CN103543087A - 表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置和方法，通过透明盖可以直观的且准确有效的给定测定注浆材料在给定固态介质中的扩散半径，不需要额外的测量工具，速度快，扩散半径更具有代表性。从而可以更好的模拟工矿条件，实验数据在实际应用中更具有指导意义。另一方面，其操作过程受所适用器具影响，效率比较高，操作起来更简便。

Description

表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置和方法，其中术语注浆又称为灌浆。

背景技术

灌浆是把适当的可以凝结的浆液灌入裂隙含水岩层、混凝土或松散土层中，从而降低被灌基体的渗透性并提高其强度、延长其使用寿命的方法。

用注浆的方式对土体或地基进行加固是一种行之有效的方法，注浆材料的扩散性能直接影响了浆体的可注性，并影响着击实土体的强度性能。目前，评价注浆材料在介质中扩散性能的指标为流动度，流动度体现的是注浆材料在空气中的扩散性能。但是，注浆材料在固态介质中的扩散性能不仅与注浆材料的流动度有关，也与固态介质的特性、注浆材料与固态介质的相互作用有关，以流动度为指标不足以反映注浆材料在固态介质中的扩散性能。

关于流动度，其试验通常按照《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2003）和《水泥基灌浆材料》中的规定进行。使用的一个截锥形圆模的尺寸为:高度60±0.5mm，上口内径70±0.5mm，下口内径100±0.5mm，下口外径120mm。直接放置于固态介质模块上，并取消原有试验方法的捣棒插捣和振动步骤，用卡尺测量胶砂底面最大扩散直径及与其垂直的直径，计算平均数，取整数。这种试验方法虽然改进了既有的试验方法，但诸如扩散垂直的直径测量比较困难，扩散直径的测量需要额外的工具，也不够直观。截锥型的结构能够对扩散产生影响，但试验方法的配置结构并不容易控制，通常需要人为的用手或者其他工具压住截锥形圆模，一方面会对固态介质产生一定的影响，另一方面使得操作比较麻烦。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单，操作方便的表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置，以及适配该试验装置的试验方法。

依据本发明的一个方面的一种表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置，包括：

皿，为具有平底、柱壁面的皿，并在其平底设有中心定位圆环；

圆柱模筒，为圆柱套筒结构，定位于中心定位圆环，且高度大于皿高；以及

透明盖，以其中心为圆心构造一组同心圆构成的刻度环，且透明盖在盖上皿时，与中心定位圆环同轴心。

优选地，所述透明盖均匀标有不少于3根使自圆心的径向线。

所述径向线有12根。

皿的高度不大于3cm，且不小于1cm，而圆柱模筒的高度是皿高度的1.8到2.4倍。

皿为圆盘平底、圆柱壁面的皿，且一个圆柱模筒配有多个皿，各个皿的圆盘平底大小不一。

所述圆柱模筒的内径为55mm~60mm。

所述环的间距为10mm，并在一径向标有刻度，刻度精度为1mm。

最小刻度环的直径为60mm。

依据本发明另一个方面的一种表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验方法，针对给定的固态介质和注浆材料预估最大扩散性能，选择适配的皿和一个圆柱模筒，以及一个透明盖，其中皿具有平底和柱壁面，并在平底中心设有中心定位圆环，而透明盖盖上皿后则与中心定位圆环同心，且以其中心为起点设有一组同心圆，并在至少一个径向设有刻度，从而，该实验方法包括以下步骤：

（1）将圆柱模筒放置于中心定位圆环位置；

（2）将固态介质平铺于皿内壁与圆柱模筒外壁之间，直至固态介质材料与皿柱壁面上沿平齐；

（3）将注浆材料灌注于圆柱模筒中，直至与模筒上边缘平齐，刮平；

（4）将圆柱模筒垂直提起，并同时计时；

（5）盖上透明盖，记录不同时间时给定的注浆材料在给定的固态介质中的扩散半径，且在同一时间，扩散半径应选取不少于三个方向的扩散半径值，取其平均值作为最终实验结果。

优选地，所选取的三个以上的方向两两之间的夹角不小于30°。

皿的材质选自玻璃、塑料、钢材或者木材。

所述透明盖的材质为玻璃或塑料。

依据本发明，通过透明盖可以直观的且准确有效的给定测定注浆材料在给定固态介质中的扩散半径，不需要额外的测量工具，速度快，扩散半径更具有代表性。从而可以更好的模拟工矿条件，实验数据在实际应用中更具有指导意义。另一方面，其操作过程受所适用器具影响，效率比较高，操作起来更简便。

