CN217981488U - 一种半刚性基层材料膨胀性测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半刚性基层材料膨胀性测试系统，涉及土工测试仪器技术领域。一种半刚性基层材料膨胀性测试系统，其包括温度调节装置、保温箱体以及用于检测试件膨胀性的膨胀性测试组件；膨胀性测试组件包括膨胀量测试组件和膨胀力测试组件，膨胀量测试组件包括第一夹持组件和用于检测试件变形度的变形检测件，膨胀量测试组件包括第二夹持组件和用于检测试件应力的应力检测件。本实用新型可在相同温度条件下对同种基层材料进行膨胀量以及膨胀力的测试，也可测试不同基层材料在相同环境因素下的膨胀量以及膨胀力，实验条件容易控制，实验结果更具有对比性。

Description

一种半刚性基层材料膨胀性测试系统

技术领域

本实用新型涉及土工测试仪器技术领域，具体涉及一种半刚性基层材料膨胀性测试系统。

背景技术

本实用新型对于背景技术的描述属于与本实用新型相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本实用新型的实用新型内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本实用新型在首次提出申请的申请日的现有技术。

近几年，在我国西部的内蒙古阿拉善、甘肃酒泉、新疆喀什等地区的多条不同等级道路上出现了路面横向拱胀病害。在拱起部位开挖剖面发现拱起部位均位于路面基层。上述地区均处于戈壁盐渍土地区，气候干燥，温差较大，另外含盐量测试发现拱起部位基层试件中含盐量较高，所以基层材料的热胀和材料失水后盐分的结晶膨胀，是半刚性基层拱胀的重要原因。

现有用于测试半刚性基层盐胀与温胀的综合测试仪，该装置在制样时，需要沿着长度方向在试件中心预留测试通孔来放置温湿度测试杆，在击实过程中，测试孔周围的材料压实度势必会受到影响，进而则会最终影响膨胀量以及膨胀力的测试效果；其次，该装置无法模拟拱胀多发地区湿度极低这一环境特征；最后，该方法聚焦的是热胀与盐胀的累计变形，不能界定区分温胀和盐胀，所以就不能得到不同温度下基层材料起胀时的临界含盐量，不能模拟半刚性基层受热时底部的温度，底部的温度是不受控制的，并且试件的顶部和底部存在温度差，计算出的膨胀系数意义不明确等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种半刚性基层材料膨胀性测试系统，以解决现有的综合测试仪不能对拱胀界定区分温胀和盐胀的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种半刚性基层材料膨胀性测试系统，其包括温度调节装置、保温箱体以及用于检测试件膨胀性的膨胀性测试组件；膨胀性测试组件包括膨胀量测试组件和膨胀力测试组件，膨胀量测试组件包括第一夹持组件和用于检测试件变形度的变形检测件，膨胀力测试组件包括第二夹持组件和用于检测试件应力的应力检测件；第一夹持组件和第二夹持组件均竖直设置在保温箱体中并分别用于夹持住试件，变形检测件的感应端伸入到第一夹持组件内，应力检测件设置在第二夹持组件内；温度调节装置分别与第一夹持组件和第二夹持组件连通。

采用上述技术方案的有益效果为：发生拱胀的地区均位于硫酸盐渍土地区，根据研究区域集料的含盐量测试结果，配制不同硫酸盐含量的拌和用料，将拌和用料养生为所需形状的试件，记录初始状态时试件的断面尺寸和长度，在第一组夹持组件和第二组夹持组件中分别放入试件；温度调节装置调节同时调节第一组夹持组件和第二组夹持组件的温度，进而对试件进行加热，记录保温箱体内的温度以及变形检测件和应力检测件的测量数据，以上测量数据为含盐试件在热-盐耦合条件下得出的，分析此测量数据与相同温度下不含盐试件的热胀变形的关系，进而判断拱胀原有是热胀或盐胀的界定。

本技术方案的试样是预先制成的，此过程可以控制试件的含盐量，在含盐量一定的情况下，再对试样进行加热，完成试样的膨胀量测试和膨胀性测试，可以有效界定区分温胀和盐胀；通过温度调节装置可以得到不同温度条件下的基层材料起胀时得到临界含盐量，并且可在相同温度条件下对同种基层材料进行膨胀量以及膨胀力的测试，也可测试不同基层材料在相同环境因素下的膨胀量以及膨胀力，实验条件容易控制，实验结果更具有对比性。

