本實用新型涉及建筑材料濕漲干縮檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種砌墻磚吸水膨脹變形動態(tài)測試裝置。

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方法測量。現(xiàn)有砌墻磚收縮膨脹儀由底座、試件架、測量框架、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，測量框架下方固定有千分表，測量框架非固定在試件架上，只需實施測量時套在標(biāo)準(zhǔn)桿或試件兩端測點(diǎn)上即可。測量砌墻磚吸水膨脹時，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)，然后測量試件初始長度，并用電子天平測量試件初始質(zhì)量，然后把試件浸入水中，每隔一段時間，從水中將試件取出擦拭至面干狀態(tài)(或者對試件進(jìn)行固定時間瀝水，如1min)，用砌墻磚收縮膨脹儀和電子天平重復(fù)浸水前的測量步驟手動測量試件膨脹量和質(zhì)量，計算得到當(dāng)前狀態(tài)下膨脹值和含水率；如此反復(fù)測量，直至實驗結(jié)束，然后根據(jù)測量膨脹值和含水率繪制吸水膨脹特性曲線。

由于試件在測量初期吸水迅速，需頻繁將其取出水面測量膨脹量和吸水量，嚴(yán)重打破了試件的吸水膨脹過程，加之吸水量測量時試件飽和面干狀態(tài)不易掌握，無法提高膨脹值和含水率測量的準(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)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供了一種砌墻磚吸水膨脹變形動態(tài)測試裝置；實現(xiàn)吸水膨脹過程的連續(xù)、自動、精確的測量，消除了人工測量誤差，避免了傳統(tǒng)實驗中由試件頻繁出入水中導(dǎo)致的吸水過程不連續(xù)，以及在實驗初期吸水膨脹過快導(dǎo)致的測量不準(zhǔn)確等難題。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是：

一種砌墻磚吸水膨脹變形動態(tài)測試裝置，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孔，兩石英管端頭分別設(shè)置在兩側(cè)的開孔位置；每個石英管內(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)換梁通過穿過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，所述千分表采用無線傳輸方式連接電腦；水箱箱體的底部設(shè)有放水閥門。

測量框架由千分表、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)一步實現(xiàn)本實用新型目的，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環(huán)氧樹脂膠固定上玻璃片和下玻璃墊片。

應(yīng)用本實用新型裝置的一種砌墻磚吸水膨脹變形動態(tài)測試方法，包括如下步驟：

1)將試件放置實驗環(huán)境中調(diào)節(jié)至平衡含水率,測量試件的表觀體積V_s,0和長度l；

2)拉動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，開啟自動記錄，全程自動記錄；

3)向水箱內(nèi)加水至玻璃千分表底座下方1cm水位處；實驗后通過閥門排凈水箱箱體內(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讀數(shù)自動輸出至電腦，根據(jù)公式(1)和(2)分別計算試件整個吸水膨脹過程中的膨脹值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，實驗前測試計算所得，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為實驗中試件、橫梁和測量框架受到浮力后的整體質(zhì)量的電子天平瞬時讀數(shù)，g；

V_j表示測量框架的排水體積，為未裝試件實驗狀態(tài)下測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，為電子千分表測試時的瞬時讀數(shù)l_t和初始讀數(shù)l_eq之差，mm；

l為實驗前測量的試件長度，mm；

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

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

1)本實用新型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)展過程連續(xù)動態(tài)測量中標(biāo)距定位的關(guān)鍵問題，用于動態(tài)測量砌墻磚浸入水中后試件的實時吸水膨脹變形量和吸水量，解決砌墻磚吸水膨脹測量和吸水量測量時需反復(fù)拿出水面測量的難題，實現(xiàn)了吸水膨脹發(fā)展過程的高精度連續(xù)測量。

2)本實用新型結(jié)構(gòu)合理，操作方便，實現(xiàn)了在水中對砌墻磚膨脹量和吸水量的全自動動態(tài)測量，測試精度高，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，無需繪制數(shù)據(jù)點(diǎn)間連接線，測量結(jié)果更為準(zhǔn)確、直觀。

附圖說明

圖1為本實用新型砌墻磚吸水膨脹變形動態(tài)測試裝置的結(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17、水位18、試件19、電腦20。

具體實施方式

為更好地理解本實用新型，下面結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)一步說明，但本實用新型的實施方式不限如此。

如圖1-4所示，一種砌墻磚吸水膨脹變形動態(tài)測試裝置，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分別開孔，兩石英管6端頭分別設(shè)置在兩側(cè)的開孔位置；每個石英管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通過穿過水箱蓋板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采用無線傳輸方式連接電腦20。

