[发明专利]不规则固体热胀冷缩体积变化量的高精度量测装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，属于一种物理实验方法，适宜量测温度变化时不规则固体热胀冷缩的体积变化量。

背景技术

热胀冷缩是自然界万物本质属性之一，在宏观上表现为温度升高，体积增大，温度降低，体积减小。针对岩土工程领域，当前量测固体材料热胀冷缩体积变化量的方法是将其预制成长方体或圆柱体试样，先用游标卡尺测量试样某一端面的线应变，而后再根据几何特征计算其体积变化量。这种方法存在两大弊端；其一，对试样几何外形有特定要求，无法量测不规则体在温度改变时的体积变化量；其二，混凝土、岩石等多数岩土体均属于各向异性材料，这种由单一端面线应变推算其整体体积变化量的方法与实际情况不相吻合，存在较大误差。针对物理实验方法，通常是采用带有刻度的容器直接测量溢出液体体积，并以其替代试样体积，该法虽可先测量出不规则体在不同温度下的体积，而后再计算出体积变化量，但由于固体材料对温度变化的敏感度一般较低，当试样体积或温度变化量较小时，量测结果不明显，精度无法满足要求。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种量测装置及测量方法，可对任意几何外形固体材料在热胀冷缩时的体积变化量进行高精度量测。

一种不规则固体热胀冷缩体积变化量的高精度量测装置，它包括铁架台、玻璃杯、橡胶塞、玻璃圆直管、液体、泡沫薄板和千分表。其中，铁架台包括铁架台竖直杆、铁架台横梁和铁架台底座；玻璃杯置于铁架台底座上；橡胶塞直径与玻璃杯内径匹配；玻璃圆直管横穿通过橡胶塞正中央，且底端与橡胶塞下端面齐平；泡沫薄板为圆形，直径与玻璃圆直管内径匹配，漂浮于玻璃圆直管内的液面，可在管内随液面的升降而上下自由滑动；千分表量程10mm，分度值0.001mm，固定于铁架台的横梁上。

上述的铁架台竖直杆高350-400mm，铁架台底座为正方形，其边长为250-300mm，铁架台横梁长200-220mm；玻璃杯壁厚2-3mm，内径150-260mm，高150-300mm；橡胶塞厚25-30mm；玻璃圆直管壁厚1-2mm，内径20-25mm，长55-70mm；泡沫薄板厚2-3mm。

上述的液体为水或油。

利用上述不规则固体热胀冷缩体积变化量的高精度量测装置进行测量的方法，将固体试样用超薄弹力橡皮密封后放入玻璃杯内，塞紧橡胶塞，插入玻璃圆直管；向玻璃杯中注入液体，注入总量应充满玻璃杯与橡皮塞组成的整个空腔，且在玻璃圆直管内保留有35-50mm高度的液柱；将泡沫薄板置于玻璃圆直管内的液面，调整铁架台横梁的高度，使千分表的测头紧贴泡沫薄板，且指针有一定的初始读数；将上述整个装置置入恒温箱中，设置恒温箱温度，使固体试样、液体、玻璃杯及玻璃圆直管等开始产生热胀冷缩变化，并引起泡沫薄板随液面升降而上下移动，且带动千分表指针发生偏转；当千分表指针达到稳定时，记录其读数；利用计算固体试样体积的绝对改变量，利用计算固体试样体积的相对改变量。其中，记m为液体质量，α以百分数表示，温度t₁条件下，试样体积记为V₁，液体密度记为ρ₁，玻璃杯内径记为D₁，玻璃杯内液面高度记为H₁，玻璃圆直管内径记为d，玻璃圆直管内液面高度记为h₁，千分表读数记为S₁；温度t₂条件下，试样体积记为V₂，液体密度记为ρ₂，玻璃杯内径记为D₂，玻璃杯内液面高度记为H₂，玻璃圆直管内径记为d，玻璃圆直管内液面高度记为h₂，千分表读数记为S₂。玻璃杯内径D₁和D₂、玻璃杯内液面高度H₁和H₂、玻璃圆直管内径d、玻璃圆直管内液面高度h₁和h₂由游标卡尺在t₁和t₂温度时直接测量，千分表读数S₁和S₂根据千分表指针偏转情况直接读取，液体密度ρ₁和ρ₂根据品名直接查资料，液体质量m由电子台秤直接称量。当ΔV计算值为“-”时，表示固体体积收缩；当ΔV计算值为“+”时，表示固体体积增大。

本发明有如下有益效果：

1、固体材料的几何外形不受限制，可量测任意形状试样的热胀冷缩体积变化量；