CN112098225A - 一种轻质土砌块试验装置及方法 - Google Patents

一种轻质土砌块试验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种轻质土砌块试验装置及方法，涉及砌块试验领域，包括加载机构和承载机构，承载机构包括顶部开口的承载槽及布置在承载槽内的测量机构，加载机构的加载板朝向承载槽开口，加载板作用于承载槽内的砌块进行加载，测量机构获取砌块在加载作用下的横向应力和纵向应力，配置加载机构和容纳砌块的承载槽，在承载槽内对砌块进行加载试验，获取其横向应力及纵向应力，从而测取砌块的抗压强度、抗剪强度等管进行指标，为轻质土砌块更好的应用于实际工程起到相应的借鉴作用，更好的服务于实际工程，保证施工质量。

Description

一种轻质土砌块试验装置及方法
技术领域
本公开涉及砌块试验领域，特别涉及一种轻质土砌块试验装置及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
气泡混合轻质土是一种新型轻质填土材料，是用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可选组分集料、掺合料、外加剂按照一定的比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料，具有轻质、密度可调、强度高、施工便捷、环保可靠等特性。相比较传统路基施工方法，气泡混合轻质土应用于高等级公路、地铁等基础设施施工时，克服了传统路基施工取土困难、工序复杂、工后沉降大等诸多问题，可替代常规填土进行路基填筑，减少工后沉降，加快施工进度，有效改善路基路面结构刚度匹配，大幅节约工程占地，有利于环境及文物保护。
实际工程中，时常会遇到各种突发状况，继而导致工程无法按照既定计划完成，造成工程延误，为了赶工期并能保质保量地完成工作，现提出一种轻质土砌块技术用于达到此种目的。
发明人发现，目前轻质土砌块可预先在养护厂养护，在遇到突发情况后，可在短时间内运输至待建设路段继而完成路基填料地铺垫，可在保证工期不会延误的情况下，保质保量地完成工程建设，但是对于此类轻质土砌块的抗压强度、抗剪强度等关键性指标难以进行有效测取，无法为实际使用砌块进行路基填料时提供数据支持，在实际使用时无法对砌块填料的最大负荷进行掌握，难以评估整个路段的承载性能。
发明内容
本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种轻质土砌块试验装置及方法，配置加载机构和容纳砌块的承载槽，在承载槽内对砌块进行加载试验，获取其横向应力及纵向应力，从而测取砌块的抗压强度、抗剪强度等管进行指标，为轻质土砌块更好的应用于实际工程起到相应的借鉴作用，更好的服务于实际工程，保证施工质量。
本公开的第一目的是提供一种轻质土砌块试验装置，采用以下技术方案：
包括加载机构和承载机构，承载机构包括顶部开口的承载槽及布置在承载槽内的测量机构，加载机构的加载板朝向承载槽开口，加载板作用于承载槽内的砌块进行加载，测量机构获取砌块在加载作用下的横向应力和纵向应力。
进一步地，所述承载槽包括底板和铰接在底板四周的侧板，侧板有四个，侧板绕其铰接点转动至垂直底板时，四个侧板配合底板共同构成顶部开口的矩形承载槽。
进一步地，所述侧板包括两对，每对侧板相对设置并分别铰接在底板的两侧，每个侧板上均设有与相邻侧板配合的卡榫结构。
进一步地，测量机构包括横向应力计和纵向应力计，多个横向应力计沿横向呈间隔布置在对应的砌块内，多个纵向应力计沿纵向呈间隔布置在对应的砌块内。
进一步地，测量机构还包括布置在砌块层间的模量测量仪、沿加载方向间隔布置在承载槽内的压力测量仪和湿度测量仪。
