CN111610315A - 一种膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置及方法，其中装置包括透明板结构、连接管路、进水系统、试样、金属透水板、摄像头和数据采集系统。相比于现有技术，本发明能够实时采集砌块接缝愈合过程的图像及视频数据，获得砌块接缝愈合全过程，揭示膨润土砌块接缝愈合效应规律，为高放废物深地质处置库工程设计提供依据。

Description

一种膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置及方法

技术领域

本发明涉及高放废物处置库缓冲材料技术领域，特别是涉及一种膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置及方法。

背景技术

膨润土以其低渗透性、高膨胀性、高吸附性等特性不仅被广泛应用到石油、冶金及建材等领域，而且还被选作高放废物地质处置缓冲回填材料的基材。将其压制成不同形态的压实砌块堆砌在废物罐周围，起着机械屏障和化学缓冲作用，可有效地阻滞放射性核素向环境迁移。

虽然堆砌砌块之间存在接缝，但可利用压实膨润土砌块遇水发生膨胀的性能，实现砌筑接缝的有效愈合，对砌块接缝进行密封，有效保证缓冲材料长期稳定性。但是目前与此相关试验研究还很少，因此亟需开展膨润土砌块接缝愈合效应的研究。已开展的实验室测试膨润土砌块接缝愈合效应，一般采用不锈钢压力室，密封试样加水测试较长时间后，拆卸装置查看接缝愈合情况，无法实时观察膨润土砌块接缝愈合全过程，及时掌握膨润土砌块接缝愈合效应规律。

发明内容

本发明的目的是提供一种膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置及方法，实时采集砌块接缝愈合过程的图像及视频数据，获得砌块接缝愈合全过程，揭示膨润土砌块接缝愈合效应规律，为高放废物深地质处置库工程设计提供依据。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置，包括

透明板结构，所述透明板结构包括相对固定的上透明板和下透明板，所述上透明板与所述下透明板之间形成板接缝，所述上透明板的中部设有上下贯通的样品凹槽，所述透明板结构内设有进水孔道和水气流出孔道，所述进水孔道的第一端和所述水气流出孔道的第一端均与所述样品凹槽连通，所述进水孔道与所述水气流出孔道沿所述板接缝延伸至所述透明板结构的边缘，所述进水孔道的第二端和所述水气流出孔道的第二端分别固定有进水管接头和水气流出管接头；

连接管路，所述连接管路包括流入管路和流出管路，所述流入管路的第一端与所述进水管接头连通，所述流出管路的第一端与所述水气流出管接头连通；

进水系统，所述进水系统的出水端与所述流入管路的第二端连通；

试样，所述试样包括两个正对设置的半圆柱，两个所述半圆柱之间设有接缝，所述试样整体为圆柱状，所述试样的侧面与所述样品凹槽紧贴；

金属透水板，所述金属透水板位于所述样品凹槽内，所述试样放置于所述金属透水板上；

摄像头，所述摄像头用以监测所述试样；

数据采集系统，所述数据采集系统与所述摄像头电连接，用以对摄像头采集的数据进行记录和分析。

优选地，还包括支架，所述摄像头固定于所述支架上。

优选地，还包括螺杆，所述透明板结构上设有上下贯通的螺杆孔，所述螺杆与所述螺杆孔螺纹连接，用以将所述上透明板和所述下透明板紧固密封，所述螺杆的下端伸出所述螺杆孔，用以进行支撑。

优选地，所述半圆柱的直径为50mm，高为20mm。

优选地，两个所述半圆柱之间的所述接缝宽度为1-2mm。

本发明还公开了一种膨润土砌块单一接缝愈合效应测试方法，使用上述的膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置，包括如下步骤：

S1、关闭水气流出管接头的开关，打开进水管接头的开关，调节进水系统，加载水压控制在5-10kPa，开始测试试验，记录进水系统加载水压及流量；

S2、数据采集系统实时保存、定期分析摄像头采集的组合接缝的图像、视频数据；

S3、观察并分析膨润土砌块接缝愈合情况，确定试验测试进程；

S4、待观测到底部接缝愈合时，调节进水系统，加载水压控制在20kPa，记录进水系统加载水压及流量；

S5、重复步骤待观察到接缝距底部10mm处发生愈合时，调节进水系统，加载水压控制在50kPa，直至试样顶部接缝愈合，记录进水系统加载水压及流量；

S6、待观察到接缝完全愈合时，调节进水系统，加载水压控制在100kPa，记录进水系统加载水压及流量；

S7、待观察试样顶部无接缝及愈合痕迹时，关闭进水系统，取出试样，以初始接缝宽度为单元，平行接缝向两侧各截取5段，进行微观结构、干密度及导热性能测试，进一步分析测试情况愈合情况，整理数据，完成测试试验，获得膨润土砌块接缝愈合效应。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本发明使用透明板结构代替不锈钢压力室，可清晰地观察膨润土砌块接缝愈合全过程，掌握膨润土砌块接缝愈合效应规律；