进一步地，第一夹持组件和第二夹持组件结构一致，均包括连接杆以及均为中空结构并盛装有调温介质的顶部控温盘和底部控温盘，连接杆的两端分别与顶部控温盘和底部控温盘连接，顶部控温盘和底部控温盘之间形成试件放置空腔，顶部控温盘、底部控温盘分别与温度调节装置连通；变形检测件的感应端穿过相对应的顶部控温盘并进入到相对应的放置空腔中；应力检测件位于相对应的放置空腔内。

采用上述技术方案的有益效果为：试样放置在试件放置空腔中，顶部控温盘和底部控温盘夹持住试件，温度调节装置设定数值对顶部控温盘和底部控温盘同步加热，使得试件的顶部和底部分别受热。将第一夹持组件和第二夹持组件设置为此种结构，试件的顶部和底部可以均匀受热，热量加快传递至试样的内部，有效模拟拱胀发生的实际环境条件。

进一步地，连接杆的两端分别伸出保温箱体并连接有锁紧件。

进一步地，温度调节组件包括高低温恒温浴槽以及分别与高低温恒温浴槽连通的调温介质输出管和调温介质回流管，顶部控温盘和底部控温盘均与调温介质输出管和调温介质回流管连通。

采用上述技术方案的有益效果为：高低温恒温浴槽用于加热调温介质，调温介质通过调温介质输出管调温介质回流管，实现对相对应的控温盘的循环加热。结合第一夹持组件和第二夹持组件的结构，本技术方案通过温度调节装置来对相对应的控温盘加热，从而实现试件的加热，不仅使用灵活，而且控温精确，能够模拟戈壁盐渍土地区高温、极干燥的实际工况。

进一步地，变形检测件为千分表，应力检测件为应力传感器，并且应力检测件与设置在保温箱体外的应力检测仪电性连接。

采用上述技术方案的有益效果为：试件在加热过程中，发生膨胀，变形检测件用来检查试件的形状和位置误差，分析数据进而得到试件的膨胀量；试件膨胀的过程会挤压应力检测件，应力检测件得到压力数据，测的压力数据传输给应力检测仪，分析数据进而得到试件的膨胀力。根据实际发生拱胀的情况，在易发生拱胀的位置设置变形检测件和应力传感器，可以分别得到膨胀量和膨胀力的数据，界定实际工况中热胀和盐胀对拱胀的影响，对半刚性基层的含盐量和对基层拱胀的设防措施提供理论支撑。

进一步地，保温箱体中设置有温湿度检测组件，温湿度检测组件包括温湿度显示仪以及分别与温湿度显示仪电性连接的温度传感器和湿度传感器，温湿度显示仪设置在保温箱体外，温度传感器和湿度传感器均设置在保温箱体内。

采用上述技术方案的有益效果为：温度传感器和湿度传感器用来测量保温箱内的温度和湿度，除了通过温度调节装置来调节第一组夹持组件和第二夹持组件的温度，判断温度对试件的影响，保温箱体内的温度和湿度对试件的膨胀性也有影响，设置温度传感器和湿度传感器可以实时测得保温箱体内的温度，在分析膨胀性可以作为参考值。

进一步地，保温箱体中设置有用于盛装过饱和盐溶液的烧杯。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型通过温度调节装置可以得到不同温度条件下的基层材料起胀时得到临界含盐量，并且可在相同温度条件下对同种基层材料进行膨胀量以及膨胀力的测试，也可测试不同基层材料在相同环境因素下的膨胀量以及膨胀力，实验条件容易控制，实验结果更具有对比性。

(2)本实用新型将第一夹持组件和第二夹持组件设置为此种结构，试件的顶部和底部可以均匀受热，热量加快传递至试样的内部，有效模拟拱胀发生的实际环境条件。

(3)本实用新型通过温度调节装置来对相对应的控温盘加热，从而实现试件的加热，不仅使用灵活，而且控温精确，能够模拟戈壁盐渍土地区高温、极干燥的实际工况。

(4)本实用新型根据实际发生拱胀的情况，在易发生拱胀的位置设置变形检测件和应力传感器，可以分别得到膨胀量和膨胀力的数据，界定实际工况中热胀和盐胀对拱胀的影响，对半刚性基层的含盐量和对基层拱胀的设防措施提供理论支撑。

