CN106630758A - 一种快干体积稳定型大理岩相似材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种快干体积稳定型大理岩相似材料的制备方法，属于相似材料制备技术领域。本发明首先将滩涂淤泥进行处理，收集得到干燥滩涂淤泥砂石颗粒，再将盐渍土与水混合并离心分离，收集得到上清液，随后将其与干燥滩涂淤泥砂石颗粒进行混合加热，过滤，将滤饼煅烧球磨后，得到激发活化颗粒，接着将其与粉煤灰、松香等物质进行搅拌混合，得到混合浆料，最后将其进行浇筑、压制及养护即可。本发明制备的快干体积稳定型大理岩相似材料易干燥和成型，与使用传统的相似材料相比，干燥时间缩短10～12h；在建立地质力学模型后体积未发生缩小的现象，具有较高的稳定性能。

Description

一种快干体积稳定型大理岩相似材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种快干体积稳定型大理岩相似材料的制备方法，属于相似材料制备技术领域。
背景技术
地质力学模型试验是岩石力学和地下工程稳定性研究中的常用手段，在相关研究中，经常需要开展地下工程开挖围岩变形破坏过程或诱发工程灾害的模拟试验。模型试验采用适当的相似材料制成与原型相似的试验模型，观测由相似材料建造的模型在外界作用下的变形破坏情况，并根据相似原理推算原岩工作状态，从而为岩石地下工程的设计及诱发工程灾害的防控提供科学依据。由于相似模型是由相似材料制作而成的，因而相似材料是地质力学模型试验的基础和关键。根据相似理论和实践经验，对相似材料的要求主要有：（1）和原岩的重要物理力学参数满足相似条件；（2）力学行为特点和原岩定量的相似；（3）保证具有能够再现模型结构的强度，并易于干燥和成型；（4）原材料易获取、性能稳定、经济实惠。
目前关于洞壁围岩岩爆的相似材料采用石英砂、石膏和水泥来模拟大理岩，研究了相似材料中骨料与胶结物的配比、胶结物中胶结材料的配比及不同的养护方式对试块强度的影响规律。该材料采用石膏作为胶结剂，但石膏是水溶性材料，其性能易受温度和湿度影响，且干燥缓慢。清华大学李仲奎等研制出一种地质力学模型材料，它由磁铁矿精矿粉、河砂、粘结剂石膏或水泥、拌和用水及添加剂组成，该材料的特点是重度大、价格低廉、性能稳定，但模型干燥慢、养护时间长。此外，还有研究者用石膏、硅藻土和水配合而成的相似材料，但随着硅藻土掺入量的增加，会出现体积缩小的现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对传统的相似材料模型干燥速度慢，需要较长时间的养护，且长久使用会出现体积缩小的问题，提供了一种通过选取滩涂淤泥中泥沙经盐渍土浸出液激发并加热活化后，复合粉煤灰与松香制备大理岩相似材料的方法，本发明首先将滩涂淤泥进行处理，收集得到干燥滩涂淤泥砂石颗粒，再将盐渍土与水混合并离心分离，收集得到上清液，随后将其与干燥滩涂淤泥砂石颗粒进行混合加热，过滤，将滤饼煅烧球磨后，得到激发活化颗粒，接着将其与粉煤灰、松香等物质进行搅拌混合，得到混合浆料，最后将其进行浇注、压制及养护即可。本发明制备的干燥滩涂淤泥砂石颗粒干燥速度快，不易受温度和湿度的影响，且在具有优越的体积稳定性能，不易出现体积缩小的现象，具有广阔的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）选取滩涂淤泥并筛除大颗粒石块与贝壳后，将其置于85～90℃下干燥6～8h，收集干燥淤泥，按质量比1:10，将干燥淤泥与去离子水搅拌混合3～5h，随后静置20～24h分层后，收集最下层砂石层并置于85～90℃下干燥20～24h，碾磨过80目筛，收集得干燥滩涂淤泥砂石颗粒；
（2）选取盐渍土并研磨过50目筛，收集盐渍土颗粒并按质量比1:10，将盐渍土颗粒与去离子水搅拌混合3～5h，再在2500～3000r/min下离心分离，收集上层清液，随后按质量比1:8，将上述制备的干燥滩涂淤泥砂石颗粒与上层清液搅拌混合10～12h；
（3）待上述搅拌混合完成后，再在75～80℃下水浴加热3～5h，过滤并收集滤饼，将滤饼置于马弗炉中，通氮气排除空气后，升温加热至550～600℃，保温活化3～5h，随后静置冷却至室温，在350～400r/min下球磨3～5h，过100目筛，制备得激发活化颗粒；
（4）按重量份数计，分别称量25～30份上述制备的激发活化颗粒、10～15份100目粉煤灰、5～10份松香和35～40份质量分数45%乙醇溶液置于烧杯中，在室温下搅拌混合25～30min后，收集得混合浆料，
