CN111486994A - 膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积测试装置及方法，立柱为多个，且均固定于底座的顶面；加载构件固定于立柱的顶部；传力板外周侧端与多个立柱可滑动连接；传压构件顶部外周开设有安装孔；传力杆外周套设有弹性件，且其顶端穿过安装孔固定于传力板上；传压构件底端与膨胀材料试样的顶部抵接；弹性件形变量测试构件顶端固定于传力板的底部，底端与传压构件的顶端抵接。本发明公开的膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积测试装置及方法，加载构件通过传力构件和传压构件对膨胀材料试样进行加载，膨胀材料在不同时间段发生膨胀，测试构件测量出传力构件的形变量，根据公式计算出试件的膨胀压力和膨胀体积，操作简单、测量精确。
Description
技术领域
本发明涉及岩土膨胀材料试验装置技术领域，更具体的说是涉及一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置及其测试方法。
背景技术
在岩土工程建设中，存在着含有大量的软弱围岩、夹层的巷道及因破坏后需要采取注浆加固的结构，传统的注浆材料因水泥自身的干缩性，导致粘结后加固效果不佳，因此，研发具有弥补水泥干缩性的材料显得尤为重要。
膨胀材料是对原有普通注浆材料的改进，由于材料自发的体积膨胀，不仅能对破损结构产生挤压效果，而且还能对破损结构产生粘结作用，使得加固效果更佳，注浆材料的研究中需要模拟在实际工程中的压力环境，因此，针对材料不同压力环境下材料膨胀效果的研究具有重要的意义。
目前，针对膨胀体积的测试手段是通过在模具表面安装千分表，测试材料的膨胀体积，通常情况下，千分表结合磁铁等装置联合使用，操作繁琐，且人为影响较大。针对压力环境，常采取三联高压固结仪对材料施加压力，由于固结仪采用的是砝码加压，由于砝码规格的限制，无法根据砝码组合出所需要施加的压力，且由于砝码锈蚀、破损，导致加载值不精确，造成实验误差。
针对膨胀压力的测试，常采用安装电阻应变片进行测试，由于材料膨胀过程中会发生放出热量或者吸收热量，导致测试环境温度变化，引起应变片测试出现误差，常需要采用温度补偿手段，操作繁琐。
因此，如何提供一种能够精确加载和测量膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积的一体测试装置及其测试方法本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置及测试方法，结构简单、操作简便、加载精度高、测量误差小，能够从试样浇筑完成时即可集加载与膨胀测试同时进行。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置，用于测试膨胀材料试样，包括底座、立柱、加载构件、弹性件、传力杆、传力板、传压构件和弹性件形变量测试构件，所述底座顶面的中心位置放置待测试的所述膨胀材料试样；所述立柱为多个，且均固定于所述底座的顶面；所述加载构件固定于所述立柱的顶部；所述传力板设置于多个所述立柱之间，且可滑动的套设在多个所述立柱上；所述传压构件位于所述底座与所述传力板之间，且顶部外周开设有安装孔；所述传力杆外周套设有所述弹性件，且其顶端与所述传力板下表面固定，其下端穿过所述安装孔且通过固定帽盖定位；所述弹性件顶端与所述传力板抵接，底端与所述传压构件抵接；所述传压构件底端与所述膨胀材料试样的顶部抵接；所述弹性件形变量测试构件顶端固定于所述传力板的底部，底端与所述传压构件的顶端抵接。
本发明公开的膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置，加载构件作用于传力板进行加载，通过传力板、传力杆和传压构件对膨胀材料试样进行加载后锁定压力，膨胀材料在不同时间段不断发生膨胀，给传压构件向上的作用力，弹性件发生变形，通过弹性件形变量测试测试构件测量出弹性件的形变量，根据公知的公式计算出试样的膨胀压力和膨胀体积，操作简单、测量精确且测试效率高。
优选的，所述加载构件包括顶板和液压千斤顶，所述顶板固定于所述上立柱的顶部，所述液压千斤顶固定于所述顶板底部的中心位置，液压千斤顶的驱动端位于远离所述顶板的一侧，液压千斤顶用于给试样精确加载并锁定，模拟准确的压力环境。
优选的，所述弹性件形变量测试构件包括千分表支架和千分表，所述千分表支架固定于所述传力板的底部，所述千分表支架包括多个依次可旋转连接的旋转杆；所述千分表安装于最底端的所述旋转杆上，且与所述传压构件的顶部抵接。千分表对弹性件形变量进行精确测量，在不同时段内进行读数，测量弹性件的形变量。
优选的，每个所述立柱包括固定连接的上立柱和下立柱，所述上立柱的截面积大于所述下立柱；所述传力板滑动设置于所述下立柱上。
