本实用新型属于土工材料性能测试设备技术领域，具体涉及一种能够在不同化学环境的温度循环作用下进行土工膜拉伸试验的装置。
背景技术：
土工膜因具有防渗性能好、适应变形能力强、工程造价低及施工速度快等优点，已广泛应用于堤坝、库盘、渠道、垃圾填埋场等防渗工程。而温度、氧气、湿度、酸碱度、金属离子浓度等因素都会对土工膜的力学性能产生影响。
我国西部地区气候环境恶劣，如新疆、内蒙等地区，干燥少雨，昼夜温差大，季节温差大，夏季温度高达48℃，冬季温度低至-30℃，极限温差达70℃以上。而土工膜属于温度敏感型材料，在这种冷热循环大温差环境中土工膜的力学特性差异明显。
化学作用对土工膜的影响在垃圾填埋场的防渗工程中尤为常见。研究表明渗滤液中的过渡金属(co、mn、cu、al、fe等)会与土工膜中的抗氧化剂反应，促进降解。实验表明，表面活性剂等化学物质能减小水的表面张力，加速抗氧化剂的迁移扩散，加快土工膜的降解。土工膜在诸多化学作用下力学特性差异明显。
申请号201911041051.8，实用新型名称为密封胶高温拉伸试验装置的专利申请，这种高温拉伸试验装置依靠拉伸温度控制箱内的加热片进行温度控制，但是由于加热片直接在土工膜试样所在的环境内进行加热，导致加热片附近区域的温度较高，使得对土工膜试样的温度控制不均匀。由于加热片直接在拉伸温度控制箱内对箱内空气进行加热，导致试样导热的介质只能为空气，不能改变为液体或其他气体。由于无法改变导热介质，所以也无法改变冷热循环过程中试样所处的化学环境，无法考虑酸性溶液、碱性溶液、含有过渡金属的渗滤液、酸性气体、碱性气体等不同浓度的含有不同离子的介质对土工膜在冷热循环条件下拉伸性质的影响。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种能使土工膜试样均匀受热、能以多种气体或液体导热、能方便快捷地控制材料所处的化学环境且能使土工膜试样在不同化学环境中进行温度循环作用下拉伸试验的一种能够在不同化学环境的温度循环作用下进行土工膜拉伸试验的装置。
本实用新型技术方案如下：
一种土工膜拉伸试验装置，包括万能试验机和介质循环箱，万能试验机内部设置有材料罩，材料罩为箱体结构，材料罩一侧转动连接有箱门，材料罩顶部和底部均开设有同轴的通孔，位于材料罩顶部和底部的拉伸杆穿过通孔伸入材料罩内，两个拉伸杆的伸入端均连接有万能试验机夹具，土工膜试样连接在两个夹具之间；位于材料罩顶部的拉伸杆上设置有拉力传感器，材料罩外侧壁上设置温度传感器；
介质循环箱为双层保温密闭结构，介质循环箱上部还设有密封盖，介质循环箱内设有加热电阻，外侧壁上设有温度控制器；介质循环箱侧壁上设置输入阀，输入阀与外部液氮系统连接；
材料罩和介质循环箱之间通过两条保温连接管连通；
拉力传感器和温度传感器与数据采集器电连，数据采集器、温度控制器和万能试验机控制系统均与计算机电连。
进一步地，为了测量罩体内介质的温度更精确，拉伸杆与材料罩之间密封连接，箱门关闭后，材料罩内密封不透水/气。
优选地，材料罩两侧壁上分别开设有出罩阀和进罩阀；
介质循环箱内由隔板分隔成左箱室和右箱室，两箱室之间相通，且两箱室之间设有泵；左箱室底部侧壁上设有进口阀，右箱室底部侧壁上设有出口阀，右箱室顶部侧壁上设有输入阀，出口阀和材料罩的进罩阀之间连接保温连接管，进口阀和和材料罩的出罩阀之间连接保温连接管。
优选地，为了方便更换夹具，万能试验机夹具可拆卸，与万能试验机拉伸杆之间采用螺杆连接。
优选地，介质循环箱两箱室之间的泵能泵送气体或液体，可采用蠕动泵。
本实用新型利用介质冷热循环流动控制土工膜在不同化学环境中温度的循环变化，介质可为空气、水、酸性溶液、碱性溶液、含有过渡金属的渗滤液、酸性气体、碱性气体等，介质流动路径为：介质循环箱右箱室→进罩阀→右侧保温连接管→进口阀→材料罩→出口阀→左侧保温连接管→出罩阀→介质循环箱左箱室→泵→介质循环箱右箱室。
本实用新型与现有技术相比，具有以下技术效果：