（5）将上述制备的混合浆料浇注至不锈钢模具中，静置固化6～8h后，再在2～3MPa下压制5～10min，随后收集压制坯料，自然养护3～5天后，脱模即可制备得一种快干体积稳定型大理岩相似材料。
本发明的应用方法：根据隧洞的地质结构特点，根据相似原理，以1:300的比例尺，将本发明制备的干体积稳定型大理岩相似材料建立地质力学模型。经检测，与使用传统的相似材料相比，干燥时间大大减少，干燥时间缩短10～12h，且抗压强度达到1.2～1.5MPa，弹性模量达到300～480MPa，且在使用过程中，无体积缩小的现象。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的快干体积稳定型大理岩相似材料易干燥成型，与使用传统的相似材料相比，干燥时间缩短10～12h；
（2）本发明制备的快干体积稳定型大理岩相似材料在建立地质力学模型后体积未发生缩小的现象，具有较高的稳定性能；
（3）本发明以滩涂淤泥和盐渍土等物质为原料，原料获取简单，成本低，制备步骤简单，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
首先选取滩涂淤泥并筛除大颗粒石块与贝壳后，将其置于85～90℃下干燥6～8h，收集干燥淤泥，按质量比1:10，将干燥淤泥与去离子水搅拌混合3～5h，随后静置20～24h分层后，收集最下层砂石层并置于85～90℃下干燥20～24h，碾磨过80目筛，收集得干燥滩涂淤泥砂石颗粒；选取盐渍土并研磨过50目筛，收集盐渍土颗粒并按质量比1:10，将盐渍土颗粒与去离子水搅拌混合3～5h，再在2500～3000r/min下离心分离，收集上层清液，随后按质量比1:8，将上述制备的干燥滩涂淤泥砂石颗粒与上层清液搅拌混合10～12h；待上述搅拌混合完成后，再在75～80℃下水浴加热3～5h，过滤并收集滤饼，将滤饼置于马弗炉中，通氮气排除空气后，升温加热至550～600℃，保温活化3～5h，随后静置冷却至室温，在350～400r/min下球磨3～5h，过100目筛，制备得激发活化颗粒；再按重量份数计，分别称量25～30份上述制备的激发活化颗粒、10～15份100目粉煤灰、5～10份松香和35～40份质量分数45%乙醇溶液置于烧杯中，在室温下搅拌混合25～30min后，收集得混合浆料，最后将上述制备的混合浆料浇注至不锈钢模具中，静置固化6～8h后，再在2～3MPa下压制5～10min，随后收集压制坯料，自然养护3～5天后，脱模即可制备得一种快干体积稳定型大理岩相似材料。
实例1
首先选取滩涂淤泥并筛除大颗粒石块与贝壳后，将其置于90℃下干燥8h，收集干燥淤泥，按质量比1:10，将干燥淤泥与去离子水搅拌混合5h，随后静置24h分层后，收集最下层砂石层并置于90℃下干燥24h，碾磨过80目筛，收集得干燥滩涂淤泥砂石颗粒；选取盐渍土并研磨过50目筛，收集盐渍土颗粒并按质量比1:10，将盐渍土颗粒与去离子水搅拌混合5h，再在3000r/min下离心分离，收集上层清液，随后按质量比1:8，将上述制备的干燥滩涂淤泥砂石颗粒与上层清液搅拌混合12h；待上述搅拌混合完成后，再在80℃下水浴加热5h，过滤并收集滤饼，将滤饼置于马弗炉中，通氮气排除空气后，升温加热至600℃，保温活化5h，随后静置冷却至室温，在400r/min下球磨5h，过100目筛，制备得激发活化颗粒；再按重量份数计，分别称量30份上述制备的激发活化颗粒、15份100目粉煤灰、10份松香和40份质量分数45%乙醇溶液置于烧杯中，在室温下搅拌混合30min后，收集得混合浆料，最后将上述制备的混合浆料浇注至不锈钢模具中，静置固化8h后，再在3MPa下压制10min，随后收集压制坯料，自然养护5天后，脱模即可制备得一种干体积稳定型大理岩相似材料。
根据隧洞的地质结构特点，根据相似原理，以1:300的比例尺，将本发明制备的干体积稳定型大理岩相似材料建立地质力学模型。经检测，与使用传统的相似材料相比，易于干燥，干燥时间缩短12h，且抗压强度达到1.5MPa，弹性模量达到480MPa，且体积未发生缩小的现象。
实例2