进一步地，还包括激光测量机构，包括激光雷达和测点元件，测点元件上设有对应激光雷达获取信号的反光膜，多个测点元件布置在承载槽内的砌块上。
本公开的第二目的是提供一种轻质土砌块试验方法，利用如上所胡的轻质土砌块试验装置，包括以下步骤：
安装承载槽和加载机构，调整加载板位置并进行试加载/卸载；
依据预定工程实际地质情况，在承载槽内布置道路结构，逐层铺筑道路层，按照实际工程设计要求铺筑砌块；
加载机构驱动加载板动作，对承载槽内的道路结构进行加载，并调整加载力，通过测量机构获取承载槽内部砌块的横向应力和纵向应力；
依据测量机构获取的数据，计算并判断在不同负载下砌块的服役状态。
与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：
(1)通过配置加载机构和容纳砌块的承载槽，在承载槽内对砌块进行加载试验，获取其横向应力及纵向应力，从而测取砌块的抗压强度、抗剪强度等管进行指标，为轻质土砌块更好的应用于实际工程起到相应的借鉴作用，更好的服务于实际工程，保证施工质量；
(2)通过室内试验就可以得出轻质土砌块结构的抗压强度、抗剪强度关键指标，可以以较小的成本得到几近于实际工程中轻质土砌块结构的服役状态；
(3)通过装置及相应的使用方法，检测获取满足实际施工需求的轻质土砌块，可在因各种突发状况导致工期延误的情况下，通过铺筑复合要求的轻质土砌块，大大减少施工时间，在保质保量地完成工程地前提下，达到原预定施工目标，减少可能造成的经济损失。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1、2中试验装置在室内的布置示意图；
图2为本公开实施例1、2中承载槽的结构示意图；
图3为本公开实施例1、2中加载板均布加载的结构示意图；
图4为本公开实施例1、2中加载板局部加载的结构示意图；
图5为本公开实施例1、2中试验装置的侧视结构示意图；
图6为本公开实施例1、2中试验装置的俯视结构示意图。
图中，1、试验区；2、控制区；3、长边侧板；4、短边侧板；5、底板；6、拆卸式铰链；7、壁板小孔；8、反力门架；9、液压千斤顶；10、钢板；11、面层；12、基层；13、砌块；14、路基；15、湿度测量仪；16、模量测量仪；17、压力测量仪；18、铆钉；19、固定板；20、应力计；21、激光雷达；22、包裹有反光膜的螺钉。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅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设备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公开的限制。
正如背景技术中所介绍的，现有技术中对于此类轻质土砌块的抗压强度、抗剪强度等关键性指标难以进行有效测取，无法为实际使用砌块进行路基填料时提供数据支持，在实际使用时无法对砌块填料的最大负荷进行掌握，难以评估整个路段的承载性能；针对上述问题，本公开提出了一种轻质土砌块试验装置及方法。
实施例1
本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图6所示，提出了一种轻质土砌块试验装置。
主要包括加载机构、承载机构、显示及控制系统、传输系统；
为避免试验过程中受到来自其他方面的不可控因素影响，在本实施例中，将轻质土砌块试验装置设置在一个较大的试验室里，该实验室总体可分为两个区域，一个区域为实验室试验区1，用于轻质土砌块加载试验，一个区域为实验室控制区2，用于工作人员实时控制试验加载停止和实时监控轻质土砌块所受荷载大小情况；
对于加载机构，位于上述的试验区中，包括加载支架和加载板，加载板通过直线驱动机构连接加载支架，直线驱动机构带动加载板调整与加载槽的间距；
