本發(fā)明涉及建筑材料濕漲干縮檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種砌墻磚吸水膨脹變形動(dòng)態(tài)測(cè)試儀與測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段，砌墻磚的吸水膨脹規(guī)律可采用裝有千分表的砌墻磚收縮膨脹儀手動(dòng)方法測(cè)量?，F(xiàn)有砌墻磚收縮膨脹儀由底座、試件架、測(cè)量框架、千分表、標(biāo)準(zhǔn)桿等組成，試件架固定在底座上方，試件放在試件架上，測(cè)量框架下方固定有千分表，測(cè)量框架非固定在試件架上，只需實(shí)施測(cè)量時(shí)套在標(biāo)準(zhǔn)桿或試件兩端測(cè)點(diǎn)上即可。測(cè)量砌墻磚吸水膨脹時(shí)，在試件浸水前先用砌墻磚收縮膨脹儀的標(biāo)準(zhǔn)桿調(diào)整儀表原點(diǎn)，然后測(cè)量試件初始長(zhǎng)度，并用電子天平測(cè)量試件初始質(zhì)量，然后把試件浸入水中，每隔一段時(shí)間，從水中將試件取出擦拭至面干狀態(tài)(或者對(duì)試件進(jìn)行固定時(shí)間瀝水，如1min)，用砌墻磚收縮膨脹儀和電子天平重復(fù)浸水前的測(cè)量步驟手動(dòng)測(cè)量試件膨脹量和質(zhì)量，計(jì)算得到當(dāng)前狀態(tài)下膨脹值和含水率；如此反復(fù)測(cè)量，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束，然后根據(jù)測(cè)量膨脹值和含水率繪制吸水膨脹特性曲線。

由于試件在測(cè)量初期吸水迅速，需頻繁將其取出水面測(cè)量膨脹量和吸水量，嚴(yán)重打破了試件的吸水膨脹過(guò)程，加之吸水量測(cè)量時(shí)試件飽和面干狀態(tài)不易掌握，無(wú)法提高膨脹值和含水率測(cè)量的準(zhǔn)確性，繪制的吸水膨脹特性曲線也非常粗糙，規(guī)律性不明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種砌墻磚吸水膨脹變形動(dòng)態(tài)測(cè)試儀與測(cè)試方法；實(shí)現(xiàn)吸水膨脹過(guò)程的連續(xù)、自動(dòng)、精確的測(cè)量，消除了人工測(cè)量誤差，避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中由試件頻繁出入水中導(dǎo)致的吸水過(guò)程不連續(xù)，以及在實(shí)驗(yàn)初期吸水膨脹過(guò)快導(dǎo)致的測(cè)量不準(zhǔn)確等難題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種砌墻磚吸水膨脹變形動(dòng)態(tài)測(cè)試儀，包括千分表、電子天平、玻璃千分表底座、石英管、第一螺紋桿、玻璃試件底座、轉(zhuǎn)換梁、橫梁、水箱蓋板、水箱箱體和電腦；水箱箱體設(shè)有水箱蓋板，設(shè)置在水箱箱體內(nèi)的試件的上端面和下端面分別設(shè)有上玻璃片和下玻璃墊片；試件的上端和下端分別設(shè)有玻璃千分表底座和玻璃試件底座；在試件的兩側(cè)，玻璃千分表底座和玻璃試件底座分別開(kāi)孔，兩石英管端頭分別設(shè)置在兩側(cè)的開(kāi)孔位置；每個(gè)石英管內(nèi)分別設(shè)有第一螺紋桿，兩根第一螺紋桿上均設(shè)第一螺母和第一彈簧墊圈以及第二螺母和第二彈簧墊圈，將第一螺紋桿連接在玻璃千分表底座和玻璃試件底座上；第一螺紋桿與第一螺母和第二螺母固定連接，第一彈簧墊圈、第二彈簧墊圈、石英管以及玻璃千分表底座和和玻璃試件底座之間均為活動(dòng)連接；試件下端面中心鉆垂直孔，預(yù)埋試件固定螺桿和中心穿孔的下玻璃墊片，試件固定螺桿通過(guò)試件固定螺母固定在玻璃試件底座上；千分表固定在玻璃千分表底座上，千分表的千分表頭與試件的上玻璃片接觸；玻璃千分表底座上端設(shè)有轉(zhuǎn)換梁，第一螺紋桿穿過(guò)玻璃千分表底座與轉(zhuǎn)換梁連接；