2.本发明使用摄像头及数据采集系统，可实时采集膨润土砌块接缝愈合过程的图像和视频数据，定期分析测试数据，进而更好地掌控测试试验进程；

3.本发明的测试装置可实时记录、连续测试，测试结果直观，操作简便；

4.本发明的测试装置可以快速测试膨润土砌块愈合效应，既可以掌握愈合全过程又能实时改变试验进程；

5.本发明可以根据接缝愈合情况，及时调整进水压力，即可加速膨润土砌块愈合效果，又能防止在初期进水沿接缝溢出，导致测试失效。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置的结构示意图；

图2为上透明板的结构示意图；

图3为下透明板的结构示意图；

附图标记说明：1-数据采集系统；2-支架；3-摄像头；4-螺杆；5-进水管接头；6-流入管路；7-进水系统；8-流出管路；9-水气流出管接头；10-上透明板；11-下透明板；12-试样；13-金属透水板；14-螺杆孔；15-水气流出孔道；16-样品凹槽；17-进水孔道。

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。

本发明的目的是提供一种膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置及方法，实时采集砌块接缝愈合过程的图像及视频数据，获得砌块接缝愈合全过程，揭示膨润土砌块接缝愈合效应规律，为高放废物深地质处置库工程设计提供依据。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-3所示，本实施例提供一种膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置，包括透明板结构、连接管路、进水系统7、试样12、金属透水板13、摄像头3和数据采集系统1。

其中，透明板结构包括相对固定的上透明板10和下透明板11，上透明板10与下透明板11之间形成板接缝。上透明板10的中部设有上下贯通的样品凹槽16，透明板结构内设有进水孔道17和水气流出孔道15。进水孔道17的第一端和水气流出孔道15的第一端均与样品凹槽16连通，进水孔道17与水气流出孔道15沿板接缝延伸至透明板结构的边缘，进水孔道17的第二端和水气流出孔道15的第二端分别固定有进水管接头5和水气流出管接头9。连接管路包括流入管路6和流出管路8，流入管路6的第一端与进水管接头5连通，流出管路8的第一端与水气流出管接头9连通。进水系统7的出水端与流入管路6的第二端连通，进水系统7用于向装置内供水，并调节进水水压。试样12包括两个正对设置的半圆柱，两个半圆柱之间设有接缝，试样12整体为圆柱状，试样12的侧面与样品凹槽16紧贴。金属透水板13位于样品凹槽16内，试样12放置于金属透水板13上，用于对试样12进行承托。摄像头3用以监测试样12，数据采集系统1与摄像头3电连接，用以对摄像头3采集的数据进行记录和分析。

摄像头3的固定方式有多种，本实施例中还包括支架2，摄像头3固定于支架2上。通过采用透明板结构和摄像头3，能够实时准确记录不同位置及类型接缝的愈合情况，确保合理加载控制水压，确保测试顺利、高效完成，无需拆卸装置查看接缝愈合情况。

为了便于将上透明板10和下透明板11紧固密封，本实施例还包括螺杆4。透明板结构上设有上下贯通的螺杆孔14，螺杆4与螺杆孔14螺纹连接，用以将上透明板10和下透明板11紧固密封。螺杆4的下端伸出螺杆孔14，用以进行支撑。

对于具体的结构尺寸，本领域技术人员可以根据需要进行设计。本实施例中，半圆柱的直径为50mm，高为20mm，两个半圆柱之间的接缝宽度为1-2mm。

该测试装置的安装过程包括如下步骤：

A、按预定的初始干密度等参数要求，将缓冲材料制备成两个半圆柱样品，并将其压制为试样12；将压制好的试样12放入样品凹槽16中，试样12的外径与样品凹槽16的内壁贴紧；将上透明板10与下透明板11的样品凹槽16对齐放置，确保不触碰已放置好的试样12，试样12中间布设有宽度1-2mm的接缝，试样12放置于金属透水板13上，确保试样12底部均匀注水，对齐对应位置的螺杆孔14，通过螺杆4紧固密封，将螺杆4下端支设在工作台上。

B、将进水系统7连接好，进水系统7加载的去离子水通过流入管路6、进水孔道17到达试样12的中部位置。

C、将摄像头3固定在支架2上，摄像头3布设在试样12的正上方，并与数据采集系统1连接。

D、调试数据采集系统1，将摄像头3调试至最清晰状态。

样品安装完毕后，形成仅在压实膨润土内部有一条单一接缝，用于表征膨润土砌块堆砌时砌块之间的施工接缝或膨润土砌块受外力作用等破坏产生的裂隙在遇水之后的自我膨胀愈合能力。膨润土单一接缝愈合性能测试为缓冲材料选材及配方研究提供重要依据。

