CN205301034U - 一种制备不同含水饱和度试样的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种制备不同含水饱和度试样的装置，该装置包括恒湿容器和真空抽气设备，该恒湿容器包括用于放置饱和盐溶液的第一部分以及位于第一部分上部、用于放置试样的第二部分，第一部分与第二部分通过垫片隔开，垫片上设有通孔；恒湿容器和真空抽气设备通过抽气接口部件连通，抽气接口部件包括用于使恒湿容器保持密封或者使其与真空抽气设备连通的密封活塞。本实用新型利用化学热力学原理，通过配置不同的饱和盐溶液，制造不同湿度的恒湿环境，精确控制所制备试样的含水饱和度，制得的试样含水分布均匀；通过使用真空抽气设备抽取恒湿容器内的空气，可以为试样提供负压环境，有效缩短制备特定含水饱和度试样的时间。

Description

一种制备不同含水饱和度试样的装置

技术领域

本实用新型涉及一种快速制备不同含水饱和度试样的装置，属于室内试验制备试验试样的技术领域。

背景技术

众所周知，水赋存于很多物质材料中，且水对物质的性质有着很大影响，如岩石的剪切强度与含水饱和度紧密相关，不同含水饱和度岩石的流变性质差异较大；混凝土的渗透率随着含水饱和度的增大而逐渐降低；土体的抗剪性也随土的含水饱和度的变化而显著改变等等。

因此在诸多的研究领域中都必须要考虑水这个因素，试验作为科学研究活动中经常采用的一种研究方法，为了充分模拟实际物质的性质，经常需要制备不同含水饱和度的试样，目前实验室制备不同含水饱和度试样的方法，主要有以下三种：(1)浸泡法：将试样放入蒸馏水中浸泡，让水自然渗入试样，通过控制浸泡时间来控制试样的含水饱和度。该方法由水自然渗透进入试样，制备含水试样的时间较长，试样的浸泡时间与含水饱和度没有明确关系，不易控制试样的含水饱和度，且制得的试样含水分布不均。(2)干燥法：将试样放入蒸馏水中抽真空饱水后，静置于干燥空气中让水自然渗出试样，通过实时称量试样的重量来确定试样的含水饱和度，该方法通过水自然渗出试样来制备含水饱和度试样，制得的试样内部含水量较多，外部含水量较少。(3)常规的将试样放入恒湿环境的方法：该方法虽然可以制备含水分布均匀的试样，但是制备时间过长，需要3个月左右，容易受温度等外界因素影响，不能保证所制备试样含水饱和度的精度。综上所述，目前制备不同含水饱和度试样的方法和装置都不完备，普遍存在着制备含水饱和度试样的精度低，时间长，试样含水分布不均匀等问题，因此迫切需要一种可以有效制备不同含水饱和度试样的装置。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种制备不同含水饱和度试样的装置，根据该装置制得的试样含水分布均匀，且制备时间短。

技术方案：本实用新型涉及一种制备不同含水饱和度试样的装置包括恒湿容器和真空抽气设备，恒湿容器包括用于放置饱和盐溶液的第一部分以及位于第一部分上部、用于放置试样的第二部分，第一部分与第二部分通过垫片隔开，垫片上设有通孔；恒湿容器和真空抽气设备通过抽气接口部件连通，抽气接口部件包括用于使恒湿容器保持密封或者使其与真空抽气设备连通的密封活塞。

利用化学热力学原理，通过配置不同的饱和盐溶液，制造不同湿度的恒湿环境，精确控制所制备试样的含水饱和度，制得的试样含水分布均匀；通过使用真空抽气设备抽取恒湿容器内的空气，可以为试样提供负压环境，有效缩短含水饱和度试样的制备时间。

较优的，恒湿容器内设有用于实时测量容器内温度和湿度的温湿度传感器。采用温湿度传感器可以显示容器内的温湿度环境情况，也可通过观测到的温湿度的环境是否正常，获知容器内是否出现漏气等现象。

进一步的，恒湿容器内设有用于实时称量试样重量的重量传感器。通过设置重量传感器，可以实时测得试样的重量变化，当试样重量不变时，说明试样已达到稳定的含水饱和度，避免了频繁将试样取出称重造成的恒湿容器内湿度和压力变化，避免由此引起的试验误差。

