本發(fā)明屬于鹽漬土鹽脹量測試實驗設備或裝置技術領域，具體涉及到一種在密閉可自動調(diào)節(jié)溫度的空間內(nèi)進行鹽脹試驗及凍融循環(huán)試驗、在測試鹽脹量的同時可以測試鹽漬土鹽脹時的膨脹力的測試鹽漬土鹽脹量的密閉制冷加熱裝置，。

背景技術：

鹽漬土是指含鹽量超過一定數(shù)量的土。含鹽量通常是用一定土體內(nèi)含鹽的重量(或質(zhì)量)與其干土重量(或質(zhì)量)之比，以百分數(shù)表示。鹽漬土在世界范圍內(nèi)廣泛的分布，亞洲、中東地區(qū)及歐洲的許多國家每年因鹽漬土的危害造成巨大的經(jīng)濟損失。隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的推進與發(fā)展，需要在越來越多的鹽漬土地區(qū)修建高等級公路、鐵路，對鹽漬土工程性質(zhì)的研究就顯得尤為重要。鹽漬土作為一種特殊土，最顯著的特點是土中含有一定量的易溶鹽，當這些鹽可以在土體的水中充分溶解時，液體的體積不會增加，但液體的比重會增加；當這些鹽不能在土體的水中充分溶解時，不能溶解的鹽分以結晶固體的形式存在于土顆粒之間，與土顆粒共同起骨架作用。這些易溶鹽主要有硫酸鈉、硫酸鎂、氯化鈉、碳酸鈉等，其中溫度對硫酸鈉的溶解度影響最大。硫酸鈉又稱無水芒硝，易溶，對溫度變化反應特別敏感。在溫度為32.4℃時，硫酸鈉的溶解度達到峰值，可達到40.8g，溫度由此上升或下降，溶解度都將會降低；當溫度為0℃時，硫酸鈉的溶解度僅為4.9g。在季節(jié)溫度變化大的鹽漬土地區(qū)，冬季時，路基的溫度隨著自然的溫度降低，路基土中的硫酸鈉受溫度降低的影響吸收10個水分子變成芒硝晶體，芒硝晶體的體積為無水芒硝的3.1倍，晶體推動土粒，造成路基土體體積的增大，形成鹽脹；春夏季時，路基土體溫度逐漸上升，土粒間的硫酸鈉又重新溶于水中，土體中的孔隙增大密度變小，在行車荷載的作用下，產(chǎn)生路基的不均勻變形，路面波浪、鼓包，裂縫等。雨水會通過路面的裂縫入滲路基，路基土體中未溶解的結晶鹽全部溶解，土體的結構進一步遭到破壞，強度降低，尤其是在行車荷載的作用下，土顆粒重新排列，孔隙減小，產(chǎn)生溶陷。在季節(jié)交替的凍融循環(huán)作用下，溶陷會逐漸增大，道路的運行能力被嚴重的降低。氯鹽的溶解度很高，但其溶解度受溫度變化影響很??；氯鹽具有明顯的吸濕性，吸濕的水分不易蒸發(fā)，從溶液結晶析出時體積沒有明顯的變化。當氯鹽結晶存在于土體中時，土體的抗剪強度隨含鹽量的增加而增大，壓縮系數(shù)隨含鹽量增加而降低。將氯化鈉摻入到硫酸鹽漬土中，由于氯化鈉對硫酸鈉的同離子效應，硫酸鈉的溶解度會降低，從而結晶析出量降低；同時，氯化鈉的加入，可以降低硝芒和無水硝芒轉(zhuǎn)變點的溫度，這對硫酸鹽漬土的鹽脹特性均具有抑制作用。但氯化鈉的摻入量過多，不但不抑制鹽脹，鹽脹反而會有所增大：氯化鈉的加入降低了水的冰點，土中水在降溫過程中成為未凍水，這為鹽脹的發(fā)生提供了水源，且在負溫的條件下，過量氯化鈉會吸收兩另個水分子合成冰鹽，加劇土體的膨脹。氯化鈉的溶解度高且不受溫度影響，這使得在大量氯化鈉摻入后，路基一旦遇到雨水入滲，就會加劇路基的溶陷量。因此，我們需要研究摻入氯化鈉后鹽漬土的鹽脹特性，抑制鹽漬土鹽脹的氯化鈉含量界限值，氯化鈉、含水率、壓實度、附加荷載對鹽脹的影響權重和氯化鈉對摻入氯化鈉的鹽漬土溶陷特性的影響。以往，研究鹽漬土的鹽脹特性主要依托高低溫試驗箱完成，但高低溫試驗箱也有許多弊端：①對于粗粒鹽漬土的鹽脹試驗，為了避免顆粒的尺寸效應，制作的試驗一般比較大，而高低溫試驗箱箱體空間小，試樣的體積及加載大小受到限制，不能滿足實驗條件的需求；②量測鹽脹量的百分表或位移傳感器置于高低溫試驗箱箱體內(nèi)，當降溫到達一定溫度讀數(shù)時，必須打開箱們讀數(shù)，在冷熱氣流交換的作用下，百分表的指針不穩(wěn)定，造成讀數(shù)不準確。打開箱門讀數(shù)，影響箱體內(nèi)溫度，造成溫度波動。③高低溫試驗箱工作時，噪聲比較大；冷媒泄露污染空氣；價格昂貴且維修費用非常高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服試驗裝置的不足,提供一種設計合理、結構簡單、密閉空間大、讀數(shù)方便且測試數(shù)據(jù)準確、成本低廉、節(jié)能環(huán)保的測試鹽漬土鹽脹量的密閉制冷加熱裝置。

