CN105277415A - 模拟路面修复的高聚物注浆试验模具及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟路面修复的高聚物注浆试验模具，其特征是设置模具壳体是由各面板折合成的六面壳体，各面板分别是上底板、下底板、后端板、前端板、前侧板和后侧板，六面壳体可以展开成一片材，片材是与下底板共面；在六面壳体中沿长度方向间隔设置各隔板，将六面壳体的内腔分隔为各独立的膜腔；在隔板中心设置有过浆孔；在上底板上开设有上底板注浆孔，在上底板的外侧壁上设置有可利用弹力自动封闭上底板注浆孔的上底板盖板；在所述前端板上开设有前端板注浆孔，在前端板的外侧壁上设置有可利用弹力自动封闭前端板注浆孔的前端板盖板。本发明可模拟不同级配集料、不同路面结构的高聚物注浆试验，试件成型效率高且尺寸多样化，延长模具寿命。

Description

模拟路面修复的高聚物注浆试验模具及其应用

技术领域

本发明属于试验装置加工制造及应用领域，特别涉及用于工程材料力学性能检测的一种模拟路面修复的高聚物注浆试验模具及其应用。

背景技术

高聚物注浆技术是20世纪70年代发展起来的地基基础快速加固技术。利用高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并固化的特性，达到加固地基、填充脱空或提升地板的目的。目前，高聚物注浆材料的生产和应用范围正在迅速扩大和推广，高聚物注浆技术在国民经济各个领域的发展中发挥着越来越重要的作用，主要应用于工业与民用建筑的地基加固和道路维修，尤其是近年来在路基路面微创养护与修复中得到了很好的应用。

高聚物注浆试验采用的模具大多是围绕着工业用品展开的，故还没有较为完善的室内试验模具，所存在的主要问题包括：

一是模具功能单一；目前使用的高聚物注浆模具基本都是直接利用传统的土工试验模具，或是在传统土工试验模具的基础上进行了简单的调整，在注浆试验中只能用于成型一种条件下的试件或进行某一个相关试验，不能模拟不同级配或不同路面厚度时的注浆效果，功能过于单一，不具有广泛的适用性。

二是注浆孔密封性差；高聚物注浆过程中会产生很大的膨胀力，注浆完毕后，若注浆孔堵塞不严或模具构件的接触面密封不严，会导致浆体外喷等问题，严重危害工作人员的生命安全。

三是试件脱模困难；由于高聚物注浆材料在发泡成型时粘性较大，膨胀力较强，试件成型后表面黏附在模具内表面，脱模过程中造成试件或模具破损，导致试件无法正常使用和模具报废。

四是贴膜不易操作；考虑到注浆材料在发泡成型时的粘性较大，试验过程中会在模具内表面覆盖一层薄膜，既便于脱模，又能在脱模时不对试件造成损坏，保证试件的完整。但由于目前模具是在拼装结束后进行的贴膜，贴膜工作不易操作，极易在转角处产生漏贴或薄膜多层重叠现象，导致贴膜厚度不均匀，对试件尺寸造成误差和导致试件分层。

五是试件切割误差；直接对制得的整个试件进行切割，所得试件尺寸和规整度均不能严格的满足实验要求，试件表面完整性较差，直接影响试验结果的精确度和科学性。

高聚物注浆技术已经在各个领域得到了很好的应用，效果尤为突出。其中用于路面修复时，对材料的强度要求很高，掌握高聚物注浆材料的强度性能与众多因素之间的关系相当重要。而模具是进行室内材料的强度性能试验的必需品，模具的问题直接影响成型试件的质量，是试验成败的核心之一。因此，模具的设计和选用都要严格把关。

相关统计显示，机械加工行业中每年模具的消耗量价值是各种机床总价值的五倍。模具的大量消耗，不仅直接增加生产成本，而且因频繁更换模具而造成大量生产线频繁停产造成更大的经济损失。模具的消耗在科研研究的室内试验中也被充分体现，大量的模具均因其局部材料损坏而报废，而模具的加工周期长、加工费用高，因此，根据实际需要对各种模具进行改进，以延长模具的使用寿命，具有重要的经济意义。

发明内容

本发明为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种模拟路面修复的高聚物注浆试验模具及其应用，可进行不同级配、不同厚度的高聚物注浆试验，既能根据试验的需要调整挡板的数量和位置，又能解决了因人工堵孔不严，造成浆体外喷的问题，提高试件生产效率，减少模具使用过程中造成的损坏，增强其适用性。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明模拟路面修复的高聚物注浆试验模具的结构特点是：