(5)本实用新型的保温箱体内的温度和湿度对试件的膨胀性也有影响，设置温度传感器和湿度传感器可以实时测得保温箱体内的温度，在分析膨胀性可以作为参考值。

附图说明

图1为本实用新型半刚性基层材料膨胀性测试系统的结构示意图。

图2为本实用新型的温度调节装置的结构示意图。

图中：1-温度调节装置；101-高低温恒温浴槽；102-调温介质输出管； 103-调温介质回流管；2-保温箱体；301-膨胀量测试组件；311-变形检测件； 302-膨胀力测试组件；321-应力检测件；331—顶部控温盘；332-底部控温盘；333-连接杆；334-试件放置空腔；335-锁紧件；4-应力检测仪；5-温湿度检测组件；501-温湿度显示仪；502-温度传感器；503-湿度传感器；6-烧杯。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

请参照图1和图2，一种半刚性基层材料膨胀性测试系统，其包括温度调节装置1、保温箱体2以及用于检测试件膨胀性的膨胀性测试组件；膨胀性测试组件包括膨胀量测试组件301和膨胀力测试组件302，膨胀量测试组件301用于测量试件加热膨胀后产生的膨胀量，膨胀力测试组件302用于测量试件加热膨胀后产生的膨胀量，温度调节装置1分别与膨胀量测试组件 301和膨胀力测试组件302连通，温度调节装置1用于对试件加热。通过温度调节装置1可以得到不同温度条件下的基层材料起胀时得到临界含盐量，并且可在相同温度条件下对同种基层材料进行膨胀量以及膨胀力的测试，也可测试不同基层材料在相同环境因素下的膨胀量以及膨胀力，实验条件容易控制，实验结果更具有对比性。

值得说明的是，发生拱胀的地区均位于硫酸盐渍土地区，根据研究区域集料的含盐量测试结果，配制不同硫酸盐含量的拌和用料。考虑到膨胀与收缩是对应关系，优先采用梁式试件进行膨胀量测试，将拌合用料制样和养生，测量并记录养生完成后试件的断面尺寸和长度，磨平长轴方向的两个端面，每组测试3个试件，其中1个试件为不含盐试件，不含盐试件加热过程中产生热胀变形，另外2个试件为含盐试件，含盐试件加热过程中产生热胀变形和盐胀变形，2个含盐试件含盐量既可以等同也可以不同，根据测试需求设置合理的含盐量。本实用新型的试样是预先制成的，此过程可以控制试件的含盐量，在含盐量一定的情况下，再对试样进行加热，完成试样的膨胀量测试和膨胀性测试，可以有效界定区分温胀和盐胀。

保温箱体2为具有一定高度和宽度，可以放入膨胀量测试组件301和膨胀力测试组件302。保温箱设置有可拆卸的密封盖，连接处设有密封圈，保温箱的密封盖、侧板和底板均为透明隔热材料，方便观察试验进程。

膨胀量测试组件301包括第一夹持组件和用于检测试件变形度的变形检测件311，膨胀力检测组件302包括第二夹持组件和用于检测试件应力的应力检测件321。第一夹持组件和第二夹持组件均包括顶部控温盘331、底部控温盘332以及连接顶部控温盘331和底部控温盘332的连接杆333，顶部控温盘331和底部控温盘332之间形成试件放置空腔334，顶部控温盘331 和底部控温盘332均为中空结构并盛装有调温介质，并且其材质均为导热材料，顶部控温盘331和底部控温盘332均设置有金属材质的介质接头，底部控温盘332放置在保温箱体2的底部。连接杆333的两端依次穿过相对应的控温盘并分别伸出保温箱体2，伸出部分连接有锁紧件335，连接杆333为螺杆，锁紧件335为螺母。在本实施例中连接杆333的数量为4，其他实施例中可以设置多于或少于4个的连接杆333。试样放置在试件放置空腔334中，顶部控温盘331和底部控温盘332夹持住试件，温度调节装置1设定数值对顶部控温盘331和底部控温盘332同步加热，使得试件的顶部和底部分别受热。将第一夹持组件和第二夹持组件设置为此种结构，试件的顶部和底部可以均匀受热，热量加快传递至试样的内部，有效模拟拱胀发生的实际环境条件。

