为：使得电子称量装置的顶部不低于试件底座所处的水平面。由于压力机下底板b2部分不受力，因此建造时不必刻意加强其刚度，而压力机下底板a1部分要根据压力机的最大承载能力和试件的大小考虑刚度要求。压力机下底板a1与压力机下底板b2之间采用螺栓连接，非压力吸水测试时可拆除压力机下底板b2部分(如图4)。

连通器吸水测试部分：该部分分为一组连通容器、一台称量器械与承载装置。连通容器底部需要采用同种厚度的钢材，且钢材厚度不宜过薄以保证在试件受压时提供足够的刚度。在两个桶底部靠上的位置设置连通孔，均需设置为外凸口，且外轮廓为螺纹，方便联通管9损坏时的更换。

连通孔之间使用两端不锈钢制外侧具有螺纹，中间为橡皮管等较为柔软的防水空心材料连通，即联通管9。管材不能使用颜色过深(如黑色，深褐色等)的材料且中间的空心部分直径大于3mm保证测试过程中水的正常流通不堵塞。管材以及与容器之间的连接必须严格不渗水。

试件吸水容器高度应微高于试件高度且配有与标准试件底面大小相同的较厚的试件顶垫板，以防止试验过程中容器与压力机上压板接触受压破坏或影响试件受力。此外试件吸水容器3应在与联通管9垂直的方向分别设置透明刻度带，刻度带的0点位置为试件吸水容器3底的上顶面，以保证初始加水时控制水量的多少。试件吸水容器3内部，连通孔的周围应设置过滤网12，网眼边长(或直径)大于1mm小于3mm，用以避免试件破碎时小碎块进入连通管造成堵塞。储水容器4应配备带有可拆卸的盖子14，盖子14上需要开孔。设置盖子14是为了尽量避免试验室内温度过高，试验时间过长时储水容器4中水分蒸发造成的误差，开孔是为了使储水容器4与大气连通，保证连通器的正常使用(如图6)。

称量器械包括一台能与电脑连接实时记录数据的且精确到0.01g的电子称8，电子秤8的上表面采用表面粗糙的材料防止试验过程中储水容器4的滑移。

承载装置分为两部分：可升降的电子称底座6以及可调高度且带有照明设备的联通管支撑装置10。试验前通过储水容器4向试件吸水容器3注水时，当试件吸水容器3装水到一半之前，需要通过可升降的电子称底座6抬高电子称8及其上的储水容器4以保证顺利排出连通管中的空气有利于水分的传输，之后再降低底座到合适的位置。整个测试过程中中间的联通管9需要全程被支撑以防止软管下坠导致水分传输受阻。照明装置20则可以在试验过程中检测软管中是否存在气泡而导致水分传输受阻(如图8)。

所述可升降的电子称底座6的升降机理是底部内置螺母与螺丝，依靠旋转螺丝将上层的铁板顶起。

数据采集部分主要是一台能够控制压力机与电子称8工作的电脑，要求是使得压力机施加荷载、位移与电子称的读数可以同时输出。

所述的试验室用多孔材料压力-吸水耦合测试装置的测试方法为：

试验前将压力机下底板a1与压力机下底板b2连接。清理各底座，保证其平整清洁。按试件吸水容器3中的图标放好试件后，再安放试件顶的试件受压垫板7。打开计算机的数据采集系统及压力测试系统。向储水容器4中注水。下降压力机上顶板，并抬高电子秤的底座当两个连通口存在高差时(储水容器4高于试件吸水容器3)拧开储水容器4的水阀，通过透明刻度条密切关注试件吸水容器3中水位的变化，当接近目标值一般的时候，降低台称底座并注意试件吸水容器3与储水容器4中的水位线防止试件吸水容器3中水过多而导致外溢。架好连通软管的支架并打开照明设备，观测软管中是否有气泡。无气泡可以开始试验。试验结束后先关闭压力测试系统及数据采集系统。

其中的图标为根据试件大小画在容器3底部的指示线，用来保证试件距容器3的边缘有一定距离，避免影响受压过程的吸水。

本发明所述的试验室用多孔材料压力-吸水耦合测试装置的工作原理为：

利用连通器原理，使得相连通的试件吸水容器3和储水容器4保持相同的水面高度。当试件吸水容器3中试件吸水mg造成液面下降时，由于连通使得储水容器4中的水通过联通管9进入试件吸水容器3中对试件吸水容器3中的含水量进行补给。补给质量m0与m之间为线性关系(如公式1所示)。因此可以根据储水容器4中的质量减少计算试件吸水容器3中试件吸水量，具体公式1如下所示：

m0：每次试件吸水后的补给质量；m：试件的吸水质量；ad：储水容器4的底面积；ac：试件吸水容器3的底面积；as：标准试件的底面积。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。