设置模具壳体是由各面板折合成的六面壳体，所述各面板分别是上底板、下底板、后端板、前端板、前侧板和后侧板，所述六面壳体可以展开成一片材，所述片材是与下底板共面；

在所述六面壳体中，沿长度方向间隔设置各隔板，利用隔板将所述六面壳体的内腔分隔为各独立的膜腔；在隔板的中心设置有过浆孔；

在所述上底板上开设有上底板注浆孔，在所述上底板的外侧壁上设置有可利用弹力自动封闭上底板注浆孔的上底板盖板；在所述前端板上开设有前端板注浆孔，在所述前端板的外侧壁上设置有可利用弹力自动封闭前端板注浆孔的前端板盖板。

本发明模拟路面修复的高聚物注浆试验模具的结构特点也在于：

在所述下底板上设置用于安装隔板的基座，所述基座的横断面呈倒“T”形，在所述基座的两侧台肩上对称设置两排弹簧销；两排弹簧销中至少有一对处在对称位置上的两只弹簧销可以控制两排弹簧销同步收缩，放置在所述基座上的卡钉是以两端弯折段卡固在处在对称位置上的两只弹簧销上获得定位；在所述卡钉上呈直立设置有至少一对隔板固定销，隔板呈直立插装在所述固定销上，通过卡钉的移动调整隔板的位置，从而达到隔出不同尺寸试件，模拟不同路面结构与厚度的目的。

所述各面板是以上底板、前侧板、下底板和后侧板依次临接，所述后端板和前端板分别临接在下底板的前后两端；相临接的面板之间是以铰链进行连接。

在所述前侧板和后侧板的两端对应位置上分别设置有端部凸耳，折合后的前侧板和后侧板是利用螺栓在端部凸耳之间进行固定；在所述上底板和下底板一侧的对应位置上分别设置有侧部凸耳，折合后的上底板与下底板是利用螺栓在侧部凸耳之间进行固定。

在所述六面壳体中，相临接的面板在接触面上以凹槽和凸棱形成凹凸配合以加强密封性，在所述凹槽和凸棱之间设置密封垫。

设置所述上底板盖板为侧滑盖板，所述侧滑盖板是利用弹簧的预紧力滑移在上底板注浆孔所在位置并对所述上底板注浆孔形成封堵；在上底板注浆孔的两侧对称设置一对卡槽，在上底板盖板的两侧对应位置上设置一对卡扣，所述卡扣能够在卡槽中滑动并由卡槽进行限位。

所述基座在下底板中为嵌入式结构，是在下底板的中部形成下凹台面，基座座落在下底板的下凹台面上，使所述基座及弹簧销的顶面与下底板的上表面齐平。

利用本发明模拟路面修复的高聚物注浆试验模具成型试件的方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1：防粘贴膜

在各面板的内侧壁上，以及在隔板的表面涂抹一层防粘剂，利用防粘剂在模具内覆盖一层塑料薄膜，并保持过浆孔畅通；

步骤2：针对不同的试验方式按如下不同方式装料：

方式一、制作不含集料的高聚物试件，模具中无需装料；

方式二、制作高聚物集料试件，将设计级配的集料拌合均匀后，分别装入平卧模具的各膜腔中并振实；

方式三、制作用于模拟高聚物注浆路面修复效果或高聚物在集料中爬升效果试验的试件，首先通过前端板注浆孔向模具中插入一根注浆管，注浆管的底部管口贯穿过浆孔并与设计注浆层位保持一致，将设计级配的集料拌合均匀后，分别装入平卧模具的各膜腔中并振实，注浆管底部管口埋入在集料中；

完成模具的组装并装料完成后盖上上底板，并通过螺栓在端部凸耳之间进行固定将模具密封；

步骤3、注浆

对于步骤2中按方式一和方式二完成组装的模具，采用卧式注浆，所述卧式注浆是通过上底板注浆孔进行注浆，注浆结束时直接将注浆枪拔出，利用上底板盖板封闭上底板注浆孔；对于步骤2中按方式三完成组装的模具，采用立式注浆，所述立式注浆是通过前端板注浆孔插入的注浆管注进行注浆，在浆料膨胀启发之前完成注浆，注浆结束迅速将注浆枪和注浆管一同拔出；注浆压力为15～20Mpa；

步骤4：养护拆模

注浆完成后，在室内常温下养护10～15分钟即拆模并取出试件，按顺序对试件整理编号后，利用制备获得的试件进行相关力学试验，并清理模具以备再用。

所述的成型试件的方法，其特征是：所述防粘剂采用黄油或凡士林，所述塑料薄膜采用聚乙烯薄膜LDPE、聚酯薄膜PET或尼龙薄膜PA。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明可一次成型多个试件，既能成型不含集料的高聚物试件，又能同时成型同一级配的高聚物集料试件和不同级配的高聚物集料试件，不需对试件进行切割，大幅提高试件的成型效率。

