集料堅(jiān)固性試驗(yàn)儀通過模擬自然環(huán)境中鹽結(jié)晶膨脹對(duì)集料的破壞作用，評(píng)估集料抵抗劣化的能力，核心原理基于鹽溶液滲透結(jié)晶產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力對(duì)集料結(jié)構(gòu)的損傷效應(yīng)。以下是其工作原理的詳細(xì)解析：

一、核心原理：鹽結(jié)晶膨脹破壞機(jī)制

溶液滲透將集料試樣浸入硫酸鈉（Na?SO?）或硫酸鎂（MgSO?）溶液中，溶液通過集料表面孔隙和微裂紋滲透至內(nèi)部，填充其孔隙結(jié)構(gòu)。此過程依賴毛細(xì)作用，溶液逐漸滲入集料內(nèi)部的微小空隙。

結(jié)晶膨脹浸泡后的集料經(jīng)烘干處理時(shí)，水分蒸發(fā)導(dǎo)致溶液濃度升高，達(dá)到飽和后鹽類結(jié)晶析出。以硫酸鈉為例：

結(jié)晶過程中，十水硫酸鈉（Na?SO??10H?O）失去結(jié)晶水變?yōu)闊o(wú)水硫酸鈉（Na?SO?），體積縮?。?/p>

但再次浸泡時(shí)，無(wú)水硫酸鈉吸水重新生成十水合物，體積膨脹約 2 倍，產(chǎn)生強(qiáng)大的結(jié)晶應(yīng)力（可達(dá)數(shù)十兆帕）。這種周期性膨脹應(yīng)力作用于集料內(nèi)部薄弱部位（如孔隙邊緣、微裂紋），導(dǎo)致集料破裂、剝落。

循環(huán)損傷累積通過 ** 浸泡 - 烘干循環(huán)（通常 5 次）** 模擬自然環(huán)境中干濕交替的侵蝕過程，累積損傷效應(yīng)，最終通過篩分計(jì)算集料的質(zhì)量損失率，判斷其堅(jiān)固性。

二、儀器組成與功能

浸泡容器

材質(zhì)：耐腐蝕（如不銹鋼），用于盛放集料和鹽溶液，確保溶液不與集料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

控溫功能：部分儀器配備恒溫裝置（如 20℃~25℃），保證溶液溫度穩(wěn)定，控制滲透速率。

烘干設(shè)備

加熱裝置：提供恒定溫度（如 105℃~110℃），加速水分蒸發(fā)，促進(jìn)鹽類結(jié)晶。

鼓風(fēng)系統(tǒng)：確保烘干過程均勻，避免局部溫度不均影響結(jié)晶效果。

篩分與稱量系統(tǒng)

標(biāo)準(zhǔn)篩：按粒徑分級(jí)（如 9.5mm、4.75mm 等），試驗(yàn)前后篩分集料，對(duì)比粒徑分布變化。

天平：精確稱量試樣質(zhì)量，計(jì)算質(zhì)量損失率（公式見下文）。

控制系統(tǒng)

時(shí)間控制器：設(shè)定浸泡（如 20h）和烘干（如 4h）時(shí)長(zhǎng)，嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)流程（如 GB/T 14685、ASTM C88 等）。

溫度傳感器：實(shí)時(shí)監(jiān)控溶液和烘干溫度，保證試驗(yàn)條件一致性。

三、試驗(yàn)流程與關(guān)鍵參數(shù)

試樣制備

選取代表性集料，經(jīng)篩分去除不符合粒徑要求的顆粒，洗凈烘干后稱量初始質(zhì)量（\(m_0\)）。

浸泡 - 烘干循環(huán)

第 1 步：浸泡將試樣浸入鹽溶液（濃度通常為 10%~15%），在規(guī)定溫度下保持一定時(shí)間（如 20h），使溶液充分滲透。

第 2 步：烘干取出試樣，放入烘箱烘干至恒重（如 4h），促使鹽類結(jié)晶。

循環(huán)次數(shù)：一般進(jìn)行 5 次循環(huán)，模擬長(zhǎng)期環(huán)境侵蝕。

篩分與結(jié)果計(jì)算

循環(huán)結(jié)束后，將試樣過篩，稱量留存于標(biāo)準(zhǔn)篩上的集料質(zhì)量（\(m_1\)）。

堅(jiān)固性質(zhì)量損失率計(jì)算公式：

\( \text{è′¨é??????¤±???} = \frac{m_0 - m_1}{m_0} \times 100\% \)

損失率越低，集料堅(jiān)固性越好。

四、不同方法的適用場(chǎng)景

方法	適用集料	原理特點(diǎn)
硫酸鈉法	大多數(shù)巖石集料（如花崗巖、玄武巖）	結(jié)晶膨脹應(yīng)力主要由物理作用引起，適用于一般環(huán)境評(píng)估。
硫酸鎂法	碳酸鹽類集料（如石灰?guī)r）	除物理膨脹外，硫酸鎂與碳酸鹽可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，加劇破壞，適用于嚴(yán)苛環(huán)境（如凍融循環(huán)頻繁地區(qū)）。

五、應(yīng)用意義

工程選材：用于混凝土、瀝青混合料等集料的質(zhì)量控制，確保結(jié)構(gòu)耐久性（如抗凍、抗鹽蝕）。

標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)：符合國(guó)內(nèi)外規(guī)范（如中國(guó) GB/T 14685、美國(guó) ASTM C88），為設(shè)計(jì)和施工提供量化指標(biāo)。

通過模擬自然侵蝕過程，集料堅(jiān)固性試驗(yàn)儀為評(píng)估集料在實(shí)際使用中的穩(wěn)定性提供了科學(xué)、可靠的方法，是土木工程材料檢測(cè)的關(guān)鍵設(shè)備之一。

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集料堅(jiān)固性試驗(yàn)儀工作原理

一、核心原理：鹽結(jié)晶膨脹破壞機(jī)制

二、儀器組成與功能

三、試驗(yàn)流程與關(guān)鍵參數(shù)

四、不同方法的適用場(chǎng)景

五、應(yīng)用意義

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二、儀器組成與功能

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