附图说明

图1是本发明实验皿与圆柱模筒主视图。

图2是本发明实验皿俯视图。

图3是本发明透明圆盘盖俯视图。

具体实施方式

为了更有利于本领域的技术人员理解本发明，现结合说明书附图1至3进行描述。

如图1和2所示，是一种优选结构的表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置，其整体主要邮三个部分组成，包括：

一个试验皿，可以直接选用试验器皿，也可以采用如细菌培养用的培养皿，这类器皿都是圆形平底、圆柱壁面的器皿，如图2所示，是一个试验皿的俯视图结构，外环就圆柱壁面的俯视投影，圆环内的部分的大圆构成平底位于圆柱壁面内的部分。其设有中心圆，用作定位，构成中心定位圆环。

配置一个圆柱模筒，为圆柱套筒结构，定位于中心定位圆环，且高度大于皿内高度，如图1所示，高度大于皿高，预露出的部位形成操持部位，主要在于方便圆柱模筒的提起，同时，多出的部份所容纳的注浆材料也会在初始的阶段快速扩散，不影响扩散的检测。图1中中间较高的是圆柱模筒。

进而配置一透明盖，与试验皿配合，当强调“盖”时，容易理解两者能够进行确定的配合，以其中心为圆心构造一组同心圆构成的刻度环，且透明盖在盖上皿时，与中心定位圆环同轴心。只要配合结构确定，那么同轴心是容易保证的。

从而，依据上述结构，采用由实验皿、圆柱模筒和带刻度的透明盖构成的实验装置，考虑了注浆材料自身流动特性、固态介质性质以及注浆材料与固态介质相互作用的真实工况条件，能够直观、准确测定注浆材料在固态介质中的扩散半径，为注浆材料工程应用提供更加有效的参考数据。

关于中心圆，可以是画涂上的，也可以是雕刻上并填充颜料形成的，还可以使用制作玻璃画的工艺，制在平底内层，为此，在此条件下，需要保证平底的透明性。

表征注浆材料在固态介质中扩散半径的实验方法，采用由实验皿、圆柱模筒和带刻度的透明盖构成的实验装置，应当注意，虽然上述内容中指出一个试验装置包括一一对应的如试验皿、圆柱模筒和透明盖，但所指的是在一个具体的试验中存在这样的配置，可以根据预估的扩散半径配置一套试验皿，根据试验结果进行调整或者直接选用相对较大的试验皿。

依据上述结构，所述快速表征注浆材料在固态介质中扩散半径的方法步骤如下：

（1）将圆柱模筒直接放置于实验皿中心位置，使圆柱模筒与实验皿底面中心位置的圆形标志重合；

（2）将待试验的介质材料平铺于实验皿内壁与圆柱模筒外壁之间，直至固态介质材料与实验皿外壁上沿平齐；

（3）将选定的注浆材料按配合比配制搅拌后灌注于圆柱模筒中，直至与模筒边缘平齐，用刮刀刮平；

（4）将圆柱模筒按垂直方向提起，同时开启秒表计时，使注浆材料在固态介质中自由扩散、渗透；

（5）盖上带有刻度的透明盖，记录不同时间时注浆材料在固态介质中的扩散半径，同一时间扩散半径应选取不少于三个方向的扩散半径值，取其平均值作为最终实验结果。

应当注意，                                               

注浆材料在下层扩散受玻璃皿影响，读数不具有代表性，上层扩散状况不如下层扩散的距离远，但也具有代表性；

虽然在重力作用下注浆材料在不同扩散层中扩散半径略有差异，但由于固态介质摊铺厚度即玻璃皿的壁高不超过3cm，上层介质中的扩散半径与固态介质内部扩散半径相比差别较小；因此，最好对玻璃皿的高度作出限制，最好不要超过3cm，但也不宜过矮，否则玻璃皿的底面会产生较大的影响，所产生结果不具有代表性，需限制玻璃皿高度不能小于1cm。

