[发明专利]0～60℃岩石线性热膨胀系数的测量方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及土木类工程技术领域中岩石热膨胀系数的研究，尤其涉及一种用于测定0~60℃温度条件下岩石线性热膨胀系数的测量方法及测量装置。

背景技术

岩石的热膨胀系数作为岩石热物理学领域的重要指标之一，对于解决和发展岩土工程学、材料学、土壤学、地热学、采矿学、油气田开发和地热能开发等工程技术领域的理论和实际问题都具有极其重要的作用。而目前多数岩石热膨胀系数的研究采用非接触式或间接的测量手段，测量中间环节多，导致岩石线性热膨胀系数的测量精度低于1×10^-5/℃，无法满足0~60℃温度条件下岩石热膨胀系数（1×10^-6/℃）的测试要求。特别是涉及岩石的弹性或非弹性变形（应变）的工程测量领域，只有准确测定岩石的线性热膨胀系数，才能合理估计由于温度变化所带来的测量误差。

公开号为CN103235002A的发明专利公开了一种岩石热膨胀系数测试装置，该装置由底座、输油通道、炉壁、顶盖、电热棒和应变杆组成，炉壁呈中空状，底座上设置有载物台，底座与炉壁下端面通过紧固螺钉固定连接，炉壁的上端设置有顶盖，顶盖上设置有电热棒，其下端置于炉腔之中。该发明的测试装置采用组接结构和内置式油加热方式，内置式油加热方式可对所测试的岩样进行均匀加热，应变杆配以高精度应变片，能较为敏感的测量岩样受热后轴向膨胀应变。该发明的测试装置结构合理，操作简单，能够用于测量岩石的热膨胀系数，但是测量结果不够精确，仍然存在较大的误差。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本发明提供一种0～60℃岩石线性热膨胀系数的测量方法，其按照先后顺序包括以下步骤：

a、准备四个相同的电阻应变片，分别为电阻应变片Ⅰ、电阻应变片Ⅱ、电阻应变片Ⅲ和电阻应变片Ⅳ；

b、准备两个相同的铝合金样品，分别为铝合金样品Ⅰ和铝合金样品Ⅱ，并对其进行表面剖光，用丙酮进行表面清洗；

铝合金具有重量轻、延展性好、易加工和耐腐蚀等优点，但机械强度低，而一些铝合金虽然机械强度高，但耐蚀性和耐磨性低，因此必须对其表面进行处理，改善其表面状态。可选用机械剖光、化学剖光和电化学剖光的方式；

铝合金剖光后，表面会附着铝屑、灰尘和油污等脏物，需要对其表面进行清洁，丙酮的清洁力强、效果好，又不与铝合金发生反应；

c、在铝合金样品Ⅰ和铝合金样品Ⅱ上分别粘贴电阻应变片Ⅰ和电阻应变片Ⅱ；

d、将铝合金样品Ⅰ与电阻应变片Ⅰ的组合体装入锡箔袋Ⅰ中，袋口用硅橡胶密封；将铝合金样品Ⅱ与电阻应变片Ⅱ的组合体装入锡箔袋Ⅱ中，袋口用硅橡胶密封；

    将锡箔袋的袋口密封，保证测量期间样品与外界无气体交换。硅橡胶具有良好的耐热性、耐寒性，使用的温度范围宽；

e、将同一待测岩石制成两个相同的岩石样品，分别为岩石样品Ⅰ和岩石样品Ⅱ，并对其进行表面剖光，用丙酮进行表面清洗；

岩石样品在制备过程中，会造成外形不规则、表面粗糙等缺陷，因此需要通过剖光的方式进行表面处理。岩石剖光后，表面会附着碎屑、灰尘和油污等脏物，需要对其表面进行清洁，丙酮的清洁力强、效果好；

f、在岩石样品Ⅰ和岩石样品Ⅱ上分别粘贴电阻应变片Ⅲ和电阻应变片Ⅳ；

g、将岩石样品Ⅰ与电阻应变片Ⅲ的组合体装入锡箔袋Ⅲ中，袋口用硅橡胶密封；将岩石样品Ⅱ与电阻应变片Ⅳ的组合体装入锡箔袋Ⅳ中，袋口用硅橡胶密封；

    将锡箔袋的袋口密封，保证测量期间样品与外界无气体交换。硅橡胶具有良好的耐热性、耐寒性，使用的温度范围宽；

h、将铝合金样品Ⅰ与电阻应变片Ⅰ的组合体、岩石样品Ⅰ与电阻应变片Ⅲ的组合体放入恒温水浴槽中；

i、将铝合金样品Ⅱ与电阻应变片Ⅱ的组合体、岩石样品Ⅱ与电阻应变片Ⅳ的组合体放入阶梯级变温水浴槽中；

j、在恒温水浴槽和阶梯级变温水浴槽中分别放置温度传感器Ⅰ和温度传感器Ⅱ；

k、用数据记录仪实时采集电阻应变片Ⅰ、电阻应变片Ⅱ、电阻应变片Ⅲ、电阻应变片Ⅳ、温度传感器Ⅰ和温度传感器Ⅱ的电阻变化，并将其转化为应变和温度数据，存储到计算机中；

l、校验恒温水浴槽中铝合金样品Ⅰ和岩石样品Ⅰ在恒温条件下的变形，并用温度传感器Ⅰ记录恒温水浴槽的温度；

    恒温水浴槽中的铝合金样品Ⅰ和岩石样品Ⅰ在恒温条件下既有自身的变形，又有其他因素引起的变形，该步骤主要校验在恒温水浴槽中的铝合金样品Ⅰ和岩石样品Ⅰ在恒温条件下是否存在其他因素引起的变形；