在水箱蓋板上放置電子天平，在電子天平上放置橫梁，橫梁和轉(zhuǎn)換梁通過(guò)穿過(guò)水箱蓋板的第二螺紋桿連接，第三螺母與第二螺紋桿連接；

所述電子天平采用數(shù)據(jù)線連接電腦，所述千分表采用無(wú)線傳輸方式連接電腦；水箱箱體的底部設(shè)有放水閥門(mén)。

測(cè)量框架由千分表、第一螺母、第二螺母、第一彈簧墊圈、第二彈簧墊圈、玻璃千分表底座、石英管、第一螺紋桿、玻璃試件底座組成。

為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，玻璃千分表底座的材質(zhì)為玻璃，選用8mm普通玻璃。

優(yōu)選地，所述玻璃千分表底座和玻璃試件底座截面尺寸為12mm×12mm，于型心和距兩對(duì)邊向內(nèi)1cm處，分別設(shè)有φ8孔。

優(yōu)選地，所述玻璃千分表底座中心開(kāi)有通孔，并粘結(jié)千分表夾具，夾具固定千分表。

優(yōu)選地，所述千分表選用電子千分表，量程10mm以上，精度0.001mm。

優(yōu)選地，所述電子天平的量程6000g以上，天平精度0.01g。

優(yōu)選地，橫梁為扁平狀不銹鋼結(jié)構(gòu)，寬度不小于30mm，厚度5mm。

優(yōu)選地，試件的上端面和下端面分別通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠固定上玻璃片和下玻璃墊片。

應(yīng)用所述測(cè)試儀的砌墻磚吸水膨脹變形動(dòng)態(tài)測(cè)試方法，包括如下步驟：

1)將試件放置實(shí)驗(yàn)環(huán)境中調(diào)節(jié)至平衡含水率,測(cè)量試件的表觀體積V_s,0和長(zhǎng)度l；

2)拉動(dòng)千分表至最大量程處，把試件底部的試件固定螺桿插入玻璃試件底座中心孔中，旋緊試件固定螺母固定試件；電子千分表和電子天平連接電腦，設(shè)置膨脹量和吸水量記錄間隔，開(kāi)啟自動(dòng)記錄，全程自動(dòng)記錄；

3)向水箱內(nèi)加水至玻璃千分表底座下方1cm水位處；實(shí)驗(yàn)后通過(guò)閥門(mén)排凈水箱箱體內(nèi)的水；把試件從儀器上取下并放入烘干箱內(nèi)烘干至恒重，測(cè)量試件絕干質(zhì)量；

電子千分表和電子天平分別采集的瞬時(shí)讀數(shù)自動(dòng)輸出至電腦，根據(jù)公式(1)和(2)分別計(jì)算試件整個(gè)吸水膨脹過(guò)程中的膨脹值ε和含水率W_V,t，并生成膨脹值和含水率散點(diǎn)圖，形成吸水膨脹特征曲線；

式中，W_V,t為試件的含水率，％；

V_s,0為試件的表觀體積，實(shí)驗(yàn)前測(cè)試計(jì)算所得，cm³；

m_tp,0為試件浸水前吊裝狀態(tài)下的試件、橫梁、測(cè)量框架的整體質(zhì)量的電子天平初始讀數(shù)，g；

m_tp,t為實(shí)驗(yàn)中試件、橫梁和測(cè)量框架受到浮力后的整體質(zhì)量的電子天平瞬時(shí)讀數(shù)，g；

V_j表示測(cè)量框架的排水體積，為未裝試件實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下測(cè)量框架的排水體積的三次平均值，是常數(shù)，cm³；

