CN101462854A - 用于制作类岩石的脆性材料及其试件预制裂隙的制备方法 - Google Patents
用于制作类岩石的脆性材料及其试件预制裂隙的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于制作类岩石的脆性材料，包括以下重量比的成分：水泥1份，砂2～4份，水0.2～0.4份，改性剂0.01～0.1份。本发明同时还公开了一种利用制作类岩石的脆性材料制备试件预制裂隙的方法。本发明可以通过调整配方和养护模拟不同力学性能的岩石，解决了硬质材料三维模型中预制裂隙的难题。而且可以实现裂隙内注入可控承压水试样，解决以往地质模型材料无法考虑水作用的难题。能广泛用于模拟含水三维裂隙岩体的力学试验和渗流破裂研究。主要应用于土木、水电和矿山工程中的裂隙岩体模型试验，含水节理裂隙岩体力学特性模拟和混凝土等脆性材料中二维、三维裂隙破裂机理试验研究。
Description
技术领域
本发明涉及一种类岩石材料及试件制备方法，尤其是一种用于制作类岩石的脆性材料及其试件预制裂隙的制备方法。
背景技术
目前类岩石材料大多采用石膏和硬实膏制作，以期待获得与真实岩石相似的强度和脆性特征，但由于石膏材料本身的多孔性其模拟的脆性的相似度很差，尤其是石膏样品无法制作与水作用相关的实验样品，致使其无法应用于水利工程等与渗流有关的模型实验中去。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种能广泛用于模拟含水三维裂隙岩体的力学试验和渗流破裂的用于制作类岩石的脆性材料及其试件预制裂隙的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种用于制作类岩石的脆性材料，包括以下重量比的成分：水泥1份，砂2～4份，水0.2～0.4份，改性剂0.01～0.1份。
所述改性剂包括高效减水剂和早强剂，二者重量比为1：0.4～2。
所述砂的粒径小于5mm。
一种利用制作类岩石的脆性材料制备试件预制裂隙的方法，包括以下步骤：
1)采用内裂隙固定器将模拟裂隙片状材的角度和位置调整好；
2)采用细棉线将模拟裂隙片状材料固定好，同时撤掉内裂隙固定器；
3)将水泥、砂、改性剂按比例在搅拌器中混合均匀；
4)加水后继续搅拌2～4分钟，待用；
5)将混合好的湿料放入成型模具之中，在振动台上振捣1～3分钟；
6)用刮刀刮平试样表面后放入养护箱内养护24小时；
7)养护好后脱模，再将试样放入养护箱内，将养护温度提高到20～50℃，养护7天；
8)将养护好的试样取出，放置室温条件下，待试样风干后即可进行力学测试。
所述步骤1)和2)中的模拟裂隙片状材料为聚酯薄膜或牛皮纸或金属薄片，其厚度均在0.05～1.5mm之间。
本发明中的内裂隙固定器、成型模具和养护箱均是现有设备，比如，内裂隙固定器是根据裂隙在试件中设定的位置，用铁丝做的一个托架，用来把模拟裂隙片状材支撑住。养护箱可以在市场上买到，如JYZ700型混凝土加速养护箱北京华惠达泰试验仪器有限公司生产，在此不再赘述。
本发明中裂隙的模拟材料根据不同的目的可以选择聚酯薄膜、牛皮纸和金属薄片等，厚度在0.05～1.5mm之间，其中聚酯薄膜可以用于模拟光滑裂隙面，即不考虑摩擦力的影响；而金属薄片可以模拟摩擦裂隙面，而且可以通过调整金属片的粗糙程度控制裂隙面摩擦系数的大小。裂隙的形状可以通过本项目提供的自制切刀一次成型，十分方便。
本发明通过调整配比和养护条件可以获得适用模拟不同力学条件的模型材料，尤其是其良好的脆性特征，拉压比可达1/23，其力学参数范围如下：
本发明可以通过调整配方和养护模拟不同力学性能的岩石，解决了硬质材料三维模型中预制裂隙的难题。而且可以实现裂隙内注入可控承压水试样，解决以往地质模型材料无法考虑水作用的难题。能广泛用于模拟含水三维裂隙岩体的力学试验和渗流破裂研究。主要应用于土木、水电和矿山工程中的裂隙岩体模型试验，含水节理裂隙岩体力学特性模拟和混凝土等脆性材料中二维、三维裂隙破裂机理试验研究。
附图说明
图1是一组试样的单轴抗压条件下的应力应变曲线图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
用于制作类岩石的脆性材料，包括以下重量比的成分：水泥1份，砂2份，水0.2份，改性剂0.01份。
改性剂包括高效减水剂和早强剂，二者重量比为1：0.4。高效减水剂可采用奈系高效减水剂，山东万山化工有限公司生产的型号为FDN-A，FDN-B，FDN-C的产品；早强剂可采用湖南先锋建材有限公司生产的型号为XF-I型的产品。
砂的粒径小于5mm。
一种利用制作类岩石的脆性材料制备试件预制裂隙的方法，包括以下步骤：
1)采用内裂隙固定器将模拟裂隙片状材的角度和位置调整好；
2)采用细棉线将模拟裂隙片状材料固定好，同时撤掉内裂隙固定器；
3)将水泥、砂、改性剂按比例在搅拌器中混合均匀；
4)加水后继续搅拌2分钟，待用；
5)将混合好的湿料放入成型模具之中，在振动台上振捣1分钟；
6)用刮刀刮平试样表面后放入养护箱内养护24小时；
7)养护好后脱模，再将试样放入养护箱内，将养护温度提高到20℃，养护7天；