试验皿的规格可以根据不同的试验目的选用不同的试验皿。

注浆材料对应的扩散介质至少为固体颗粒（或粉末），也可以选用模拟工况条件的其它固态介质，这取决于待试验的扩散介质，与本文无关，在此不再赘述。

所采用实验皿底部中心设有与圆柱模筒外径相同的圆形标志，以便每次实验时圆柱模筒位置的正确定位。

同时应注意，圆柱模筒的少量移动也不会对结果产生太大的影响，毕竟扩散精度并不高。但应尽可能的控制圆柱模筒在步骤（2）中的稳定性。

关于所采用实验皿的选择，通常都是圆形的，但也可以选择如椭圆形，其长短轴比较容易区分，在选择方向是具有较强的指示性。

还可以选择矩形、正方形或不规则形状。规则形状更有利于加工，不推荐使用不规则形状。

矩形皿也是一种常见皿的形状，比较容易加工，可以借助长短边进行区分。

关于所采用实验皿材质选择，最好也采用透明材质，并且最好匹配透明盖的材质，采用相同的材质，热膨胀率一致，容易保证测量的相对准确性。

因此最好选择如玻璃、塑料等透明材质，塑料也有不透明塑料，但很多情况下可以与透明塑料进行热膨胀系数的匹配。

还可以选择如钢材、木材等材质。

以上材质的选择主要考虑的是不易变形的材质。

所采用的模筒为圆柱模筒，方便实验过程中模筒从介质中抽出，同时，圆柱结构的周边状况相对一致，保证扩散试验在各个方向具有一致性。

在上面的内容中主要说明的是试验皿的选择，圆柱模筒在高度上可以与试验皿正相关，但在直径上不必相关。

一种优选的结构是，所采用圆柱模筒壁高为60mm，壁厚2mm，外径60mm。可以容纳相对适量的注浆材料，是经常多年试验确定的一个数值，能够满足各种应用。

注浆材料性质有所差异，可以根据注浆材料进行圆柱模筒规格的少许变动，但不宜过大。

所采用的透明盖设有检测圆和检测刻度线，检测圆标示整数刻度，构成一组同心圆，检测刻度线从圆盘中心点出发，构成径向线，相邻检测刻度线之间的夹角不得大于30°，以保证读数的准确性。

所采用带有刻度的透明盖最小整数检测圆内径为60mm，检测圆半径每增加10mm设置一个检测圆，检测刻度线精度精确到1mm。

所采用的透明盖须与实验皿形状和尺寸相匹配。

所采用的透明盖可以为玻璃、硬质塑料等透明且不易变形的材质。

扩散半径读取时应选取具有代表性的方向，且所选取的三个方向两两之间的夹角不得小于30°。

依据上述方法能够直观、准确有效的测定注浆材料在固态介质中的扩散半径，可以更好的模拟工况条件，实验数据在实际应用中更具指导意义。

实施例1：

（1）将圆柱模筒直接放置于实验皿中心位置，使圆柱模筒与实验皿底部中心圆形标志重合；

（2）将标准砂平铺于实验皿内壁与圆柱模筒外壁之间，直至标准砂与实验皿壁上沿平齐；

（3）分别准确称取普通硅酸盐水泥150g、聚羧酸减水剂粉剂1.5g、水225g，配制普通硅酸盐注浆材料，采用强制搅拌机搅拌1min，改用手动搅拌直至料浆均匀，将料浆迅速灌注于圆柱模筒中，直至与模筒边缘平齐，用刮刀刮平；

