用于鹽脹試驗儀的風干控制系統的制作方法

本實用新型涉及鹽漬土鹽脹危害研究領域的一種鹽脹試驗儀，具體涉及一種鹽脹試驗儀的用于鹽脹試驗儀的風干控制系統。

背景技術：

鹽漬土是鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土壤的總稱。鹽土是指土壤中可溶性鹽含量達到對作物生長有顯著危害的土類。鹽分含量指標因不同鹽分組成而異。堿土是指土壤中含有危害植物生長和改變土壤性質的多量交換性鈉。鹽漬土主要分布在內陸干旱、半干旱地區，濱海地區也有分布。全世界鹽漬土面積計約897.0萬平方公里，約占世界陸地總面積的6.5%，占干旱區總面積的39%。中國鹽漬土面積約有20多萬平方公里，約占國土總面積的2.1%。鹽漬土的鹽脹會導致地基鼓脹，引起公路、機場、房屋等建筑物地面產生鼓包、開裂等工程病害；我國西北地區的道路、管線、輸電、機場、房建等工程均廣泛涉及到鹽漬土鹽脹病害問題。故針對鹽漬土的研究對于鹽漬土地區的建筑建設很具有現實意義。

解決鹽漬土的鹽脹病害，最根本的是要通過鹽脹試驗研究弄清楚鹽漬土鹽脹的機理、影響因素及其影響規律。鹽脹試驗采用鹽脹試驗儀進行。目前，已有的鹽脹試驗儀還存在以下較多不足：①只能做溫度（凍融循環、溫度梯度）和荷載作用下的鹽脹試驗，不能實現恒溫下含水量連續變化的干濕循環鹽脹試驗，不能實現荷載作用下凍融循環與干濕循環耦合的鹽脹試驗；②功能簡單，集成化程度低；③采用整體結構的試樣桶，而鹽脹試驗試樣尺寸高度較大，試驗時試樣桶對試樣豎向鹽脹的約束明顯，導致試驗結果明顯偏小；④試驗桶高度一定，導致試樣高度尺寸調整有限。

因此，如何進一步完善鹽脹試驗儀器的功能、提高鹽脹試驗儀器的精度，以期更好地為研究鹽漬土的鹽脹機理、影響因素及其影響規律提供技術條件，成為本領域有待考慮的問題。

為了完善鹽脹試驗儀器的功能，申請人考慮設計了一種多功能鹽脹試驗儀，包括試樣桶和溫度調控系統，試樣桶包括外桶和設置在外桶內的內筒，外桶豎直安裝在試樣桶架上，溫度調控系統包括一個循環液溫度控制裝置A，循環液溫度控制裝置A通過循環液管道和外桶與內筒之間間隙構成的周向循環液腔室循環連通，其特點在于，還包括用于實現對內筒中試樣的干濕度控制的試樣干濕度控制系統，干濕度控制系統中，包括一個設置于試樣桶外部的加水容器，加水容器通過管道連接到內筒外壁并和內筒內腔連通。

這樣該鹽脹試驗儀在使用時，可以采用加水的方式實現對試樣干濕度的控制，但怎樣才能進一步方便實現濕度從高到低連續變化的控制模擬，以幫助更好地實現對鹽漬土更加全面的研究分析，成為有待進一步考慮解決的問題。

技術實現要素：

針對上述現有技術的不足，本實用新型所要解決的技術問題是：如何提供一種結構簡單，利于實施，方便實現濕度從高到低連續變化控制的用于鹽脹試驗儀的風干控制系統。

為了解決上述技術問題，本實用新型采用了如下的技術方案：本申請中基于設備使用狀態進行方位描述。

一種用于鹽脹試驗儀的風干控制系統，其特征在于，包括一個空壓機，空壓機出氣端通過氣體管道連接到一個溫控儲氣箱，溫控儲氣箱上設置有實現內部溫度控制的儲氣箱溫控裝置，溫控儲氣箱出氣口通過氣體管道連接到設置于內筒內壁的風干單元中，風干單元中設置有出氣口并通過出氣管道連接到試樣桶外部。

這樣，可以靠空壓機將空氣壓入到溫控儲氣箱內，將空氣調節為滿足試驗所需的氣壓和溫度之后，再送入到內筒內壁的風干單元中，對內筒內腔中的試樣進行風干，以控制其濕度從高到低的連續變化，更好地實現試樣干濕度控制模擬，提高試驗模擬效果。

進一步地，空壓機出氣端和溫控儲氣箱之間的氣體管道上設置有氣壓控制器，用于控制溫控儲氣箱內部的氣壓。可以使其氣壓恒定在10kPa～30kPa以保證風干要求，且不破壞土試樣結構。