m_eq和m_s,0分別為試件在空氣中的平衡狀態(tài)質(zhì)量和烘干后質(zhì)量，g；

ε為試件吸水膨脹值，mm/m；

Δl為試件吸水的膨脹量，為電子千分表測(cè)試時(shí)的瞬時(shí)讀數(shù)l_t和初始讀數(shù)l_eq之差，mm；

l為實(shí)驗(yàn)前測(cè)量的試件長(zhǎng)度，mm；

l_t和l_eq分別為測(cè)試時(shí)瞬時(shí)讀數(shù)和電子千分表初始讀數(shù)，mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明以石英管抗溫度變形特性為基礎(chǔ)，建立標(biāo)距定位系統(tǒng)，解決了膨脹發(fā)展過(guò)程連續(xù)動(dòng)態(tài)測(cè)量中標(biāo)距定位的關(guān)鍵問(wèn)題，用于動(dòng)態(tài)測(cè)量砌墻磚浸入水中后試件的實(shí)時(shí)吸水膨脹變形量和吸水量，解決砌墻磚吸水膨脹測(cè)量和吸水量測(cè)量時(shí)需反復(fù)拿出水面測(cè)量的難題，實(shí)現(xiàn)了吸水膨脹發(fā)展過(guò)程的高精度連續(xù)測(cè)量。

2)本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，操作方便，實(shí)現(xiàn)了在水中對(duì)砌墻磚膨脹量和吸水量的全自動(dòng)動(dòng)態(tài)測(cè)量，測(cè)試精度高，連續(xù)性好，生成的含水率和膨脹率散點(diǎn)圖即為吸水膨脹特性曲線，無(wú)需繪制數(shù)據(jù)點(diǎn)間連接線，測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確、直觀。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明砌墻磚吸水膨脹變形動(dòng)態(tài)測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中的轉(zhuǎn)換梁和橫梁與第二螺紋桿連接示意圖。

圖3為圖1中的測(cè)量框架連接示意圖。

圖4為圖1中的試件示意圖。

圖中示出：千分表1、電子天平2、第一螺母3-1、第二螺母3-2、第一彈簧墊圈4-1、第二彈簧墊圈4-2、玻璃千分表底座5、石英管6、第一螺紋桿7、玻璃試件底座8、下玻璃片9、試件固定螺桿10、試件固定螺母11、上玻璃片12、轉(zhuǎn)換梁13、橫梁14、第二螺紋桿14-1、第三螺母14-2、水箱蓋板15、水箱箱體16、閥門(mén)17、水位18、試件19、電腦20。

具體實(shí)施方式

為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限如此。

如圖1-4所示，一種砌墻磚吸水膨脹變形動(dòng)態(tài)測(cè)試儀，包括千分表1、電子天平2、玻璃千分表底座5、石英管6、第一螺紋桿7、玻璃試件底座8、轉(zhuǎn)換梁13、橫梁14、水箱蓋板15、水箱箱體16和電腦20；水箱箱體16設(shè)有水箱蓋板15，設(shè)置在水箱箱體16內(nèi)的試件19的上端面和下端面分別設(shè)有上玻璃片12和下玻璃墊片9；試件19的上端和下端分別設(shè)有玻璃千分表底座5和玻璃試件底座8；在試件19的兩側(cè)，玻璃千分表底座5和玻璃試件底座8分別開(kāi)孔，兩石英管6端頭分別設(shè)置在兩側(cè)的開(kāi)孔位置；每個(gè)石英管6內(nèi)分別設(shè)有第一螺紋桿7，兩根第一螺紋桿7上均設(shè)第一螺母3-1和第一彈簧墊圈4-1以及第二螺母3-2和第二彈簧墊圈4-2，將第一螺紋桿7連接在玻璃千分表底座5和玻璃試件底座8上；第一彈簧墊圈4-1和第二彈簧墊圈4-2、石英管6、玻璃千分表底座5和玻璃試件底座8活動(dòng)連接；試件19下端面中心鉆垂直孔，預(yù)埋試件固定螺桿10和中心穿孔的下玻璃墊片9，試件固定螺桿10通過(guò)試件固定螺母11固定在玻璃試件底座8上。千分表1固定在玻璃千分表底座5上，千分表1的千分表頭與試件19的上玻璃片12接觸；具體是玻璃千分表底座5中心開(kāi)有通孔，并粘結(jié)千分表夾具，夾具固定千分表1。玻璃千分表底座5上端設(shè)有轉(zhuǎn)換梁13，第一螺紋桿7穿過(guò)玻璃千分表底座5與轉(zhuǎn)換梁13連接。

