CN103323164A - 一种测量静态破碎剂膨胀压的测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种测量静态破碎剂膨胀压的测试系统及测试方法，属于岩土工程技术领域。本发明的压力试验机刚性框架上设置有压力传感器；压头与压力传感器之间设置有管筒、第一活塞及第二活塞；第二活塞与压头相接触，第一活塞与压力传感器相接触。其测试方法为：将第一活塞放入管筒的底部，将管筒安放在压力传感器上；将静态破碎剂装入管筒内捣实平整后覆盖塑料薄膜；将第二活塞放入管筒内；启动压力试验机，通过油缸带动压头向下运行，使压头与第二活塞相接触；随着静态破碎剂体积的膨胀，其在轴向上会推动第一活塞和第二活塞，压力传感器会记录下膨胀压的数值；将膨胀压的数值除以第一活塞或第二活塞的截面积，即得到静态破碎剂膨胀压的大小。

Description

一种测量静态破碎剂膨胀压的测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，特别是涉及一种测量静态破碎剂膨胀压的测试系统及测试方法。

背景技术

静态破碎剂自问世以来，被广泛应用于石材开采、岩石破碎和边坡修理工程等领域中，其中膨胀压是用来衡量静态破碎剂最主要的性能指标，膨胀压的大小也是直接影响静态破碎剂破碎效果的关键。

目前对于静态破碎剂膨胀压的测试，比较常用的方法有外管法、内管法及压力传感器法，且这三种测试方法均是利用电阻应变片测量（电测法）静态破碎剂在限容状态下产生的应变值，并通过对应的公式计算得出膨胀压的。

对于中华人民共和国建材行业标准《无声破碎剂》（JC506-2008）中规定，要求利用外管法对静态破碎剂膨胀压进行测量，但是外管法仍存在以下问题：

1、热输出影响：

静态破碎剂与水反应过程中，释放出大量的热量，产生的热输出对电阻应变片测量结果影响很大；

2、测试工艺复杂：

静态破碎剂水化反应产生的高温可达120℃，测试过程中易发生喷孔现象，另外高温可导致粘贴电阻应变片的胶水失效引起电阻应变片脱落，因此测试过程中要将钢管放入水箱降温，放入水箱之前还应对电阻应变片进行防水处理，整个测试工艺复杂且成功率较低；

3、测试成本高：

每次测试后钢管和电阻应变片都无法重复使用，致使测试成本较高。

对于外管法存在的上述不足，相关技术人员也对新的静态破碎剂膨胀压的测试方法进行了研究，其中包括：

液压平衡测压仪测试方法：该方法虽然避免了电测法中机械滞后和温度效应对测量结果的影响，但仍存在测试结果精度不高的缺点；

液压传压测试方法：该方法是将固体膨胀材料和使其膨胀的介质，装入接有测量仪表并充满液体的密闭容器中，并通过固体膨胀材料的膨胀对密闭容器内液体压缩产生的压力，来反映其膨胀压的，但该方法存在对密闭容器密封要求高，且没有考虑反应放热对容器内液体温度影响，造成了膨胀压测试结果的失真；

测力环压力测试方法：该方法是根据位移-压力理论，通过钢模对静态破碎剂进行侧向约束，并测试其轴向膨胀位移，计算得出其膨胀压，但测得值与外管法相比，趋势相同，测得值远小于外管法，两者之间的比例系数可达到2.5～4.0，系数变化范围较大，导致测试结果离散性大，精度低，由于采用千分表和测力环测试，静态破碎剂在钢模内膨胀会产生一定量的轴向位移，对测试结果有较大影响。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种测试工艺简单、测试精度高及测试成本低廉的测量静态破碎剂膨胀压的测试系统及测试方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种测量静态破碎剂膨胀压的测试系统，包括压力试验机，其特点是在所述的压力试验机刚性框架上设置有压力传感器，压力传感器通过线缆与压力试验机控制台相连接；在所述压力试验机压头与压力传感器之间设置有管筒、第一活塞及第二活塞；所述管筒具有通孔，在管筒通孔内设置有第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞的径向尺寸相同；所述第一活塞和第二活塞均与管筒间隙配合；所述第二活塞与压力试验机压头相接触，第一活塞与压力传感器相接触。

