一种加热、补水膨胀仪制造技术

本实用新型专利技术属于室内土工试验技术领域，涉及一种加热、补水膨胀仪，包括：试验容器、补水机构和加热机构；在试验容器中盛装试样；本申请所述加热、补水膨胀仪通过试验容器外的加热机构和补水机构，可以测量不同温度、不同补水条件下试样的膨胀性，且加快土中部分化学反应达到终点，缩短试验时间，增加试验过程中的温湿度稳定性，以得到更可靠的试验结果。

【技术实现步骤摘要】
一种加热、补水膨胀仪
本技术属于室内土工试验
，涉及一种膨胀仪加热、补水系统，尤其涉及一种加热、补水膨胀仪。
技术介绍
为保证高速铁路列车安全、快速行驶，高速铁路对路基强度和变形稳定性有较高的要求。在高速铁路路基建设时，路基中部分填料需要添加一定量的水泥进行固化，以提高路基强度和稳定性。但是当线路通过含有硫酸盐渍土的地区时，天然地基中的硫酸盐会随着土壤水分迁移进入路基，与水泥及其水化产物发生反应，在不同温度、湿度、比例等条件下，生成产物不尽相同，并且不同产物在环境条件改变下会相互转化，其中以钙矾石相体积膨胀率最大，对路基危害最强。当硫酸盐渍土中添加足量水泥，则硫酸根离子首先与水泥石中的氢氧化钙反应生成硫酸钙，再与水泥石中的水化铝酸钙或者单硫型水化硫铝酸钙反应生成钙矾石；若硫酸根离子浓度较高，则其还会继续与水泥石中的氢氧化钙和水化硅酸钙反应生成石膏。上述反应前后的固相体积增加2倍以上。当系统反应生成钙矾石后，如果土中有足够的碳酸盐和湿度，而且温度低于15℃，则钙矾石与水化硅酸钙会通过一系列反应转化为硅灰石膏，此过程十分缓慢。但是上述反应受环境温度影响较大，速率较慢，需要较长时间(通常7～14天，或更久)才能达到反应终点，不利于实验室对膨胀过程的复现，并探究其膨胀机理。使用传统膨胀仪进行上述反应膨胀率的测量时，需要人工定时注水至固定水位以保证反应持续、稳定进行，既费时又费力。根据文献研究总结发现，适当提高温度，可以加快反应速率，提早达到反应终点，且对最终膨胀量影响较小。本专利申请即对上述现有技术问题进行了解决，提出一种适用于长期试验，并且兼具缩短上述试验反应所需时间作用的加热、补水膨胀仪。
技术实现思路
为了克服传统土工膨胀仪无法进行加热、补水的不足，本技术提供一种加热、补水膨胀仪，可在进行膨胀试验的同时，给试样提供较高且稳定的温度条件、稳定的水分补给条件，以保证长期试验的稳定进行，具体技术方案如下。一种加热、补水膨胀仪，包括：工作台13、试验容器、测量机构、加载机构、补水机构和加热机构；所述试验容器设置于工作台13上；所述加载机构设置于试验容器上；所述测量机构设置于加载机构上；所述加热机构设置于试验容器外；所述补水机构与试验容器相通；所述试验容器用于：盛装试样8；所述加载机构用于：对试样8施加荷载；所述测量机构用于：测量试样8的膨胀变形；所述加热机构用于：加热试样容器中的试样8；所述补水机构用于：为试验容器中的试样8补水。在上述技术方案的基础上，所述加热机构包括：硅橡胶加热垫11、温控仪14、温度传感器15和电源插头；所述硅橡胶加热垫11与所述温控仪14通过导线相连接，所述温度传感器15与所述温控仪14通过导线相连接，所述电源插头与所述温控仪14通过导线相连接；所述电源插头与外接电源相连；所述硅橡胶加热垫11为柔软方垫，完整地覆盖于所述试验容器的外侧壁，所述硅橡胶加热垫11用于：为所述试验容器加热；所述温度传感器15设置于所述试验容器中，所述温度传感器15用于：测量试验容器内的温度，并传输至温控仪14；所述温控仪14用于：启动或关闭硅橡胶加热垫11的加热功能，为试验容器提供稳定的加热环境。本加热机构所采用的硅橡胶加热垫11，加热效率高，输出功率稳定，加热均匀，可将试样8从室温加热至最高70℃左右，满足实际工程中土工材料一般所涉及的高温条件，另外，也能很好地在钙矾石膨胀试验中，加速钙矾石的生成，且尽早达到反应终点，即在缩短试验时间的同时，对反应产物钙矾石和试样8的结构没有明显的额外影响。在上述技术方案的基础上，所述补水机构包括：水箱20、进水管18、出水管21、进气管16、阀一17、阀二19和阀三22；所述进水管18设置在所述水箱20的上端，所述阀二19设置在所述进水管18中，所述阀二19用于：控制往所述水箱20中加水；所述进气管16设置在所述水箱20的上方，并通过管路延伸至所述水箱20内的下部空间，所述阀一17设置在所述水箱20外部的进气管16中，所述阀一17用于：控制进气管16与外界大气压的通断；当阀一17、阀二19打开，且阀三22关闭时，进气管16将水箱20内部与外部大气联通，可以通过进水管18往所述水箱20中加水；当阀二19关闭，阀一16和阀三22打开时，形成马略特瓶式的虹吸现象。所述水箱20与试验容器通过出水管21相通；在所述出水管21上设有阀三22；所述阀三22用于：控制水箱20为试验容器中的试样8补水。在上述技术方案的基础上，所述水箱20和进气管16均为透明材料；所述阀一17、阀二19和阀三22均为球形阀。在上述技术方案的基础上，所述试验容器包括：试样皿(试验皿)12、限位环6、环刀9、上透水石7和下透水石10；所述试样皿12通过底部设有的凹槽，安装在所述工作台13上设有的凸台上，以达到稳定固定所述试样皿12的作用；所述试样皿12通过底部安装的出水管21与所述补水机构相连，以达到长期稳定补水的目的，克服传统土工膨胀仪因水分蒸发而无法稳定补水的不足；所述下透水石10安装在所述试样皿12内的底部凹槽中；在所述环刀9中安装试样8，且环刀9的刃口朝下；所述环刀9和试样8一起放置在所述下透水石10上；所述限位环6的下部内侧设有凹陷，所述凹陷嵌合在所述环刀9的上平口端，以达到限制试样8只能沿竖向位移和变形的目的；所述上透水石7安装在所述限位环6内，且置于所述试样8上方。所述上透水石7用于：将所述加载机构传递的荷载均匀施加在所述试样8的上端。在上述技术方案的基础上，在所述试样8与试样皿12的内侧壁间的空隙用水或砂填满。当试样皿12与试样8之间的空间被水或砂填充时，所述温度传感器15悬在填充物中，并将实际温度反馈给所述温控仪14，所述温控仪14再判断是否需要给所述硅橡胶加热垫11通电以加热试样皿12，以达到提供稳定加热环境的目的。在上述技术方案的基础上，所述上透水石7的直径、限位环6的内径、环刀9的内径均相同，上透水石7在限位环6的内壁和环刀9的内壁上下移动。在上述技术方案的基础上，所述加载机构包括：加荷装置、加载杆3、金属球和加载板5；所述加载杆3与加荷装置相连；所述金属球的上部嵌合在所述加载杆3底端设有的凹槽中，金属球的下部嵌合在所述加载板5的上表面；所述加载杆3用于：向所述金属球施加竖向荷载；所述金属球用于：将所述加载杆3施加的荷载稳定传递至所述加载板5上；所述加载板5安装在所述上透水石7上方；所述加载板5用于：将所述金属球传递的荷载均匀地传递、施加在所述上透水石7上。在上述技术方案的基础上，所述加载板5放置于限位环6中，加载板5的外径与上透水石7的直径相同；所述金属球为钢珠4。在上述技术方案的基础上，所述测量机构包括：固定支架2和百分表1；所述固定支架2设置在所述工作台1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加热、补水膨胀仪，其特征在于，包括：工作台(13)、试验容器、测量机构、加载机构、补水机构和加热机构；/n所述试验容器设置于工作台(13)上；所述加载机构设置于试验容器上；所述测量机构设置于加载机构上；所述加热机构设置于试验容器外；所述补水机构与试验容器相通；/n所述试验容器用于：盛装试样(8)；/n所述加载机构用于：对试样(8)施加荷载；/n所述测量机构用于：测量试样(8)的膨胀变形；/n所述加热机构用于：加热试样容器中的试样(8)；/n所述补水机构用于：为试验容器中的试样(8)补水。/n