变形检测件311的顶端设置在保温箱体2上，变形检测件311的底端伸入第一夹持组件的顶部控温盘331中并与试件的顶部连接。应力检测件321 设置在第二夹持组件的顶部控温盘331与试件的连接处。变形检测件311为千分表，应力检测件321为应力传感器，并且应力检测件321与设置保温箱体2外的应力检测仪4电性连接。试件在加热过程中，发生膨胀，变形检测件311用来检查试件的形状和位置误差，分析数据进而得到试件的膨胀量；试件膨胀的过程会挤压应力检测件321，应力检测件321得到压力数据，测的压力数据传输给应力检测仪4，分析数据进而得到试件的膨胀力。根据实际发生拱胀的情况，在易发生拱胀的位置设置变形检测件311和应力传感器，可以分别得到膨胀量和膨胀力的数据，界定实际工况中热胀和盐胀对拱胀的影响，对半刚性基层的含盐量和对基层拱胀的设防措施提供理论支撑。

膨胀量测试组件301和膨胀力测试组件302的安装过程：1)放置好保温箱体2，打开保温箱体2的密封盖，将底部控温盘332放置在保温箱体2 的底部，确保保温箱体2的底板和底部控温盘332水平；2)测量试件的质量，将试件放置在底部控温盘332的中部位置，顶部控温盘331放置在试件的顶部，4根连接杆333穿过试件的外周，连接杆333的两端分别穿过相对应的控温盘并伸出保温箱体2；3)盖上密封盖后，变形检测件311依次穿过密封盖和第一夹持组件的顶部控温盘331并与试件的顶部接触，在安装第二夹持组件的顶部控温盘331之前，先将应力检测件321放置在试件的顶部再安装相对应的顶部控温盘331。

温度调节组件包括高低温恒温浴槽101以及分别与高低温恒温浴槽101 连通的调温介质输出管102和调温介质回流管103，顶部控温盘331和底部控温盘332均与调温介质输出管102和调温介质回流管103连通。也即调温介质输出管102均与第一夹持组件的顶部控温盘331和底部控温盘332、第二夹持组件的顶部控温盘331和底部控温盘332连通；调温介质回流管103 均与第一夹持组件的顶部控温盘331和底部控温盘332、第二夹持组件的顶部控温盘331和底部控温盘332连通，每个控温盘都与高低温恒温浴槽101 连通一个循环通路。高低温恒温浴槽101用于加热调温介质，调温介质通过调温介质输出管102调温介质回流管103，实现对相对应的控温盘的循环加热。结合第一夹持组件和第二夹持组件的结构，本实用新型通过温度调节装置1对相对应的控温盘加热，从而实现试件的加热，不仅使用灵活，而且控温精确，能够模拟戈壁盐渍土地区高温、极干燥的实际工况。

保温箱体2中设置有温湿度检测组件5，温湿度检测组件5包括温湿度显示仪501以及分别与温湿度显示仪501电性连接的温度传感器502和湿度传感器503，温湿度显示仪501设置在保温箱体2外，温度传感器502和湿度传感器503均设置在保温箱体2内。保温箱体2中设置有盛装有过饱和盐溶液的烧杯6，过饱和盐溶液用于调节保温箱体2中的相对湿度，将高温季节研究区域的空气湿度与过饱和盐溶液标准相对湿度表进行对照，选取相应的盐种类，配制过饱和溶液，确保有30％以上的盐未与水溶解。温度传感器 502和湿度传感器503用来测量保温箱内的温度和湿度，除了通过温度调节装置1来调节第一组夹持组件和第二夹持组件的温度，判断温度对试件的影响，保温箱体2内的温度和湿度对试件的膨胀性也有影响，设置温度传感器 502和湿度传感器503可以实时测得保温箱体2内的温度，在分析膨胀性可以作为参考值。