解決上述技術問題采用的技術方案是：包括箱體，所述的箱體底板上設置有螺旋形凹槽，所述的螺旋形凹槽邊緣設置有凸棱，所述的螺旋形凹槽內(nèi)設置有液體循環(huán)管，所述的液體循環(huán)管一端貫穿箱體側(cè)壁與低溫恒溫槽的出液口相連通、另一端沿箱體側(cè)壁螺旋盤繞且貫穿箱體側(cè)壁與低溫恒溫槽的進液口相連通，所述的箱體側(cè)壁盤繞的液體循環(huán)管通過固定板固定于箱體側(cè)壁上，所述的凸棱上放置有至少一個試樣箱，所述的試樣箱頂部設置有封閉鋼板，所述的試樣箱試樣內(nèi)埋置有與數(shù)顯傳感器相連接的探頭，所述的試樣箱內(nèi)試樣頂部放置有貫穿封閉鋼板和頂蓋且與百分表相連接的位移和力傳遞裝置、帶有充氣管的環(huán)形橡膠圈，所述的位移和力傳遞裝置和環(huán)形橡膠圈之間設置有應變片，所述的應變片通過導線與外部電腦相連接，所述的箱體頂部設置有頂蓋，所述的頂蓋內(nèi)壁設置有螺旋形凹槽，所述的螺旋形凹槽內(nèi)設置有一端貫穿頂蓋與低溫恒溫槽出液口相連通、另一端貫穿頂蓋與低溫恒溫槽的進液口相連通的液體循環(huán)管，所述的箱體和頂蓋外壁設置有保溫層。

本發(fā)明的箱體底板上設置有若干同心環(huán)形凹槽，所述的箱體底板上還設置有一條中心線與底板直徑重合的徑向凹槽，所述的液體循環(huán)管先沿環(huán)形凹槽盤置于上半部分底板，在底板中心位置液體循環(huán)管向上彎曲成u型結構，液體循環(huán)管再沿環(huán)形凹槽盤置于下半部分底板。

本發(fā)明的位移和力傳遞裝置包括一端固定在圓形鋼板上加長桿，所述的圓形鋼板上設置有透氣孔，所述的加長桿的自由端加工有與百分表的測桿內(nèi)螺紋相適應的外螺紋。

本發(fā)明的箱體底板凸棱上設置有蓋板，試樣箱放置于蓋板上，所述的蓋板為均布加工有透氣孔的環(huán)形板；所述的頂蓋內(nèi)部設置有支撐板，所述的支撐板為均布加工有透氣孔的環(huán)形板。

本發(fā)明的蓋板、支撐板由鋁制材料制作。

本發(fā)明的液體循環(huán)管為銅管。

本發(fā)明的低溫恒溫槽出液口處設置有壓力泵。

本發(fā)明的沿箱體側(cè)壁螺旋盤繞的液體循環(huán)管的盤繞高度高于試樣箱的高度。

本發(fā)明的彎曲成u型結構的液體循環(huán)管的高度高于試樣箱的高度。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、利用位移和力傳遞裝置將百分表至于箱體外，可以方便讀數(shù)，避免不穩(wěn)定氣流影響百分表穩(wěn)定造成讀數(shù)不準確，同時避免在降溫過程中百分表被凍住導致試驗失敗。

