CN111718164B - 一种非冻结可破碎合成模型冰材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种非冻结可破碎合成模型冰材料及其制备方法，所述合成模型冰材料包含粗骨料、细骨料、粘合剂、添加剂和水，所述粗骨料为50目聚丙烯，所述细骨料为300目聚丙烯，所述粘合剂为po42.5水泥，所述添加剂为机油，食用盐，混凝土消泡剂，所述粘合剂含量为15‑25％，所述粗骨料含量为70‑85％，所述细骨料含量为2‑6％，所述水含量是粘合剂、粗骨料和细骨料和的30％，其余为添加剂；本发明首先确定了一定缩尺比下的理想模型冰的物理力学性质指标，然后提出了一种新型非冻结可破碎合成模型冰材料及其制备方法，并验证了制备出的模型冰符合一定缩尺比下的理想模型冰的物理力学性质指标。

Description

一种非冻结可破碎合成模型冰材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种冰材料及其制备方法，尤其涉及一种非冻结可破碎合成模型冰材料及其制备方法。
背景技术
模型冰是实验室中养生得到的冰，海冰的结构、形态、强度几乎所有特征皆可以被精确的模拟出来的才是理想的模型冰。模型冰的性质研究如今已成为极地地区工程技术领域中的重中之重，因为它是判断冰试验，特别是冰力模型试验是否成功的基本指标。以分类来说，现有的模型冰按照是否能够破碎可以被划分成两类，分别是不可破碎模型冰与可破碎模型冰。这两大类又可分为若干小类，其中不可破碎模型冰的子分类有不可破碎冰层和不可破碎冰块；可破碎模型冰的子分类则为冻结粒状冰、冻结柱状冰，非冻结合成冰以及混合冻结模型冰。与低温冻结模型冰相比，非冻结模型冰的优势是适用温度范围广，对场景温度要求较低，可应用于不能使用低温冻结冰的试验。以往学者已经对模型冰的研究有了一定的进展，但是根据相似性原理与极地海冰的特性，模拟极地海冰物理力学性能的模型冰研究还很少。
发明内容
本发明提供了为了实现对极地海冰的物理模拟而提供了一种非冻结可破碎合成模型冰材料及其制备方法。
本发明是这样实现的：
一种非冻结可破碎合成模型冰材料，所述合成模型冰材料包含粗骨料、细骨料、粘合剂、添加剂和水，所述粗骨料为50目聚丙烯，所述细骨料为300目聚丙烯，所述粘合剂为po42.5水泥。
本发明还包括这样一些特征：
所述添加剂为机油，食用盐，混凝土消泡剂；
所述粘合剂含量为15-25％，所述粗骨料含量为70-85％，所述细骨料含量为2-6％，所述水含量是粘合剂、粗骨料和细骨料和的30％，其余为添加剂。
一种非冻结可破碎合成模型冰材料的制备方法，包括如下步骤：
首先需要将粗骨料、细骨料、粘合剂、添加剂和水用搅拌机均匀地搅拌成为可以浇筑入模成型的物质；
然后将其放入制作模型冰的专用模具，内部贴有防粘薄膜，并将模型冰沿垂直方向震捣压实并抹平；
之后进行养生期护理，使模型冰在室温20℃的条件下进行养护，在对模型冰试样养护时间达到72h后要进行翻模，然后可以继续养护120h后结束养生过程，放入水中，浸泡1小时，取出模型冰，即制备完成；
所述搅拌机为50公分加粗双山型。
本发明有益效果：
本发明根据相似性原理与极地海冰的物理力学性能指标，首先确定了一定缩尺比下的理想模型冰的物理力学性质指标，然后提出了一种新型非冻结可破碎合成模型冰材料及其制备方法，并验证了制备出的模型冰符合一定缩尺比下的理想模型冰的物理力学性质指标。
附图说明
图1是三点简支梁方法测量模型冰的的弯曲强度和弹性模量的示意图；
图2是单轴压缩试验测量压缩强度示意图；
图3是本发明模型冰制备流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施案例，对本发明进行详细说明。
为实现对极地海冰的物理模拟，本发明方法提出了一种新型非冻结可破碎合成模型冰材料及其制备方法。具体原理如下：
非冻结模型冰的设计配方原材料包含粗骨料(50目聚丙烯)、细骨料(300目聚丙烯)、粘合剂(po42.5水泥)、添加剂(机油，食用盐，混凝土消泡剂)和水等组份。