优选的，所述传力板在对应所述下立柱的位置开设有与所述下立柱截面积形状相同的通孔，且可滑动设置于所述下立柱上。
优选的，所述传压构件包括水平板、连接杆和传压板，所述水平板滑动设置于所述传力杆上并通过所述固定帽盖限位，且顶端与所述弹性件抵接，所述连接杆固定于所述水平板的底部，且底端与所述传压板可拆卸连接；所述千分表的底端与所述水平板抵接。
优选的，所述水平板、所述连接杆和所述传压板之间为刚性连接，且所述传压板的形状与所述膨胀材料试样相匹配。水平板、连接杆和传压板刚性连接，保证膨胀材料膨胀时，使膨胀力更多地转变为弹性件的形变量，提高测量的精确性。
优选的，所述弹性件为弹簧，且其自然长度与所述水平板的厚度之和等于所述传力杆的长度，能够减少液压千斤顶的工作行程，提高测试效率。
一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、检查整个测试装置连接是否完整，将浇筑好的膨胀材料试样和模具放置于底座的中心位置，根据模具大小选择相应的传压板，保证模具、传压板和顶板的竖直中心线重合，调节千分表支架的位置，使千分表抵接至传压板上表面；
S2、安装好膨胀材料试样后，根据试验设计使用千斤顶对试样进行加压，加至指定压力后锁住千斤顶保持压力不变，锁住千斤顶后将千分表示数清零；
S3、膨胀材料膨胀过程中根据试验设计，记录不同时段千分表的示数；
S4、根据千分表示数通过材料的膨胀压力公式和膨胀体积公式计算出膨胀压力和膨胀体积。
优选的，在步骤S1中，在检查装置部件连接时，在传力板和下立柱连接处涂抹润滑油，使传力板的滑动更加顺畅，减少测量误差；在放置膨胀材料试件时，在底座上放置垫片，垫片为方形，尺寸为80*80mm-100*100mm，且厚度为7-15mm。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置及其测试方法，通过液压千斤顶对膨胀材料试样施加压力，能够根据测试需要精准施加载荷，通过计算弹簧变形能够准确测试出材料的膨胀压力；并且，由于装置的刚性连接结构，能够保证材料在膨胀过程中所受的压力环境不变，能够更好地模拟出材料在具体工程实际中的压力环境，通过千分表的示数能够即时记录弹性件的形变量，通过公式计算出材料膨胀过程各阶段的体积膨胀压力和膨胀体积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的结构示意图。
图2附图为本发明提供的千分表支架的剖视图一。
图3附图为本发明提供的千分表支架的剖视图二。
其中，各附图标号为：
1-底座，2-立柱，3-加载构件，4-传力板，5-传力杆，6-弹性件，7-传压构件，8-弹性件形变量测试构件，9-膨胀材料试样，10-固定帽盖，11-紧固螺栓，12顶丝，13-千分表插口；
31-顶板，32-液压千斤顶；71-水平板，72-连接杆，73-传压板；81-千分表支架，82-千分表。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”“端”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发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是螺栓连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明中，术语“试样”“材料”应理解为，材料是具有膨胀属性的膨胀性材料，“试样”是由“材料”浇筑而成。
参见附图1，一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置，用于测试膨胀材料试样9，包括底座1、立柱2、加载构件3、传力板4、传力杆5、弹性件6、传压构件7和弹性件形变量测试构件8，底座1顶面的中心位置放置待测试的膨胀材料试样9；立柱2为多个，且均固定于底座1的顶面；加载构件3固定于立柱2的顶部；传力板4设置于多个立柱2之间，且可滑动的套设在多个立柱2上；传压构件7位于底座1与传力板4之间，且顶部外周开设有安装孔；传力杆5外周套设有弹性件6，且其顶端与传力板4下表面固定，其下端穿过安装孔且通过固定帽盖10定位；弹性件6顶端与传力板4抵接，底端与传压构件7抵接；传压构件7底端与膨胀材料试样9的顶部抵接；弹性件形变量测试构件8顶端固定于传力板4的底部，底端与传压构件7的顶端抵接。
本实施例公开的膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置，加载构件作用于传力板进行加载，通过传力板、传力杆和传压构件对膨胀材料试样进行加载后锁定压力，膨胀材料在不同时间段不断发生膨胀，给传压构件向上的作用力，弹性件发生变形，通过弹性件形变量测试测试构件测量出弹性件的形变量，根据公知的公式计算出试样的膨胀压力和膨胀体积，操作简单、测量精确且测试效率高。