在水箱蓋板15上放置電子天平2，在電子天平2上放置橫梁14，橫梁14和轉(zhuǎn)換梁13通過(guò)穿過(guò)水箱蓋板15的第二螺紋桿14-1連接，采用第三螺母14-2與第二螺紋桿14-1連接。

電子天平2采用數(shù)據(jù)線連接電腦20，千分表1采用無(wú)線傳輸方式連接電腦20。

水箱箱體16底部設(shè)有防水閥門(mén)17。

測(cè)量框架由千分表1、第一螺母3-1、第二螺母3-2、第一彈簧墊圈4-1、第二彈簧墊圈4-2、玻璃千分表底座5、石英管6、第一螺紋桿7、玻璃試件底座8組成。

本發(fā)明中，千分表1選用電子千分表，優(yōu)選量程10mm以上，精度0.001mm；采用無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄。以防止數(shù)據(jù)線對(duì)吸水質(zhì)量測(cè)試產(chǎn)生影響。電子天平2的量程6000g以上，天平精度0.01g，具備數(shù)據(jù)傳輸功能。

玻璃千分表底座5的材質(zhì)為玻璃，選用8mm普通玻璃，具有不吸水、常溫下受彎不變形的特點(diǎn)，可有效減輕質(zhì)量，玻璃千分表底座5用于固定千分表1。玻璃千分表底座5和玻璃試件底座8截面尺寸優(yōu)選12mm×12mm，于型心和距兩對(duì)邊向內(nèi)1cm處，各鉆φ8孔。

橫梁14為扁平狀不銹鋼結(jié)構(gòu)，寬度不小于30mm，厚度5mm，可避免長(zhǎng)時(shí)間受力彎曲，保證橫梁14與天平托盤(pán)有效接觸，并在外界環(huán)境震動(dòng)時(shí)有效防止測(cè)量框架擺動(dòng)而造成的測(cè)量誤差。

電子天平2尺寸較大，橫梁14兩端第二螺紋桿14-1間距較大，連接玻璃千分表底座5和玻璃試件底座8的第一螺紋桿7的間距較小，兩根第一螺紋桿7和兩根第二螺紋桿14-1無(wú)法直接連接，因此在中間加一道轉(zhuǎn)換梁13。

試件19為標(biāo)準(zhǔn)尺寸的砌墻磚，尺寸為240mm*115mm*53mm，或長(zhǎng)度為240mm的空心磚。

測(cè)量時(shí)為防止溫度波動(dòng)影響測(cè)量結(jié)果，玻璃千分表底座5和玻璃試件底座8間的距離必須恒定不變，石英管6具有極小的溫度線膨脹系數(shù)，可實(shí)現(xiàn)該功能，以減小測(cè)量誤差。

