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CN101407397A - 一种改性相似材料及其制备方法 - Google Patents

一种改性相似材料及其制备方法 Download PDF

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张宁
李明田
杨磊
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明涉及一种改性相似材料及其制备方法，其特征在于采用水泥、河砂为主要原料，以橡胶粉为改性组分，加以早强防冻剂、减水剂制备获得，用于模拟真实岩石的砂浆材料，其组分按重量百分比的配方为：水泥15－35份，河砂45－65份，水6－17份，橡胶粉1－40份，早强防冻剂0.3－1份，防水剂0.3－0.7份，减水剂0.1－0.5份。本改性相似材料的优点在于：该相似材料来源方便、容易成型、易于加工，力学性能稳定、不易受外界条件影响，适合做线弹性模型。

Description

一种改性相似材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性相似材料及其制备方法，具体的讲，涉及一种用于模拟真实岩石的砂浆材料。
背景技术
相似模拟试验是按一定的几何、物理关系，用模型代替原型进行测试研究，并将研究结果用于原型的试验方法。它是一种重要的科学研究手段，是在实验室内按相似原理制作与原型相似的模型，借助测试仪表观测模型内力参数及其分布规律，利用在模型上研究的结果，借以推断原型中可能发生的力学现象以及岩体压力分布的规律，从而解决岩体工程生产中的实际问题。这种研究方法具有直观、简便、经济、快速以及试验周期短等优点。而且能够根据需要，通过固定某些参数，改变另一些参数来研究实际工程中的应力随时间的变化规律，这些都是在现场条件下难以实现的。
相似材料是相似试验成功与否的关键，为此对相似材料必须满足一下要求：
(1)相似材料的主要力学性质与模拟的岩层的结构相似。如模拟破坏过程时，应使相似材料的单向抗压强度与抗拉强度相似于原型材料；
(2)材料的力学性能稳定，不易受外界条件(湿度、温度等)的影响；
(3)改变材料的配比，可使材料的力学性能发生改变，以适应相似条件的需要。
(4)容易成型，制作方便，凝固时间短；
(5)材料来源广，成本低廉。
目前，用于相似试验的相似材料有很多种，比如石蜡、纯石膏、石膏硅藻土混合模拟材料、水泥浮石混合料等，虽然这些相似材料在具体的试验中起到了一定的作用，但是，还是有很多缺点，比如石蜡，这种材料制作试件时需要施加一定的温度，操作不方便，因此不常用；石膏的弹性模量可调节范围不大，极限抗压强度与抗拉强度的比值过小，因而它的应用范围受到了一定的限制；石膏、硅藻土和水配合而成的相似材料随着硅藻土的掺入量的增加，会出现体积缩小的现象。为此，开发一种能满足相似试验要求的相似材料是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种能最大程度满足相似试验要求以模拟岩石的相似材料，能用于服务科研的相似试验。
本发明提出的改性相似材料，采用普通水泥或早强水泥、河砂为主要原料，以橡胶粉为改性组分，加以早强防冻剂、减水剂制备获得，其组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
橡胶粉                 1-40份
早强防冻剂             0.3-1份
防水剂                 0.3-0.7份
减水剂                 0.1-0.5份
其较优的组分配比如下：
水泥                   20-30份
河砂                   50-60份
水                     8-12份
橡胶粉                 3-10份
早强防冻剂             0.6-0.9份
防水剂                 0.4-0.6份
减水剂                 0.2-0.4份
为了达到更好的效果，橡胶粉优选为40目橡胶粉。
为了达到更好的效果，橡胶粉可先经过强碱溶液处理，处理方法为：先将橡胶粉与含1％NaOH的溶液按照1∶10～15的比例放入含1％NaOH溶液中浸泡40min，然后用清水冲洗橡胶粉，放于通风处自然风干。
本发明提出的改性相似材料的制备方法如下：
(1)分别按重量百分比称取水泥、河砂、橡胶粉、早强防冻剂、减水剂和水；
(2)将水和防水剂掺和并搅拌均匀；
(3)将水泥、河砂和橡胶粉倒入搅拌机，搅拌3-5分钟；
(4)再在搅拌机中加入早强防冻剂和减水剂，搅拌3分钟；
(5)在步骤(4)中进行搅拌的同时，加入由步骤(2)得到的混合液体，搅拌均匀。
本改性相似材料有如下特点：
该相似材料来源方便、容易成型、易于加工，力学性能稳定、不易受外界条件影响，适合做线弹性模型。
附图说明
图1为模拟原岩1的应力-应变曲线图；
图2为模拟原岩2的应力-应变曲线图；
图3为模拟原岩3的应力-应变曲线图。
具体实施方式
结合本发明内容提出实例：
改性相似材料，采用普通水泥或早强水泥、河砂为主要原料，以橡胶粉为改性组分，加以早强防冻剂、减水剂制备获得。根据具体的相似试验要求，通过调整配方，可以获得所需的力学性能。
实施例1(用于模拟原岩1)
水泥                   23.3份
河砂                   62.1份
水                     9.7份
橡胶粉                 3.2份
早强防冻剂             0.9份
防水剂                 0.6份
减水剂                 0.2份
以上按重量份计。
将水泥、河砂和橡胶粉倒入搅拌机，搅拌3分钟；再加入早强防冻剂和减水剂，搅拌3分钟；同时加入将水和防水剂掺和并搅拌均匀的混合液体，搅拌均匀。为了达到更好的效果，橡胶粉可先经过强碱溶液处理，处理方法为：先将橡胶粉与含1％NaOH的溶液按照1∶11的比例放入含1％NaOH溶液中浸泡40min，然后用清水冲洗橡胶粉，放于通风处自然风干。
得到的改性相似材料经成模、养护(7d)，其应力-应变曲线如图1所示：
Figure A20081015852200051
与原岩1的力学性质相比较，得出结果，满足相似试验要求。
实施例2(用于模拟原岩2)
水泥                  26.2份
河砂                  55.6份
水                    10.5份
橡胶粉                6.2份
早强防冻剂            0.8份
防水剂                0.5份
减水剂                0.3份
以上按重量份计。
将水泥、河砂和橡胶粉倒入搅拌机，搅拌4分钟；再加入早强防冻剂和减水剂，搅拌3分钟；同时加入将水和防水剂掺和并搅拌均匀的混合液体，搅拌均匀。为了达到更好的效果，橡胶粉可先经过强碱溶液处理，处理方法为：先将橡胶粉与含1％NaOH的溶液按照1∶13的比例放入含1％NaOH溶液中浸泡40min，然后用清水冲洗橡胶粉，放于通风处自然风干。
得到的改性相似材料经成模、养护(7d)，其应力-应变曲线如图2所示：
Figure A20081015852200061
与原岩2的力学性质相比较，得出结果，满足相似试验要求。
实施例3(用于模拟原岩3)
水泥                    27.2份
河砂                    51份
水                      11份
橡胶粉                  9.3份
早强防冻剂              0.9份
防水剂                  0.4份
减水剂                  0.2份
以上按重量份计。
将水泥、河砂和橡胶粉倒入搅拌机，搅拌5分钟；再加入早强防冻剂和减水剂，搅拌3分钟；同时加入将水和防水剂掺和并搅拌均匀的混合液体，搅拌均匀。为了达到更好的效果，橡胶粉可先经过强碱溶液处理，处理方法为：先将橡胶粉与含1％NaOH的溶液按照1∶14的比例放入含1％NaOH溶液中浸泡40min，然后用清水冲洗橡胶粉，放于通风处自然风干。
得到的改性相似材料经成模、养护(7d)，其应力-应变曲线如图3所示：
Figure A20081015852200062
与原岩3的力学性质相比较，得出结果，满足相似试验要求。

