一种试样吸水变形测试装置

1.本实用新型涉及工程、岩土试件测试技术，具体涉及一种试件吸水变形测试装置。


背景技术：

2.在建筑材料、隧道开挖、边坡开挖等领域，需研究观测试件吸水变形的特性，比如石膏岩、黄土、红黏土等的吸水性与膨胀性。但目前还没有一种能够相关性能测试的装置。


技术实现要素：

3.针对现有技术的缺陷或不足，本实用新型提供了一种试件吸水变形测试装置。
4.为此，本实用新型提供的试件吸水变形测试装置包括测试箱，所述测试箱内底部设有凸台，所述测试箱底部侧壁设有出水口，所述出水口所在水平位置高于所述凸台上表面合理距离。
5.进一步，所述测试箱底部侧壁设有排水口，所述排水口所在侧壁与所述凸台之间不接触预留有供水腔，该供水腔设有隔板，该隔板与测试箱底部预留有过水口，所述排水口所在水平位置低于所述凸台上表面。
6.进一步，本实用新型的试件吸水变形测试装置还包括透水石，该透水石设置在凸台上，所述出水口所在水平位置与透水石上表面处于同一水平位置。
7.进一步，所述透水石上铺有滤纸。
8.进一步，所述测试箱内靠上方设有水容器，该水容器底部设有出口，该出口处设有出水阀，所述出口在水平方向上偏离所述凸台。
9.进一步，还包括保护膜，用于包裹在待测试件外表面。
10.进一步，还包括集水容器和称重装置，所述集水容器位于所述称重装置上，且所述集水容器位于所述出水口处，用于收集出水口排出的水。
11.进一步，所述测试箱上方设有施压装置，且施压装置位于所述凸台上方。
12.可选的，所述施压装置包括固定杆、施压杆、杠杆和配重装置；所述固定杆安装在测试箱内顶部，配重装置通过型支杆活动式安装在固定杆上，且型支杆一端延伸向配置装置的反侧，该延伸端活动式连接有施压杆；所述杠杆一端活动式安装在固定杆底端，另一端设有用于悬挂砝码的结构，在杠杆的另一端无砝码的时，配重装置与杠杆之间为平衡态。
13.更进一步，所述测试箱内且位于凸台上或上方设有第三测量仪表和至少一组测量仪表，所述第三测量仪表所在水平位置高于所述至少一组测量仪表所在水平位置，且第三测量仪表和至少一组测量仪表之间为待测试件放置位置，所述每组测量仪表由两个相对位于待测试件放置位置两侧的测量仪表构成。
14.本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：
15.(1)本实用新型可以同时、实时测量试样吸水或/和荷载下变形过程中的毛细吸水率和膨胀率。
16.(2)本实用新型的装置进一步可集成相关传感器，可将数据传输到计算机中，实现自动化采集与控制，提升测试过程的便捷性。
附图说明
17.图1为测定试样在荷载作用下吸水与膨胀装置结构示意图；
18.图2为试样周围位移测量装置布置的俯视图。
具体实施方式
19.除非另有说明，本文中的术语根据本实用新型发明创造所属领域普通技术人员的常规认识理解。
20.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“相对”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.本实用所述合理距离的确定原则是根据测试需要的水位高度确定，确保被测试件在测试时被浸泡在合理的水位中，或未被水浸泡。进一步，可在凸台上加设透水石进行合理调节。
23.本实用新型所述试件为建筑、隧道、公路、岩土等领域的材料、构件观测研究试件，其形状一般为柱体，包括但不限于圆柱体、立方体等。
24.下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和显示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
25.实施例：
26.该实施例提供了一种具体的试件吸水变形测试装置，参见图1
‑
2所示，其由测试箱14、测试箱14内设凸台9，且凸台紧挨测试箱一侧壁，该侧壁上开设有出水口20，且该出水口高于凸台的上表面，同时凸台上放置有透水石10，透水石上方位待测试件放置位置，透水石的作用是更好实现试件吸收水分过程的均匀性。
27.进一步，在出水口所处侧壁的相对侧壁底部开设有排水口5，该排水口所在的水平位置低于凸台上表面，实验完成后可通过排水口将测试箱中存留的水排出；并且排水口5所在侧壁与所述凸台9之间不接触预留有供水腔1，该供水腔设有隔板，该隔板与测试箱底部
预留有过水口7，以为试件吸水过程持续供水。
28.更进一步，测试箱或供水腔内安装有水容器2，该水容器底部设有出口4，该出口处安装有出水阀3，并且出口4在水平方向上偏离透水石所在位置如可靠近测试箱侧壁设置，以确保实验过程中供水时所加的水不直接与试件接触。其中出水阀的作用是在测量过程中以有控制的加水，如逐滴加入。
