專利名稱：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
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前很多學(xué)者大量通過地質(zhì)力學(xué)模型試驗來研究地下工程設(shè)計和施工方法的優(yōu)化，進(jìn)行施工過程力學(xué)規(guī)律的探索。但現(xiàn)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?xí)r一般僅考慮采用控制水膏比來實現(xiàn)力學(xué)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(jié)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(jìn)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)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(jié)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(jié)性；采用重晶石粉和水泥作為調(diào)節(jié)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(fā)明的另一目的是提供該種材料的制備方法。本發(fā)明采取的技術(shù)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. 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(xì)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(zhì)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(yán)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°C ；4)輕輕搖動容器，溫度保持30 40°C，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(fā)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(jié)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(jié)性；采用重晶石粉和水泥作為調(diào)節(jié)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(shù)范圍如表1，在單軸抗壓條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線如附圖1 表1
抗壓強抗拉強彈性模初凝時材料參數(shù)度度量間_MPa MPa_GPa Min
可變化范
^ 0.3-0.8 0.02-0.03 0.4~0.5 3~6
圍_本發(fā)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(shù)方案和制備方法，解決了傳統(tǒng)噴層混凝土相似材料與模型體相似材料粘結(jié)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(yīng)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(zhì)力學(xué)形似模型試驗研究成果更準(zhǔn)確。本發(fā)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(xué)性質(zhì)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(jié)性較好；重晶石粉作為調(diào)節(jié)劑，主要是調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)相似材料的強度；高濃度的酒精松香溶液作為粘結(jié)劑，在提高材料自身的粘結(jié)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(jié)性，解決了傳統(tǒng)噴層混凝土相似材料與模型體相似材料粘結(jié)性差，強度難以控制的問題。另外，通過調(diào)節(jié)重晶石粉和水泥的比重，可以增大相似材料力學(xué)參數(shù)的變化范圍，大大提高模擬噴射混凝土相似材料的應(yīng)用范圍。本發(fā)明提出了模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料的技術(shù)方案，具有以下優(yōu)占.
^ \\\ ·1、能實現(xiàn)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(jié)；2、能調(diào)節(jié)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(xiàn)模擬實際工程的施工進(jìn)度。


圖1材料的試樣在單軸抗壓條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。具體實施方法 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。本發(fā)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(xì)度為325目；水泥為32. 5水泥；松香酒精溶液質(zhì)量百分濃度為20%。實施例1
一種用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料，其重量比組成為石膏粉1份， 重晶石粉0. 1份，水泥0. 05份，松香酒精溶液0. 33份。制備方法，包括以下步驟1)嚴(yán)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40°C ；4)輕輕搖動容器，溫度保持40°C，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10分鐘。實施例2一種用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料，其重量比組成為石膏粉1份， 重晶石粉0. 1份，水泥0. 1份，松香酒精溶液0. 33份。制備方法，包括以下步驟1)嚴(yán)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40°C ；4)輕輕搖動容器，溫度保持40°C，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10分鐘。實施例3一種用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料，其重量比組成為石膏粉1份， 重晶石粉0. 2份，水泥0份，松香酒精溶液0. 33份。制備方法，包括以下步驟1)嚴(yán)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°C ；4)輕輕搖動容器，溫度保持30°C，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分鐘。
權(quán)利要求
1.一種用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料，其特征是，該種材料的重量份組成為石膏粉ι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。
2.按照權(quán)利要求1所述的用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料，其特征是，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。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料，其特征是， 所述的石膏粉初凝時間< 5分鐘，終凝時間< 15分鐘。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料，其特征是， 所述的重晶石粉細(xì)度為325目。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料，其特征是， 所述的水泥為抗壓強度為32. 5MPa的普通硅酸鹽水泥。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的用于模型試驗中模擬噴射混凝土的相似材料，其特征是， 所述的松香酒精溶液質(zhì)量百分濃度為20%。
7.按照權(quán)利要求1所述的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，其特征是，包括以下步驟1)嚴(yán)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°C；4)輕輕搖動容器，溫度保持30 40°C，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。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種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，該種材料采用高濃度的松香酒精溶液作為粘結(jié)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(jié)性；采用重晶石粉和水泥作為調(diào)節(jié)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。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。
文檔編號C04B28/14GK102351493SQ201110204190
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者周毅, 宋曙光, 李利平, 李術(shù)才, 胡聰, 趙巖 申請人:山東大學(xué)