8)将养护好的试样取出，放置室温条件下，待试样风干后即可进行力学测试。
步骤1)和2)中的模拟裂隙片状材料为聚酯薄膜，其厚度在0.05～1.5mm之间。
实施例2：
用于制作类岩石的脆性材料，包括以下重量比的成分：水泥1份，砂3份，水0.3份，改性剂0.05份。
改性剂包括高效减水剂和早强剂二者重量比为1：1.2。高效减水剂可采用奈系高效减水剂，山东万山化工有限公司生产的型号为FDN-A，FDN-B，FDN-C的产品；早强剂可采用湖南先锋建材有限公司生产的型号为XF-I型的产品。
砂的粒径小于5mm。
一种利用制作类岩石的脆性材料制备试件预制裂隙的方法，包括以下步骤：
1)采用内裂隙固定器将模拟裂隙片状材的角度和位置调整好；
2)采用细棉线将模拟裂隙片状材料固定好，同时撤掉内裂隙固定器；
3)将水泥、砂、改性剂按比例在搅拌器中混合均匀；
4)加水后继续搅拌3分钟，待用；
5)将混合好的湿料放入成型模具之中，在振动台上振捣2分钟；
6)用刮刀刮平试样表面后放入养护箱内养护24小时；
7)养护好后脱模，再将试样放入养护箱内，将养护温度提高到35℃，养护7天；
8)将养护好的试样取出，放置室温条件下，待试样风干后即可进行力学测试。
步骤1)和2)中的模拟裂隙片状材料为牛皮纸，其厚度在0.05～1.5mm之间。
采用上述方案制作的试样的单轴抗压条件下的应力应变曲线如图1所示。
实施例3：
用于制作类岩石的脆性材料，包括以下重量比的成分：水泥1份，砂4份，水0.4份，改性剂0.1份。
改性剂包括高效减水剂和早强剂，二者重量比为1：2。高效减水剂可采用奈系高效减水剂，山东万山化工有限公司生产的型号为FDN-A，FDN-B，FDN-C的产品；早强剂可采用湖南先锋建材有限公司生产的型号为XF-I型的产品。
砂的粒径小于5mm。
一种利用制作类岩石的脆性材料制备试件预制裂隙的方法，包括以下步骤：
1)采用内裂隙固定器将模拟裂隙片状材的角度和位置调整好；
2)采用细棉线将模拟裂隙片状材料固定好，同时撤掉内裂隙固定器；
3)将水泥、砂、改性剂按比例在搅拌器中混合均匀；
4)加水后继续搅拌3分钟，待用；
5)将混合好的湿料放入成型模具之中，在振动台上振捣3分钟；
6)用刮刀刮平试样表面后放入养护箱内养护24小时；
7)养护好后脱模，再将试样放入养护箱内，将养护温度提高到50℃，养护7天；
8)将养护好的试样取出，放置室温条件下，待试样风干后即可进行力学测试。
步骤1)和2)中的模拟裂隙片状材料为金属薄片，其厚度在0.05～1.5mm之间
实施例4：
用于制作类岩石的脆性材料，包括以下重量比的成分：水泥1份，砂2份，水0.3份，改性剂0.08份。
改性剂包括高效减水剂和早强剂二者重量比为1：1.5。高效减水剂可采用奈系高效减水剂，山东万山化工有限公司生产的型号为FDN-A，FDN-B，FDN-C的产品；早强剂可采用湖南先锋建材有限公司生产的型号为XF-I型的产品。
砂的粒径小于5mm。
一种利用制作类岩石的脆性材料制备试件预制裂隙的方法，包括以下步骤：
1)采用内裂隙固定器将模拟裂隙片状材的角度和位置调整好；
2)采用细棉线将模拟裂隙片状材料固定好，同时撤掉内裂隙固定器；
3)将水泥、砂、改性剂按比例在搅拌器中混合均匀；
4)加水后继续搅拌3分钟，待用；
5)将混合好的湿料放入成型模具之中，在振动台上振捣1.5分钟；
6)用刮刀刮平试样表面后放入养护箱内养护24小时；
7)养护好后脱模，再将试样放入养护箱内，将养护温度提高到30℃，养护7天；
8)将养护好的试样取出，放置室温条件下，待试样风干后即可进行力学测试。
步骤1)和2)中的模拟裂隙片状材料为金属薄片，其厚度在0.05～1.5mm之间。
Claims (5)
1.一种用于制作类岩石的脆性材料，其特征在于，包括以下重量比的成分：水泥1份，砂2～4份，水0.2～0.4份，改性剂0.01～0.1份。
2.根据权利要求1所述的用于制作类岩石的脆性材料，其特征在于：所述改性剂包括高效减水剂和早强剂，二者重量比为1：0.4～2。
3.根据权利要求1所述的用于制作类岩石的脆性材料，其特征在于：所述砂的粒径小于5mm。
4.一种利用权利要求1所述的制作类岩石的脆性材料制备试件预制裂隙的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用内裂隙固定器将模拟裂隙片状材的角度和位置调整好；
2)采用细棉线将模拟裂隙片状材料固定好，同时撤掉内裂隙固定器；
3)将水泥、砂、改性剂按比例在搅拌器中混合均匀；
4)加水后继续搅拌2～4分钟，待用；
5)将混合好的湿料放入成型模具之中，在振动台上振捣1～3分钟；
6)用刮刀刮平试样表面后放入养护箱内养护24小时；
7)养护好后脱模，再将试样放入养护箱内，将养护温度提高到20～50℃，养护7天；
8)将养护好的试样取出，放置室温条件下，待试样风干后即可进行力学测试。
5.根据权利要求4所述利用制作类岩石的脆性材料制备试件预制裂隙的方法，其特征在于：所述步骤1)和2)中的模拟裂隙片状材料为聚酯薄膜或牛皮纸或金属薄片，其厚度均在0.05～1.5mm之间。
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