【技术特征摘要】
1.一种加热、补水膨胀仪，其特征在于，包括：工作台(13)、试验容器、测量机构、加载机构、补水机构和加热机构；
所述试验容器设置于工作台(13)上；所述加载机构设置于试验容器上；所述测量机构设置于加载机构上；所述加热机构设置于试验容器外；所述补水机构与试验容器相通；
所述试验容器用于：盛装试样(8)；
所述加载机构用于：对试样(8)施加荷载；
所述测量机构用于：测量试样(8)的膨胀变形；
所述加热机构用于：加热试样容器中的试样(8)；
所述补水机构用于：为试验容器中的试样(8)补水。


2.如权利要求1所述的加热、补水膨胀仪，其特征在于：所述加热机构包括：硅橡胶加热垫(11)、温控仪(14)、温度传感器(15)和电源插头；
所述硅橡胶加热垫(11)与所述温控仪(14)通过导线相连接，所述温度传感器(15)与所述温控仪(14)通过导线相连接，所述电源插头与所述温控仪(14)通过导线相连接；所述电源插头与外接电源相连；
所述硅橡胶加热垫(11)为柔软方垫，覆盖于所述试验容器的外侧壁，所述硅橡胶加热垫(11)用于：为所述试验容器加热；
所述温度传感器(15)设置于所述试验容器中，所述温度传感器(15)用于：测量试验容器内的温度，并传输至温控仪(14)；
所述温控仪(14)用于：启动或关闭硅橡胶加热垫(11)的加热功能，为试验容器提供稳定的加热环境。


3.如权利要求1所述的加热、补水膨胀仪，其特征在于：所述补水机构包括：水箱(20)、进水管(18)、出水管(21)、进气管(16)、阀一(17)、阀二(19)和阀三(22)；
所述进水管(18)设置在所述水箱(20)的上端，所述阀二(19)设置在所述进水管(18)中，所述阀二(19)用于：控制往所述水箱(20)中加水；
所述进气管(16)设置在所述水箱(20)的上方，并通过管路延伸至所述水箱(20)内的下部空间，所述阀一(17)设置在所述水箱(20)外部的进气管(16)中，所述阀一(17)用于：控制进气管(16)与外界大气压的通断；
所述水箱(20)与试验容器通过出水管(21)相通；
在所述出水管(21)上设有阀三(22)；
所述阀三(22)用于：控制水箱(20)为试验容器中的试样(8)补水。


4.如权利要求3所述的加热、补水膨胀仪，其特征在于：所述水箱(20)和进气管(16)均为透明材料；所述阀一(17)、阀二(19)和阀三(22)均为球形阀。


5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王李阳，刘建坤，冯瑞玲，刘丽，王麒，刘晓强，
申请(专利权)人：北京交通大学，中国国家铁路集团有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11