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原文传递用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的试验装置及方法

专利名称：	用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的试验装置及方法
摘要：	本发明涉及一种用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的试验装置及方法，包括固定架，固定架由底座和顶板及均匀固定在底座和顶板之间的三个竖向布置的导杆构成，底座中央固定有竖向伸缩的液压缸，液压缸的活塞杆端固定有下压板，三个导杆中间安装有透明的试样筒，试样筒通过安装板安装在三个导杆上，顶板的底面上安装有上压板，上压板内开设有注水孔和排气孔。本发明可以测定及控制石屑试样的空隙率，得到不同空隙率下预定高度的试件，本发明既能够实现空隙率的测定，又能够实现脱模，实现了仪器的两用化，而且本发明所提出的控制空隙率的方法，利用测定的试验数据并结合统计学，建立石屑的空隙率模型，并通过R检验进行验证，测量结果精确可靠。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	郑州大学
发明人：	李清富;雷佳;庞冠洪;刘军磊;闫亚倩;孙杨;项群华;李朝政
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910361028.0
公开号：	CN109975195A
代理机构：	郑州银河专利代理有限公司
代理人：	陈玄
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	450001 河南省郑州市高新技术开发区科学大道100号
主权项：	1.一种用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的试验装置，其特征在于：包括固定架，固定架由底座和顶板及均匀固定在底座和顶板之间的三个竖向布置的导杆构成，底座中央固定有竖向伸缩的液压缸，液压缸的缸体与底座固定连接，液压缸的活塞杆端固定有水平布置的下压板，三个导杆中间于第一压板上方安装有透明的试样筒，试样筒的外周壁上设有测量高度的刻度线，试样筒的下端通过螺纹安装有密封端盖，试样筒的上下两端外周壁上均固定有安装板，两个安装板上均开设有分别与三个导杆滑动配合的滑孔，安装板的底面上于三个滑孔处分别固定有与三个导杆滑动配合的定位环，定位环的周壁上沿径向开设有定位螺孔，定位螺孔内安装有定位螺栓，定位螺栓旋紧在定位螺孔内并压紧在导杆上进而将定位环与导杆固定在一起，顶板的底面上于试样筒上方安装有水平布置的上压板，上压板通过竖向布置的连接杆与顶板固定连接，其中顶板上开设有螺孔，连接杆的顶部外周壁上设有与螺孔相配合的外螺纹，所述上压板和下压板均为圆形且上压板和下压板的外周壁均可与试样筒的内周壁密封滑动配合，上压板内分别开设有竖向贯穿于上压板的注水孔和排气孔。 2.根据权利要求1所述的用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的的试验装置，其特征在于：所述试样筒为PMMA筒。 3.根据权利要求1所述的用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的的试验装置，其特征在于：所述底座上安装有水平泡。 4.根据权利要求1所述的用于测定石屑试样空隙率及控制石屑试样空隙率的的试验装置，其特征在于：所述试样筒与安装板通过连接螺栓固定连接，其中在试样筒的外周壁上开设有定位槽，安装板上开设有与定位槽相对应的连接螺孔，连接螺孔内安装有连接螺栓，连接螺栓旋紧在螺孔内并压紧在定位槽内进而将试样筒和安装板固定在一起。 5.使用权利要求1-4任一所述的用于测定石屑试样空隙率的试验装置的方法，其特征在于：包括如下步骤： (1)对试验石屑进行筛分，筛得不同粒径的石屑试样，称取粒径为r1质量为m1的石屑试样，将试样筒称重记为m2； (2)将步骤(1)中的试样筒进行安装，并将两个安装板上的定位螺栓拆卸下来使得两个安装板可沿导杆上下滑动，首先称取m1/3的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，液压缸驱动试样筒上升使得上压板相对于试样筒向下移动进而挤压试样筒内的石屑试样，使得石屑试样压密到预定高度h/3，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再称量m1/3石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压缩石屑试样压密到预定高度2h/3，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再将剩余的m1/3的