作為優化，所述溫控儲氣箱上設置有一個循環液夾層，循環液夾層通過管道和一個循環液溫度控制裝置C循環連通。這樣，靠循環液控制溫控儲氣箱內的空氣達到試驗時試樣所需的溫度，避免空氣溫度和試樣溫度不一致對試驗精度的影響。

進一步地，溫控儲氣箱包括外箱體和內箱，內箱一個外側面和外箱體一個內側面相貼合固定且空壓機出氣端通過該側面連通到內箱，其余側面和上下底面懸空設置并構成循環液夾層，內箱下底面和外箱體內底面之間設置有支撐工字鋼。這樣結構更加合理，方便循環液夾層的設置且方便氣體管道接口的安裝。

進一步地，內箱中設置有呈S形盤繞的循環液盤管，循環液盤管兩端通過管道和所述循環液溫度控制裝置C循環連通。這樣，可以更好地實現對溫控儲氣箱內溫度的有效控制。

作為優化，所述風干單元包括沿周向設置在內筒內壁上的環形凹槽，環形凹槽槽口位置封閉設置有一圈擋板，擋板上開設有若干通氣孔，擋板和環形凹槽之間形成用于和氣體管道連通的通風層。

這樣，該風干單元的結構，可以很好地實現對內筒內腔中的試樣的風干，同時又不會干擾到試樣自身試驗的進程，保證試驗結果的準確可靠。

進一步地，擋板表面設置有網紗，這樣可以更好地防止試樣堵塞通氣孔，也能夠避免試樣進入通氣孔而影響試驗精度。進一步地擋板采用軟塑料板且內表面和內筒內腔表面一致；可以方便實現安裝和密封，以更好地降低對試驗的影響。

再進一步地，通風層中填充設置有砂粒，砂粒可以保證通風除濕效果的同時可以很好地避免軟塑料板內凹，保證擋板內壁外形和內筒內腔表面一致，最大程度降低對試驗精度的影響。作為優選砂粒采用1毫米粒徑的勻質砂粒，可以使得上述效果達到最佳。

綜上所述，本實用新型能夠用于鹽脹試驗儀試驗使用，具有結構簡單，利于實施，方便實現濕度由高到低連續性變化控制，還能夠降低對試驗過程的影響而保證試驗精度等優點。

附圖說明：

圖1為一種采用了本實用新型結構的多功能鹽脹試驗儀實施方式的結構示意圖。

圖2是圖1中單獨溫控儲氣箱的剖視結構示意圖。

圖3是圖1中單獨試樣桶部分的結構示意圖。

圖4是圖1中單獨調水閥的結構示意圖。

圖5是圖1中單獨內筒部分的結構示意圖。

圖6是圖1中單獨底托部分的結構示意圖。

圖7是圖1中單獨頂蓋部分的結構示意圖。

圖8是圖1中單獨底蓋部分的結構示意圖。

圖9是圖1中單獨兩個內筒節的部分結構示意圖。

圖10是圖1中單獨氣壓控制器部分的結構示意圖。

圖11是圖1中能夠顯示試樣桶封蓋部分的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合一種采用了本實用新型結構的多功能鹽脹試驗儀及其附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。

最優實施方式：如圖1-11所示，一種多功能鹽脹試驗儀，包括試樣桶和溫度調控系統，試樣桶包括外桶18和設置在外桶內的內筒，外桶18豎直安裝在試樣桶架13上，溫度調控系統包括一個循環液溫度控制裝置A6，循環液溫度控制裝置A6通過循環液管道和外桶與內筒之間間隙構成的周向循環液腔室循環連通，還包括用于實現對內筒中試樣的干濕度控制的試樣干濕度控制系統。

這樣本鹽脹試驗儀在使用時，能夠實現更多的環境參數模擬，可以實現對試樣干濕度的控制，進而實現恒溫下含水量連續變化的干濕循環鹽脹試驗，幫助實現對鹽漬土更加全面的研究分析。

本實施方式中，所述試樣干濕度控制系統包括一個設置于試樣桶外部的加水容器4，加水容器4通過管道連接到內筒外壁并和內筒內腔連通。這樣可以實現稱量試驗所需的水加入到加水容器4內，然后控制進入到內筒內腔中，實現對試樣濕度的調整控制。實施時，加水容器4采用安裝架23安裝在高于試樣桶頂部的位置以方便靠水流自重進行加水濕潤。進一步地加水容器到試樣桶之間的管道上設置有調水閥27，以方便控制加水速度，避免加水過快導致濕度不均勻而影響試驗結果。