2、數(shù)顯傳感器探頭線可通過頂蓋的孔穿出箱體，可以直接測試試樣土體在降溫過程中的溫度、含水率以及應變值等。

3、在測試鹽脹量的同時可以測試鹽漬土鹽脹時的膨脹力。

4、試驗箱體的體積大，可以滿足粗粒鹽漬土避免顆粒尺寸效應而設計大尺寸試樣的要求，同時可以滿足加載的空間要求，實驗時，可以多放幾個試樣，可增加平行試驗和對比試樣。

5、降溫通過低溫恒溫槽降低防凍液的溫度實現(xiàn)，防凍液可重復利用且揮發(fā)不污染空氣，經(jīng)濟、安全和環(huán)保。

6、成本低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個實施例的結構示意圖。

圖2是圖1中位移和力傳遞裝置17的結構示意圖。

圖3是圖2的俯視圖。

圖4是本發(fā)明另一個實施例中箱體7底板的結構示意圖。

圖5是圖1中蓋板8的結構示意圖。

圖中：1、低溫恒溫槽；2、電腦；3、百分表；4、數(shù)顯傳感器；5、頂蓋；6、支撐板；7、箱體；8、蓋板；9、液體循環(huán)管；10、試樣箱；11、探頭；12、應變片；13、環(huán)形橡膠圈；14、固定板；15、保溫層；16、封閉鋼板；17、位移和力傳遞裝置；18、壓力泵；a、環(huán)形凹槽；b、徑向凹槽；17-1、圓形鋼板；17-2、加長桿。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。

實施例1

在圖1、2、3、4、5中，本發(fā)明一種測試鹽漬土鹽脹量的密閉制冷加熱裝置,包括箱體7，在箱體7底板加工有螺旋形凹槽，螺旋形凹槽邊緣加工有凸棱，螺旋形凹槽內(nèi)盤置有液體循環(huán)管9，液體循環(huán)管9一端貫穿箱體7側(cè)壁與低溫恒溫槽1的出液口相連通、另一端沿箱體7側(cè)壁螺旋盤繞且貫穿箱體7側(cè)壁與低溫恒溫槽1的進液口相連通，本實施例的液體循環(huán)管9為銅管，傳遞熱量效果良好，低溫恒溫槽1內(nèi)的冷凍液在液體循環(huán)管9內(nèi)流動，對箱體7內(nèi)部進行降溫或升溫，同時實現(xiàn)冷凍液的循環(huán)利用，節(jié)省資源、避免浪費，為了使冷凍液有足夠的壓力、能夠快速的循環(huán)流動，在低溫恒溫箱1的出液口處的管道上安裝有壓力泵18。箱體7側(cè)壁盤繞的液體循環(huán)管9用螺紋緊固連接件通過固定板14固定于箱體7側(cè)壁上，為了確保降溫或升溫效果，沿箱體側(cè)壁螺旋盤繞的液體循環(huán)管9的盤繞高度高于試樣箱10的高度。箱體7底板的凸棱上放置有至少一個試樣箱10，試樣箱10的數(shù)量根據(jù)實驗需要具體確定，試驗箱10放置于凸棱上避免與液體循環(huán)管9接觸壓迫液體循環(huán)管9，從而影響冷凍液的流動，進一步地，為了確保試樣箱10不接觸液體循環(huán)管9，可在凸棱上安裝蓋板8，蓋板8為加工有透氣孔的環(huán)形板，蓋板8由鋁制材料制作成，熱量傳遞效果良好，其上加工的透氣孔更利于熱量傳遞，試樣箱10頂部設置有封閉鋼板16，試樣箱10試樣內(nèi)埋置有與數(shù)顯傳感器4相連接的探頭11，數(shù)顯傳感器4置于箱體7外部，可以直接測試試樣土體在降溫過程中的溫度、含水率等，試樣箱10內(nèi)試樣頂部放置有貫穿封閉鋼板16和頂蓋5且與百分表3相連接的位移和力傳遞裝置17、帶有充氣管的環(huán)形橡膠圈13，通過伸出箱體外部充氣管對環(huán)形橡膠圈13進行充氣，所述的位移和力傳遞裝置17包括圓形鋼板17-1和與圓形鋼板17-1連為一體的加長桿17-2，圓形鋼板17-1上加工有透氣孔，該透氣孔可防止水蒸汽在鋼板和試樣之間的空隙結冰，加長桿17-2的自由端加工有與百分表3測桿上的內(nèi)螺紋相適應的外螺紋，百分表3安裝在加長桿17-2上。位移和力傳遞裝置17和環(huán)形橡膠圈13之間設置有應變片12，應變片12通過導線與外部電腦2相連接，電腦2對傳遞的數(shù)據(jù)進行顯示與處理，應變片12整貼在環(huán)形橡膠圈13的底部，將環(huán)形橡膠圈13內(nèi)充滿氣，降溫過程中封閉鋼板16壓緊固定于試樣箱10頂部，降溫過程中有試樣箱10內(nèi)鹽漬土發(fā)生鹽脹現(xiàn)象，土體表層隆起頂起圓形鋼板17-1，此時百分表3轉(zhuǎn)動即為鹽脹量，圓形鋼板17-1擠壓環(huán)形橡皮圈13發(fā)生變形，應變片12也發(fā)生變形，環(huán)形橡皮圈13的應變量即為鹽漬土鹽脹時的應變量，通過該土體的彈性模量進行換算可以得到鹽漬土鹽脹時的膨脹力。在箱體7的頂部用螺紋緊固連接件固定連接安裝有頂蓋8，頂蓋8內(nèi)壁加工有螺旋形凹槽，螺旋形凹槽內(nèi)盤置有一端貫穿頂蓋8與低溫恒溫槽1出液口相連通、另一端貫穿頂蓋8與低溫恒溫槽1的進液口相連通的液體循環(huán)管9，通過液體循環(huán)管9內(nèi)循環(huán)流動的冷凍液對箱體內(nèi)上部進行降溫或升溫，頂蓋8內(nèi)部用螺紋緊固連接件固定連接安裝有支撐板6，支撐板6是加工有透氣孔的環(huán)形板，支撐板6防止頂蓋8內(nèi)盤置的液體循環(huán)管9脫落，支撐板6由鋁制材料制作成，熱量傳遞效果良好，其上加工的透氣孔更利于熱量傳遞，箱體7和頂8蓋外壁均包裹有保溫層15，防止箱體7內(nèi)外熱量交換、溫度傳遞。