2、本发明可在模具中装入不同级配的集料，同时进行不同材料组成的高聚物注浆试验，能评价高聚物注浆在不同路面材料级配下修复能力，又能测量单位灌浆量的爬升高度以及注浆管插入深度对注浆效果的影响等试验，应用范围广泛。

3、本发明通过设置弹簧销使得卡钉可移动，进而根据试验的需要调整卡钉的数量和位置，既能模拟不同的路面厚度，又能得到不同尺寸的试件。

4、本发明针对不同厚度的路面结构可以设置不同注浆层位，能模拟不同的路面注浆深度，作为判断现场最佳钻孔深度的依据，同时使注浆材料发泡更加均匀。

5、本发明中上底板盖板和前端板盖板在注浆结束时自动闭合注浆孔，解决了人工堵孔中堵孔不严造成浆体外喷影响试件制备的成功率及危害工作人员安全的问题。

6、本发明中六面壳体展开成一片材，其既容易贴膜、组装模具，又便于快速脱模，减少脱模过程中对试件造成的损坏，保证试件的精度，又可以减少模具在使用过程中造成的损坏；在模具各板接触处采用圆楔形结构的密封连接，保证了各板接触处不会出现浆体溢出或外喷，影响试件的成型效果。

附图说明

图1为模具内表面展开示意图；

图2为模具外部结构示意图；

图3为模具内部结构示意图；

图4a为上底板盖板自然状态下示意图；

图4b为上底板盖板水平移动后示意图；

图5为基座在下底板上布置示意图；

图6为基座与弹簧销的结构详图；

图7为弹簧销内部结构示意图；

图8a为端板或侧板与下底板铰链连接示意图；

图8b为端板或侧板与上底板铰链连接示意图；

图9为凹槽和凸棱的结构详图；

图中标号：1上底板，2下底板，3后端板，4前端板，5前侧板，6后侧板，7上底板注浆孔，7a卡槽，8上底板盖板，8a卡扣，9基座，9a弹簧销，10卡钉，11隔板，12过浆孔，13前端板注浆孔，14前端板盖板，15端部凸耳，16侧部凸耳，17凸棱，18凹槽，19密封垫，20铰链。

具体实施方式

本实施例中模拟路面修复的高聚物注浆试验模具的结构形式是：

参见图1，设置模具壳体是由各面板折合成的六面壳体，各面板分别是上底板1、下底板2、后端板3、前端板4、前侧板5和后侧板6，六面壳体可以展开成一片材，片材是与下底板2共面。

参见图2和图3，在六面壳体中，沿长度方向间隔设置各隔板11，利用隔板11将六面壳体的内腔分隔为各独立的膜腔；在隔板11中心设置有过浆孔12，这一形式可一次成型多个试件，避免了因需要切割可能造成的对试件的损伤，提高试件质量，提高成型效率。

参见图2、图4a和图4b，本实施例中在上底板1上开设有上底板注浆孔7，在上底板1的外侧壁上设置有可利用弹力自动封闭上底板注浆孔7的上底板盖板8，在前端板4上开设有前端板注浆孔13，在前端板4的外侧壁上设置有可利用弹力自动封闭前端板注浆孔13的前端板盖板14；具体设置上底板盖板8为侧滑盖板，侧滑盖板是利用弹簧的预紧力滑移在上底板注浆孔7所在位置并对上底板注浆孔7形成封堵；在上底板注浆孔7的两侧对称设置一对卡槽7a，在上底板盖板8的两侧对应位置上设置一对卡扣8a，卡扣8a能够在卡槽7a中滑动并由卡槽7a进行限位；前端板盖板14与上底板盖板8具有相同的结构形式，实现自动封孔，无需人工操作。

参见图5、图6和图7，本实施例中在下底板2上设置用于安装隔板的基座9，基座9的横断面呈倒“T”形，在基座的两侧台肩上对称设置两排弹簧销9a；两排弹簧销9a中至少有一对处在对称位置上的两只弹簧销可以控制两排弹簧销9a同步收缩，放置在基座9上的卡钉10是以两端弯折段卡固在处在对称位置上的两只弹簧销上获得定位；在卡钉10上呈直立设置有至少一对隔板固定销，隔板11呈直立插装在固定销上，通过卡钉10的移动调整隔板11的位置，从而达到隔出不同尺寸试件，模拟不同路面结构与厚度的目的。为了便于装配，设置基座9在下底板2中为嵌入式结构，是在下底板2的中部形成下凹台面，基座9座落在下底板2的下凹台面上，使基座9及弹簧销9a的顶面与下底板2的上表面齐平。