公式为：
材料的膨胀压力σ＝(弹簧的弹性系数K*千分表数值L)/试样的受压面积A；
材料的膨胀体积V＝(试样的受压面积A*千分表示数L)
加载构件3包括顶板31和液压千斤顶32，顶板31固定于立柱2的顶部，液压千斤顶32固定于顶板31底部的中心位置，且液压千斤顶32的驱动端位于远离顶板31的一侧，液压千斤顶32用于给试样精确加载并锁定，模拟准确的压力环境。
弹性件形变量测试构件8包括千分表支架81和千分表82，千分表支架81固定于传力板4的底部，千分表支架81包括多个依次可旋转连接的旋转杆；且多个旋转杆之间通过紧固螺栓11或顶丝12连接，最底端的旋转杆上开设有千分表插口13，千分表82安装于最底端的旋转杆上，且与传压构件7的顶端抵接，千分表82对弹性件形变量进行精确测量，在不同时段内进行读数，测量弹性件6的形变量。
每个立柱2包括固定连接的上立柱和下立柱，上立柱的截面积大于下立柱；传力板4滑动设置于下立柱上。
传力板4在对应下立柱的位置开设有与下立柱22截面积形状相同的通孔，且可滑动设置于下立柱上。
传压构件7包括水平板71、连接杆72和传压板73，水平板71滑动设置于传力杆5上并通过固定帽盖10限位，且顶端与弹性件6抵接，连接杆72固定于水平板71的底部，且底端与传压板73可拆卸连接；千分表82的底端与水平板71抵接。
水平板71、连接杆72和传压板73之间为刚性连接，且传压板73的形状与膨胀材料试样7相匹配。水平板71、连接杆72和传压板73刚性连接，保证膨胀材料膨胀时，使膨胀力更多地转变为弹性件6的形变量，提高测量的精确性。
弹性件6为弹簧，且其自然长度与水平板71的厚度之和等于传力杆5的长度，能够减少液压千斤顶32的工作行程，提高测试效率。水平板71的厚度为5-8mm，则弹簧的自然长度就比传力杆的长度短5-8mm。
本发明实施例公开的岩土膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置，保证了试样在浇筑完成后就能进行膨胀测试，压力测试过程中能够保持试样所受的压力环境不变，操作简洁，压力测试结果准确。
本发明的实施例中，测量岩土材料的膨胀压力，根据试样规格选取相应的传压板73，安装好试样7和电子千分表82，根据试验设计通过液压千斤顶32施加在传力板4上的压力通过水平板71、竖直杆72和传压板73施加至试样，加载至指定压力值后锁住油压，施加的压力使弹簧发生变形，此时电子千分表82示数清零，待试样缓慢膨胀，膨胀过程中试样产生的膨胀通过水平板71作用于弹簧，弹簧发生二次变形，通过弹簧的变形量计算材料的膨胀压力和膨胀体积，材料的膨胀压力σ＝(弹簧的弹性系数K*千分表数值L)/试样的受压面积A，材料的膨胀体积V＝(试样的受压面积A*千分表示数L)。
有利的是，可在试样下方放置多个垫片，垫片为平面方型，面积为80mm*80mm～100mm*100mm，垫片厚度为7mm～15mm。
本发明公开提供的一种岩土膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置，膨胀材料试样浇筑完毕后，连同模具一起安置于装置上，通过液压千斤顶32对试样施加压力，模拟材料的压力环境，本发明相较于传统技术手段具有施加载荷精准，膨胀压力测试结果准确、操作简洁的优点，适用于膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积测试实验研究。
本发明实施例还公开了一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试方法，包括以下步骤：
S1、检查整个测试装置连接是否完整，将浇筑好的膨胀材料试样和模具放置于底座的中心位置，根据模具大小选择相应的传压板，保证模具、传压板和顶板的竖直中心线重合，调节千分表支架的位置，使千分表底端抵接至传压板上表面；
S2、安装好膨胀材料试样后，根据试验设计使用千斤顶对试样进行加压，加至指定压力后锁住千斤顶保持压力不变，锁住千斤顶后将千分表示数清零；
S3、膨胀材料膨胀过程中根据试验设计记录不同时段千分表的示数；
S4、根据千分表示数通过材料的膨胀压力公式和膨胀体积公式计算出膨胀压力和膨胀体积。
其中，在步骤S1中，在检查装置部件连接时，在传力板和立柱连接处涂抹润滑油；在放置膨胀材料试件时，在底座上放置垫片。
可在试样下方放置多个垫片，垫片为平面方型，面积为80mm*80mm～100mm*100mm,垫片厚度为7mm～15mm。
其中传压板大小根据试样规格选定，如材料试样规格为100*100*75mm的立方形时，应选取平面尺寸为100*100mm方形传压板，材料的规格为直径80mm的圆柱形是试样时，应选取直径为80mm的圆形传压板。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置，用于测试膨胀材料试样(9)，其特征在于，包括底座(1)、立柱(2)、加载构件(3)、传力板(4)、传力杆(5)、弹性件(6)、传压构件(7)和弹性件形变量测试构件(8)，