所述第一活塞和第二活塞在轴向的高度之和与管筒的高度相等。

采用所述的测量静态破碎剂膨胀压的测试系统的测试方法，包括以下步骤：

步骤一：将第一活塞放入管筒的底部，保证第一活塞能够在管筒内沿轴向上、下自由移动，将管筒安放在压力传感器上方，令第一活塞与压力传感器相接触；

步骤二：将静态破碎剂装入管筒内，并将静态破碎剂捣实平整，在捣实平整后的静态破碎剂上表面覆盖塑料薄膜；

步骤三：将第二活塞放入管筒内，令第二活塞与静态破碎剂紧密接触；

步骤四：启动压力试验机，通过压力试验机控制台控制压力试验机油缸向下运行，进而带动压力试验机压头向下运行，使压力试验机压头与第二活塞相接触；

步骤五：随着时间的增加，静态破碎剂的体积会慢慢膨胀，受到管筒的径向约束，静态破碎剂会在轴向上推动第一活塞和第二活塞，此时压力传感器会记录下膨胀压的压力数值；

步骤六：将压力传感器记录下的膨胀压的压力数值除以第一活塞或第二活塞的截面积，即得到静态破碎剂膨胀压的大小。

本发明的有益效果：

1、本发明与现有技术相比，测试工艺简单，无需复杂的应变片粘贴、降温工艺，也无需加工密封要求严格的密闭容器，仅需加工简单的管筒、第一活塞及第二活塞，并利用压力试验机即可完成测试工作。

2、本发明与现有技术相比，直接通过压力传感器测试静态破碎剂在管筒内产生的轴向膨胀力，有效避免了静态破碎剂与水反应放热产生的热输出等不良效应对测试结果的影响。

3、本发明与现有技术相比，压力传感器能直接读取轴向压力数据，提高了测试精度。

4、本发明与现有技术相比，测试成本低廉，管筒两端为可自由移动的第一活塞及第二活塞，测试完成后，将第一活塞取出，可通过压力试验机推动第二活塞，直接将管筒内反应后的静态破碎剂块体推出，管筒、第一活塞及第二活塞可重复使用。

附图说明

图1为本发明的一种测量静态破碎剂膨胀压的测试系统结构示意图；

图2为采用本发明的测试系统及测试方法的实施例中得到的膨胀压的曲线图；

图中，1—管筒，2—第一活塞，3—第二活塞，4—静态破碎剂，5—压力试验机刚性框架，6—压力传感器，7—压力试验机压头，8—压力试验机油缸，9—位移传感器，10—线缆，11—压力试验机控制台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种测量静态破碎剂膨胀压的测试系统，包括压力试验机，在所述的压力试验机刚性框架5上设置有压力传感器6，压力传感器6通过线缆10与压力试验机控制台11相连接；在所述压力试验机压头7与压力传感器6之间设置有管筒1、第一活塞2及第二活塞3；所述管筒1具有通孔，在管筒1通孔内由下至上设置有第一活塞2和第二活塞3，第一活塞2和第二活塞3的径向尺寸相同；所述第一活塞2和第二活塞3均与管筒1间隙配合；所述第二活塞3与压力试验机压头7相接触，第一活塞2与压力传感器6相接触。

所述第一活塞2和第二活塞3在轴向的高度之和与管筒1的高度相等。

本实施例中，压力试验机的型号为YAG-3000，管筒1采用内径为φ113mm、外径为φ133mm、壁厚为10mm、高为150mm的无缝钢管，第一活塞2和第二活塞3均采用直径为φ113mm的圆钢，高度分别为40mm和110mm；型号为BK-4的压力传感器6，其的量程为0～1000KN，本实施例中的压力试验机压头7上具有位移传感器9，其型号为CDP-10，其控制精度可达0.0001mm。

采用所述的测量静态破碎剂膨胀压的测试系统的测试方法，包括以下步骤：

步骤一：先将管筒1的内壁、第一活塞2和第二活塞3的外壁打磨光滑，管筒1内壁与第一活塞2和第二活塞3的外壁之间留有0.1mm的间隙，使第一活塞2和第二活塞3在管筒1中可沿轴向上、下自由移动；将高度为40mm的第一活塞2放入管筒1底部，将管筒1安放在压力传感器6上方，同时令第一活塞2与压力传感器6相接触；

