1.試驗(yàn)概述

1.1試驗(yàn)試樣

試驗(yàn)選取大足石刻周邊同一侏羅系地層的青砂巖和紅砂巖作為巖樣，XRD測試可得礦物成分主要由石英，長石，伊利石組成，如表1所示。基本物理力學(xué)參數(shù)如表2所示。在巖樣的加工過程中，首先將采集的原巖切割成30個(gè)立方體，再進(jìn)行打磨，將巖樣制成50 mm×50 mm×50 mm的立方體試樣，并在其頂部中心用環(huán)氧樹脂膠結(jié)劑黏接金屬掛鉤以便試驗(yàn)中量測質(zhì)量的變化。

1.2試驗(yàn)裝置

本次模擬砂巖毛細(xì)吸水試驗(yàn)以自行設(shè)計(jì)的毛細(xì)吸水連續(xù)測量裝置為主體，如圖1所示，結(jié)合高密度電法作為電阻率測量裝置，如圖2所示。

圖1毛細(xì)吸水連續(xù)測量裝置

圖2高密度電阻率測量裝置

毛細(xì)吸水連續(xù)測量裝置由有機(jī)玻璃試驗(yàn)箱、浸潤部分和稱重記錄部分組成。試驗(yàn)箱預(yù)留了數(shù)個(gè)小孔，以供KE-COS-03溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控儀和梁式稱重傳感器的安裝，通過在內(nèi)置的溶液槽內(nèi)倒入相應(yīng)的飽和鹽溶液，即可使箱體內(nèi)部溫濕度在預(yù)定范圍內(nèi)保持相對穩(wěn)定。箱體內(nèi)部放置有“回”形浸潤槽及升降臺，可溶鹽溶液通過輸液管與浸潤槽相連，并在浸潤槽內(nèi)側(cè)設(shè)置有5 mm深的泄液槽，保持浸潤槽內(nèi)的溶液高度穩(wěn)定，槽外側(cè)粘接標(biāo)尺，以便觀測試樣表面毛細(xì)吸水高度的變化。安裝于箱體頂部的梁式稱重傳感器通過高強(qiáng)聚乙烯繩與下部試樣連接。當(dāng)試樣因毛細(xì)吸水而發(fā)生質(zhì)量改變時(shí)，梁式傳感器所輸出的電信號將由外部線路傳至HY-R200T多路信號記錄儀中。

本次試驗(yàn)中的高密度電法測量，采用WGMD-9超級高密度電法儀作為采集系統(tǒng)，其由信號發(fā)射和采集主機(jī)WDA-1B和多路電極轉(zhuǎn)換器WDZJ-4組成。采用自行設(shè)計(jì)的微電極陣列作為測試電極，如圖3所示。微電極陣列由30個(gè)1 mm粗的銅針電極以5 mm間距排列而成，電極陣列全長150 mm。各電極與導(dǎo)電基座通過彈簧連接，有8 mm的伸縮空間，以保證電極與試樣表面密切接觸，消除因表面凹凸不平產(chǎn)生的測試誤差。由于試驗(yàn)現(xiàn)象存在對稱性，故設(shè)置微電極的測深為25 mm。

圖3微電極裝置

1.3試驗(yàn)方案

試驗(yàn)取樣地區(qū)年平均相對濕度為70%~80%，年平均溫度約為20℃。因此，控制試驗(yàn)箱內(nèi)溫度為20℃。借由飽和鹽溶液對水蒸氣的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性，控制試驗(yàn)箱濕度分別為65%RH和85%RH。依據(jù)大足石刻所在區(qū)域的地質(zhì)條件和水質(zhì)測試結(jié)果，結(jié)合《天然石材試驗(yàn)方法：毛細(xì)吸水系數(shù)的測定》(GB/T 9966.13)(中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)編寫組，2021)和《天然石材試驗(yàn)方法：鹽結(jié)晶強(qiáng)度的測定》(GB/T 9966.17)(中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)編寫組，2021)，選用青砂巖和紅砂巖，人工制備不同鹽溶液，研究孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙溶液、干濕循環(huán)和相對濕度對毛細(xì)運(yùn)移和電阻率分布特性的影響。試驗(yàn)方案如表3所示，在正式試驗(yàn)前進(jìn)行一次蒸餾水試驗(yàn)作為對照，相同試驗(yàn)條件開展3次平行重復(fù)。

表3試驗(yàn)方案

1.4試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)包含試樣的預(yù)處理及安裝，調(diào)制溫濕度，設(shè)置試驗(yàn)時(shí)長，電阻率量測等關(guān)鍵步驟。

(1)試驗(yàn)前先將黏接好掛鉤的試樣在105℃烘箱中烘干20 h至恒重，再轉(zhuǎn)移到干燥箱中冷卻2.0±0.5 h至室溫后，采用電子天平稱重記錄初始值。

(2)試驗(yàn)箱中提前放置飽和CaCl2溶液，使箱內(nèi)溫濕度穩(wěn)定在20℃、85%/65%RH。用高強(qiáng)聚乙烯線將砂巖試樣懸掛至稱重傳感器上，待記錄儀讀數(shù)穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕抬升實(shí)驗(yàn)臺使砂巖試樣底部浸入溶液中5±1 mm。

(3)在浸潤時(shí)間分別為3 h、6 h、10 h和24 h時(shí)刻拍攝試樣表面浸潤線高度和結(jié)晶情況，并取下試樣進(jìn)行高密度電阻率測試。測試使用14個(gè)電極以斯倫貝爾陣列沿著巖樣對角線進(jìn)行，測量前在電刷微電極端部涂抹少量導(dǎo)電脂，使電極與砂巖試樣表面良好接觸。供電電壓選用100Ⅴ直流電，供電時(shí)間，單次電阻率測試時(shí)間控制在5 min內(nèi)。

(4)單次毛細(xì)吸水和電阻率測試實(shí)驗(yàn)以24 h為1次循環(huán)，累積浸潤時(shí)間達(dá)到24 h后取出稱重記錄，并導(dǎo)出信號記錄儀的信號數(shù)據(jù)，隨后將試樣放入105℃烘箱中烘干20 h。

(5)取出烘干后試樣，放置在干燥箱中冷卻2.0±0.5 h至室溫后用毛刷輕掃表面浮鹽，收集脫落的巖屑與鹽結(jié)晶并稱重記錄。因此，一次完整的干濕循環(huán)需要總時(shí)長為47±0.5 h，其中浸潤24 h，烘干20 h，冷卻2.0±0.5 h，電阻率測試20 min，試樣轉(zhuǎn)移20 min，稱重記錄20 min。隨后采用新配置的鹽溶液重復(fù)(2)~(5)步驟，每塊試樣均進(jìn)行1次蒸餾水試驗(yàn)和5次鹽溶液干濕循環(huán)試驗(yàn)。