一种特定含水量空心圆柱形膨润土试样制备装置及方法与流程

本发明涉及一种膨润土试样的制备装置，尤其是一种特定含水量空心圆柱形膨润土试样制备装置及方法。

背景技术：

高放射性废料(高放废物)深层地质处置库一般采用多重屏障系统，包括围岩地质屏障、基于膨润土的工程屏障和废物储存容器屏障等，其中作为缓冲回填材料的膨润土设置在围岩与废物容器之间，作为缓冲回填材料，其必须具有遇水膨胀、自封闭性、低渗透性和核素吸附等性能，因为膨润土具备以上各种特性，一般选用膨润土作为缓冲回填材料。

膨润土作为缓冲回填材料，处在围岩与废物容器之间，随着地下水的渗流，膨润土吸水膨胀可以起到密封容器及围岩中裂隙的作用，同时随着高放废物的衰变，废物容器中的温度会上升，因此需要研究膨润土的热水力耦合效应。

膨润土一般被加工成块体放在废物储存罐及围岩中，整体呈空心圆柱形，但是，目前制备不同初始含水量和干密度的压实试样存在两个问题：

1)制备特定含水量往往是通过直接将水与膨润土进行混合，制备雪花冰晶与膨润土混合以及直接喷雾等方法，但这些方法难以混合均匀，往往是局部吸收，容易形成疙瘩。

2)只是将膨润土加工成实心柱体进行研究，而对于加工成空心圆柱形试样，往往采用的方式是直接使用平面压头向实心圆柱体的中心施压，这样制造出来的试样的空心内表面较为粗糙，且平面压头不易对中，形成的空心圆柱孔垂直度差，甚至在平面压头施压的过程中破坏试样等，很难制造出理想的试验试样。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种特定含水量空心圆柱形膨润土试样制备装置及方法，能够制得符合实际情况的特定含水量空心圆柱形膨润土试样，可为准确模拟真实环境下测定膨润土的各项性能提供保障，且制备装置结构简单，成本低，制备方法易操作，加工效率高、质量好。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种空心圆柱形膨润土试样的制备装置，包括具有芯轴的底座、与底座连接成一体的成型模具以及压头，成型模具的内腔为圆柱形，压头与成型模具内腔配合部分的外形为圆柱形，压头的下方内部具有与芯轴相适配的腔体。

一种采用如权利要求1所述制备装置制备特定含水量空心圆柱形膨润土试样的方法，包括如下步骤：首先，是特定含水量膨润土的养护：将一定质量的膨润土放置在不同湿度环境下养护，待质量稳定之后，取其中质量为m1的膨润土烘干，测其烘干后的质量m2，计算其含水量w，

之后，根据所要制备的样品的干密度ρd、高度h和直径d：计算所需土的量，

最后，将计算好的土量放置在权利要求1所述空心圆柱形膨润土试样的制备装置中，通过压头将试样压制特定高度h，即可将制备的特定含水量的空心圆柱形膨润土试样取出。

相比现有技术，本发明的一种特定含水量空心圆柱形膨润土试样制备装置及方法，通过计量获得特定含水量膨润土，再将计算好的土量放到空心圆柱形膨润土试样的制备装置中，通过压头将试样压制特定高度h，就可制备出特定含水量的空心圆柱形试样，这样的膨润土试样才最接近真实情况，进而利于准确模拟真实环境下测定膨润土的各项性能，并且该制备方法易操作，加工效率高、质量好，而空心圆柱形膨润土试样的制备装置包括具有芯轴的底座、与底座连接成一体的成型模具以及压头，成型模具的内腔为圆柱形，压头与成型模具内腔配合部分的外形为圆柱形，压头的下方内部具有与芯轴相适配的腔体，只需要将膨润土填入成型模具的内腔，再使用压头压制即可，制备装置的结构简单，制作成本低，操作简易。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个实施例空心圆柱形膨润土试样的制备装置的结构示意图。

图2是本发明一个实施例压头的结构示意图。

图3是本发明一个实施例底座的剖视图。

图4是本发明一个实施例底座俯视图。

图5是本发明一个实施例成型模具的剖视图。

图6是本发明一个实施例成型模具的截面图。

图中，1、压头，1-1、腔体，2、成型模具，2-1、内腔，3、芯轴，4、膨润土，5、底座，5-1、凹槽，5-2、安装孔，6、螺栓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1至图6示出了本发明一个较佳的实施例的结构示意图，图中的一种空心圆柱形膨润土试样的制备装置，包括具有芯轴的底座、与底座连接成一体的成型模具以及压头；参见图5和图6，成型模具的内腔为圆柱形，该实施例中成型模具的外形也为圆形，但不限于此；参见图2，压头只要满足其与成型模具内腔配合部分的外形为圆柱形即可，不与成型模具的内腔形成配合的部位的形状可以是任意的常规形状，压头的下方内部具有与芯轴相适配的腔体，压头内腔体的长度与芯轴的长度相配合，具体尺寸可根据实际需要选设。使用时，将特定含水量的膨润土填入成型模具的内腔，再使用压头压制即可制得特定含水量的空心圆柱形膨润土试样。

本发明的所述芯轴的下端部通过可拆卸或者不可拆卸的方式连接固定在底座的中心部位，或者芯轴的下端部一体成型连接在底座的中心部位；例如，所述芯轴的下端部通过螺栓或焊接固定在底座的中心部位。而所述成型模具的下端部与底座通过可拆卸的方式连接，其中拆卸的连接可以是通过凹槽卡接或者螺纹连接等其他连接方式。

在本实施例中，参见图3和图4，可以在底座的中心位置开设安装孔，用于采用螺栓将芯轴与底座固连。在底座上表面设置圆形凹槽，成型模具的下端部于圆形凹槽处与底座卡接；参见图5和图6，这时，成型模具的外形为圆形，是为了配合底座上的圆形凹槽，但不限于此，成型模具的外形可以是任意形状，只需要底座上开设的用于连接的凹槽具有与成型模具外形一致的形状即可实现卡接。

一种制备特定含水量空心圆柱形膨润土试样的方法，包括如下步骤：

1)首先，是特定含水量膨润土的养护：

将一定质量的膨润土放置在不同湿度环境下养护，养护的过程为：配置饱和盐溶液，放置在密封罐中形成固定的相对湿度，如75％湿度环境、85％湿度环境等，将膨润土放置在密封罐内，膨润土在密封罐中悬空，不泡在盐溶液中,膨润土吸水后形成不同含水量的膨润土颗粒，待质量稳定之后，取其中质量为m1的膨润土烘干，测定烘干后的质量m2，计算其含水量w，

2)之后，根据所要制备的样品的干密度ρd、高度h和直径d，计算所需土的量，

3)将计算好的土量放置在权利要求1所述空心圆柱形膨润土试样的制备装置中，通过压头将试样压制特定高度h，卸下底座，对压头施压，即可从底部将制备好特定含水量的空心圆柱形膨润土试样取出，获得成品。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。