[发明专利]微米级颗粒堆积密实度测试装置及其测试方法

说明书

本发明公开了微米级颗粒堆积密实度测试装置及其测试方法，属于材料科学与工程技术领域，该测试装置包括活塞、外套筒、滤膜、不锈钢滤网、带孔薄片、密封垫圈、带孔支撑组件、储液组件和脱模装置。测试装置将孔径与强度均从小到大的过滤介质组合，形成过滤组件，保证截留率的同时，大大增大其可承受的最大应力，增大其适用范围。本发明还公开了其测试方法，可以准确判断颗粒的紧密堆积状态，测试出微米级颗粒的堆积密实度。该测试装置及测试方法解决了现有方法无法完全消除颗粒团簇的影响、临界条件判断较主观等问题，实现了微米级颗粒堆积密实度的准确测试，有利于实际工程中预测固液混合物的流变性能、优化配比乃至保障制品的最终质量。

技术领域

本发明属于颗粒堆积密实度测试技术领域，具体涉及微米级颗粒堆积密实度测试装置及其测试方法。

背景技术

利用颗粒作为原材料制备制品的工艺广泛应用于各个领域，例如：混凝土、陶瓷、冶金(粉末冶金技术)等。颗粒的堆积状态是影响其制品质量与性能的重要参数。以混凝土为例，骨料与水泥净浆混合时，一部分水泥浆体会进入骨料间的空隙，进而失去润滑作用，而另一部分浆体则可以润滑颗粒表面，使得混合物的流变性能得以改善。

因此，通过调节骨料的形貌与粒径分布降低固体混合物的空隙率，可以减少填充空隙的浆体量，当水泥净浆的含量一致时，能大大提升新拌混凝土的流变性能，减少脱空，提高硬化混凝土内部的均匀性；而当新拌混凝土的流变性能相同时，可以有效减少浆体的用量，在降低生产成本的同时减小硬化混凝土的开裂风险。

颗粒堆积密实度，为单位体积中可以填充的最大固相体积，是反映颗粒堆积状态的重要参数，亦是混合物流变性能预测模型中的主要参数。准确测量颗粒的堆积密实度对于预测混合物的流变性能、优化配比乃至保障制品的最终质量均具有重要意义。

目前，测试颗粒堆积密实度的方法主要分为“干法”与“湿法”两种。“干法”通过测量干燥颗粒的容重获得颗粒的堆积密实度。“湿法”则将颗粒与溶剂(通常为水)混合，通过测试混合物的容重、稠度或者观察混合物的状态，找出最小的溶剂用量，进而得出颗粒的堆积密实度。

“干法”操作简单，但无法破坏颗粒间引力(范德华)作用引起的团簇，仅适用于大粒径颗粒；“湿法”能一定程度上减弱范德华引力的影响，减小空隙率，使测试结果更接近真实值，常用于测试小粒径颗粒的堆积密实度。然而，“湿法”仍不能完全消除颗粒团簇的影响，且判断条件较主观，无法精确测量小粒径颗粒(尤其是微米级颗粒)的堆积密实度，测试结果亦不能结合现有模型较好地预测混合物的流变性能。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出微米级颗粒堆积密实度测试装置，能消除颗粒间范德华引力的影响，准确测量微米级颗粒堆积密实度；本发明的另一目的是提供其测试方法。

技术方案：本发明采用如下技术方案：微米级颗粒堆积密实度测试装置，包括活塞、外套筒、滤膜、不锈钢滤网、带孔薄片、密封垫圈、带孔支撑组件、储液组件和脱模装置；外套筒上下敞口，上部装入活塞，下部通过螺纹与带孔支撑组件相连，形成储料仓，用以装待测试的固液混合物；带孔薄片、不锈钢滤网和滤膜依次置于带孔支撑组件上方，相互无连接，形成测试装置的过滤部件；储液组件位于带孔支撑组件下方，用以储存过滤出的液体；

进一步地，外套筒的内径为50mm，距顶端20mm处有一凹槽，用于固定待测样品的初始高度，外侧底端有10mm的螺纹，用以连接带孔支撑组件。

进一步地，活塞的上端直径为100mm，与万能试验机常规压缩夹具的直径一致，可有效避免出现偏心加载；下端表面光滑，直径为50mm，装入外套筒后会形成0.02～0.06mm的间隙，便于其在外套筒中上下活动，传载外加载荷至待测样品上。

进一步地，活塞与外套筒材质优选硬度较高的不锈铁，防止大载荷下产生较大的变形影响装置的后续使用。