第一螺紋桿7與第一螺母3-1和第二螺母3-2固定連接，第一彈簧墊圈4-1、第二彈簧墊圈4-2、石英管6以及玻璃千分表底座5和和玻璃試件底座8之間均為活動(dòng)連接，構(gòu)成彈性標(biāo)距定位系統(tǒng)，能夠有效消除第一螺紋桿7的蠕變和溫變影響：玻璃千分表底座5和玻璃試件底座8外側(cè)的第一彈簧墊圈4-1、第二彈簧墊圈4-2始終能夠保持對(duì)內(nèi)側(cè)石英管的軸向壓力，當(dāng)?shù)谝宦菁y桿7產(chǎn)生蠕變欲增大玻璃千分表底座5和玻璃試件底座8之間間距時(shí)，第一彈簧墊圈4-1、第二彈簧墊圈4-2會(huì)釋放其內(nèi)部彈性勢(shì)能，維持石英管6處于受壓狀態(tài)，從而穩(wěn)定玻璃千分表底座5和玻璃試件底座8之間距離不會(huì)改變。當(dāng)環(huán)境溫度升高，第一螺紋桿7伸長(zhǎng)，第一彈簧墊圈4-1、第二彈簧墊圈4-2就會(huì)釋放彈性勢(shì)能，作用于玻璃千分表底座5和玻璃試件底座8外側(cè)，保持石英管6兩端的壓力，穩(wěn)定標(biāo)距距離；而當(dāng)環(huán)境溫度下降，第一螺紋桿7收縮，第一彈簧墊圈4-1、第二彈簧墊圈4-2受壓，彈性勢(shì)能增加，玻璃千分表底座5和玻璃試件底座8依然對(duì)石英管6兩端施壓，維持測(cè)量標(biāo)距穩(wěn)定。本發(fā)明石英管6實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)自校準(zhǔn)，取代了傳統(tǒng)干縮膨脹儀每次測(cè)量數(shù)據(jù)均需用標(biāo)準(zhǔn)桿手動(dòng)校準(zhǔn)的過(guò)程，解決了吸水膨脹實(shí)驗(yàn)中試件在水中膨脹量的連續(xù)測(cè)量難題。

本發(fā)明的測(cè)試過(guò)程如下：

試件制作：如圖3所示，在待測(cè)的試件19長(zhǎng)軸方向的下端面中心位置用電鉆鉆直徑8mm、深約15mm的孔；清除孔內(nèi)粉末，內(nèi)灌環(huán)氧樹(shù)脂膠，在試件長(zhǎng)軸方向埋入37mm長(zhǎng)試件固定螺桿10；待粘牢后，用環(huán)氧樹(shù)脂膠分別在上下端面中心位置粘結(jié)下玻璃片9、上玻璃片12。

試件19放置實(shí)驗(yàn)環(huán)境(例如溫度20℃，相對(duì)濕度65％環(huán)境)中調(diào)節(jié)至平衡含水率；測(cè)量試件19的尺寸和平衡狀態(tài)質(zhì)量；拉動(dòng)千分表1至最大量程處，把試件19底部的試件固定螺桿10插入玻璃試件底座8中心孔中，旋緊試件固定螺母11固定試件19；千分表1和電子天平2連接電腦20設(shè)置膨脹量和吸水量記錄間隔(如表1)，開(kāi)啟自動(dòng)記錄，并全程自動(dòng)記錄；向水箱內(nèi)加水至水位18(玻璃千分表底座5下方1cm)處；實(shí)驗(yàn)后通過(guò)閥門(mén)17排凈水箱箱體16內(nèi)的水。為計(jì)算試件含水率，把試件從儀器上取下并放入(105±5)℃烘干箱內(nèi)烘干至恒重，測(cè)量試件絕干質(zhì)量。電子千分表和電子天平分別采集的瞬時(shí)讀數(shù)自動(dòng)輸出至電腦20，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)前測(cè)量的試件19尺寸計(jì)算出整個(gè)吸水膨脹過(guò)程中的膨脹值ε和含水率W_V,t，并生成膨脹值和含水率散點(diǎn)圖，形成吸水膨脹特征曲線。

基于多孔材料吸水時(shí)液態(tài)水僅替代孔隙內(nèi)部原有的空氣，其排開(kāi)水體積的變化量即為多孔材料內(nèi)部空氣體積變化量的假設(shè)推導(dǎo)了含水率瞬態(tài)計(jì)算公式(W_V,t)，在每次測(cè)量吸水量數(shù)據(jù)時(shí)無(wú)需再把試件19拿出水，用天平進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量，試件19發(fā)生膨脹和質(zhì)量變化時(shí)，千分表1和電子天平2將自動(dòng)記錄試件19的膨脹和質(zhì)量變化，實(shí)現(xiàn)了吸水膨脹發(fā)展過(guò)程中試件在水中吸水量的同步高精度測(cè)量難題。試件19的含水率W_V,t由公式表示：

