[發明專利]用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110204190.5
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102351493A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 李利平;周毅;趙巖;李術才;宋曙光;胡聰
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C04B28/14
• 分類號: C04B28/14
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料，屬于材料科學技術領域。

背景技術

目前很多學者大量通過地質力學模型試驗來研究地下工程設計和施工方法的優化，進行施工過程力學規律的探索。但現在的地下工程模型試驗存在明顯的不足，在模擬噴射混凝土時一般僅考慮采用控制水膏比來實現力學相似。但是，在模型試驗的實際操作過程中，模擬噴射混凝土的相似材料與模型體相似材料粘結性差，難以真正起到模擬實際工程中噴射混凝土的作用，并且施做困難；同時強度難以控制，初凝時間較長，難以模擬實際工程的施工進度。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料，該種材料采用高濃度的松香酒精溶液作為粘結劑，提高模擬噴射混凝土的相似材料與模型體相似材料的粘結性；采用重晶石粉和水泥作為調節劑，控制模擬噴射混凝土的相似材料強度和彈性模量，有利于模擬實際工程中不同強度，不同厚度的噴射混凝土。

本發明的另一目的是提供該種材料的制備方法。

本發明采取的技術方案為：

一種用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料，該種材料的重量份組成為：石膏粉1份，重晶石粉0.1～0.2份，水泥0～0.1份，松香酒精溶液0.33份。

該種材料的重量份組成為：石膏粉1份，重晶石粉0.1份，水泥0.05份，松香酒精溶液0.33份。

所述的石膏粉初凝時間≤5分鐘，終凝時間≤15分鐘。

所述的重晶石粉細度為325目。

所述的水泥為抗壓強度為32.5MPa的普通硅酸鹽水泥。

所述的松香酒精溶液質量百分濃度為20％。

一種用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料的制備方法，包括以下步驟：

1)嚴格按比例稱取石膏粉、重晶石粉、水泥、松香、酒精溶液；

2)將松香碾成粉狀；

3)將松香粉末加入到酒精溶液，在密閉容器中水浴加熱到30～40℃；

4)輕輕搖動容器，溫度保持30～40℃，待松香完全溶于酒精；

5)將松香酒精溶液冷卻至室溫；

6)將石膏粉、重晶石粉、水泥混合均勻；

7)在混合均勻的材料中倒入松香酒精溶液，均勻攪拌5～10分鐘。

本發明所述的一種用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料，采用高濃度的松香酒精溶液作為粘結劑，提高模擬噴射混凝土的相似材料與模型體相似材料的粘結性；采用重晶石粉和水泥作為調節劑，控制模擬噴射混凝土的相似材料強度和彈性模量，材料主要參數范圍如表1，在單軸抗壓條件下的應力應變曲線如附圖1：

表1

本發明所述的一種用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料，研究了可用模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料的技術方案和制備方法，解決了傳統噴層混凝土相似材料與模型體相似材料粘結性差，強度難以控制的問題。將模擬噴射混凝土的相似材料應用于模型試驗中，與前人研究相比，更接近工程實踐，所得出的地質力學形似模型試驗研究成果更準確。

本發明選用石膏粉、重晶石粉、水泥、松香、酒精溶液作為組成成分，其中，石膏粉作為主要骨料，其力學性質與模型試驗材料的要求比較接近，并且其遇水后本身的粘結性較好；重晶石粉作為調節劑，主要是調節相似材料的重度，使相似材料滿足相似原理的要求；水泥作為添加劑，是調節相似材料的強度；高濃度的酒精松香溶液作為粘結劑，在提高材料自身的粘結性和強度之外，更重要的是提高了模擬噴射混凝土的相似材料與模型體相似材料的粘結性，解決了傳統噴層混凝土相似材料與模型體相似材料粘結性差，強度難以控制的問題。另外，通過調節重晶石粉和水泥的比重，可以增大相似材料力學參數的變化范圍，大大提高模擬噴射混凝土相似材料的應用范圍。

本發明提出了模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料的技術方案，具有以下優點：

1、能實現模擬噴層混凝土的相似材料與模型體相似材料的良好粘結；

2、能調節模擬噴層混凝土的相似材料的強度和彈性模量，來模擬實際工程中不同強度，不同厚度的噴層混凝土；

3、能控制初凝和終凝時間，實現模擬實際工程的施工進度。

附圖說明

圖1材料的試樣在單軸抗壓條件下的應力應變曲線圖。

具體實施方法

下面結合實施例對本發明進一步說明。

本發明所用的石膏粉的初凝時間≤5分鐘，終凝時間≤15分鐘；重晶石粉的細度為325目；水泥為32.5水泥；松香酒精溶液質量百分濃度為20％。

實施例1