首先选取滩涂淤泥并筛除大颗粒石块与贝壳后，将其置于85℃下干燥6h，收集干燥淤泥，按质量比1:10，将干燥淤泥与去离子水搅拌混合3h，随后静置20h分层后，收集最下层砂石层并置于85℃下干燥20h，碾磨过80目筛，收集得干燥滩涂淤泥砂石颗粒；选取盐渍土并研磨过50目筛，收集盐渍土颗粒并按质量比1:10，将盐渍土颗粒与去离子水搅拌混合3h，再在2500r/min下离心分离，收集上层清液，随后按质量比1:8，将上述制备的干燥滩涂淤泥砂石颗粒与上层清液搅拌混合10h；待上述搅拌混合完成后，再在75℃下水浴加热3h，过滤并收集滤饼，将滤饼置于马弗炉中，通氮气排除空气后，升温加热至550℃，保温活化3h，随后静置冷却至室温，在350r/min下球磨3h，过100目筛，制备得激发活化颗粒；再按重量份数计，分别称量25份上述制备的激发活化颗粒、10份100目粉煤灰、5份松香和35份质量分数45%乙醇溶液置于烧杯中，在室温下搅拌混合25min后，收集得混合浆料，最后将上述制备的混合浆料浇注至不锈钢模具中，静置固化6h后，再在2MPa下压制5min，随后收集压制坯料，自然养护3天后，脱模即可制备得一种快干体积稳定型大理岩相似材料。
根据隧洞的地质结构特点，根据相似原理，以1:300的比例尺，将本发明制备的干体积稳定型大理岩相似材料建立地质力学模型。经检测，与使用传统的相似材料相比，易于干燥，干燥时间缩短10h，且抗压强度达到1.2MPa，弹性模量达到300MPa，且体积未发生缩小的现象。
实例3
首先选取滩涂淤泥并筛除大颗粒石块与贝壳后，将其置于87℃下干燥7h，收集干燥淤泥，按质量比1:10，将干燥淤泥与去离子水搅拌混合4h，随后静置22h分层后，收集最下层砂石层并置于87℃下干燥22h，碾磨过80目筛，收集得干燥滩涂淤泥砂石颗粒；选取盐渍土并研磨过50目筛，收集盐渍土颗粒并按质量比1:10，将盐渍土颗粒与去离子水搅拌混合4h，再在2700r/min下离心分离，收集上层清液，随后按质量比1:8，将上述制备的干燥滩涂淤泥砂石颗粒与上层清液搅拌混合11h；待上述搅拌混合完成后，再在77℃下水浴加热4h，过滤并收集滤饼，将滤饼置于马弗炉中，通氮气排除空气后，升温加热至570℃，保温活化4h，随后静置冷却至室温，在370r/min下球磨4h，过100目筛，制备得激发活化颗粒；再按重量份数计，分别称量27份上述制备的激发活化颗粒、12份100目粉煤灰、7份松香和37份质量分数45%乙醇溶液置于烧杯中，在室温下搅拌混合27min后，收集得混合浆料，最后将上述制备的混合浆料浇注至不锈钢模具中，静置固化7h后，再在2MPa下压制7min，随后收集压制坯料，自然养护4天后，脱模即可制备得一种快干体积稳定型大理岩相似材料。
根据隧洞的地质结构特点，根据相似原理，以1:300的比例尺，将本发明制备的干体积稳定型大理岩相似材料建立地质力学模型。经检测，与使用传统的相似材料相比，易于干燥，干燥时间缩短11h，且抗压强度达到1.3MPa，弹性模量达到350MPa，且体积未发生缩小的现象。

Claims (1)

1.一种快干体积稳定型大理岩相似材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）选取滩涂淤泥并筛除大颗粒石块与贝壳后，将其置于85～90℃下干燥6～8h，收集干燥淤泥，按质量比1:10，将干燥淤泥与去离子水搅拌混合3～5h，随后静置20～24h分层后，收集最下层砂石层并置于85～90℃下干燥20～24h，碾磨过80目筛，收集得干燥滩涂淤泥砂石颗粒；
（2）选取盐渍土并研磨过50目筛，收集盐渍土颗粒并按质量比1:10，将盐渍土颗粒与去离子水搅拌混合3～5h，再在2500～3000r/min下离心分离，收集上层清液，随后按质量比1:8，将上述制备的干燥滩涂淤泥砂石颗粒与上层清液搅拌混合10～12h；
（3）待上述搅拌混合完成后，再在75～80℃下水浴加热3～5h，过滤并收集滤饼，将滤饼置于马弗炉中，通氮气排除空气后，升温加热至550～600℃，保温活化3～5h，随后静置冷却至室温，在350～400r/min下球磨3～5h，过100目筛，制备得激发活化颗粒；
（4）按重量份数计，分别称量25～30份上述制备的激发活化颗粒、10～15份100目粉煤灰、5～10份松香和35～40份质量分数45%乙醇溶液置于烧杯中，在室温下搅拌混合25～30min后，收集得混合浆料，
（5）将上述制备的混合浆料浇注至不锈钢模具中，静置固化6～8h后，再在2～3MPa下压制5～10min，随后收集压制坯料，自然养护3～5天后，脱模即可制备得一种快干体积稳定型大理岩相似材料。
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