在本实施例中，具体的，加载机构包括作为加载支架的反力门架8和作为直线驱动机构的液压千斤顶9；
该反力门架在空间布置上总体来说总共有四个，相对于轻质土砌块来说，其正上方有两个反力门架，可与液压千斤顶相配合对位于其下方的轻质土砌块结构施加竖向压力；
其侧面有两个反力门架可与液压千斤顶相配合对轻质土砌块结构施加侧向力，即相对于轻质土砌块结构为剪力；
所述的反力门架底部配合有固定板，固定板通过铆钉锚定在地面上，使得反力门架整体处于稳固状态，保证了加载过程中的稳定性。
需要进一步说明的是，液压千斤顶末端通过钢板10输出载荷，在液压千斤顶端部部署有压力传感器用于实时反馈轻质土砌块结构所受压力和剪力的大小。
对于显示及控制系统，位于上述的控制显示区中，其具体包括显示屏、计算机、控制台；
相关操作人员可通过控制台实现对轻质土砌块的加载与停止，并且整个试验过程中施加在轻质土砌块结构的压力和剪力可通过显示屏实时监测，计算机用于处理交互数据信息并进行指令下达。
对于承载机构，包括顶部开口的承载槽及布置在承载槽内的测量机构，加载板作用于承载槽内的砌块进行加载，测量机构获取砌块在加载作用下的横向应力和纵向应力；
所述承载槽包括底板和铰接在底板四周的侧板，侧板有四个，侧板绕其铰接点转动至垂直底板时，四个侧板配合底板共同构成顶部开口的矩形承载槽；
所述侧板包括两对，每对侧板相对设置并分别铰接在底板的两侧，每个侧板上均设有与相邻侧板配合的卡榫结构。
在本实施例中，承载机构位于试验区中，包括由Q235制成的底板5和侧板，其中侧板包括长边侧板3和短边侧板4，侧板和底板之间通过拆卸式铰链6相连接；
相邻的两个壁板之间采用卯榫结构相互连接，提高侧板之间的连接性能，保证其承载砌块时的强度。
承载槽内布置有测量机构，测量机构包括横向应力计20和纵向应力计，多个横向应力计沿横向呈间隔布置在对应的砌块内，多个纵向应力计沿纵向呈间隔布置在对应的砌块内；
测量机构还包括布置在砌块层间的模量测量仪、沿加载方向间隔布置在承载槽内的压力测量仪和湿度测量仪。
需要指出的是，为了实时监测轻质土砌体结构内部压力分布、湿度分布、模量分布，壁板上会有一些壁板小孔7，方便压力传感器、湿度传感器、弯曲元传感器数据线从侧面拉出，避免数据线从上方拉出影响轻质土砌块结构，造成试验偏差；
需进一步说明的是，这些小孔直径略大于传感器数据线，相对于整个壁板和轻质土砌块结构来说，其带来的影响可忽略不计。
对于所述的传输系统，位于整个试验室中，主要有千兆光纤、电源线、USB数据线等组成，主要用于将上述的加载机构、显示及控制系统、承载机构相互关联起来，具体来说：给相关试验装置供电、进行各种设备之间数据信息的传输。
另外，为了能够更为精确地观察到在进行试验时砌体结构位移动态变化，如图5所示，现采用激光雷达21配对整体结构沉降变形进行观测；
激光测量机构包括激光雷达和测点元件，测点元件上设有对应激光雷达获取信号的反光膜，多个测点元件布置在承载槽内的砌块上；
布设完测点元件后，将激光雷达21架设在其正前方，开始进行试验，道路各结构层发生位移变形，将被激光雷达21通过测点元件捕捉到，进而完成对砌体结构位移动态变化连续观测。
通过配置加载机构和容纳砌块的承载槽，在承载槽内对砌块进行加载试验，获取其横向应力及纵向应力，从而测取砌块的抗压强度、抗剪强度等管进行指标，为轻质土砌块更好的应用于实际工程起到相应的借鉴作用，更好的服务于实际工程，保证施工质量。
实施例2
本公开的另一典型实施方式中，如图1-图6所示，提出了一种轻质土砌块试验方法。
包括以下步骤：
安装承载槽和加载机构，调整加载板位置并进行试加载/卸载；
依据预定工程实际地质情况，在承载槽内布置道路结构，逐层铺筑道路层，按照实际工程设计要求铺筑砌块；