本实用新型利用介质冷热循环流动控制土工膜在不同化学环境中温度的循环变化，介质可为气体或液体；由加热电阻和液氮在介质循环箱中实现对温度的控制，由泵利用左右箱室之间压强差实现介质在材料罩和介质循环箱之间的循环流动，使得介质能够以不同的温度多次流经试样，对试样进行该介质环境下温度循环的作用；本实用新型可实现不同化学环境下的温度循环，更方便有效地控制材料环境，更均匀地控制材料的温度使得加热过程中材料罩内的温度场更均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的实施例和技术方案，下面将对实施例和技术方案描述中所需使用的附图作简单介绍。
图1是本实用新型的主视图结构；
图2是本实用新型的俯视图结构；
图3是材料箱的剖视图结构；
图4是材料箱的主视图结构；
图5是介质循环箱的剖视图结构；
图6是拉伸杆连接部分示意图。
图7是冷热循环系统的自动控制电路图。
标号说明：1、万能试验机，2、材料罩，3、介质循环箱，4、保温连接管，5、数据采集器，6、计算机，11、拉伸杆，12、万能试验机夹具，13拉力传感器，21、传感器触头，22、温度传感器，23、进样门，24、进口阀，25出口阀，31、左箱室，32、右箱室，33、泵，34、加热电阻，35、温度控制器，36、进罩阀，37、出罩阀，38、输入阀，39、密封盖。
具体实施方式
下面结合附图描述本实用新型的具体实施例。
如图1-6所示，一种土工膜拉伸试验装置，能够在不同化学环境的温度循环作用下进行，具体结构包括万能试验机1和介质循环箱3，万能试验机内部设置有材料罩2，材料罩为箱体结构，材料罩一侧转动连接有箱门，材料罩顶部和底部均开设有同轴的通孔，位于材料罩顶部和底部的拉伸杆11穿过通孔伸入材料罩内，两个拉伸杆的伸入端均连接有万能试验机夹具12，土工膜试样连接在两个夹具之间，拉伸杆11与材料罩之间密封连接，箱门关闭后，材料罩内密封不透水/气；位于材料罩顶部的拉伸杆上设置有拉力传感器13，材料罩外侧壁上设置温度传感器22，温度传感器的触头伸入罩体内，用于测量罩体内溶液或气体的温度；材料罩两侧壁上分别开设有出罩阀24和进罩阀25；
介质循环箱3为双层保温密闭结构，介质循环箱3上部还设有密封盖39，介质循环箱内设有加热电阻34，外侧壁上设有温度控制器35；介质循环箱3内由隔板分隔成左箱室31和右箱室32，两箱室之间相通，且两箱室之间设有泵33；左箱室底部侧壁上设有进口阀37，右箱室底部侧壁上设有出口阀36，右箱室顶部侧壁上设有输入阀38，输入阀与外部液氮系统连接，出口阀和材料罩的进罩阀之间连接保温连接管4，进口阀和和材料罩的出罩阀之间连接保温连接管；
拉力传感器13和温度传感器22与数据采集器5电连，数据采集器5、温度控制器35和万能试验机控制系统均与计算机6电连。
如图6所示，万能试验机夹具12可拆卸，与拉伸杆11之间采用螺纹连接。
如图7所示，采用自动控制电路对冷热循环进行控制。接通电源，51单片机运行程序向ds18b20发送读取温度命令。随后ds18b20先由温度传感器感受介质温度，化为模拟信号，再由ad转换器将模拟信号转化为数字信号(ds18b20中数字变化一位温度变化0.0625℃)，并将数字信号传给8051的引脚p3.7。根据计算，我们可以得知，0℃对应的十六进制为0000h，50℃对应的十六进制为0320h。将ds18b20传输的数字信号与0320h比较，小于0320h时将引脚p2.7输出为高电平，按键开关s1闭合，加热电阻开始工作，直至ds18b20传输信号达到0320h，将p2.7输出低电平，s1断开，将上述过程进行设定小时数的循环；而后将p2.7输出低电平，将p2.2输出高电平，s2闭合，阀门u5通电开始降温，直至为零，将ds18b20传输信号与0000h相比，大于0000h时，将p2.2输出高电平，将上述过程进行设定小时数的循环；至此高低温循环一次。
本实用新型可用于考虑不同化学环境下温度循环作用的土工膜拉伸试验。
下面以土工膜在1‰硫酸亚铁溶液的环境中，0-50℃，高低温各恒定1h，位移速率为0.2mm/min的耦合拉伸试验为例介绍一种能够在不同化学环境的温度循环作用下进行土工膜拉伸试验的装置的使用方法，方法包括以下步骤：
a)安装材料罩2并用保温连接管4将其与介质循环箱3相连。将拉力传感器13(utm4503电子万能试验机所配备)和温度传感器22(wzp-104引线式热电阻)与数据采集器5(ohr-e200型双路变送输出温度压力显示采集器)电连，数据采集器5和温度控制器35与计算机6电连。
