岩石(砂砾料)冻融试验自动化系统关键技术

任务来源：

技术领域：水利工程建设与管理

技术来源：自主研发，授权专利：“自清洁式岩石冻融自动化试验装置”“自动化双恒温空间的岩石冻融试验系统”。近些年在西部高寒地区开展的水利工程较多，而西部昼夜温差和季节性温差带来的岩石（砂砾料）冻融问题尤为突出，水资源高效开发利用“高寒区长距离供水工程能力提升与安全保障技术”中对多场耦合条件下冻融试验进行了深入研究，该技术成果是研究内容之一。 

技术原理

岩石冻融是研究岩石性能指标的其中一项重要指标，按照SL 264—2001《水利水电工程岩石试验规程》要求，岩石冻融的试验需在20℃±2℃和-20℃±2℃的环境中进行，两种温度条件下试件保持4h后交替。该技术对冻结过程、融解过程进行原理分析，运用恒温控制技术、冻融高速转换技术和冻融自动控制技术等3项技术，形成一套岩石冻融试验自动化技术方案，研制出了一套岩石冻融试验自动化设备，用温度检测传感器、数据采集传输模块和PLC控制技术结合先进的软件开发平台，由高效制冷装置和恒温加热装置作为执行装置。 

技术特色

（1）技术装置实现了冻融试验的自动化运转，保证冻结过程中温度保持在-20℃±2℃（可调），溶解过程中温度保持在20℃±2℃（可调），冻融过程转化实现自动转换，解决了岩石冻融试验过程中传统方法存在的问题。
（2）试验过程自动控制，冻融条件满足规范要求，结构合理，控制装置设计人性化，便于检测人员的操作。在使用中冻融转换装置灵活，冻融空间温度稳定。设备在运行中噪声小，试验用水可以长期使用，减少试验人员的工作强度。
（3）试验过程自动化运转平稳，可以按照规范中规定的冻融温度和冻融时间及循环次数要求工作，能够进行数据的查询和试验状态的记录，智能化程度高，工艺技术成熟。 

技术指标

依据JJF 1101—2003《环境试验设备温度、湿度校准规范》的要求，经过校准部门检测的技术指标为：温度分辨率为0.1℃；冻结温度为-20℃±2℃（可调），控制误差为-0.10℃；融解温度为20℃±2℃（可调），控制误差为-0.07℃；温度波动度分别为±0.05℃/30min(融解)、±0.28℃/30min(冻结)。
按照岩石试验规程SL 264—2001的要求，测试指标为：冻结保持时间为4h（可调）、融解保持时间为4h（可调）。采用自动方式，冻融转换时间不高于30min；时间显示精度为min；冻融循环次数<999次（可调）；冻融转化模式为自动控制；输入总功率为4500W/380V。 

应用范围及前景

该技术属于岩石性能研究的范围，可应用于水利水电工程中岩石冻融性能的试验研究，也可开展特殊冻融条件的岩石冻融特性研究和非标准方法的材料冻融特性研究。

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黄河勘测规划设计研究院有限公司

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