加载机构驱动加载板动作，对承载槽内的道路结构进行加载，并调整加载力，通过测量机构获取承载槽内部砌块的横向应力和纵向应力；
依据测量机构获取的数据，计算并判断在不同负载下砌块的服役状态；
通过加载机构进行均布加载试验时，沿纵向在对应砌块内间隔布置纵向应力计，测取纵向应力；
通过加载机构进行局部加载试验时，沿横向在对应砌块内间隔布置横向应力计，测取横向应力；沿纵向在对应砌块内间隔布置纵向应力计，测取纵向应力。
具体的，在本实施例中，对于试验方法详述如下：
步骤1安装承载机构，调试设备
将四周侧板和底板用可拆卸式铰链相连接，并将每相邻两个侧板之间对齐拼接好，检查连接处是否有较大缝隙，若存在则需重新进行安装。安装完成后，进行设备调试，主要查看控制台能否正常控制加载系统加\卸载，压力传感器能否正常传回压力数值，显示屏能否进行实时监视，反力门架锚固段是否有松动，液压千斤顶能否正常工作。
步骤2铺筑轻质土砌块
结合预建设实际工程真实地质条件，在底板和侧板围成的承载槽中进行道路结构重现，逐层铺筑道路层，压实度等重要指标应与现场实际工程尽可能吻合，并按照实际工程设计要求铺筑轻质土砌块。
步骤3进行试验，实时监测
在含轻质土砌块的一段道路结构整体铺筑完成之后，通过控制台进行竖向加载(抗压强度试验)，横向加载(抗剪强度试验)，并可通过显示屏进行实时监测所施加力的大小，变化趋势并用计算机将数据存储记录下来。
结合实施例1和图1-图6，对上述试验方法详述如下：
步骤1安装承载系统，调试设备
在进行正式轻质土砌块试验之前，如图2所示，先通过拆卸式铰链6将长边侧板3、短边侧板4和底板5连接在一起，然后在安装侧板；
对于四周壁板安装来说，如图2所示，长边侧板3有突出端，短边侧板4相应的有缺口，两者组合在一起可成为类卯榫结构；
因此在安装侧板的时候，需注意接口处对齐不得有较大缝隙，若在安装完成后检查出有较大缝隙，需重新进行安装。
安装完成后即可通过控制区2的控制台等设备进行液压千斤顶9的试加\卸载，并通过其中的显示屏判断是否可以实现实时监测施加力的大小。
步骤2铺筑轻质土砌块
如图3所示，根据预定工程实际地质情况，先进行路基14的铺筑，其压实度、含水率、路基顶面回弹模量需与实际工程相一致，完成路基14的铺筑之后，继续进行轻质土砌块13的铺筑；
本实施例的轻质土砌块为湿密度700Kg/m3，形状为边长500mm的正方体，其堆砌方式为错缝，砌块接触面之间用强度为M5的砂浆进行粘结；
完成轻质土砌块13的铺筑之后，与实际工程中的道路结构一样，分层进行基层12和面层11的铺筑。
这里需强调的是，基层、面层的压实度关键性指标也需和实际工程尽量保持一致。
步骤3进行试验，实时监测
本实施例中为了更加全面的评估含轻质土砌块的整个道路结构层状态，还需监测整个道路结构中的压力、湿度和模量，如图3所示，布置湿度传感器15，模量传感器16，在本实施例中采用弯曲元，压力传感器17，在本实施例中可使用土压力盒，并如图进行放置；
为了尽可能减少其对整个结构的影响，如图2所示，可将其传输线从壁板上的孔7拉出。
可以理解的是可根据设计试验的实际需要，埋设不同的传感器，以及埋设于不同的深度处。
进行均布加载试验时，可通过控制台对液压千斤顶9进行控制，结合竖向反力门架7对下方试验体施加荷载，液压千斤顶9下垫一层大面积的钢板10进行均布施加力的模拟。
为了能够更为精细地得到各层为砌块所受到地力大小，获取更多的数据，如图3所示，现截取三个断面，在每个断面所涉及的砌块上安装混凝土应力计，考虑到砌块尺寸为500mm，故在一个砌块中竖向安装三个，之间间距均为150mm。
这些布设在砌块中的混凝土应立计应在浇筑砌块时就已安置在其中。值得说明的是，混凝土应力计和布设在各层连接层之间的传感器监测所获得的数据，将对包含轻质土砌块的道路结构在均布荷载下的受力/位移变形得到一个更为全面的监测。