b)放置裁剪好的土工膜试样于万能试验机夹具12上，关闭箱门23。
c)配制1‰硫酸亚铁溶液，从顶部倒入介质循环箱3右箱室32，并盖上密封盖。
d)打开出口阀、进罩阀，硫酸亚铁溶液从右箱室32经保温连接管4流入材料罩2；打开出罩阀、进口阀，硫酸亚铁溶液经保温管流动到左箱室31，此时右箱室32、材料罩2和左箱室31的溶液高度相同且均高于材料罩中万能试验机夹具12上部在试验中能达到的最大位置。
e)打开泵33，调节泵33，保证左箱室31的液面始终低于右箱室32，即使得左箱室31的液面低于材料罩2的液面低于右箱室32的液面。此时硫酸亚铁溶液从左箱室31经由泵33输送到右箱室32，溶液从压强高的右箱室32流入压强较低的材料罩2，而左箱室31液面高度低于材料罩2液面高度，使溶液又从材料罩2流入压强最低的左箱室31，流入左箱室31的溶液再经由泵33输送到右箱室32，最终使得硫酸亚铁溶液在介质循环箱3和材料罩2之间循环流动。
f)用计算机6设置调节温度控制器35温度变化范围为0-50℃，高低温持续时长1小时，输入阀38连接液氮。计算机作为总控，控制万能试验机的拉伸速率0.2mm/min，接收来自数据采集器5的拉力和温度信息。温度循环自动控制系统实时接收信息，控制温度控制器35进行电阻加热和液氮输入阀38的开关。此时，计算机控制温度控制器35调节加热电阻34加热温度为50℃，当数据收集器5显示收集到的温度传感器22测得的材料罩内介质的温度达到50℃并持续1小时后，关闭加热电阻34，打开输入阀38，输入液氮制冷；当数据收集器5显示收集到的温度传感器22测得的材料罩内介质的温度达到0℃并持续1小时后，关闭输入阀38，打开加热电阻34。如此循环往复，直至得到完整拉伸曲线。
g)关闭进罩阀，使材料罩2中溶液从出罩阀流出。计算机6输出1‰硫酸亚铁溶液环境中0-50℃冷热循环条件下的土工膜拉伸试验曲线。打开箱门取出土工膜试样。
h)试验结束，整理并清洗试验装置。
该实验得到的曲线表示在1‰的硫酸亚铁溶液环境中0-50℃冷热循环条件下的土工膜拉伸试验曲线。通过对比不同浓度溶液试验曲线得到在不同浓度的硫酸亚铁溶液环境中温度循环作用下土工膜拉伸性质的变化得到铁离子对温度循环作用中的土工膜的影响。该装置还能将上述的硫酸亚铁溶液改变为其他介质，考虑酸性溶液、碱性溶液、含有过渡金属的渗滤液、酸性气体、碱性气体等液体或气体对土工膜在冷热循环条件下拉伸性质的影响。
以上所述仅为本实用新型的较佳实例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种土工膜拉伸试验装置，其特征在于：包括万能试验机和介质循环箱，万能试验机内部设置有材料罩，材料罩为箱体结构，材料罩一侧转动连接有箱门，材料罩顶部和底部均开设有同轴的通孔，位于材料罩顶部和底部的拉伸杆穿过通孔伸入材料罩内，两个拉伸杆的伸入端均连接有万能试验机夹具，土工膜试样连接在两个夹具之间；位于材料罩顶部的拉伸杆上设置有拉力传感器，材料罩外侧壁上设置温度传感器；
介质循环箱为双层保温密闭结构，介质循环箱上部还设有密封盖，介质循环箱内设有加热电阻，外侧壁上设有温度控制器；介质循环箱侧壁上设置输入阀，输入阀与外部液氮系统连接；
材料罩和介质循环箱之间通过两条保温连接管连通；
拉力传感器和温度传感器与数据采集器电连，数据采集器、温度控制器和万能试验机控制系统均与计算机电连。
2.按照权利要求1所述的一种土工膜拉伸试验装置，其特征在于：拉伸杆与材料罩之间密封连接，箱门关闭后，材料罩内密封不透水/气。
3.按照权利要求1所述的一种土工膜拉伸试验装置，其特征在于：材料罩两侧壁上分别开设有出罩阀和进罩阀；
介质循环箱内由隔板分隔成左箱室和右箱室，两箱室之间相通，且两箱室之间设有泵；左箱室底部侧壁上设有进口阀，右箱室底部侧壁上设有出口阀，右箱室顶部侧壁上设有输入阀，出口阀和材料罩的进罩阀之间连接保温连接管，进口阀和材料罩的出罩阀之间连接保温连接管。
4.按照权利要求1所述的一种土工膜拉伸试验装置，其特征在于：万能试验机夹具可拆卸，与万能试验机拉伸杆之间采用螺杆连接。
5.按照权利要求1所述的一种土工膜拉伸试验装置，其特征在于：介质循环箱两箱室之间的泵能泵送气体或液体。
技术总结