實施例2

在實施例1中，本實施例的箱體7底板上設置有若干同心環(huán)形凹槽a，箱體7底板上還設置有一條中心線與底板直徑重合的徑向凹槽b，液體循環(huán)管9先沿環(huán)形凹槽a盤置于上半部分底板，在底板中心位置液體循環(huán)管向上彎曲成u型結構，液體循環(huán)管再沿環(huán)形凹槽盤a置于下半部分底板，為了確保降溫或者升溫的效果，所述的彎曲成u型結構的液體循環(huán)管9的高度高于試樣箱10的高度，其余各零部件以及各零部件之間的連接關系與實施例1完全相同。

利用本發(fā)明實施例1、2的裝置進行測試鹽漬土膨脹力、單次降溫鹽脹試驗的試驗步驟如下：

將箱體7四周布設保溫材料，防止箱體內(nèi)部與周圍空氣進行熱交換，將設定級配的土樣，按照一定的含鹽量、含水率拌制，悶料24h，將拌制好的土樣分層擊實裝入試樣箱10中一定高度，擊實次數(shù)根據(jù)壓實度和擊實厚度來確定，將裝有鹽漬土的試樣箱10放入箱體7中，將位移和力傳遞裝置17放在土樣表面，將應變片平12整貼在環(huán)形橡圈13的底部，將環(huán)形橡皮圈13穿過位移和力傳遞裝置17的加長桿17-2放置在圓形鋼板17-1上，將封閉鋼板16放置在試樣箱10頂部，將應變片12的導線和環(huán)形橡皮球的充氣管從封閉鋼板16上打的孔中穿出，將封閉鋼板16用螺紋緊固連接件固定在試樣箱10頂部，使其緊密接觸。將箱體7的頂蓋5蓋好，將保溫材料覆蓋頂蓋5，同時將加長桿17-2、應變片12的導線、環(huán)形橡皮圈13的充氣管穿出頂蓋5和保溫層15。將應變片導線連接電腦2，將探頭11通過導線與數(shù)顯傳感器4相連接，給環(huán)形橡膠圈13打氣，當電腦2顯示有應變值時立即停止將充氣管封上，將百分表3安裝在加長桿17-2上，用橡膠軟管將低溫恒溫槽1出液口和進液口與液體循環(huán)管9連接起來，根據(jù)液體流動情況可將壓力泵18安裝在低溫恒溫槽1的出液口的橡膠軟管上，確保連接緊密后開啟低溫恒溫槽1，改變低溫恒溫槽1的控制溫度，我們可以測得每個降溫階段以及最終土體的應變值，通過該土體的彈性模量進行換算可以得到鹽漬土的膨脹力。

本發(fā)明的工作原理如下：

低溫恒溫槽1內(nèi)加入防凍液，開啟低溫恒溫槽1使防凍液降溫，防凍液從低溫恒溫槽1的出液口進入液體循環(huán)管9循環(huán)流動對箱體7內(nèi)部進行降溫，最后從低溫恒溫槽1的進液口返回低溫恒溫槽1，實現(xiàn)冷凍液的循環(huán)利用，節(jié)省資源。通過低溫恒溫槽1控制防凍液的溫度來調(diào)節(jié)箱體7內(nèi)的溫度，為了使冷凍液有足夠的壓力、能夠快速的循環(huán)流動，在低溫恒溫箱1的出液口處的管道上可安裝有壓力泵18。