CN102393320A - 一种不同含水率岩石试验样品的制备方法 - Google Patents

一种不同含水率岩石试验样品的制备方法 Download PDF

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周辉
李震
张传庆
卢景景
冯夏庭
程昌炳
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Abstract

本发明公开了一种不同含水率岩石试验样品的制备方法，涉及岩土力学的试验技术领域。本制备方法是：在恒湿器中，设置一定湿度的试验环境；将欲制备的样品称重，得原始样品，质量记作m1；将质量为m1的原始样品放入烘箱中，在105～110℃下烘干后称重，得干燥样品，质量记作m2，再将其放入恒湿器中保湿；或将质量为m1的原始样品用水饱和并称重，得饱水样品，质量记作m3，再将其放入恒湿器中保湿；定期将恒湿器中的样品称重，直至恒重，得到恒重样品，质量记作m4；含水率的求法是：样品含水率
Figure DDA0000093084570000011
本发明所制样品含水量非常均匀，达热力学平衡状态；可以制备出含水率相差不大的样品。

Description

一种不同含水率岩石试验样品的制备方法
技术领域
本发明涉及岩土力学的试验技术领域，尤其涉及一种不同含水率岩石试验样品的制备方法。
背景技术
岩石是块状的，不可能像制备不同含水率的土样一样，直接向一定量的土粉中加水来控制其含水率。要得到不同含水率的岩石试验样品(简称样品)，通常是将它首先用水饱和，然后通过烘烤，强迫使其部分失水，而达到不同的含水率。
但是这种样品有很大的问题：其一是不均匀性，因样品一般较大，在烘烤过程中，不可能使其内外含水率均匀一致；再就是烘烤法也不可能将本来饱和含水率就不高的岩石，再精确地制备出含水率相差不大的几种样品。
但在岩土力学与工程的研究中，不同含水率的样品是必不可少的；因此，迫切需要一种有效的制备方法来解决上述难题。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种不同含水率岩石实验样品的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明是利用“化学热力学”中单组份双相平衡理论。按热力学的常识，可将样品看作一种“体系”，而与其相邻的空间则看成一种“环境”。“环境”中有水蒸气，即有组分“水”；而“体系”中的水，也是组分“水”。组分“水”在上述这种“体系”与“环境”中会因为其化学势的差异而发生迁移，组分“水”总是由化学势高的地方向化学势低的地方转移，随着组分“水”的迁移，它在两相中的化学势之差也随之缩小，直至相等，组分“水”在两相中达到平衡，不再发生组分“水”的宏观迁移，此时样品中的水分保持恒定，得到相应某含水率的样品。
由上可见，本发明的关键是提供一种特定的热力学“环境”，使样品在此“环境”中含水率得到变化，而达到试验之要求。
这种热力学“环境”，是通过恒湿器来实现的。
具体地说，本制备方法包括下列步骤：
①在恒湿器中，设置一定湿度的试验环境，恒湿器放在温度稳定的地方，尽量减少温度的影响；
②将欲制备的样品称重，精确至0.01克，得原始样品，质量记作m1；
③将质量为m1的原始样品放入烘箱中，在105～110℃下烘干后称重，精确至0.01克，得干燥样品，质量记作m2，再将其放入恒湿器中保湿；
(干燥样品在恒湿过程中重量会逐渐增加直至平衡，质量恒定。)
或将质量为m1的原始样品用水饱和并称重，精确至0.01克，得饱水样品，质量记作m3，再将其放入恒湿器中保湿；
(饱水样品在恒湿过程中重量会逐渐减小，最后达到平衡，重量不再改变。)
④定期将恒湿器中的样品称重，精确到0.01克，直至恒重，得到恒重样品，质量记作m4；
⑤含水率的求法是：
样品含水率
Figure BDA0000093084550000021
样品起始含水率
样品饱和含水率为：
Figure BDA0000093084550000023
本发明具有下列优点和积极效果：
①所制样品含水量非常均匀，达热力学平衡状态；
②可以制备出含水率相差不大的样品。
附图说明
图1是恒湿器的结构示意图。
1-玻璃干燥器；
2-过饱和恒湿溶液。
图2是放入恒湿器中的干燥样品质量随时间的变化曲线图；
图3是放入恒湿器中的饱和样品质量随时间的变化曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明：
1、恒湿器
如图1，恒湿器是一种由市售的玻璃干燥器1自行改装而成，即在其底部加入某种过饱和恒湿溶液2，使恒湿器中的湿度不变。基于不同的过饱和恒湿溶液2，就能得到不同的湿度；基于不同的湿度，就可以改变样品中的平衡含水率，以得到不同含水率的样品。
根据实验要求来选择放入恒湿器中的某种过饱和恒湿溶液2，有湿度很低的，也有湿度很高的，也有湿度中等的；很多化学手册上已有明确介绍，可参阅相关的化学手册，如见“苏联化学手册(第一册)”，(陶坤译，科学出版社，1958，北京，p51)，“保持恒定湿度的溶液”部分。
2、放入恒湿器中样品质量随时间的变化情况
1)放入恒湿器中的干燥样品质量随时间的变化情况
如图2，样品为干燥样品，“水”由化学势高的地方向化学势低的地方转移，恒湿器中的“水”向样品中迁移，即样品质量逐渐增大，当组分“水”在两相中达到平衡，不再发生组分“水”的宏观迁移，此时样品中的水分保持恒定，得到相应某含水率的样品。
2)放入恒湿器中的饱和样品质量随时间的变化情况
如图3，样品为饱和样品，“水”由化学势高的地方向化学势低的地方转移，样品中的“水”向恒湿器中迁移，即样品质量逐渐减小，当组分“水”在两相中达到平衡，不再发生组分“水”的宏观迁移，此时样品中的水分保持恒定，得到相应某含水率的样品。
3、试验
表1中列出了9种样品的试验情况。每3种样品一组并分别装入3种不同的恒湿器(I、II、III)中。由于3种恒湿器分别设置不同的过饱和恒湿溶液[(NH4)2SO4、NaNO2、CrO3]，湿度各异(78％％、58％、40％)，最后依据公式
Figure BDA0000093084550000041
得到不同的含水率。
表1
Figure BDA0000093084550000042
由表1可见，含水率差异非常小：
如恒湿器I中，其含水率差异仅0.02％；
如恒湿器II中，其含水率差异仅0.02～0.09％；
如恒湿器III中，其含水率差异仅0.03～0.12％。

Claims (2)

1.一种不同含水率岩石试验样品的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
①在恒湿器中，设置一定湿度的试验环境，恒湿器放在温度稳定的地方，尽量减少温度的影响；
②将欲制备的样品称重，精确至0.01克，得原始样品，质量记作m1；
③将质量为m1的原始样品放入烘箱中，在105～110℃下烘干后称重，精确至0.01克，得干燥样品，质量记作m2，再将其放入恒湿器中保湿；
或将质量为m1的原始样品用水饱和并称重，精确至0.01克，得饱水样品，质量记作m3，再将其放入恒湿器中保湿；
④定期将恒湿器中的样品称重，精确到0.01克，直至恒重，得到恒重样品，质量记作m4；
⑤含水率的求法是：
样品含水率
Figure FDA0000093084540000011
样品起始含水率
Figure FDA0000093084540000012
样品饱和含水率为：
Figure FDA0000093084540000013
2.按权利要求1所述的一种不同含水率岩石试验样品的制备方法，其特征在于：
所述的恒湿器是一种由玻璃干燥器(1)自行改装而成，即在其底部加入某化学过饱和溶液(2)，使恒湿器中的湿度恒定。
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