CN110018296A - 一种膨胀岩水化过程中自由膨胀体积测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膨胀岩水化过程中自由膨胀体积测试装置及测试方法，测试装置包括密封罩、上板、下板、蒸汽发生器及控制装置，下板位于密封罩下端，上板放置于密封罩的上表面，密封罩内放置有膨胀岩试样，膨胀岩试样和密封罩之间围成一个环形空腔，湿度传感器的探头位于环形空腔内，上板的上表面设置有数显千分表，湿度传感器与控制装置相连，控制装置控制连接蒸汽发生器的开关，蒸汽发生器产生的蒸汽进入密封罩内，使膨胀岩试样膨胀，利用数显千分表即可测量计算出膨胀岩试样的膨胀体积。本发明装置结构简单，操作方便，精确度高，且成本低，能够有效地测试膨胀岩水化过程中的膨胀特性。
Description
技术领域
本发明涉及膨胀岩水化过程中膨胀体积测试技术领域，具体涉及一种膨胀岩水化过程中自由膨胀体积测试装置及测试方法。
背景技术
膨胀岩是指遇水作用而产生体积增大的岩石，由于其含有大量亲水矿物，湿度变化时有较大体积变化，所以称为膨胀岩。近年来在资源能源的开发以及交通、水利、电力和城镇建设工程中，均曾遇到膨胀岩所引起的工程问题，如在铁路隧道、洞室工程中，由于膨胀岩遇水膨胀特性，隧道底板常出现隆起、边墙挤出、混凝土衬砌破坏等现象，它给隧道工程建设带来严重的损失。因此，研究膨胀岩的体积膨胀特征，了解其对隧道工程产生的诸多危害，具有非常重要的理论价值和工程意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种膨胀岩水化过程中自由膨胀体积测试装置及测试方法，能够有效地计算出膨胀岩水化过程中的膨胀体积。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种膨胀岩水化过程中自由膨胀体积测试装置：包括密封装置、湿度传感器、蒸汽发生器及控制装置，所述密封装置包括密封罩、上板及下板，密封罩放置在下板上，密封罩内从下到上依次放置有下密封圈（为实心圆盘）、膨胀岩试样和上密封圈（为实心圆盘），上板放置在密封罩上方；膨胀岩试样和密封罩之间围成一个环形空腔，湿度传感器的探头位于环形空腔内，湿度传感器与控制装置相连，控制装置控制连接蒸汽发生器的开关，蒸汽发生器经蒸汽管道与环形空腔相连通；所述上板的上表面设置有数显千分表。
优选的，所述控制装置包括施密特触发器、非门和定值电阻，施密特触发器的输入端与湿度传感器相连，施密特触发器的输出端经非门与蒸汽发生器的开关相连，施密特触发器、非门及蒸汽发生器的开关均经定值电阻连接直流电源，其中，蒸汽发生器的开关采用电磁继电器。
一种膨胀岩水化过程中自由膨胀体积测试方法，依次包括以下步骤：
（1）将膨胀岩加热脱水后用夹具加工成圆柱状膨胀岩试样，并将膨胀岩试样放入密封罩中；
（2）记录数显千分表和湿度传感器的初始读数；
（3）蒸汽发生器的开关由低电平触发断开，由高电平触发闭合，通过控制装置控制蒸汽发生器打开，蒸汽经蒸汽管道进入密封罩内，膨胀岩试样遇水膨胀，向上挤压上板，使数显千分表的示数发生变化，记录数显千分表的读数，计算出膨胀岩试样的膨胀体积；
（4）密封罩内的湿度不断增加，当湿度传感器检测到密封罩内的湿度超过设定值a时，施密特触发器输出高电平，经非门后变为低电平，蒸汽发生器的开关断开，蒸汽发生器停止运转；当湿度传感器检测到膨胀岩试样的湿度位于b到a之间（b<a）时，施密特触发器持续输出高电平，维持蒸汽发生器的状态不变，此时密封罩内的蒸汽含量不断下降；当湿度传感器检测到膨胀岩试样的湿度低于设定值b时，施密特触发器输出低电平，经非门后变为高电平，蒸汽发生器的开关打开，蒸汽发生器再次开始运转，使密封罩内的湿度保持在b到a的范围之内；
（5）循环以上步骤，即可得出膨胀岩试样的体积变化与时间和湿度之间的关系。
本发明产生的有益效果是：本发明结构简单，操作方便，精确度高，且成本低，通过向密封罩内通入蒸汽，来测试膨胀岩水化过程中的体积变化与时间和湿度之间的关系，从而为对膨胀岩的危害特性的研究提供参考，蒸汽发生器的开关由控制装置控制，使密封罩内的湿度保持在b到a的范围之内，这样既省电又能达到湿度要求。本发明能够对膨胀岩水化过程中的膨胀性质进行比较精确的测量，对矿井巷道、铁路隧道、洞室工程中常常出现底板隆起、边墙挤出、混凝土衬砌破坏的现象的预防与解决具有指导意义。
附图说明
图1为本发明所述测试装置的结构示意图；
图2为本发明所述密封装置的结构示意图；
图3为本发明所述控制装置的电路原理图；
