CN111795724A - 可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，包括控制系统、试件夹持系统、加热系统、喷射系统和测试系统，试件夹持系统包括设置在控制箱正上方的三面架，三面架内腔的四个转角处各设置有一根试件夹持架，每根试件夹持架配备有夹持头，加热系统包括加热板和加热器；喷射系统包括第二水平液压支柱、风机、集料箱、输料管、旋转喷头、竖直液压支柱和垂向液压推杆，测试系统包括激光测速仪、冲击力传感器、应力传感片、温度传感器；本发明还公开了其实验方法。能模拟巷道高地热环境，即时进行巷道三维混凝土喷射，进行喷射混凝土在高温条件影响下的喷射冲击力、回弹速率及初始粘结强度的性能测试。

Description

可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置及方法

技术领域

本发明涉及混凝土喷浆测试装置技术领域，尤其是一种用于实验室的可调式电子控温三维喷射混凝土的性能测试装置及其方法。

背景技术

目前，在矿井深部开采、隧道等领域内常常面临高地温灾害。因此，在对巷道加固过程中，为了使喷射混凝土技术更加高效、安全，就需要高度模拟真实的灾害条件，然后精确测试喷射混凝土喷浆过程中的各种性能参数，从而确保实验数据的精确度及真实有效性。现有的实验装置还不够完善，无法真实模拟巷道高地温环境中，巷道顶部、底部和侧壁不同位置处混凝土喷射并进行性能测试，同时操作繁琐，费时费力。

发明内容

本发明针旨在提供一种可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，解决在高温灾害条件下喷射混凝土的有关性能参数的测试，具有实验数据真实准确、系统完善、操作便捷的特点。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，包括控制系统、试件夹持系统、加热系统、喷射系统和测试系统，

所述控制系统包括控制箱和安装在控制箱内的温度调节器；所述试件夹持系统包括设置在控制箱正上方的三面架，所述三面架由用于模拟巷道顶面的顶板，用于模拟巷道侧壁的侧板，用于模拟巷道底部的底板围成，三面架的开口朝向前方，且三面架内腔的四个转角处各设置有一根左右延伸的试件夹持架，且每根试件夹持架的左右两端各配备有一个夹持头，每个夹持头配备有一个第一水平液压支柱用于推动同一夹持架的两个夹持头靠近或远离，四根试件夹持架共同用于夹持上、后、下三块岩体试样板；所述加热系统包括设置在顶板、侧板、底板上的加热板，以及设置在控制箱内的加热器；所述喷射系统包括第二水平液压支柱、风机、集料箱、输料管、旋转喷头、竖直液压支柱和垂向液压推杆，所述第二水平液压支柱的后端滑动安装在控制箱上，并能在垂向液压推杆的驱动下左右滑动，第二水平液压支柱的前端与竖直液压支柱的下端相连用于推动第二水平液压支柱前后运动，竖直液压支柱的上端与输料管的后端相连用于推动输料管上下运动，所述集料箱安装在输料管前端的正上方用于向输料管送料，所述旋转喷头安装在输料管的后端，在旋转喷头上还接有压水管，所述旋转喷头能旋转实现向上喷射、向下喷射和向后喷射，在输料管的前端安装有风机用于将输料管内的混凝土由前向后通过气力输送至旋转喷头，混凝土在旋转喷头处与压水管送入的压力水混合后，由旋转喷头喷射于上、后、下三块岩体试样板上；

所述测试系统包括放置在喷射系统前方用于拍摄喷射混凝土回弹速率的激光测速仪，安装在顶板、侧板、底板内的冲击力传感器，安装在上、后、下三块岩体试样板上的应力传感片，安装在上、后、下三块岩体试样板上的温度传感器。

作为上述方案的优选，位于下前、下后位置处的试件夹持架的夹持头为竖直板；位于上前、上后位置处的试件夹持架的夹持头整体呈“L”形且相对设置，由竖直板和托板组成，托板的长度大于竖直板的长度；其中，上岩体试样板由上前、上后位置处的试件夹持架的夹持头的竖直板从左右两侧共同夹持，托板从左右两端的下方共同托起；后岩体试样板由上后、下后位置处的试件夹持架的夹持头的竖直板从左右两侧共同夹持；下上岩体试样板由下前、下后位置处的试件夹持架的夹持头的竖直板从左右两侧共同夹持。

进一步优选为，所述竖直液压支柱的上端与输料管的后端通过转动轴相连，所述输料管能绕转动轴水平转动。

进一步优选为，所述控制箱上还设置有散热孔、电缆线孔。

进一步优选为，所述控制箱底部设置有四个带刹车的万向脚轮。

进一步优选为，喷射时，所述旋转喷头距离岩体试样板的喷射距离为0.7m，风机以风压0.5MPa和风量10m³/min为标准进行选型，风机和压水管中的参数可调，水压选择大于风压0.5MPa～0.55MPa。

