用于黏土结合水称量的等温吸附试验装置及其试验方法与流程

本发明涉及高速铁路路基工程，具体而言，涉及用于黏土结合水称量的等温吸附试验装置及其试验方法。

背景技术：

1、现有等温吸附测试方法（如传统干燥器法）依托饱和盐溶液在固定的稳定环境中提供对应的相对湿度，将土样放置于干燥器内吸附水分，手动称量并记录试件质量变化。然而该方法存在环境温度难以精确控制、密封性欠佳、样品称量需反复暴露在室温环境中、试验周期长等问题，难以获得高精度的黏土吸附数据。并且基于吸附曲线的结合水判定方法，通常需要人工判断等温吸附线的拐点，主观性强、易出现误判。商用气体吸附仪虽具备精确控温控湿能力，但设计对象为粉体材料，腔体体积小、样品量有限，难以满足工程黏土宏观特性测试需求，且价格昂贵，不适合在铁路土工实验室普及。

2、因此现亟需一种能够在恒温环境中实现自动取样称量、多腔体独立控湿、批量测试并具备结合水自动识别功能的试验装置及系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于黏土结合水称量的等温吸附试验装置及其试验方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

2、第一方面，本申请提供了一种用于黏土结合水称量的等温吸附试验装置，包括：试验箱、恒温恒湿结构、采样结构和称量结构，所述恒温恒湿结构设置有多组，每组设置有多个恒温恒湿结构，所有恒温恒湿结构均设置在所述试验箱内，同组的相邻两个恒温恒湿结构之间的间隔相同；所述采样结构设置在所述试验箱的顶部，所述采样结构设置在所述恒温恒湿箱的上方；所述称量结构设置在所述采样模块的正下方。

3、第二方面，本申请还提供了一种用于黏土结合水称量的等温吸附试验方法，包括：

4、获取预设恒温恒湿结构编号、预设试样编号、预设相对湿度；

5、基于预设恒温恒湿结构编号、预设试样编号和预设相对湿度在各恒温恒湿结构底部放置对应的饱和盐溶液；

6、将干燥的黏土试样置于试样盒中，并记录试样干质量；

7、将系统整体温度调节并稳定至目标温度，并将承载试样的试样盒放入对应湿度和温度的恒温恒湿结构中进行吸附试验；

8、通过采样结构自动将试样盒从吸附试验后的恒温恒湿结构中取出，运送至称量结构进行称量，得到试样质量数据；

9、将试样盒自动放回原腔体，并重复试验和称量步骤，直至试样质量达到吸附平衡，得到预设相对湿度下的平衡吸附量数据；

10、根据所述平衡吸附量数据生成吸附等温线，并基于所述吸附等温线的曲率变化计算得到结合水含量。

11、本发明的有益效果为：

12、本发明通过多腔恒温恒湿模块与自动取样高精度称量模块的协同设计，实现了黏土等温吸附过程中温度、湿度与称量环节的全程受控与全封闭操作，显著降低了传统吸附试验中因试样暴露于外界环境而导致的质量扰动误差，大幅提升了测试数据的稳定性与可靠性。

13、自动取样机械臂能够在恒温环境内完成试样抓取与称量操作，不仅确保了称量过程不受温度变化影响，还使多个湿度腔体与多个平行试样能够按照程序自动循环测试，实现真正意义上的批量试验与高通量运行，显著提升试验效率。

14、本发明通过饱和盐溶液构建的独立湿度腔体结构不依赖复杂的湿度发生器，腔体密封门在指令下自动开启或闭合，既保证湿度环境的稳定性，又便于机械臂自由进出，提高整体结构的可靠性和可维护性。

15、本发明通过自动记录试样在不同湿度条件下的质量变化并计算吸附等温线，结合曲率变化法或双组分拟合法自动识别结合水含量，避免了人工选点所带来的主观误差，使结合水判定更加客观、准确和可重复。

16、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

1.一种用于黏土结合水称量的等温吸附试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于黏土结合水称量的等温吸附试验装置，其特征在于,所述恒温恒湿结构包括恒温恒湿箱（1）、多孔隔板（9）、温湿度传感器（10）、饱和盐溶液（11）和试样盒（12），所述恒温恒湿箱（1）设置在所述试验箱内，所述恒温恒湿箱（1）底部设置有饱和盐溶液（11），所述饱和盐溶液（11）的正上方设置有多孔隔板（9），所述多孔隔板（9）的下底面设置有温湿度传感器（10），所述多孔隔板（9）的上表面设置有试样盒（12）。

3.根据权利要求1所述的用于黏土结合水称量的等温吸附试验装置，其特征在于,所述饱和盐溶液（11）选自libr、licl、ch3cook、mgcl2、k2co3、nabr、ki、nacl、kcl、na2so3、na2so4、k2so4中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的用于黏土结合水称量的等温吸附试验装置，其特征在于,恒温恒湿箱（1）的顶部设置有自动开闭密封门（2），所述自动开闭密封门（2）与所述恒温恒湿箱（1）之间设置有弹性密封条（3）。

5.根据权利要求1所述的用于黏土结合水称量的等温吸附试验装置，其特征在于,所述采样结构包括第一滑轨（6）、第二滑轨（16）、机械臂（4）、取样夹爪（7）和位置编码器（8），所述第一滑轨（6）设置有两条，两条所述第一滑轨（6）分别设置在试验箱的两个相对的侧壁上，所述第二滑轨（16）设置在所述两条所述第一滑轨（6）之间，所述第二滑轨（16）上设置有机械臂（4）和位置编码器（8），所述机械臂（4）上设置有取样夹爪（7）。

6.根据权利要求1所述的用于黏土结合水称量的等温吸附试验装置，其特征在于,所述采样结构还包括限位器（15），所述限位器（15）设置在所述第二滑轨（16）上，所述限位器（15）设置在所述称量结构正上方。

7.根据权利要求1所述的用于黏土结合水称量的等温吸附试验装置，其特征在于,所述称量结构包括隔振底座（14）、电子天平（5）和挡风罩（13），所述隔振底座（14）设置在所述采样结构正下方，所述隔振底座（14）上设置有电子天平（5），所述挡风罩（13）罩设在所述电子天平（5）上。

8.一种用于黏土结合水称量的等温吸附试验方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的用于黏土结合水称量的等温吸附试验方法，其特征在于，所述根据所述平衡吸附量数据生成吸附等温线，并基于所述吸附等温线的曲率变化计算得到结合水含量，包括：

10.根据权利要求8所述的用于黏土结合水称量的等温吸附试验方法，其特征在于，通过采样结构自动将试样盒从吸附试验后的恒温恒湿结构中取出，运送至称量结构进行称量，得到试样质量数据，包括：