模型冰的制备过程首先需要将粗骨料、细骨料、粘合剂、添加剂和水用专用的搅拌机(50公分加粗双山型)均匀地搅拌成为可以浇筑入模成型的物质，然后将其放入制作模型冰的专用模具，内部贴有防粘薄膜，并将模型冰沿垂直方向震捣压实并抹平。此时需进行养生期护理，使模型冰在室温20℃的条件下进行养护，在对模型冰试样养护时间达到72h后要进行翻模，然后可以继续养护120h后结束养生过程，放入水中，浸泡1小时，取出模型冰，即制备完成。制备流程图如图3所示。
然后对制备出的模型冰进行物理力学性能的验证，即分别对模型冰试样的密度、弯曲强度、弹性模量和压缩强度四种指标进行试验验证，确定所制备出的模型冰符合一定缩尺比下的理想模型冰的物理力学性质指标。
以模型冰与极地海冰的几何缩尺比为1:5举例，进行非冻结可破碎合成模型冰的制备与物理力学性能的验证。
这种缩尺比下理想模型冰的物理力学特性如下表1所示：
表1模型冰的物理力学特性
Figure BDA0002549701730000031
在此实例中，粘合剂(po42.5)水泥含量为20％，粗骨料(50目聚丙烯)含量为76％，细骨料(300目聚丙烯)含量为4％，配方中水含量为前三者重量之和的30％，添加剂(机油，食用盐，混凝土消泡剂)含量少许。用专用的搅拌机(50公分加粗双山型)均匀地搅拌成为可以浇筑入模成型的物质，然后将其放入制作模型冰的专用模具，将用来测量模型冰物理力学性能的弯曲小试样模具尺寸设为200×30×20mm，压缩小试样模具尺寸设为75×30×30mm。弯曲小试样模具和压缩小试样模具各做10个，以保证同种环境下同时制备10个弯曲小试样和10个压缩小试样，以减小试验的误差。模具内部贴有防粘薄膜，并将模型冰沿垂直方向震捣压实并抹平。此时需进行养生期护理，使模型冰在室温20℃的条件下进行养护，在对模型冰试样养护时间达到72h后要进行翻模，然后可以继续养护120h后结束养生过程，放入水中，浸泡1小时，泡至完全湿润为止取出模型冰，即制备完成。
然后对制备好的弯曲小试样与压缩小试样进行物理力学性能的验证。采用原位浮力法对模型冰的密度进行试验测定，采用三点简支梁方法同时测定模型冰试样的弯曲强度和弹性模量，如图1，采用单轴压缩方法对模型冰的压缩强度进行测量，如图2，密度测量试验与弯曲强度测量试验选取弯曲小试样模具，压缩强度测量试验选取压缩小试样模具。对10组弯曲小试样模具与压缩小试样模具在同种环境下进行试验测定，试验结果如下表2所示：
表2水泥含量为20％，养生时间为192h的模型冰物理力学性能测量结果
Figure BDA0002549701730000032
Figure BDA0002549701730000041
10组试验中所测得的模型冰的密度范围基本都集中在0.720～0.940g/cm3之间，符合理想模型冰的密度范围；对于弯曲强度和弹性模量来说，所测得的弯曲强度在理想模型冰要求的范围0.12～0.3MPa之内，弹性模量在0.2～1GPa之间；同样地，对于模型冰的压缩强度的测得值而言，也符合理想模型冰压缩强度的要求范围0.1～1MPa。
综上所述，当养生时间为192h，水泥含量为20％时，模型冰所测得的密度，弯曲强度，弹性模量，压缩强度均在理想模型冰物理力学性能要求范围内。

Claims (2)

1.一种非冻结可破碎合成模型冰材料的制备方法，其特征是，所述合成模型冰材料包含粗骨料、细骨料、粘合剂、添加剂和水，所述粗骨料为50目聚丙烯，所述细骨料为300目聚丙烯，所述粘合剂为P · O 42.5水泥；所述添加剂为机油，食用盐，混凝土消泡剂；所述粘合剂含量为15-25％，所述粗骨料含量为70-85％，所述细骨料含量为2-6％，所述水含量是粘合剂、粗骨料和细骨料和的30％，其余为添加剂；按照如下步骤制备而成：
首先需要将粗骨料、细骨料、粘合剂、添加剂和水用50公分加粗双山型搅拌机均匀地搅拌成为可以浇筑入模成型的物质；
然后将其放入制作模型冰的专用模具，内部贴有防粘薄膜，并将模型冰沿垂直方向震捣压实并抹平；
之后进行养生期护理，使模型冰在室温20℃的条件下进行养护，在对模型冰试样养护时间达到72h后要进行翻模，然后可以继续养护120h后结束养生过程，放入水中，浸泡1小时，取出模型冰，即制备完成。
2.一种非冻结可破碎合成模型冰材料，其特征是，由权利要求1所述的方法制备而成。
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