其中，所述試樣干濕度控制系統包括一個空壓機5，空壓機5出氣端通過氣體管道連接到一個溫控儲氣箱2，溫控儲氣箱2上設置有實現內部溫度控制的儲氣箱溫控裝置，溫控儲氣箱出氣口通過氣體管道連接到設置于內筒內壁的風干單元中，風干單元中設置有出氣口并通過出氣管道33連接到試樣桶外部。空壓機優選為帶無熱吸附式干燥機的空壓機。

這樣，可以靠空壓機將干燥后的空氣壓入到溫控儲氣箱內，將空氣調節為滿足試驗所需的氣壓和溫度之后，再送入到內筒內壁的風干單元中，對內筒內腔中的試樣進行風干，以控制其干濕度變化，更好地實現試樣干濕度控制模擬，提高試驗模擬效果。進一步地，空壓機出氣端和溫控儲氣箱之間的氣體管道上設置有氣壓控制器40，用于控制溫控儲氣箱內部的氣壓。可以使其氣壓保持定在10kPa～30kPa之間，以保證風干要求，且不破壞土試樣結構。實施時進一步地，溫控儲氣箱2上還設置有儲氣溫度傳感器1，用于實現溫控儲氣箱2內空氣溫度的檢測以方便調控。

其中，所述溫控儲氣箱上設置有一個循環液夾層，循環液夾層通過管道和一個循環液溫度控制裝置C8循環連通。這樣，靠循環液來控制溫控儲氣箱內的空氣達到試驗時試樣所需溫度，避免空氣溫度和試樣不一致對試樣精度的影響。

其中，溫控儲氣箱包括外箱體3和內箱10，內箱10一個外側面和外箱體3一個內側面相貼合固定且空壓機出氣端通過該側面連通到內箱，其余側面和上下底面懸空設置并構成循環液夾層，內箱10下底面和外箱體3內底面之間設置有支撐工字鋼12。這樣結構更加合理，方便循環液夾層的設置且方便氣體管道接口的安裝。進一步地，內箱中設置有呈S形盤繞的循環液盤管11，循環液盤管11兩端通過管道和所述循環液溫度控制裝置C8循環連通。這樣，可以更好地實現對溫控儲氣箱內溫度的有效控制。

其中，所述風干單元包括沿周向設置在內筒內壁上的環形凹槽，環形凹槽槽口位置封閉設置有一圈擋板38，擋板38上開設有若干通氣孔，擋板和環形凹槽之間形成用于和氣體管道連通的通風層36。

這樣，該風干單元的結構，可以很好地實現對內筒內腔中的試樣的風干，同時又不會干擾到試樣自身試驗的進程，保證試驗結果的準確可靠。

其中，擋板表面設置有網紗37，這樣可以更好地防止試樣堵塞通氣孔，也能夠避免試樣進入通氣孔而影響試驗精度。實施時還可以進一步地擋板采用軟塑料板且內表面和內筒內腔表面一致；可以方便實現安裝和密封，以更好地降低對試驗的影響。再進一步地，通風層36中填充設置有砂粒，砂粒可以保證通風除濕效果的同時可以很好地避免軟塑料板內凹，保證擋板內壁外形和內筒內腔表面一致，最大程度降低對試驗精度的影響。作為優選砂粒采用1毫米粒徑的勻質砂粒或高硬度砂粒（如標準砂砂粒），可以使得上述效果達到最佳。

其中，內筒內腔頂面上方相鄰設置有一個頂部循環液腔室，頂部循環液腔室通過循環液管道和所述循環液溫度控制裝置A6循環連通設置；內筒內腔底面下方相鄰設置有一個底部循環液腔室，底部循環液腔室通過循環液管道和一個循環液溫度控制裝置B7循環連通設置。

這樣，內筒頂部和底部可以分別通過不同溫度的循環液，實現溫度梯度控制，使得試樣試驗時能夠更好地模擬由地表向下不同埋深地層存在溫差的實際環境狀況，提高試驗模擬效果，提高試驗精度，更好地實現對鹽漬土的鹽脹性能研究。

其中，內筒內腔頂面處設置有頂蓋32，頂蓋32下表面構成內筒內腔頂面，頂蓋32內部中空設置形成頂部循環液腔室，頂蓋周邊和內筒內腔周壁形成可上下滑動的接觸，頂蓋上豎向貫穿設置有溫度傳感器安裝孔32-3和濕度傳感器安裝孔32-4，溫度傳感器安裝孔用于安裝試樣用溫度傳感器16并使得試樣用溫度傳感器16的顯示部分露出于試樣桶上方，濕度傳感器安裝孔用于安裝濕度傳感器25并使得濕度傳感器25露出于試樣桶上方；頂蓋上方還設置有用于檢測頂蓋向上移動距離的檢測儀表26。