图4为加工膨胀岩试样的C型夹具的轴视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，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的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1至图4所示，本发明公开了一种膨胀岩水化过程中自由膨胀体积测试装置，包括密封装置、湿度传感器5、蒸汽发生器3及控制装置，所述密封装置包括密封罩7、上板6及下板8，密封罩7放置在下板8上，密封罩7内从下到上依次放置有下密封圈9、膨胀岩试样10和上密封圈11（密封圈9、膨胀岩试样10和上密封圈11的高度之和与密封罩7的高度相等），上板6放置在密封罩7上方；膨胀岩试样10和密封罩7之间围成一个环形空腔16，湿度传感器5的探头位于环形空腔16内，湿度传感器5与控制装置相连，控制装置控制连接蒸汽发生器的开关15，蒸汽发生器3经蒸汽管道2与环形空腔16相连通；所述上板的上表面设置有数显千分表1。
控制装置4包括施密特触发器12、非门13和定值电阻14，施密特触发器12的输入端与湿度传感器5相连，施密特触发器12的输出端经非门13与蒸汽发生器的开关15相连，施密特发生器12、非门13及蒸汽发生器的开关15均连接直流电源，其中，蒸汽发生器的开关15采用电磁继电器，非门13与电磁继电器的线圈相连，电磁继电器的开关控制蒸汽发生器的开合，且蒸汽发生器的开关15由低电平触发断开，由高电平触发闭合。
一种膨胀岩水化过程中自由膨胀体积测试方法，依次包括以下步骤：
（1）将膨胀岩加热脱水后用C型夹具加工成圆柱状膨胀岩试样10，并将膨胀岩试样10放入密封罩中（膨胀岩试样放置于下密封圈9和上密封圈11之间），然后将上板盖在密封罩上；
（2）记录数显千分表和湿度传感器的初始读数；
（3）蒸汽发生器的开关由低电平触发断开，由高电平触发闭合，通过控制装置控制蒸汽发生器打开，蒸汽经蒸汽管道进入密封罩内，膨胀岩试样遇水膨胀，向上挤压上板，使数显千分表的示数发生变化，记录数显千分表的读数，计算出膨胀岩试样的膨胀体积；
（4）密封罩内的湿度不断增加，当湿度传感器检测到密封罩内的湿度超过设定值a时，施密特触发器输出高电平，经非门后变为低电平，蒸汽发生器的开关断开，蒸汽发生器停止运转；当湿度传感器检测到膨胀岩试样的湿度位于b到a之间（b<a）时，施密特触发器持续输出高电平，维持蒸汽发生器的状态不变，此时密封罩内的蒸汽含量不断下降；当湿度传感器检测到膨胀岩试样的湿度低于设定值b时，施密特触发器输出低电平，经非门后变为高电平，蒸汽发生器的开关打开，蒸汽发生器再次开始运转，使密封罩内的湿度保持在b到a的范围之内；
（5）循环以上步骤，即可得出膨胀岩试样的体积变化与时间和湿度之间的关系。
本发明结构简单，操作方便，精确度高，且成本低，能够对膨胀岩水化过程中的膨胀性质进行比较精确的测量，对矿井巷道、铁路隧道、洞室工程中常常出现底板隆起、边墙挤出、混凝土衬砌破坏的现象的预防与解决具有指导意义。
Claims (3)
1.一种膨胀岩水化过程中自由膨胀体积测试装置，其特征在于：包括密封装置、湿度传感器、蒸汽发生器及控制装置，所述密封装置包括密封罩、上板及下板，密封罩放置在下板上，密封罩内从下到上依次放置有下密封圈、膨胀岩试样和上密封圈，上板放置在密封罩上方；膨胀岩试样和密封罩之间围成一个环形空腔，湿度传感器的探头位于环形空腔内，湿度传感器与控制装置相连，控制装置控制连接蒸汽发生器的开关，蒸汽发生器经蒸汽管道与环形空腔相连通；所述上板的上表面设置有数显千分表。
2.如权利要求1所述的一种膨胀岩水化过程中自由膨胀体积测试装置，其特征在于：所述控制装置包括施密特触发器、非门和定值电阻，施密特触发器的输入端与湿度传感器相连，施密特触发器的输出端经非门与蒸汽发生器的开关相连，施密特触发器、非门及蒸汽发生器的开关均经定值电阻连接直流电源，其中，蒸汽发生器的开关采用电磁继电器。
3.利用权利要求2所述的一种膨胀岩水化过程中自由膨胀体积测试装置进行测试的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
（1）将膨胀岩加热脱水后用夹具加工成圆柱状膨胀岩试样，并将膨胀岩试样放入密封罩中；
（2）记录数显千分表和湿度传感器的初始读数；
（3）蒸汽发生器的开关由低电平触发断开，由高电平触发闭合，通过控制装置控制蒸汽发生器打开，蒸汽经蒸汽管道进入密封罩内，膨胀岩试样遇水膨胀，向上挤压上板，使数显千分表的示数发生变化，记录数显千分表的读数，计算出膨胀岩试样的膨胀体积；
（4）密封罩内的湿度不断增加，当湿度传感器检测到密封罩内的湿度超过设定值a时，施密特触发器输出高电平，经非门后变为低电平，蒸汽发生器的开关断开，蒸汽发生器停止运转；当湿度传感器检测到膨胀岩试样的湿度位于b到a之间（b<a）时，施密特触发器持续输出高电平，维持蒸汽发生器的状态不变，此时密封罩内的蒸汽含量不断下降；当湿度传感器检测到膨胀岩试样的湿度低于设定值b时，施密特触发器输出低电平，经非门后变为高电平，蒸汽发生器的开关打开，蒸汽发生器再次开始运转，使密封罩内的湿度保持在b到a的范围之内；
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