式中，W_V,t為試件19的含水率，％；V_s,0為試件19的表觀體積，根據(jù)實(shí)驗(yàn)前鋼直尺測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算，cm³；m_tp,0為試件浸水前吊裝狀態(tài)下的試件、橫梁、測(cè)量框架的整體質(zhì)量的電子天平初始讀數(shù)，g；m_tp,t為實(shí)驗(yàn)中試件、橫梁和測(cè)量框架受到浮力后的整體質(zhì)量的電子天平瞬時(shí)讀數(shù)，g；V_j表示測(cè)量框架的排水體積，為未裝試件實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下測(cè)量框架的排水體積的三次平均值，是常數(shù)，cm³；m_eq和m_s,0分別為試件19在空氣中的平衡狀態(tài)質(zhì)量和烘干質(zhì)量，g。

千分表變化值即為整磚吸水膨脹量，公式如下：

式中，ε為試件吸水膨脹值，mm/m；Δl為試件吸水的膨脹量，為電子千分表測(cè)試時(shí)的瞬時(shí)讀數(shù)l_t和初始讀數(shù)l_eq之差，mm；l為試件長(zhǎng)度，實(shí)驗(yàn)前用鋼直尺測(cè)量，mm；l_t和l_eq分別為測(cè)試時(shí)瞬時(shí)讀數(shù)和電子千分表初始讀數(shù)，與試件實(shí)際長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，mm。

表1記錄時(shí)間間隔及數(shù)據(jù)量

把試件放在水中通過(guò)電子千分表1和電子天平2自動(dòng)測(cè)量試件的吸水量和膨脹量，干燥后要測(cè)量的是干燥的質(zhì)量；測(cè)量全過(guò)程試件均處于水中完成膨脹量和吸水量的自動(dòng)測(cè)量，數(shù)據(jù)測(cè)量間隔最小可設(shè)置為1s/次。

現(xiàn)有干縮儀測(cè)試中，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)初期墻體材料吸水膨脹迅速，試件需頻繁出入水中測(cè)量，擦拭面干狀態(tài)產(chǎn)生的質(zhì)量誤差也較大，嚴(yán)重打破了試件的正常吸水膨脹過(guò)程，影響了吸水膨脹規(guī)律，無(wú)法提高測(cè)量的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有技術(shù)采用人工吸水膨脹實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量的膨脹過(guò)程均極為粗糙，遠(yuǎn)達(dá)不到對(duì)其規(guī)律進(jìn)行精確描述的程度?，F(xiàn)有干縮儀均只有測(cè)量變形量的單一功能。測(cè)量吸水膨脹試件質(zhì)量變化時(shí)，必須從干縮測(cè)量?jī)x器卸下試件采用天平測(cè)量，無(wú)法滿(mǎn)足墻體材料吸水膨脹實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量和記錄的要求。

而本發(fā)明裝置具備同步動(dòng)態(tài)測(cè)量膨脹量和吸水量的功能。整個(gè)測(cè)量過(guò)程無(wú)需頻繁地拆卸試件，實(shí)現(xiàn)了在水中自動(dòng)、連續(xù)地記錄試件的實(shí)時(shí)吸水量和膨脹值，消除了人工測(cè)量誤差，避免了測(cè)量導(dǎo)致的試件吸水過(guò)程不連續(xù)，也解決了實(shí)驗(yàn)初期因試件吸水膨脹過(guò)快而造成的測(cè)量難題。

本發(fā)明試件的吸水膨脹過(guò)程與吸水量和膨脹量的同步測(cè)量記錄過(guò)程完全同步，保證了吸水膨脹過(guò)程數(shù)據(jù)的連續(xù)完整性和準(zhǔn)確性。