這樣采用頂蓋同時作為設置頂部循環液腔室的基礎，以及實現鹽漬土膨脹檢測的基礎，具有結構簡單，檢測方便等優點，同時還可以方便設置溫度傳感器和濕度傳感器以反饋檢測鹽漬土試樣內部溫度和濕度情況，保證試驗過程中參數控制的精確可靠。

其中，檢測儀表26為電子百分表且安裝固定在試樣桶架上，電子百分表下端觸頭和頂蓋上表面相接觸；可以保證檢測精度的準確性。

其中，頂蓋32上方還設置有用于對頂蓋施加向下壓力的負載模擬裝置。

這樣，可以依靠負載模擬裝置，實現對鹽漬土的負載模擬，實現荷載作用下凍融循環與干濕循環耦合的鹽脹試驗。提高試驗模擬效果，提高對鹽漬土性能研究分析能力。

其中，所述負載模擬裝置，包括位于頂蓋上表面豎直向上設置的一根傳力桿32-5，還包括一根水平設置并頂接在傳力桿上方的杠桿梁15，杠桿梁一端為支點端且支點端上表面被杠桿限位機構限位，杠桿梁另一端為加載端且加載端設置有用于加載砝碼17的砝碼加載盤9。這樣，通過杠桿的方式加載負壓，一是靠杠桿原理放大負載的大小，二是能夠更好地保持試驗過程中負載力大小的恒定，以保證恒定負載的模擬效果。實施時進一步地，杠桿限位機構包括一個水平設置于杠桿梁上方的支點梁，支點梁上靠螺紋旋接豎向設置有一個調節螺栓24，調節螺栓24下端和杠桿梁接觸形成支點。這樣，可以更好地實現對杠桿水平的調節，保證負載力的計算準確并保持負載平穩恒定。實施時，杠桿梁加載端的上表面還設置有水準泡14，可以更好地判斷調節杠桿梁的水平。進一步地，杠桿梁和調節螺栓下端接觸處以及和傳力桿頂端接觸處均為凹凸配合的球面結構。這樣，可以準確定位出施力位置，保證負載加載效果。再進一步地，砝碼加載盤靠上表面中部向上延伸形成的一個豎向掛桿掛接在掛桿梁加載端下表面中部的一個掛鉤上。這樣保證加載的砝碼重量集中作用到杠桿梁的一個點上，利于提高負載模擬計算的精度。再進一步地，頂蓋內腔中部對應傳力桿位置還具有上下連接的整體呈錐臺形的連接體，以更好地將負載壓力以均布荷載的形式傳遞到試樣上表面。

其中，內筒內腔底面處設置有底蓋35，底蓋35上表面形成內筒內腔底面，底蓋內部中空設置形成底部循環液腔室，底蓋周邊和內筒內腔周壁形成可上下滑動的接觸，底蓋下方安裝有能夠實現底蓋高度位置調節的底蓋高度調節機構。實施時，底蓋35底面還設置有和底部循環液腔室連通底蓋循環液入口35-1和底蓋循環液出口35-2。

這樣，靠底蓋作為鹽漬土試樣承托構件和底部循環液腔室的基礎構件，結構簡單可靠，底蓋可上下滑動并能夠靠高度調節機構調節，使其能夠方便實現試樣高度的調整，提高試驗效果。

其中，所述底蓋高度調節機構包括一個高度調節螺栓20，高度調節螺栓20豎向設置且螺紋旋接配合在試樣桶底部中間的螺紋孔內，高度調節螺栓上端靠軸承34可轉動地配合連接在底蓋35上，高度調節螺栓下端設置有高度調節手柄。

這樣，可以方便通過旋轉高度調節手柄實現對試樣高度的調整，結構簡單，調整方便快捷可靠。

其中，底蓋高度調節機構，還包括一個和高度調節螺栓并列間隔設置的刻度尺22，刻度尺22固定在試樣桶架上，高度調節螺栓下部段上還設置有一個高度定位尺21，高度定位尺21一端可上下滑動地限位配合在刻度尺22上，另一端靠固定在高度調節螺栓20上的一個軸承和高度調節螺栓20可轉動配合連接。這樣，可以更加方便地直接觀察讀數得到底蓋調節高度，進而得到試樣高度。