Claims (5)

1、一种改性相似材料，其特征在于采用普通水泥、早强水泥或白色硅酸盐水泥、河砂为主要原料，以橡胶粉为改性组分，加以早强防冻剂、减水剂制备获得，其组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
橡胶粉          1-40份
早强防冻剂      0.3-1份
防水剂          0.3-0.7份
减水剂          0.1-0.5份。
2、根据权利要求1所述的改性相似材料，其特征在于各组分重量配比如下：
水泥                20-30份
河砂                50-60份
水                  8-15份
橡胶粉              3-10份
早强防冻剂          0.6-0.8份
防水剂              0.4-0.6份
减水剂              0.2-0.4份。
3、根据权利要求1或2所述的改性相似材料，其特征在于，所述的橡胶粉为40目橡胶粉。
4、根据权利要求1或2所述的改性相似材料，其特征在于，所述的橡胶粉经过强碱溶液处理；
处理方法：先将橡胶粉与含1％NaOH的溶液按照1∶10～15的比例放入含1％NaOH溶液中浸泡40min，然后用清水冲洗橡胶粉，放于通风处自然风干。
5、根据权利要求1所述的改性相似材料的制备方法，其特征在于由以下步骤组成：
(1)分别按重量百分比称取水泥、河砂、橡胶粉、早强防冻剂、减水剂和水；
(2)将水和防水剂掺和并搅拌均匀；
(3)将水泥、河砂和橡胶粉倒入搅拌机，搅拌3-5分钟；
(4)再在搅拌机中加入早强防冻剂和减水剂，搅拌3分钟；
(5)在步骤(4)中进行搅拌的同时，加入由步骤(2)得到的混合液体，搅拌均匀。
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