（4）将圆柱模筒按垂直方向提起，同时开启秒表计时，使料浆在标准砂中自由扩散、渗透；

（5）盖上带有刻度的透明盖，读出普通硅酸盐注浆材料30min时在标准砂中至少三个不同方向的扩散半径值，分别为80.2mm、84.0mm、82.7mm，取其平均值82.3mm作为该普通硅酸盐注浆材料30min时在标准砂中的扩散半径。

实施例2：

（1）将圆柱模筒直接放置于实验皿中心位置，使圆柱模筒与实验皿底部中心圆形标志重合；

（2）将击实土体平铺于实验皿内壁与圆柱模筒外壁之间，直至击实土体与实验皿外壁平齐；

（3）分别准确称取硫铝酸盐水泥150g、聚羧酸减水剂粉剂1.5g、水225g，配制硫铝酸盐注浆材料，采用强制搅拌机搅拌1min，改用手动搅拌直至料浆均匀，将料浆迅速灌注于圆柱模筒中，直至与模筒边缘平齐，用刮刀刮平；

（4）将圆柱模筒按垂直方向提起，同时开启秒表计时，使料浆在击实土体中自由扩散、渗透；

（5）盖上带有刻度的透明盖，读出硫铝酸盐注浆材料24h时在土体中至少三个不同方向的扩散半径值，分别为76.1mm、75.7mm、74.3mm，取其平均值75.4mm作为该硫铝酸盐注浆材料24h时在击实土体中的扩散半径。

Claims (12)

1.一种表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置，其特征在于，包括：

皿，为具有平底、柱壁面的皿，并在其平底设有中心定位圆环；

圆柱模筒，为圆柱套筒结构，定位于中心定位圆环，且高度大于皿高；以及

透明盖，以其中心为圆心构造一组同心圆构成的刻度环，且透明盖在盖上皿时，与中心定位圆环同轴心。

2.根据权利要求1所述的表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置，其特征在于，所述透明盖均匀标有不少于3根使自圆心的径向线。

3.根据权利要求2所述的表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置，所述径向线有12根。

4.根据权利要求1至3任一所述的表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置，其特征在于，皿的高度不大于3cm，且不小于1cm，而圆柱模筒的高度是皿高度的1.8到2.4倍。

5.根据权利要求4所述的表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置，其特征在于，皿为圆盘平底、圆柱壁面的皿，且一个圆柱模筒配有多个皿，各个皿的圆盘平底大小不一。

6.根据权利要求4所述的表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置，其特征在于，所述圆柱模筒的内径为55mm~60mm。

7.根据权利要求1至3任一所述的表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置，其特征在于，所述环的间距为10mm，并在一径向标有刻度，刻度精度为1mm。

8.根据权利要求7所述的表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验装置，其特征在于，最小刻度环的直径为60mm。

9.一种表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验方法，其特征在于，针对给定的固态介质和注浆材料预估最大扩散性能，选择适配的皿和一个圆柱模筒，以及一个透明盖，其中皿具有平底和柱壁面，并在平底中心设有中心定位圆环，而透明盖盖上皿后则与中心定位圆环同心，且以其中心为起点设有一组同心圆，并在至少一个径向设有刻度，从而，该实验方法包括以下步骤：

（1）将圆柱模筒放置于中心定位圆环位置；

（2）将固态介质平铺于皿内壁与圆柱模筒外壁之间，直至固态介质材料与皿柱壁面上沿平齐；

（3）将注浆材料灌注于圆柱模筒中，直至与模筒上边缘平齐，刮平；

（4）将圆柱模筒垂直提起，并同时计时；

（5）盖上透明盖，记录不同时间时给定的注浆材料在给定的固态介质中的扩散半径，且在同一时间，扩散半径应选取不少于三个方向的扩散半径值，取其平均值作为最终实验结果。

10.根据权利要求9所述的表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验方法，其特征在于，所选取的三个以上的方向两两之间的夹角不小于30°。

11.根据权利要求9所述的表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验方法，其特征在于，皿的材质选自玻璃、塑料、钢材或者木材。

12.根据权利要求9或11所述的表征注浆材料在固态介质中扩散半径的试验方法，其特征在于，所述透明盖的材质为玻璃或塑料。

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