專利名稱：：一種改性相似材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種改性相似材料及其制備方法，具體的講，涉及一種用于模擬真實巖石的砂漿材料。
背景技術(shù)：
：相似模擬試驗是按一定的幾何、物理關(guān)系，用模型代替原型進行測試研究，并將研究結(jié)果用于原型的試驗方法。它是一種重要的科學(xué)研宄手段，是在實驗室內(nèi)按相似原理制作與原型相似的模型，借助測試儀表觀測模型內(nèi)力參數(shù)及其分布規(guī)律，利用在模型上研究的結(jié)果，借以推斷原型中可能發(fā)生的力學(xué)現(xiàn)象以及巖體壓力分布的規(guī)律，從而解決巖體工程生產(chǎn)中的實際問題。這種研究方法具有直觀、簡便、經(jīng)濟、快速以及試驗周期短等優(yōu)點。而且能夠根據(jù)需要，通過固定某些參數(shù)，改變另一些參數(shù)來研究實際工程中的應(yīng)力隨時間的變化規(guī)律，這些都是在現(xiàn)場條件下難以實現(xiàn)的。相似材料是相似試驗成功與否的關(guān)鍵，為此對相似材料必須滿足一下要求(1)相似材料的主要力學(xué)性質(zhì)與模擬的巖層的結(jié)構(gòu)相似。如模擬破壞過程時，應(yīng)使相似材料的單向抗壓強度與抗拉強度相似于原型材料；(2)材料的力學(xué)性能穩(wěn)定，不易受外界條件(濕度、溫度等)的影響；(3)改變材料的配比，可使材料的力學(xué)性能發(fā)生改變，以適應(yīng)相似條件的需要。(4)容易成型，制作方便，凝固時間短；(5)材料來源廣，成本低廉。目前，用于相似試驗的相似材料有很多種，比如石蠟、純石膏、石膏硅藻土混合模擬材料、水泥浮石混合料等，雖然這些相似材料在具體的試驗中起到了一定的作用，但是，還是有很多缺點，比如石蠟，這種材料制作試件時需要施加一定的溫度，操作不方便，因此不常用；石膏的彈性模量可調(diào)節(jié)范圍不大，極限抗壓強度與抗拉強度的比值過小，因而它的應(yīng)用范圍受到了一定的限制；石膏、硅藻土和水配合而成的相似材料隨著硅藻土的摻入量的增加；會出現(xiàn)體積縮小的現(xiàn)象。為此，開發(fā)一種能滿足相似試驗要求的相似材料是十分必要的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種能最大程度滿足相似試驗要求以模擬巖石的相似材料，能用于服務(wù)科研的相似試驗。本發(fā)明提出的改性相似材料，采用普通水泥或早強水泥、河砂為主要原料，以橡膠粉為改性組分，加以早強防凍劑、減水劑制備獲得，其組分按重量百分比的配方如下:水泥15-35份河砂45-65份水6-15份橡膠粉1-40份早強防凍劑0.3-1份防水劑0.3-0.7份減水劑0.1-0.5份其較優(yōu)的組分配比如下水泥20-30份河砂50-60份水8-12扭橡膠粉3-10份早強防凍劑0.6-0.9份防水劑0.4-0.6份減水劑0.2-0.4份為了達到更好的效果，橡膠粉優(yōu)選為40目橡膠粉。為了達到更好的效果，橡膠粉可先經(jīng)過強堿溶液處理，處理方法為先將橡膠粉與含l%NaOH的溶液按照1:10~15的比例放入含1。/。NaOH溶液中浸泡40min,然后用清水沖洗橡膠粉，放于通風(fēng)處自然風(fēng)干。本發(fā)明提出的改性相似材料的制備方法如下(1)分別按重量百分比稱取水泥、河砂、橡膠粉、早強防凍劑、減水劑和,；(2)將水和防水劑摻和并攪拌均勻；(3)將水泥、河砂和橡膠粉倒入攪拌機，攪拌3-5分鐘；(4)再在攪拌機中加入早強防凍劑和減水劑，攪拌3分鐘；(5)在步驟(4)中進行攪拌的同時，加入由步驟(2)得到的混合液體，攪拌均勻。本改性相似材料有如下特點該相似材料來源方便、容易成型、易于加工，力學(xué)性能穩(wěn)定、不易受外界條件影響，適合做線彈性模型。圖1為模擬原巖1的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖；圖2為模擬原巖2的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖3為模擬原巖3的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。具體實施例方式結(jié)合本