本实施例还提供一种膨润土砌块单一接缝愈合效应测试方法，使用上述的膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置，包括如下步骤：

S1、关闭水气流出管接头9的开关，打开进水管接头5的开关，调节进水系统7，加载水压控制在5-10kPa，开始测试试验，记录进水系统7加载水压及流量；

S2、数据采集系统1实时保存、定期分析摄像头3采集的组合接缝的图像、视频数据；

S3、观察并分析膨润土砌块接缝愈合情况，确定试验测试进程；

S4、待观测到底部接缝愈合时，调节进水系统7，加载水压控制在20kPa，记录进水系统7加载水压及流量；

S5、重复步骤待观察到接缝距底部10mm处发生愈合时，调节进水系统7，加载水压控制在50kPa，直至试样12顶部接缝愈合，记录进水系统7加载水压及流量；

S6、待观察到接缝完全愈合时，调节进水系统7，加载水压控制在100kPa，记录进水系统7加载水压及流量；

S7、待观察试样12顶部无接缝及愈合痕迹时，关闭进水系统7，取出试样12，以初始接缝宽度为单元，平行接缝向两侧各截取5段，进行微观结构、干密度及导热性能测试，进一步分析测试情况愈合情况，整理数据，完成测试试验，获得膨润土砌块接缝愈合效应。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置，其特征在于，包括

透明板结构，所述透明板结构包括相对固定的上透明板和下透明板，所述上透明板与所述下透明板之间形成板接缝，所述上透明板的中部设有上下贯通的样品凹槽，所述透明板结构内设有进水孔道和水气流出孔道，所述进水孔道的第一端和所述水气流出孔道的第一端均与所述样品凹槽连通，所述进水孔道与所述水气流出孔道沿所述板接缝延伸至所述透明板结构的边缘，所述进水孔道的第二端和所述水气流出孔道的第二端分别固定有进水管接头和水气流出管接头；

连接管路，所述连接管路包括流入管路和流出管路，所述流入管路的第一端与所述进水管接头连通，所述流出管路的第一端与所述水气流出管接头连通；

进水系统，所述进水系统的出水端与所述流入管路的第二端连通；

试样，所述试样包括两个正对设置的半圆柱，两个所述半圆柱之间设有接缝，所述试样整体为圆柱状，所述试样的侧面与所述样品凹槽紧贴；

金属透水板，所述金属透水板位于所述样品凹槽内，所述试样放置于所述金属透水板上；

摄像头，所述摄像头用以监测所述试样；

数据采集系统，所述数据采集系统与所述摄像头电连接，用以对摄像头采集的数据进行记录和分析。

2.根据权利要求1所述的膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置，其特征在于，还包括支架，所述摄像头固定于所述支架上。

3.根据权利要求1所述的膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置，其特征在于，还包括螺杆，所述透明板结构上设有上下贯通的螺杆孔，所述螺杆与所述螺杆孔螺纹连接，用以将所述上透明板和所述下透明板紧固密封，所述螺杆的下端伸出所述螺杆孔，用以进行支撑。

4.根据权利要求1所述的膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置，其特征在于，所述半圆柱的直径为50mm，高为20mm。

5.根据权利要求1所述的膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置，其特征在于，两个所述半圆柱之间的所述接缝宽度为1-2mm。

6.一种膨润土砌块单一接缝愈合效应测试方法，使用如权利要求1-5任意一项所述的膨润土砌块单一接缝愈合效应测试装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1、关闭水气流出管接头的开关，打开进水管接头的开关，调节进水系统，加载水压控制在5-10kPa，开始测试试验，记录进水系统加载水压及流量；

S2、数据采集系统实时保存、定期分析摄像头采集的组合接缝的图像、视频数据；

S3、观察并分析膨润土砌块接缝愈合情况，确定试验测试进程；

S4、待观测到底部接缝愈合时，调节进水系统，加载水压控制在20kPa，记录进水系统加载水压及流量；

S5、重复步骤待观察到接缝距底部10mm处发生愈合时，调节进水系统，加载水压控制在50kPa，直至试样顶部接缝愈合，记录进水系统加载水压及流量；

S6、待观察到接缝完全愈合时，调节进水系统，加载水压控制在100kPa，记录进水系统加载水压及流量；

S7、待观察试样顶部无接缝及愈合痕迹时，关闭进水系统，取出试样，以初始接缝宽度为单元，平行接缝向两侧各截取5段，进行微观结构、干密度及导热性能测试，进一步分析测试情况愈合情况，整理数据，完成测试试验，获得膨润土砌块接缝愈合效应。

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