所述底座(1)顶面的中心位置放置待测试的所述膨胀材料试样(9)；所述立柱(2)为多个，且均固定于所述底座(1)的顶面；所述加载构件(3)固定于所述立柱(2)的顶部；
所述传力板(4)设置于多个所述立柱(2)之间，且可滑动的套设在多个所述立柱(2)上；所述传压构件(7)位于所述底座(1)与所述传力板(4)之间，且顶部外周开设有安装孔；所述传力杆(5)外周套设有所述弹性件(6)，且其顶端与所述传力板(4)下表面固定，其下端穿过所述安装孔且通过固定帽盖(10)定位；所述弹性件(6)顶端与所述传力板(4)抵接，底端与所述传压构件(7)抵接；所述传压构件(7)底端与所述膨胀材料试样(9)的顶部抵接；所述弹性件形变量测试构件(8)顶端固定于所述传力板(4)的底部，底端与所述传压构件(7)的顶端抵接。
2.根据权利要求1所述的一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置，其特征在于，所述加载构件(3)包括顶板(31)和液压千斤顶(32)，所述顶板(31)固定于所述立柱(2)的顶部，所述液压千斤顶(32)固定于所述顶板(31)底部的中心位置，且所述液压千斤顶(32)的驱动端位于远离所述顶板(31)的一侧。
3.根据权利要求1所述的一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置，其特征在于，所述弹性件形变量测试构件(8)包括千分表支架(81)和千分表(82)，所述千分表支架(81)固定于所述传力板(4)的底部，所述千分表支架(81)包括多个依次可旋转连接的旋转杆；所述千分表(82)安装于最底端的所述旋转杆上，且与所述传压构件(7)的顶端抵接。
4.根据权利要求1所述的一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置，其特征在于，每个所述立柱(2)包括固定连接的上立柱和下立柱，所述上立柱的截面积大于所述下立柱；所述传力板(4)滑动设置于所述下立柱上。
5.根据权利要求4所述的一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置，其特征在于，所述传力板(4)在对应所述下立柱的位置开设有与所述下立柱(22)截面积形状相同的通孔，且可滑动设置于所述下立柱上。
6.根据权利要求3所述的一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置，其特征在于，所述传压构件(7)包括水平板(71)、连接杆(72)和传压板(73)，所述水平板(71)滑动设置于所述传力杆(5)上并通过所述固定帽盖(10)限位，且顶端与所述弹性件(6)抵接，所述连接杆(72)固定于所述水平板(71)的底部，且底端与所述传压板(73)可拆卸连接；所述千分表(82)的底端与所述水平板(71)抵接。
7.根据权利要求6所述的一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置，其特征在于，所述水平板(71)、所述连接杆(72)和所述传压板(73)之间为刚性连接，且所述传压板(73)的形状与所述膨胀材料试样(7)相匹配。
8.根据权利要求7所述的一种膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试装置，其特征在于，所述弹性件(6)为弹簧，且其自然长度与所述水平板(71)的厚度之和等于所述传力杆(5)的长度。
9.一种基于权利要求1-8任一项所述的膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、检查整个测试装置连接是否完整，将浇筑好的膨胀材料试样和模具放置于底座的中心位置，根据模具大小选择相应的传压板，保证模具、传压板和顶板的竖直中心线重合，调节千分表支架的位置，使千分表底端抵接至传压板上表面；
S2、安装好膨胀材料试样后，根据试验设计使用千斤顶对试样进行加压，加至指定压力后锁住千斤顶保持压力不变，锁住千斤顶后将千分表示数清零；
S3、膨胀材料膨胀过程中根据试验设计记录不同时段千分表的示数；
S4、根据千分表示数通过材料的膨胀压力公式和膨胀体积公式计算出膨胀压力和膨胀体积。
10.根据权利要求9所述的膨胀材料的膨胀压力和膨胀体积一体测试方法，其特征在于，在步骤S1中，在检查装置部件连接时，在传力板和立柱连接处涂抹润滑油；在放置膨胀材料试件时，在底座上放置垫片。
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