水箱箱體16底部設(shè)有防水閥門17。

測量框架由千分表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。

本實用新型中，千分表1選用電子千分表，優(yōu)選量程10mm以上，精度0.001mm；采用無線傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動記錄。以防止數(shù)據(jù)線對吸水質(zhì)量測試產(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，可避免長時間受力彎曲，保證橫梁14與天平托盤有效接觸，并在外界環(huán)境震動時有效防止測量框架擺動而造成的測量誤差。

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，或長度為240mm的空心磚。

測量時為防止溫度波動影響測量結(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)，可實現(xiàn)該功能，以減小測量誤差。

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，第一彈簧墊圈4-1、第二彈簧墊圈4-2會釋放其內(nèi)部彈性勢能，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之間距離不會改變。當(dāng)環(huán)境溫度升高，第一螺紋桿7伸長，第一彈簧墊圈4-1、第二彈簧墊圈4-2就會釋放彈性勢能，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，彈性勢能增加，玻璃千分表底座5和玻璃試件底座8依然對石英管6兩端施壓，維持測量標(biāo)距穩(wěn)定。本實用新型石英管6實現(xiàn)了實時自校準(zhǔn)，取代了傳統(tǒng)干縮膨脹儀每次測量數(shù)據(jù)均需用標(biāo)準(zhǔn)桿手動校準(zhǔn)的過程，解決了吸水膨脹實驗中試件在水中膨脹量的連續(xù)測量難題。

本實用新型的測試過程如下：

試件制作：如圖3所示，在待測的試件19長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)氧樹脂膠，在試件長軸方向埋入37mm長試件固定螺桿10；待粘牢后，用環(huán)氧樹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放置實驗環(huán)境(例如溫度20℃，相對濕度65％環(huán)境)中調(diào)節(jié)至平衡含水率；測量試件19的尺寸和平衡狀態(tài)質(zhì)量；拉動千分表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)，開啟自動記錄，并全程自動記錄；向水箱內(nèi)加水至水位18(玻璃千分表底座5下方1cm)處；實驗后通過閥門17排凈水箱箱體16內(nèi)的水。為計算試件含水率，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讀數(shù)自動輸出至電腦20，可根據(jù)實驗前測量的試件19尺寸計算出整個吸水膨脹過程中的膨脹值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液態(tài)水僅替代孔隙內(nèi)部原有的空氣，其排開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)計算公式(W_V,t)，在每次測量吸水量數(shù)據(jù)時無需再把試件19拿出水，用天平進(jìn)行手動測量，試件19發(fā)生膨脹和質(zhì)量變化時，千分表1和電子天平2將自動記錄試件19的膨脹和質(zhì)量變化，實現(xiàn)了吸水膨脹發(fā)展過程中試件在水中吸水量的同步高精度測量難題。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)實驗前鋼直尺測量數(shù)據(jù)計算，cm³；m_tp,0為試件浸水前吊裝狀態(tài)下的試件、橫梁、測量框架的整體質(zhì)量的電子天平初始讀數(shù)，g；m_tp,t為實驗中試件、橫梁和測量框架受到浮力后的整體質(zhì)量的電子天平瞬時讀數(shù)，g；V_j表示測量框架的排水體積，為未裝試件實驗狀態(tài)下測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，為電子千分表測試時的瞬時讀數(shù)l_t和初始讀數(shù)l_eq之差，mm；l為試件長度，實驗前用鋼直尺測量，mm；l_t和l_eq分別為測試時瞬時讀數(shù)和電子千分表初始讀數(shù)，與試件實際長度無關(guān)，mm。

表1 記錄時間間隔及數(shù)據(jù)量

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

現(xiàn)有干縮儀測試中，因為實驗初期墻體材料吸水膨脹迅速，試件需頻繁出入水中測量，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程，影響了吸水膨脹規(guī)律，無法提高測量的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有技術(shù)采用人工吸水膨脹實驗方法測量的膨脹過程均極為粗糙，遠(yuǎn)達(dá)不到對其規(guī)律進(jìn)行精確描述的程度?，F(xiàn)有干縮儀均只有測量變形量的單一功能。測量吸水膨脹試件質(zhì)量變化時，必須從干縮測量儀器卸下試件采用天平測量，無法滿足墻體材料吸水膨脹實驗動態(tài)測量和記錄的要求。

而本實用新型裝置具備同步動態(tài)測量膨脹量和吸水量的功能。整個測量過程無需頻繁地拆卸試件，實現(xiàn)了在水中自動、連續(xù)地記錄試件的實時吸水量和膨脹值，消除了人工測量誤差，避免了測量導(dǎo)致的試件吸水過程不連續(xù)，也解決了實驗初期因試件吸水膨脹過快而造成的測量難題。

本實用新型試件的吸水膨脹過程與吸水量和膨脹量的同步測量記錄過程完全同步，保證了吸水膨脹過程數(shù)據(jù)的連續(xù)完整性和準(zhǔn)確性。