步骤二：称量850g的静态破碎剂4，同时用量筒量取170ml的水，此时水与静态破碎剂4的水灰比为20:100，将两者混合搅拌均匀后倒入管筒1内，再将静态破碎剂4捣实平整，并在捣实平整后的静态破碎剂4上表面覆盖塑料薄膜；

步骤三：将管筒1内壁清理干净，再放入高度为110mm的第二活塞3，并用橡皮锤轻轻敲击第二活塞3的上表面，使第二活塞3与静态破碎剂4紧密接触；

步骤四：通过压力试验机控制台11进入系统软件界面，同时启动压力试验机油缸8，在手动控制页面，控制压力试验机油缸8向下运行，实现压力试验机压头7向下运行，当压力试验机压头7距离第二活塞3上表面约3mm时，停止移动压力试验机压头7，同时转入自动控制页面，采用位移控制模式，通过位移传感器9读取的位移值，控制压力试验机压头7的运动，使压力试验机压头7以1mm/min的速度缓慢向下运行，并逐渐接近第二活塞3上表面，最终使两者维持接触状态但不产生作用力，此时保持压力试验机压头7位置不变，用来约束管筒1内的静态破碎剂4产生的体积膨胀；通过压力试验机的系统软件界面，设置数据记录间隔时长，由于整个测试持续时间较长，膨胀压增长速度较慢，为避免数据量过大产生冗余，采样频率设为60秒/次，设置完成后，点击软件中的“开始试验”按钮，系统开始自动记录时间、压力及位移数据；

步骤五：随着管筒中静态破碎剂4与水的不断反应，静态破碎剂4体积会不断膨胀，由于受到管筒1径向的约束，静态破碎剂4在轴向上会推动第一活塞2和第二活塞3，但由于第一活塞2和第二活塞3均受到约束也无法产生位移，因此静态破碎剂4通过第一活塞2和第二活塞3对压力传感器6和压力试验机压头7产生轴向的推力，并通过压力传感器6将膨胀压的压力数值记录下来；

步骤六：当静态破碎剂4与水的反应到后期时，轴向的膨胀压增长速率会变慢，当膨胀压趋于平稳时，认定反应结束，最终将测得的轴向膨胀压的压力数值除以第一活塞2或第二活塞3的截面积，便可得到静态破碎剂4与水反应所产生的膨胀压的大小，测量结果的曲线图如图2所示。

Claims (3)

1.一种测量静态破碎剂膨胀压的测试系统，包括压力试验机，其特征在于在所述的压力试验机刚性框架上设置有压力传感器，压力传感器通过线缆与压力试验机控制台相连接；在所述压力试验机压头与压力传感器之间设置有管筒、第一活塞及第二活塞；所述管筒具有通孔，在管筒通孔内设置有第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞的径向尺寸相同；所述第一活塞和第二活塞均与管筒间隙配合；所述第二活塞与压力试验机压头相接触，第一活塞与压力传感器相接触。

2.根据权利要求1所述的一种测量静态破碎剂膨胀压的测试系统，其特征在于：所述第一活塞和第二活塞在轴向的高度之和与管筒的高度相等。

3.采用权利要求1所述的测量静态破碎剂膨胀压的测试系统的测试方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将第一活塞放入管筒的底部，保证第一活塞能够在管筒内沿轴向上、下自由移动，将管筒安放在压力传感器上方，令第一活塞与压力传感器相接触；

步骤二：将静态破碎剂装入管筒内，并将静态破碎剂捣实平整，在捣实平整后的静态破碎剂上表面覆盖塑料薄膜；

步骤三：将第二活塞放入管筒内，令第二活塞与静态破碎剂紧密接触；

步骤四：启动压力试验机，通过压力试验机控制台控制压力试验机油缸向下运行，进而带动压力试验机压头向下运行，使压力试验机压头与第二活塞相接触；

步骤五：随着时间的增加，静态破碎剂的体积会慢慢膨胀，受到管筒的径向约束，静态破碎剂会在轴向上推动第一活塞和第二活塞，此时压力传感器会记录下膨胀压的压力数值；

步骤六：将压力传感器记录下的膨胀压的压力数值除以第一活塞或第二活塞的截面积，即得到静态破碎剂膨胀压的大小。

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