29.为方便测试过程中对试件的变形进行直接观察，测试箱15内设有相应的测量仪表如千分表，具体包括设置待测试件轴向和径向上的测量仪表，分别用于观测试件的轴向或径向的尺寸变化。轴向上的测量仪表 (19
‑
1)高于径向的测量仪表(19
‑
2)，且径向测量仪表成对设置，至少为一对及一组分别位于待测试件两侧。也可以为两组或两对(如图2所示)，以更准确监测试件的径向尺寸变形情况。进一步可选择的方案是，各测试仪表可通过安装杆(18
‑
1、18
‑
2)安装在测试箱中合适位置。
30.进一步的方案中，可在试件外边面包覆保护膜13如橡胶模，避免试样在吸水过程中水分的散失以及与空气直接接触，确保测量的准确性。
31.还有些实施方案中，透水石上铺滤纸11，防止试样因不均匀的吸入水分造成实验数据的不准确。
32.在上述方案基础上，可在测试箱外的出水口处设置集水容器21和称重装置22如电子天平，以在测试过程中对试件吸水量进行计算和监测。
33.更进一步的方案中，在上述方案基础上，测试箱内设置施压装置，一般的施压装置均适用于本实用新型。一种施压装置主要包括固定杆26、施压杆25、杠杆16、砝码17以及配重装置24；固定杆24安装在测试箱内顶部，配重装置24通过型支杆活动式(如通过滚动轴承)安装在固定杆26上，且型支杆一端延伸向配置装置的反侧，其上活动式连接有施压杆25；杠杆16一端活动式(如通过滚动轴承)安装在固定杆26底端，另一端设有用于悬挂砝码17的结构；施压杆25轴向/ 竖向设置同时与杠杆16活动连接，施压装置底部设传压板15，该传压板形状与试件形状匹配。在杠杆16的另一端无砝码的时候配重装置24与杠杆16之间为平衡态，即杠杆保持水平状，此时压力杆25对试样不进行施压作用，固定杆26对杠杆进行承载；当杠杆的另一端加入不同数量的砝码17时，会使得这种静态平衡消失，从而对试样产生不同的压力，压力杆对试件进行施压。
34.为确保装置的水平态，测试箱底部可设置调平底16和水准仪23。测试前可通过调节调平底座16，并通过观察水准仪23调节测试箱处于水平态。
35.采用上述装置对石膏岩变形过程中的吸水、膨胀规律的变化。
36.首先要将石膏岩制成规则的圆柱形试样，然后将其套入橡胶膜中，放置在本装置中，通过增加不同数量的标准型砝码来对试样施加不同的竖向压力，增加砝码完毕后，开始向装置供水，试样在变形过程中吸入的水的质量可通过电子天平进行读取；试样在变形过程中吸水后水平位移和竖直位移的变化可根据径向千分表和轴向千分表进行读取。具体步骤如下：
37.(1)将测试箱放置于水平工作平台上，保证试件测试时吸水作用均匀充分，同时也确保测试过程中排水顺利；
38.(2)将透水石10放置在凸台上，然后向水容器1中均匀缓慢注水，此时水容器1中的
水通过出口7进入到测试箱14中，当测试箱14中的液面刚好没过透水石10顶端时，停止注水；
39.(3)在出水口20处放置集水瓶21和称重装置22；
40.(4)选择放置或不放置滤纸11，之后将制好的待测试件12置于透水石10上，然后将橡胶膜13包裹在试件12表面上；之后将加压板15放置在试样12之上，为确保实施充分，可将加圧板15底端包裹在橡胶膜 13内；
41.根据试验要求迅速施加一定的荷载并打开水出水阀3，使水容器2 中的水继续进入到测试箱1中，与此同时吸水室14中的排水管20会迅速将多余的水排出到集水瓶21中，保证了测试箱14的液面始终保持不变；
42.此时试件12吸水的量为水容器2中流出的水量与集水瓶21中增加质量的差值，根据差值可以实时量测试样的吸水质量与吸水速率；而千分表19
‑
1及19
‑
2则实时测量试样的径向与轴向变化，进而可以得到试样的膨胀量与膨胀率；
43.膨胀量即试样吸水过程中试样体积的变化量，具体公式如下：
44.δv＝v2‑
v145.式中δv为试样吸水后的体积变化量；v1为试样未吸水时的体积；v2为试样吸水后的体积；
46.膨胀率即为试样吸水过程中试样的体积变化量与试样未吸水体积的比值，具体公式如下：
[0047][0048]
式中δ为试样的膨胀率，其余符号含义同上；
[0049]
(5)当连续24小时内水容器2中的流出量与集水瓶21中的增加量差值小于0.001g时，认为试样毛细吸水完成，此时关闭流量控制阀3，卸去荷载，取出试件12，打开排水阀门5将装置中的水完全排出。
[0050]
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施方式，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。