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集料堅固性試驗儀工作原理

來源:滄州精威儀器設(shè)備制造有限公司   2025年06月09日 09:55  
集料堅固性試驗儀通過模擬自然環(huán)境中鹽結(jié)晶膨脹對集料的破壞作用,評估集料抵抗劣化的能力,核心原理基于鹽溶液滲透結(jié)晶產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力對集料結(jié)構(gòu)的損傷效應(yīng)。以下是其工作原理的詳細解析:

一、核心原理:鹽結(jié)晶膨脹破壞機制

  1. 溶液滲透將集料試樣浸入硫酸鈉(Na?SO?)或硫酸鎂(MgSO?)溶液中,溶液通過集料表面孔隙和微裂紋滲透至內(nèi)部,填充其孔隙結(jié)構(gòu)。此過程依賴毛細作用,溶液逐漸滲入集料內(nèi)部的微小空隙。

  1. 結(jié)晶膨脹浸泡后的集料經(jīng)烘干處理時,水分蒸發(fā)導(dǎo)致溶液濃度升高,達到飽和后鹽類結(jié)晶析出。以硫酸鈉為例:

    • 結(jié)晶過程中,十水硫酸鈉(Na?SO??10H?O)失去結(jié)晶水變?yōu)闊o水硫酸鈉(Na?SO?),體積縮?。?/p>

    • 但再次浸泡時,無水硫酸鈉吸水重新生成十水合物,體積膨脹約 2 倍,產(chǎn)生強大的結(jié)晶應(yīng)力(可達數(shù)十兆帕)。這種周期性膨脹應(yīng)力作用于集料內(nèi)部薄弱部位(如孔隙邊緣、微裂紋),導(dǎo)致集料破裂、剝落。

  1. 循環(huán)損傷累積通過 ** 浸泡 - 烘干循環(huán)(通常 5 次)** 模擬自然環(huán)境中干濕交替的侵蝕過程,累積損傷效應(yīng),最終通過篩分計算集料的質(zhì)量損失率,判斷其堅固性。

二、儀器組成與功能

  1. 浸泡容器

    • 材質(zhì):耐腐蝕(如不銹鋼),用于盛放集料和鹽溶液,確保溶液不與集料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

    • 控溫功能:部分儀器配備恒溫裝置(如 20℃~25℃),保證溶液溫度穩(wěn)定,控制滲透速率。

  1. 烘干設(shè)備

    • 加熱裝置:提供恒定溫度(如 105℃~110℃),加速水分蒸發(fā),促進鹽類結(jié)晶。

    • 鼓風(fēng)系統(tǒng):確保烘干過程均勻,避免局部溫度不均影響結(jié)晶效果。

  1. 篩分與稱量系統(tǒng)

    • 標準篩:按粒徑分級(如 9.5mm、4.75mm 等),試驗前后篩分集料,對比粒徑分布變化。

    • 天平:精確稱量試樣質(zhì)量,計算質(zhì)量損失率(公式見下文)。

  1. 控制系統(tǒng)

    • 時間控制器:設(shè)定浸泡(如 20h)和烘干(如 4h)時長,嚴格遵循標準流程(如 GB/T 14685、ASTM C88 等)。

    • 溫度傳感器:實時監(jiān)控溶液和烘干溫度,保證試驗條件一致性。

三、試驗流程與關(guān)鍵參數(shù)

  1. 試樣制備

    • 選取代表性集料,經(jīng)篩分去除不符合粒徑要求的顆粒,洗凈烘干后稱量初始質(zhì)量(\(m_0\))。

  1. 浸泡 - 烘干循環(huán)

    • 第 1 步:浸泡將試樣浸入鹽溶液(濃度通常為 10%~15%),在規(guī)定溫度下保持一定時間(如 20h),使溶液充分滲透。

    • 第 2 步:烘干取出試樣,放入烘箱烘干至恒重(如 4h),促使鹽類結(jié)晶。

    • 循環(huán)次數(shù):一般進行 5 次循環(huán),模擬長期環(huán)境侵蝕。

  1. 篩分與結(jié)果計算

    • 循環(huán)結(jié)束后,將試樣過篩,稱量留存于標準篩上的集料質(zhì)量(\(m_1\))。

    • 堅固性質(zhì)量損失率計算公式:

\(     \text{è′¨é??????¤±???} = \frac{m_0 - m_1}{m_0} \times 100\%     \)
損失率越低,集料堅固性越好。

四、不同方法的適用場景

方法
適用集料
原理特點
硫酸鈉法
大多數(shù)巖石集料(如花崗巖、玄武巖)
結(jié)晶膨脹應(yīng)力主要由物理作用引起,適用于一般環(huán)境評估。
硫酸鎂法
碳酸鹽類集料(如石灰?guī)r)
除物理膨脹外,硫酸鎂與碳酸鹽可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng),加劇破壞,適用于嚴苛環(huán)境(如凍融循環(huán)頻繁地區(qū))。

五、應(yīng)用意義

  • 工程選材:用于混凝土、瀝青混合料等集料的質(zhì)量控制,確保結(jié)構(gòu)耐久性(如抗凍、抗鹽蝕)。

  • 標準依據(jù):符合國內(nèi)外規(guī)范(如中國 GB/T 14685、美國 ASTM C88),為設(shè)計和施工提供量化指標。

通過模擬自然侵蝕過程,集料堅固性試驗儀為評估集料在實際使用中的穩(wěn)定性提供了科學(xué)、可靠的方法,是土木工程材料檢測的關(guān)鍵設(shè)備之一。


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