更进一步的，恒湿容器内还设有用于显示恒湿容器内实时温度、湿度以及试样实时重量的显示器。可通过显示器直观的观测实验数据。

具体的，真空抽气设备包括真空抽气泵和用于实时显示恒湿容器内压力的压力显示器。通过观测压力显示器的数据，达到一定负压值及时关闭密封活塞。

实用新型原理：根据化学热力学原理，在岩样制备过程中，岩样所处的环境是含有多种组分的多相系统，组分是指组成混合物的不同成分，指的是同一种分子组成的物质，与组分的概念不同，相是指系统中同一种分子组成的物质的不同状态，如液态水和水蒸气。通过调节放置有试样的恒湿负压环境的湿度，从而精确控制试样最终稳定时试样内组分水的逸度，以致控制试样最终的含水饱和度。逸度代表了物质在所处的状态下分子逃逸的趋势，也就是一种物质迁移时的逸散能力，逸度大的分子逃逸能力强，逸度小的分子逃逸能力弱，并且随着物质的迁移，物质的逸度不断转化，因此多相系统在一定温度和压力下的密封环境中，经过长时间接触，会达到一种相平衡，如将组分水放在一定温度和压力下的封闭环境中,气相水分子有逃逸到液相水分子的趋势，液相水分子有逃逸到气相的趋势，并不断转化，直到两者趋势相等，即逸度相等，达到气液相平衡。

由于恒湿环境中水蒸气的逸度是恒定的，当环境中水蒸气的逸度与试样中组分水逸度不同时，外界恒湿环境中的水蒸气与试样中组分水形成逸度差，当环境中水蒸气逸度小于试样中组分水的逸度时，试样中组分水渗出，反之，则水渗入试样，最终试样中组分水的逸度达到与外界恒湿环境相同的状态，制得相应含水饱和度的试样。将试样放置在负压环境中制备，负压环境下试样孔隙中的空气减少，水蒸气在试样中的渗透加快，从而缩短了试样达到稳定的时间。同时根据气液平衡原理，试样稳定时，试样各个部分的组分水逸度相同，因此制得的试样含水分布均匀。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型通过放置不同类型的饱和盐溶液，在恒湿容器内形成不同湿度的恒湿环境，从而精确控制所制备试样的含水饱和度，且所制备的试样含水分布均匀，含水量内外一致；通过真空抽气设备将恒湿容器内抽至一定负压，减少了试样孔隙中的空气，加快了水蒸气向试样中渗透的速度，极大的缩短了制备时间，只需一星期左右即可制得所需试样，比常规方法的制备时间缩短了5-6倍；

(2)通过重量传感器可以实时测得试样的重量变化，当试样重量不变时，说明试样已达到稳定的含水饱和度，即可取出试样，避免了频繁将试样取出称重，造成容器内湿度和压力的变化，从而引起试验误差。

附图说明

图1为本实用新型的制备不同含水饱和度试样的装置的结构示意图。

图2为本实用新型的制备不同含水饱和度试样的装置的A-A剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本实用新型的一种制备不同含水饱和度试样的装置，包括恒湿容器1和真空抽气设备2，恒湿容器1和真空抽气设备2通过抽气接口部件6连通，抽气接口部件6包括密封活塞7，用于使恒湿容器1保持密封或者使其与真空抽气设备2连通。

恒湿容器1包括第一部分3以及位于第一部分3上部的第二部分4，第一部分3用于放置饱和盐溶液，第二部分4用于放置试样，第一部分3与第二部分4通过垫片5隔开，使饱和盐溶液与试样不相接触，如图2所示，垫片5上设有通孔，确保饱和盐溶液产生的水蒸气可以穿过垫片5渗入试样。

可在恒湿容器1内设有温湿度传感器8，通过设置温湿度传感器8，可实时测量恒湿容器1内的温度和湿度，监测温湿度可以显示容器内的温湿度情况，获知恒湿容器1内恒湿环境的保持情况。

也可在恒湿容器1内设置重量传感器9，通过设置重量传感器9，可以实时测得试样的重量变化，当试样重量不变时，说明试样已达到稳定的含水饱和度，不必频繁将试样取出称重，操作麻烦、而且容易造成恒湿容器1内湿度和压力变化，引起的试验误差。

重量传感器9、温湿度传感器8可以自带显示器显示测得的试样重量、温度、湿度等数据，也可以另外连接显示器10，直观地观测测得的相关数据。重量传感器9、温湿度传感器8可以通过无线传输将测得的数据传输至相应的接收器，也可以连接相应的接收器，通过有线传输的方式传输数据。

真空抽气设备2包括真空抽气泵11和压力显示器12，压力显示器12可实时显示恒湿容器1内的压力值的，至一定负压值后及时关闭密封活塞7。

本实用新型利用化学热力学原理，通过在恒湿容器1内放置不同类型的饱和盐溶液，形成不同湿度的恒湿环境，从而精确控制所制备试样的含水饱和度，且所制备的试样含水分布均匀，含水量内外一致；通过真空抽气设备2将恒湿容器1内抽至一定负压，减少了试样孔隙中的空气，加快了水蒸气向试样中渗透的速度，极大的缩短了制备时间，只需一星期左右即可制得所需试样，比常规方法的制备时间缩短了5-6倍。