参见图8a和图8b，本实施例中各面板是以上底板1、前侧板5、下底板2和后侧板6依次临接，后端板3和前端板4分别临接在下底板2的前后两端；相临接的面板之间是以铰链20进行连接；为了保证密封性，如图9所示，在六面壳体中，相临接的面板在接触面上以凹槽18和凸棱17形成凹凸配合以加强密封性，在凹槽18和凸棱17之间设置密封垫19。

为了实施固定，如图1和图2所示，在前侧板5和后侧板6的两端对应位置上分别设置有端部凸耳15，折合后的前侧板和后侧板是利用螺栓在端部凸耳之间进行固定；在上底板1和下底板2一侧的对应位置上分别设置有侧部凸耳16，折合后的上底板与下底板是利用螺栓在侧部凸耳之间进行固定，这一固定结构牢固可靠。

利用本实施例中模拟路面修复的高聚物注浆试验模具成型试件的方法按如下步骤进行：

步骤1：防粘贴膜

在各面板的内侧壁上，以及在隔板11的表面涂抹一层厚度为0.2～0.3mm的防粘剂，利用防粘剂在模具内覆盖一层塑料薄膜，并保持过浆孔畅通；防粘剂采用黄油或凡士林，塑料薄膜采用聚乙烯薄膜LDPE、聚酯薄膜PET或尼龙薄膜PA。

步骤2：针对不同的试验方式按如下不同方式装料：

方式一、制作不含集料的高聚物试件，模具中无需装料。

方式二、制作高聚物集料试件，将设计级配的集料拌合均匀后，分别装入平卧模具的各膜腔中并振实。

方式三、制作用于模拟高聚物注浆路面修复效果或高聚物在集料中爬升效果试验的试件，首先通过前端板注浆孔13向模具中插入一根注浆管，注浆管的底部管口贯穿过浆孔12并与设计注浆层位保持一致，将设计级配的集料拌合均匀后，分别装入平卧模具的各膜腔中并振实，注浆管底部管口埋入在集料中。

完成模具的组装并装料完成后盖上上底板1，并通过螺栓在端部凸耳之间进行固定将模具密封，

步骤3、注浆

对于步骤2中按方式一和方式二完成组装的模具，采用卧式注浆，卧式注浆是通过上底板注浆孔7进行注浆，注浆结束时直接将注浆枪拔出，利用上底板盖板8封闭上底板注浆孔7；对于步骤2中按方式三完成组装的模具，采用立式注浆，立式注浆是通过前端板注浆孔13插入的注浆管注进行注浆，在浆料膨胀启发之前完成注浆，注浆结束迅速将注浆枪和注浆管一同拔出；注浆压力为15～20Mpa。

步骤4：养护拆模

注浆完成后，在室内常温下养护10～15分钟即拆模并取出试件，按顺序对试件整理编号后，利用制备获得的试件进行相关力学试验，并清理模具以备再用。

Claims (9)

1.一种模拟路面修复的高聚物注浆试验模具，其特征是：

设置模具壳体是由各面板折合成的六面壳体，所述各面板分别是上底板(1)、下底板(2)、后端板(3)、前端板(4)、前侧板(5)和后侧板(6)，所述六面壳体可以展开成一片材，所述片材是与下底板(2)共面；

在所述六面壳体中，沿长度方向间隔设置各隔板(11)，利用隔板(11)将所述六面壳体的内腔分隔为各独立的膜腔；在隔板(11)的中心设置有过浆孔(12)；

在所述上底板(1)上开设有上底板注浆孔(7)，在所述上底板(1)的外侧壁上设置有可利用弹力自动封闭上底板注浆孔(7)的上底板盖板(8)；在所述前端板(4)上开设有前端板注浆孔(13)，在所述前端板(4)的外侧壁上设置有可利用弹力自动封闭前端板注浆孔(13)的前端板盖板(14)。