进行局部加载试验时，如图4所示，考虑到应力影响面的原因，混凝土应力计布设除了监测竖向的压力外，还需考虑应力扩散导致的一个横向作用，故需在砌块中布设横向的混凝土应力计。
为了能够更为精确地观察到在进行试验时砌体结构位移动态变化，如图5所示，现采用激光雷达21配对整体结构沉降变形进行观测，配置的测点元件为包裹有反光膜的螺钉22，在螺钉上包裹反射膜能够让激光雷达更为精确的追踪其位移动态变化。
打开一侧短边侧板4，将顶端包裹有反射膜的螺钉22，如图5在每一层结构中都将其打入，考虑到螺钉打入的深度和其自身体积的大小，对试验几乎无影响，为了能够几近准确地绘制出整个端面位移变形情况，如图6俯视图所示，沿其长边于每一层布设多个螺钉，值得注意的是实际螺钉数需结合自己试验装置整体情况决定，布设完螺钉22后，将激光雷达21架设在其正前方，开始进行试验，道路各结构层发生位移变形，将被激光雷达21通过包裹有反射膜的螺钉22捕捉到，进而完成对砌体结构位移动态变化连续观测。
依据测量机构获取的数据，计算并判断在不同负载下砌块的服役状态。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轻质土砌块试验装置，其特征在于，包括加载机构和承载机构，承载机构包括顶部开口的承载槽及布置在承载槽内的测量机构，加载机构的加载板朝向承载槽开口，加载板作用于承载槽内的砌块进行加载，测量机构获取砌块在加载作用下的横向应力和纵向应力。
2.如权利要求1所述的轻质土砌块试验装置，其特征在于，所述承载槽包括底板和铰接在底板四周的侧板，侧板有四个，侧板绕其铰接点转动至垂直底板时，四个侧板配合底板共同构成顶部开口的矩形承载槽。
3.如权利要求2所述的轻质土砌块试验装置，其特征在于，所述侧板包括两对，每对侧板相对设置并分别铰接在底板的两侧，每个侧板上均设有与相邻侧板配合的卡榫结构。
4.如权利要求1所述的轻质土砌块试验装置，其特征在于，所述加载机构包括加载支架和加载板，加载板通过直线驱动机构连接加载支架，直线驱动机构带动加载板调整与加载槽的间距。
5.如权利要求1所述的轻质土砌块试验装置，其特征在于，测量机构包括横向应力计和纵向应力计，多个横向应力计沿横向呈间隔布置在对应的砌块内，多个纵向应力计沿纵向呈间隔布置在对应的砌块内。
6.如权利要求5所述的轻质土砌块试验装置，其特征在于，测量机构还包括布置在砌块层间的模量测量仪、沿加载方向间隔布置在承载槽内的压力测量仪和湿度测量仪。
7.如权利要求1所述的轻质土砌块试验装置，其特征在于，还包括激光测量机构，包括激光雷达和测点元件，测点元件上设有对应激光雷达获取信号的反光膜，多个测点元件布置在承载槽内的砌块上。
8.一种轻质土砌块试验方法，利用如权利要求1-7任一项所述的轻质土砌块试验装置，其特征在于，包括以下步骤：
安装承载槽和加载机构，调整加载板位置并进行试加载/卸载；
依据预定工程实际地质情况，在承载槽内布置道路结构，逐层铺筑道路层，按照实际工程设计要求铺筑砌块；
加载机构驱动加载板动作，对承载槽内的道路结构进行加载，并调整加载力，通过测量机构获取承载槽内部砌块的横向应力和纵向应力；
依据测量机构获取的数据，计算并判断在不同负载下砌块的服役状态。
9.如权利要求8所述的轻质土砌块试验方法，其特征在于，通过加载机构进行均布加载试验时，沿纵向在对应砌块内间隔布置纵向应力计，测取纵向应力。
10.如权利要求9所述的轻质土砌块试验方法，其特征在于，通过加载机构进行局部加载试验时，沿横向在对应砌块内间隔布置横向应力计，测取横向应力；沿纵向在对应砌块内间隔布置纵向应力计，测取纵向应力。
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