实施例1

取红砂岩作为试验试样，制备一定含水饱和度的试样，具体包括如下步骤：

(1)根据所要制备试样的含水饱和度，确定恒湿容器1内的湿度为42％，配制饱和氯化钠溶液放置于第一部分3中，确保饱和氯化钠溶液与垫片5不接触，将重量传感器9放置于垫片5之上，并将烘干后的试样放置于重量传感器9之上，再将温湿度传感器8、显示器10依次放入恒湿容器1。

(2)真空抽气设备2包括真空抽气泵11和压力显示器12，旋转密封活塞7使恒湿容器1与真空抽气泵11连通，利用真空抽气泵11抽取恒湿容器1内的气体，根据压力显示器12的读数，控制恒湿容器1内抽取的负压值是60kpa，抽气结束后旋转密封活塞7，将恒湿容器1密封。

(3)每隔12小时，通过恒湿容器1内的显示器10记录一次试样的重量，并计算试样的含水饱和度，直至试样的质量稳定，即连续三次记录试样的质量偏差范围在0.03g之内，此时，即得制得所需含水饱和度试样。

(4)旋转密封活塞7，释放恒湿容器1内压力，取出试样。

实施例1得到的试样试验数据如下表1。

表1负压下恒湿容器内湿度为42％时的试样数据

实施例2

将实施例1中制得的试样在烘箱中烘干放入恒湿容器1的第二部分4，参照实施例1的制备方法制备一定含水饱和度的试样，其区别在于，在恒湿容器1第一部分3放置饱和醋酸钠溶液，所制造的恒湿容器1内湿度是75％，得到的试样试验数据如下表2。

表2负压下恒湿容器内湿度为75％时的试样数据

实施例3

将实施例2中制得的试样在烘箱中烘干放入恒湿容器1的第二部分4，参照实施例1的制备方法制备一定含水饱和度的试样，其区别在于，在恒湿容器1第一部分3放置饱和碳酸钾溶液，所制造的恒湿容器1内湿度是98％，得到的试样试验数据如下表3。

表3负压下恒湿容器内湿度为98％时的试样数据

由实施例1～3的试验结果可知，在42％的湿度下岩样分别在108h和132h达到稳定质量，饱和度分别是12.486％和11.839％，仅相差0.647％；在75％湿度下岩样分别在144h和156h达到质量稳定，含水饱和度分别是22.377％和21.25％，仅相差1.127％；在98％湿度下岩样分别在192h，168h达到质量稳定，含水饱和度分别是33.89％，34.253％，仅相差0.363％。由上述试验结果可见，本实用新型通过调节恒湿容器内的湿度，可以精确控制所制备岩样的含水饱和度，且同一湿度下岩样含水饱和度偏差较小；同时，根据化学热力学原理，岩样达到稳定状态时，岩样各部位组分水逸度相同，制得的岩样含水分布均匀。

对比例

将实施例3中制得的试样在烘箱中烘干放入恒湿容器1的第二部分4，参照实施例3的制备方法制备一定含水饱和度的试样，其区别在于，制备过程在正常大气压下进行，得到的试样试验数据如下表4。

表4正常气压下恒湿容器内湿度为98％时的试样数据

由对比例与实施例3可得，通过使用本实用新型的装置制造负压环境，制备不同含水饱和度的试样，能够极大的缩短制备时间，这是由于通过抽取一定的真空度，岩样孔隙中空气减少，加快了恒湿器中气相组分水向岩样的渗透，与在标准气压下制备含水岩样相比，缩短了岩样中组分水与恒湿器中气相组分水达到平衡的时间，快速制得含水岩。

Claims (5)

1.一种制备不同含水饱和度试样的装置，其特征在于，包括恒湿容器(1)和真空抽气设备(2)，该恒湿容器(1)包括用于放置饱和盐溶液的第一部分(3)以及位于第一部分(3)上部、用于放置试样的第二部分(4)，该第一部分(3)与第二部分(4)通过垫片(5)隔开，该垫片(5)上设有通孔；所述恒湿容器(1)和真空抽气设备(2)通过抽气接口部件(6)连通，该抽气接口部件(6)包括用于使所述恒湿容器(1)保持密封或者使其与所述真空抽气设备(2)连通的密封活塞(7)。

2.根据权利要求1所述的制备不同含水饱和度试样的装置，其特征在于，所述恒湿容器(1)内设有用于实时测量容器内温度和湿度的温湿度传感器(8)。

3.根据权利要求1或2所述的制备不同含水饱和度试样的装置，其特征在于，所述恒湿容器(1)内设有用于实时称量试样重量的重量传感器(9)。

4.根据权利要求1所述的制备不同含水饱和度试样的装置，其特征在于，所述恒湿容器(1)内还设有用于显示所述恒湿容器(1)内实时温度、湿度以及试样实时重量的显示器(10)。

5.根据权利要求1所述的制备不同含水饱和度试样的装置，其特征在于，所述真空抽气设备(2)包括真空抽气泵(11)和用于实时显示所述恒湿容器(1)内压力的压力显示器(12)。