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压密石屑试样到预定高度h，已知试样筒内壁的半径r，计算石屑试样的表观体积Vs； (3)将步骤(2)中的试样筒静置2min稳定后，通过注水孔向试样筒中注水，注水的同时开启声波振动仪器，直至水刚好淹没全部石屑，注入水的体积记为VW，也就是试样筒内空气的体积，取下试样筒，称量加入水后的试样筒质量记为m3； (4)计算石屑试样的空隙率，按照公式(ⅰ)计算空隙率： (ⅰ)式中：γ为空隙率，单位为％； VW为步骤3中所述注入水的体积，单位为mL； VS为步骤2中所述石屑试样的表观体积，单位为mL； ρW为步骤3中所述注入水的密度； r为步骤2中已知试样筒内壁的半径r，单位为mm； h为步骤2中所述的预定高度，单位为mm； m3为步骤3中加水后的试样筒的质量，单位为g； m2为步骤1中称量的试样筒的质量，单位为g； m1为步骤1中称取的石屑试样质量，单位为g； (5)控制液压缸的活塞杆缩回使得试样筒与上压板分离，然后在两个安装板上均安装上定位螺栓使得两个安装板和导杆固定在一起进而将试样筒固定，再将连接杆从顶板上拆卸下来，取下上压板； (6)控制液压缸的活塞杆缩回使得下压板与端盖分离，然后拆下端盖，再控制液压缸的活塞杆伸长使得下压板向上顶出试样，使得试样完全脱离试样筒，然后将试样取走，完成试样脱模。 6.根据权利要求5所述的用于测定石屑试样空隙率的试验装置的方法，其特征在于：所述步骤(1)中试样筒的重量m2为2346.6g，步骤(2)中试样筒的半径r为75mm。 7.使用权利要求1-4任一所述的用于控制石屑试样空隙率的试验装置的方法，其特征在于：包括如下步骤： (1)对试验石屑进行筛分，筛得不同粒径的石屑试样，称取粒径为r1为1.18mm质量为m1的石屑试样，将试样筒称重记为m2； (2)将步骤(1)中的试样筒进行安装，并将两个安装板上的定位螺栓拆卸下来使得两个安装板可沿导杆上下滑动，首先称取m1/3的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，液压缸驱动试样筒上升使得上压板相对于试样筒向下移动进而挤压试样筒内的石屑试样，使得石屑试样压密到预定高度h/3，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再称量m1/3石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压缩石屑试样压密到预定高度2h/3，静置2min稳定后，控制液压缸的活塞杆缩回，使得试样筒与上压板分离，再将剩余的m1/3的石屑试样填筑于试样筒内，控制液压缸的活塞杆伸长，使得上压板压密石屑试样到预定高度h，已知试样筒内壁的半径r，计算石屑试样的表观体积Vs； (3)将步骤(2)中的试样筒静置2min稳定后，通过注水孔向试样筒中注水，注水的同时开启声波振动仪器，直至水刚好淹没全部石屑，注入水的体积记为VW，取下试样筒，称量加入水后的试样筒质量记为m3； (4)计算石屑试样的空隙率，按照公式(ⅰ)计算空隙率： (ⅰ)式中：γ为空隙率，单位为％； VW为步骤3中所述注入水的体积，单位为mL； VS为步骤2中所述石屑试样的表观体积，单位为mL； ρW为步骤3中所述注入水的密度； r为步骤2中已知试样筒内壁的半径r，单位为mm； h为步骤2中为步骤2中所述的预定高度，单位为mm； m3为步骤3中所述加水后的试样筒的质量，单位为g； m2为步骤1中称量的试样筒的质量，单位为g； m1为步骤1中称取的石屑试样质量，单位为g； (5)控制液压缸的活塞杆缩回使得试样筒与上压板分离，然后在两个安装板上均安装上定位螺栓使得两个安装板和导杆固定在一起进而将试样筒固定，再将连接杆从顶板上拆卸下来，取下上压板； (6)控制液压缸的活塞杆缩回使得下压板与端盖分离，然后拆下端盖，再控制液压缸的活塞杆伸长使得下压板向上顶出试样，使得试样完全脱离试样筒，然后将试样取走，完成试样脱模； (7)改变粒径为1.18mm的石屑试样质量及压缩后高度，重复步骤(1)-步骤(6)，根据统计学原理得出石屑试样在粒径为1.18mm的条件下，石屑试样的质量m1/压缩后高度h与空隙率γ满足：R2＝0.9933，因此在空隙率γ和高度h确定的情况下，可以计算出所需石屑试样的质量，这样可通过控制石屑试样的质量和高度来控制石屑试样的空隙率γ。 8.根据权利要求7所述的用于控制石屑试样空隙率的试验装置的方法，其特征在于：通过改变石屑试样的粒径为r2，重复步骤(1)-步骤(6)，利用统计学原理得出石屑试样的质量m1/压缩后高度h与空隙率γ满足：同时计算R2的值，当R2值介于0.8～1之间时，则在空隙率γ和高度h确定的情况下，可以计算出粒径r2的石屑试样的质量，这样可通过控制石屑试样的质量和高度来控制石屑试样的空隙率γ。 9.根据权利要求7所述的用于控制石屑试样空隙率的试验装置的方法，其特征在于：所述步骤(1)中试样筒的重量m2为2346.6g，步骤(1)中试样筒的半径r为75mm。
所属类别：	发明专利