[发明专利]水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置及方法

权利要求书

1.一种水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，其特征在于，包括用于盛装水泥浆（5）的密封浆杯（3），在该密封浆杯（3）上安装有用于采集水泥浆（5）剪切波的剪切波采集装置、用于采集水泥浆（5）纵波的纵波采集装置、用于控制密封浆杯（3）内压力的压力控制系统、用于测量密封浆杯（3）内水泥浆（5）体积变化的体积采集系统、用于给水泥浆（5）加热的加热测量装置；

所述剪切波采集装置、纵波采集装置、压力控制系统、体积采集系统、加热测量装置与计算机系统连接；

所述剪切波采集装置包括剪切波发射器（17）、剪切波接收器（18）、声波采集系统（19）；所述纵波采集装置包括纵波发射器（15）、纵波接收器（16）、声波采集系统（19）；

所述剪切波发射器（17）、纵波发射器（15）的一端分别探入在水泥浆内，另一端分别与所述声波采集系统（19）连接；

纵波接收器（16）、剪切波接收器（18）分别安装在密封浆杯（3）的顶盖（1）上；所述纵波发射器（15）、剪切波发射器（17）分别安装在密封浆杯（3）的底盖（7）上。

2.根据权利要求1所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，其特征在于，所述剪切波发射器（17）、剪切波接收器（18）、纵波发射器（15）、纵波接收器（16）的表面分别涂覆有一层耐高温润滑油。

3.根据权利要求1所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，其特征在于，所述压力控制系统包括设置在该密封浆杯（3）上的增压与泄压口（6）、压力传感器（11）、压力控制系统（12）、置于密封浆杯（3）内水泥浆上表面的液体介质（2）；

所述增压与泄压口（6）通过液压管线与压力控制系统（12）连接，该压力控制系统（12）可以通过液压管线控制流入或流出密封浆杯（3）内液体介质（2）的流量；所述压力传感器（11）的信号采集端与压力控制系统（12）连接，该压力传感器（11）的信号输出端与计算机系统连接；

所述水泥浆（5）直径d cm，高度h₁ cm，上端面与液体介质（2）直接接触，液体介质（2）与水泥浆直接接触不会影响水泥浆上端面的水化反应和后期强度，液体介质（2）高度h₂ cm，水泥浆膨胀高度h₃ cm，满足h₁ h₂ h₃。

4.根据权利要求1所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，其特征在于，体积采集系统包括：精密流量传感器（13）、体积变化采集系统（14）；

所述精密流量传感器（13）的采集端安装在液压管线上用于测量经过该液压管线的液体介质流量，其信号输出端连接在体积变化采集系统（14）上，体积变化采集系统（14）与计算机系统连接。

5.根据权利要求1所述的水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置，其特征在于，所述加热测量装置包括：加热器（4）、用于测量加热器（4）加热温度的外耦温度传感器（9）、用于测量水泥浆（5）温度的内耦温度传感器（8）、温度控制系统（10）；

所述内耦温度传感器（8）、外耦温度传感器（9）的信号输出端、加热器（4）分别与温度控制系统（10）连接，温度控制系统（10）的信号输出端与计算机系统连接。

6.一种水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试方法，其特征在于，通过水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置测试液塑固三态的体积变化；该水泥水化过程中液塑固三态体积变化的测试装置包括：顶盖（1）、液体介质（2）、密封浆杯（3）、加热器（4）、水泥浆（5）、增压与泄压口（6）、底盖（7）、内耦温度传感器（8）、外耦温度传感器（9）、温度控制系统（10）、压力传感器（11）、压力控制系统（12）、精密流量传感器（13）、体积变化采集系统（14）、纵波发射器（15）、纵波接收器（16）、剪切波发射器（17）、剪切波接收器（18）、声波采集系统（19）、计算机系统（20）；

该测试方法具体包括以下步骤：

步骤一：将底盖（7）通过浆杯底部螺纹安装在浆杯下端面，将纵波发射器（15）、剪切波发射器（17）、内耦温度传感器（8）通过密封圈安装在底盖（7）上，三者均与水泥浆直接接触，为了拆卸方便，分别在其表面涂一层耐高温润滑油；

步骤二：按照配方要求配制相应体系的水泥浆，随后注入到浆杯内部h₁ cm刻度处，将顶盖（1）通过浆杯顶部螺纹安装在浆杯上端面，将纵波接收器（16）、剪切波接收器（18）通过密封圈安装在顶盖（1）上，两者均与水泥浆直接接触，为了拆卸方便，分别在其表面涂一层耐高温润滑油；

步骤三：将内耦温度传感器（8）、外耦温度传感器（9）通过数据线连接在温度控制系统（10）上，将加热器（4）一端的加热管线连接在温度控制系统（10）上，将温度控制系统（10）上的温度传感器端口通过数据线连接在计算机系统（20）上；

步骤四：将压力传感器（11）一端连接在压力控制系统（12）上，另一端连接在计算机系统（20）上；液压管线一端连接在压力控制系统（12）上，另一端通过螺母扣连接在增压与泄压口（6）上；

步骤五：将精密流量传感器（13）一端连接在液压管线上，另一端连接在体积变化采集系统（14）上，将体积变化采集系统（14）上的体积变化采集端口通过数据线连接在计算机系统（20）上；

步骤六：将纵波发射器（15）、纵波接收器（16）、剪切波发射器（17）、剪切波接收器（18）通过数据线连接在声波采集系统（19）上，将声波采集系统（19）上的声波采集端口通过数据线连接在计算机系统（20）上；

步骤七：启动压力控制系统（12），向浆杯内注入液体介质（2），拧松增压与泄压口（6）上的螺母扣，等到有液体介质从丝扣中流出时，拧紧螺母扣，此时浆杯上部已充满液体介质（2）；

步骤八：打开温度控制系统（10）电源，根据实际工况设定温度、压力和升温升压时间，启动程序，此时温度控制系统（10）、压力控制系统（12）会按照程序进程自动升温升压，等升到设定的温度和压力值时，温度和压力控制系统会自动保温保压，保证水泥浆的温度压力环境稳定；

步骤九：启动升温升压程序时，同时启动声波采集系统（19），监测水泥浆升温升压阶段和养护阶段过程中纵波和剪切波的实时变化；

步骤十：等到升温升压过程结束后，打开精密流量传感器（13），启动体积变化采集系统（14）,实时监测浆杯内液体介质（2）的体积变化，通过体积变化采集系统（14）换算成水泥浆的体积变化值，然后通过体积变化采集系统（14）上的体积变化采集端口将实时采集值传输到计算机系统（20）上；结合纵波和剪切波的检测数据，计量水泥浆在液态、塑性态、固态三个阶段的体积变化量；

步骤十一：等到实验结束后，保存水泥浆体积变化曲线图，关闭温度控制系统（10）、压力控制系统（12）、体积变化采集系统（14）、声波采集系统（19）的程序，等到仪器降温后，卸掉浆杯内的压力，拆除内耦温度传感器（8）、纵波发射器（15）、纵波接收器（16）、剪切波发射器（17）、剪切波接收器（18），卸下顶盖（1）和底盖（7），清除浆杯内的水泥石，清洗浆杯，关闭各个控制系统、采集系统、计算机系统的电源，实验结束。