發(fā)明內(nèi)容提出實例改性相似材料，采用普通水泥或早強水泥、河砂為主要原料，以橡膠粉為改性組分，加以早強防凍劑、減水劑制備獲得。根據(jù)具體的相似試驗要求，通過調(diào)整配方，可以獲得所需的力學(xué)性能。實施例l(用于模擬原巖l)水泥23.3份河砂62.1份水9.7份橡膠粉3.2份早強防凍劑0.9份防水劑0.6份減水劑0.2份以上按重量份計。將水泥、河砂和橡膠粉倒入攪拌機，攪拌3分鐘；再加入早強防凍劑和減水劑，攪拌3分鐘；同時加入將水和防水劑摻和并攪拌均勻的混合液體，攪拌均勻。為了達到更好的效果，橡膠粉可先經(jīng)過強堿溶液處理，處理方法為先將橡膠粉與含l%NaOH的溶液按照h11的比例放入含l%NaOH溶液中浸泡40min，然后用清水沖洗橡膠粉，放于通風(fēng)處自然風(fēng)干。得到的改性相似材料經(jīng)成模、養(yǎng)護(7d),其應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示抗壓強度抗拉強度彈性模量容重(Tc/(M尸a)ff,/(A/i^f)五/(G戶a)23.13.253,22.15與原巖l的力學(xué)性質(zhì)相比較，得出結(jié)果，滿足相似試驗要求。實施例2(用于模擬原巖2)水泥26.2份河砂55.6份水10.5份橡膠粉6.2份早強防凍劑0.8份防水劑0.5份減水劑0.3份以上按重量份計。將水泥、河砂和橡膠粉倒入攪拌機，攪拌4分鐘；再加入早強防凍劑和減水劑，攪拌3分鐘；同時加入將水和防水劑摻和并攪拌均勻的混合液體，攪拌均勻。為了達到更好的效果，橡膠粉可先經(jīng)過強堿溶液處理，處理方法為先將橡膠粉與含"/。NaOH的溶液按照l:13的比例放入含P/。NaOH溶液中浸泡40min,然后用清水沖洗橡膠粉，放于通風(fēng)處自然風(fēng)干。得到的改性相似材料經(jīng)成模、養(yǎng)護(7d)，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2所示<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>與原巖2的力學(xué)性質(zhì)相比較，得出結(jié)果，滿足相似試驗要求。實施例3(用于模擬原巖3)水泥27.2份河砂51份水11份橡膠粉9.3份早強防凍劑0.9份防水劑0.4份減水劑0.2份以上按重量份計。將水泥、河砂和橡膠粉倒入攪拌機，攪拌5分鐘；再加入早強防凍劑和減水劑，攪拌3分鐘；同時加入將水和防水劑摻和并攪拌均勻的混合液體，攪拌均勻。為了達到更好的效果，橡膠粉可先經(jīng)過強堿溶液處理，處理方法為先將橡膠粉與含P/。NaOH的溶液按照l:14的比例放入含lo/。NaOH溶液中浸泡40min，然后用清水沖洗橡膠粉，放于通風(fēng)處自然風(fēng)干。得到的改性相似材料經(jīng)成模、養(yǎng)護(7d),其應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3所示<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>與原巖3的力學(xué)性質(zhì)相比較，得出結(jié)果，滿足相似試驗要求。權(quán)利要求1、一種改性相似材料，其特征在于采用普通水泥、早強水泥或白色硅酸鹽水泥、河砂為主要原料，以橡膠粉為改性組分，加以早強防凍劑、減水劑制備獲得，其組分按重量百分比的配方如下水泥15-35份河砂45-65份水6-17份橡膠粉1-40份早強防凍劑0.3-1份防水劑0.3-0.7份減水劑0.1-0.5份。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性相似材料，其特征在于各組分重量配比如下水泥20-30份河砂50-60份水8-15份橡膠粉3-10份早強防凍劑0.6-0.8份防水劑0.4-0.6份減水劑0.2-0.4份。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改性相似材料，其特征在于，所述的橡膠粉為40目橡膠粉。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改性相似材料，其特征在于，所述的橡膠粉經(jīng)過強堿溶液處理；處理方法先將橡膠粉與含"/。NaOH的溶液按照l:10M5的比例放入含l。/。NaOH溶液中浸泡40min，然后用清水沖洗橡膠粉，放于通風(fēng)處自然風(fēng)干。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性相似材料的制備方法，其特征在于由以下步驟組成.(1)分別按重量百分比稱取水泥、河砂、橡膠粉、早強防凍劑、減水劑和水；(2)將水和防水劑摻和并攪拌均勻；(3)將水泥、河砂和橡膠粉倒入攪拌機，攪拌3-5分鐘；(4)再在攪拌機中加入早強防凍劑和減水劑，攪拌3分鐘；(5)在步驟(4)中進行攪拌的同時，加入由步驟(2)得到的混合液體，攪拌均勻。全文摘要本發(fā)明涉及一種改性相似材料及其制備方法，其特征在于采用水泥、河砂為主要原料，以橡膠粉為改性組分，加以早強防凍劑、減水劑制備獲得，用于模擬真實巖石的砂漿材料，其組分按重量百分比的配方為水泥15-35份，河砂45-65份，水6-17份，橡膠粉1-40份，早強防凍劑0.3-1份，防水劑0.3-0.7份，減水劑0.1-0.5份。本改性相似材料的優(yōu)點在于該相似材料來源方便、容易成型、易于加工，力學(xué)性能穩(wěn)定、不易受外界條件影響，適合做線彈性模型。文檔編號C04B14/06GK101407397SQ20081015852公開日2009年4月15日申請日期2008年11月3日優(yōu)先權(quán)日2008年11月3日發(fā)明者寧張,霄張,李明田,李術(shù)才,磊楊,林春金申請人:山東大學(xué)