膨胀性测试的过程：1)将制备好的试件分别放置在相对应的试件放置空腔334中，确保保温箱体2处于密封的状态，打开高低温恒温浴槽101对相对应的控温盘进行加热；2)试验开始后，每隔1小时对变形检测件311 读数一次，并记录保温箱体2内的温度，待千分表走动较慢时，加大读数时间间隔，读数稳定后迅速取出试件并称取试件质量；3)同步地，试验开始后，通过应力检测件321实时测得应力值，并记录保温箱体2内的温度。

数据处理及分析：1)以膨胀量为纵坐标，以温度、含盐量为横坐标绘制热-盐耦合作用下膨胀量曲面图，以膨胀力为纵坐标以温度、含盐量为横坐标绘制热-盐耦合作用下膨胀力曲面图；2)某一温度下不含盐试件的膨胀量为基层的热胀变形、含盐试件在热-盐耦合条件下的总膨胀量减去不含盐试件的膨胀量为失水过程中盐分结晶贡献的盐胀变形量，在此基础上即可实现热胀、盐胀的界定，膨胀力同理；3)以盐胀量为纵坐标，以温度、含盐量为横坐标绘制热胀变形量曲面图，在此基础上即可确定不同温度条件下基层试件的起胀含盐量。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种半刚性基层材料膨胀性测试系统，其特征在于，包括：温度调节装置(1)、保温箱体(2)以及用于检测试件膨胀性的膨胀性测试组件；

所述膨胀性测试组件包括膨胀量测试组件(301)和膨胀力测试组件(302)，所述膨胀量测试组件(301)包括第一夹持组件和用于检测试件变形度的变形检测件(311)，所述膨胀力测试组件(302)包括第二夹持组件和用于检测试件应力的应力检测件(321)；

所述第一夹持组件和所述第二夹持组件均竖直设置在所述保温箱体(2)中并分别用于夹持住试件，所述变形检测件(311)的感应端伸入到所述第一夹持组件内，所述应力检测件(321)设置在所述第二夹持组件内；

所述温度调节装置(1)分别与所述第一夹持组件和所述第二夹持组件连通。

2.根据权利要求1所述的半刚性基层材料膨胀性测试系统，其特征在于，所述第一夹持组件和所述第二夹持组件结构一致，均包括连接杆(333)以及均为中空结构并盛装有调温介质的顶部控温盘(331)和底部控温盘(332)，所述连接杆(333)的两端分别与所述顶部控温盘(331)和底部控温盘(332)连接，所述顶部控温盘(331)和底部控温盘(332)之间形成试件放置空腔(334)，所述顶部控温盘(331)、底部控温盘(332)分别与所述温度调节装置(1)连通；所述变形检测件(311)的感应端穿过相对应的顶部控温盘(331)并进入到相对应的放置空腔(334)中；所述应力检测件(321)位于相对应的放置空腔(334)内。

3.根据权利要求2所述的半刚性基层材料膨胀性测试系统，其特征在于，所述连接杆(333)的两端分别伸出所述保温箱体(2)并连接有锁紧件(335)。

4.根据权利要求2所述的半刚性基层材料膨胀性测试系统，其特征在于，所述温度调节装置(1)包括高低温恒温浴槽(101)以及分别与所述高低温恒温浴槽(101)连通的调温介质输出管(102)和调温介质回流管(103)，所述顶部控温盘(331)和底部控温盘(332)均与所述调温介质输出管(102)和调温介质回流管(103)连通。

5.根据权利要求1所述的半刚性基层材料膨胀性测试系统，其特征在于，所述变形检测件(311)为千分表，所述应力检测件(321)为应力传感器，并且所述应力检测件(321)与设置在所述保温箱体(2)外的应力检测仪(4)电性连接。

6.根据权利要求1所述的半刚性基层材料膨胀性测试系统，其特征在于，所述保温箱体(2)中设置有温湿度检测组件(5)，所述温湿度检测组件(5)包括温湿度显示仪(501)以及分别与所述温湿度显示仪(501)电性连接的温度传感器(502)和湿度传感器(503)，所述温湿度显示仪(501)设置在所述保温箱体(2)外，所述温度传感器(502)和湿度传感器(503)均设置在所述保温箱体(2)内。

7.根据权利要求1至6任一项所述的半刚性基层材料膨胀性测试系统，其特征在于，所述保温箱体(2)中设置有用于盛装过饱和盐溶液的烧杯(6)。

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