其中，外桶包括圓筒狀的外桶本體和位于外桶本體底部的一個整體呈圓盤狀的底托19，底托19中部設置和高度調節螺栓20配合的螺紋孔，底托19上還設置有兩個循環液管道過孔以及一個出氣管過孔，底托上表面同軸設置有兩圈卡槽，外桶本體和內筒各自卡接并密封固定在對應卡槽內。這樣，具有結構簡單，方便裝配安裝的優點。

其中，外桶還包括位于外桶本體上端的一個試樣桶封蓋30，試樣桶封蓋30水平方向的投影呈圓環形且中部露出內筒內腔，試樣桶封蓋下表面和外桶本體上端和內筒上端的任意一個密封固定連接而和另外一個為可上下滑動的嵌入式插接配合（使其整體不影響內筒的豎向移動），試樣桶封蓋30上設置有用于接入加水容器管道的接口并通過內部的連接管道29連接到內筒內腔，試樣桶封蓋上還設置有用于接入溫控儲氣箱的氣體管道的接口31并通過內部的連接管道連接到風干單元。這樣具有結構簡單，方便裝配安裝和管道布置的優點。具體實施時，試樣桶封蓋下表面具有用于和外桶本體上端插接密封固定的外桶固定用環形槽，外桶固定用環形槽內部具有一圈向下的環形凸緣，環形凸緣下端可上下滑動地插接配合在內筒上表面的一個封蓋連接用環形槽內。這樣，即能夠方便試樣桶封蓋完成和內筒以及外桶本體的連接方便實現密封，又使其不影響內筒在試樣過程中的上下移動，保證試驗精度可靠。

本實施方式中，所述內筒沿軸向由多個內筒節28拼接得到，相鄰內筒節28之間由下方內筒節上端面向上的一個錐臺形結構插入到上方內筒節下端面對應的錐孔形結構配合相連，且下端內筒節不約束上端內筒節向上移動，相鄰內筒節之間配合處外部設置有密封膜41用于隔絕配合間隙和內筒外的周向循環液腔室。這樣使得在鹽脹試驗過程中，最大程度降低試樣的軸向膨脹所受內筒內壁的約束，大大減小了對試樣豎向膨脹量的影響，極大地提高了試驗精度。

實施時作為密封膜41的一種結構形式，可以是采用彈性膜并單獨設置在相鄰的兩個內筒節配合處，這樣耗材較少。也可以是采用包圍整個內筒周向表面的圓筒形密封膜，這樣可以更好地保證密封效果且降低密封膜自身對試樣豎向膨脹的約束影響。更好的是密封膜上下兩端固定在外桶內壁的上下兩端上，使循環液循環在外桶內壁與密封膜間，循環液循環時密封膜會貼到內桶外壁上，這樣既有很好的密封效果，也有很好的溫控效果，并且將試樣豎向膨脹的影響降到最低。

本實施方式中，每個內筒節上均對應設置有至少一個風干單元和至少周向上均勻布置的四個用于對試樣加水的加水孔。這樣可以更好且更均勻地提高干濕度控制效果。

本具體實施方式中，所述循環液溫度控制裝置A、循環液溫度控制裝置B和循環液溫度控制裝置C均采用高精度低溫槽，具有溫控方便，控制精度高的優點。

上述鹽脹試驗儀具有以下有益效果：①實現了溫度可控下含水量連續變化的干濕循環鹽脹試驗；②實現了荷載作用下凍融循環與干濕循環耦合的鹽脹試驗；③功能集成化程度高，能實現凍融循環、溫度梯度、荷載、干濕循環等影響因素及各影響因素耦合條件下的鹽脹試驗，且以上各因素均能人為控制；④分段式試樣桶大大減小了對試樣豎向膨脹量的影響，驗結果更精確；⑤試樣桶底托板高度可以上下調節，實現試樣高度在試樣桶（內桶）高度范圍內的任意設置。

對上述試驗儀進行性能檢測試驗，試驗結果表明將一個高30cm、直徑10cm的試樣的含水量從20%降到3%～6%僅需2d～4d（溫度低時時間要長一些，目前溫度在0～5℃需要6d），采用分段式試樣桶測出的鹽脹量較整體式試樣桶測出的鹽脹量明顯大，并且二者之間的差距隨著試樣高度增加而增大，而隨試樣直徑的增加而略有減小。干濕循環循環實驗時應嚴格控制恒溫箱中空氣的氣壓，以避免氣壓過大破壞土試樣結構，宜控制在30kPa以內。

故上述鹽脹試驗儀能夠實現更多的環境參數控制，提高試驗模擬效果，具有結構簡單，試驗精度高，試樣參數靈活可調，可試驗方式多的優點，非常適合用于對鹽漬土性能的研究。