2.根据权利要求1所述的模拟路面修复的高聚物注浆试验模具，其特征是：在所述下底板(2)上设置用于安装隔板的基座(9)，所述基座(9)的横断面呈倒“T”形，在所述基座的两侧台肩上对称设置两排弹簧销(9a)；两排弹簧销(9a)中至少有一对处在对称位置上的两只弹簧销可以控制两排弹簧销(9a)同步收缩，放置在所述基座(9)上的卡钉(10)是以两端弯折段卡固在处在对称位置上的两只弹簧销上获得定位；在所述卡钉(10)上呈直立设置有至少一对隔板固定销，隔板(11)呈直立插装在所述固定销上，通过卡钉(10)的移动调整隔板(11)的位置，从而达到隔出不同尺寸试件，模拟不同路面结构与厚度的目的。

3.根据权利要求1所述的模拟路面修复的高聚物注浆试验模具，其特征是：所述各面板是以上底板(1)、前侧板(5)、下底板(2)和后侧板(6)依次临接，所述后端板(3)和前端板(4)分别临接在下底板(2)的前后两端；相临接的面板之间是以铰链(20)进行连接。

4.根据权利要求1所述的模拟路面修复的高聚物注浆试验模具，其特征是：在所述前侧板(5)和后侧板(6)的两端对应位置上分别设置有端部凸耳(15)，折合后的前侧板和后侧板是利用螺栓在端部凸耳之间进行固定；在所述上底板(1)和下底板(2)一侧的对应位置上分别设置有侧部凸耳(16)，折合后的上底板与下底板是利用螺栓在侧部凸耳之间进行固定。

5.根据权利要求1所述的模拟路面修复的高聚物注浆试验模具，其特征是：在所述六面壳体中，相临接的面板在接触面上以凹槽(18)和凸棱(17)形成凹凸配合以加强密封性，在所述凹槽(18)和凸棱(17)之间设置密封垫(19)；

6.根据权利要求1所述的模拟路面修复的高聚物注浆试验模具，其特征是：设置所述上底板盖板(8)为侧滑盖板，所述侧滑盖板是利用弹簧的预紧力滑移在上底板注浆孔(7)所在位置并对所述上底板注浆孔(7)形成封堵；在上底板注浆孔(7)的两侧对称设置一对卡槽(7a)，在上底板盖板(8)的两侧对应位置上设置一对卡扣(8a)，所述卡扣(8a)能够在卡槽(7a)中滑动并由卡槽(7a)进行限位。

7.根据权利要求1所述的模拟路面修复的高聚物注浆试验模具，其特征是：所述基座(9)在下底板(2)中为嵌入式结构，是在下底板(2)的中部形成下凹台面，基座(9)座落在下底板(2)的下凹台面上，使所述基座(9)及弹簧销(9a)的顶面与下底板(2)的上表面齐平。

8.利用权利要求1所述模拟路面修复的高聚物注浆试验模具成型试件的方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1：防粘贴膜

在各面板的内侧壁上，以及在隔板(11)的表面涂抹一层防粘剂，利用防粘剂在模具内覆盖一层塑料薄膜，并保持过浆孔畅通；

步骤2：针对不同的试验方式按如下不同方式装料：

方式一、制作不含集料的高聚物试件，模具中无需装料；

方式二、制作高聚物集料试件，将设计级配的集料拌合均匀后，分别装入平卧模具的各膜腔中并振实；

方式三、制作用于模拟高聚物注浆路面修复效果或高聚物在集料中爬升效果试验的试件，首先通过前端板注浆孔(13)向模具中插入一根注浆管，注浆管的底部管口贯穿过浆孔(12)并与设计注浆层位保持一致，将设计级配的集料拌合均匀后，分别装入平卧模具的各膜腔中并振实，注浆管底部管口埋入在集料中；

完成模具的组装并装料完成后盖上上底板(1)，并通过螺栓在端部凸耳之间进行固定将模具密封；

步骤3、注浆

对于步骤2中按方式一和方式二完成组装的模具，采用卧式注浆，所述卧式注浆是通过上底板注浆孔(7)进行注浆，注浆结束时直接将注浆枪拔出，利用上底板盖板(8)封闭上底板注浆孔(7)；对于步骤2中按方式三完成组装的模具，采用立式注浆，所述立式注浆是通过前端板注浆孔(13)插入的注浆管注进行注浆，在浆料膨胀启发之前完成注浆，注浆结束迅速将注浆枪和注浆管一同拔出；注浆压力为15～20Mpa；

步骤4：养护拆模

注浆完成后，在室内常温下养护10～15分钟即拆模并取出试件，按顺序对试件整理编号后，利用制备获得的试件进行相关力学试验，并清理模具以备再用。

9.根据权利要求8所述的成型试件的方法，其特征是：所述防粘剂采用黄油或凡士林，所述塑料薄膜采用聚乙烯薄膜(LDPE)、聚酯薄膜(PET)或尼龙薄膜(PA)。