进一步优选为，所述输料管前端的内壁倒圆角R。

同时，本发明还提供了一种可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验方法，包括上述的可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，步骤如下：

A启动装置，根据所选岩体试样板尺寸，将三块岩体试样板置于试件夹持架上，使试件夹持架正好位置对应的加热板上。

B根据岩体试样板的尺寸来计算加热所需要的时间，以及喷射过程中风量。

C启动温度调节器旋钮，将加热温度调节到所需位置。

D待加热达到要求之后，启动喷射系统，进行待喷射。

E将应力传感片置于岩体试样板上，启动激光测速仪和冲击力传感器，然后进行喷射，待喷射结束后，关闭加热系统，使喷射系统远离受喷面，同时进行散热工作，等加热板的温度下降环境温度后，将岩体试样板移出。

F若需模拟多种温度条件，反复操作。

本发明的有益效果：可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，能模拟巷道高地热环境，进行即时巷道三维混凝土喷射，进行喷射混凝土在高温条件影响下的喷射冲击力、回弹速率及初始粘结强度的性能测试，测试精确高，自动化测试高，系统集成度高，测试效率高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为位于下前、下后的试件夹持架上的夹持头的结构示意。

图3为位于上前的试件夹持架上的夹持头的结构示意。

图4为图1的G部放大图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

如图1—图4所示，一种可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，主要由控制系统、试件夹持系统、加热系统、喷射系统和测试系统几部分组成。

控制系统主要由控制箱1和安装在控制箱1内的温度调节器2组成。

试件夹持系统主要由三面架3、试件夹持架4、第一水平液压支柱5、夹持头6组成。三面架3设置在控制箱1的正上方，便于空间布置，节约占用空间。三面架3由顶板3a、侧板3b和底板3c围成，三面架3的开口朝向前方。顶板3a用于模拟巷道的顶面，侧板3b用于模拟巷道的侧壁，底板3c用于模拟巷道的底部。

三面架3内腔的四个转角处各设置有一根左右延伸的试件夹持架4，共四根试件夹持架4。每根试件夹持架4的左右两端各配备有一个夹持头6，共八个夹持头6。每个夹持头6配备有一个第一水平液压支柱5，共八个第一水平液压支柱5。第一水平液压支柱5用于推动各自对应的夹持头6运动，同一夹持架4的两个夹持头6由各自对应的第一水平液压支柱5推动实现靠近或远离，从而将岩体试样板夹紧或松开。

四根试件夹持架4共同用于夹持上、后、下三块岩体试样板。位于下前、下后位置处的试件夹持架4的夹持头6为竖直板6a。位于上前、上后位置处的试件夹持架4的夹持头6整体呈“L”形且相对设置，由竖直板6a和托板6b组成，托板6b的长度大于竖直板6a的长度。其中，上岩体试样板由上前、上后位置处的试件夹持架4的共四个夹持头6的竖直板6a共同夹持，两个竖直板6a的相对端头从左右两侧将上岩体试样板夹紧，两个托板6b分别用于从上岩体试样板左右两端的下方将其托起，设置托板6b的长度大于竖直板6a的长度，目的是让托板6b能伸到上岩体试样板下方将其托起。后岩体试样板由上后、下后位置处的试件夹持架4的共四个夹持头6的竖直板6a共同夹持，后岩体试样板的下端落在下后位置处的试件夹持架4上，因此不需要再设置托板。下岩体试样板由下前、下后位置处的试件夹持架4的共四个夹持头6的竖直板6a共同夹持，下岩体试样板落在下前、下后位置处的试件夹持架4上，也不需要在设置托板。四根试件夹持架4通过不同设计的夹持头，能共同将上、后、下三块岩体试样板夹持住，用于混凝土喷射性能测试实验，占用空间下，不影响混凝土的喷射，结构设计合理巧妙。

加热系统主要由设置在控制箱1内的加热器(图中未示出)，以及设置在顶板3a、侧板3b、底板3c上的加热板7组成，其中控制系统的温度调节器2用于设定加热板7的加热温度，加热器用于向加热板7加热。

喷射系统主要由第二水平液压支柱8、风机9、集料箱10、输料管11、旋转喷头12、竖直液压支柱13和垂向液压推杆(图中未示出)组成。第二水平液压支柱8的后端滑动安装在控制箱1上，并能在垂向液压推杆的驱动下左右滑动。第二水平液压支柱8的前端与竖直液压支柱13的下端相连用于推动第二水平液压支柱8前后运动。竖直液压支柱13的上端与输料管11的后端相连用于推动输料管11上下运动。

集料箱10安装在输料管11前端的正上方用于向输料管11送料，旋转喷头12安装在输料管11的后端。在旋转喷头12上还接有压水管18，旋转喷头12能旋转实现向上喷射、向下喷射和向后喷射。在输料管11的前端安装有风机9，用于将输料管11内的混凝土由前向后通过气力输送至旋转喷头12。混凝土在旋转喷头12处与压水管18送入的压力水混合后，由旋转喷头12喷射于上、后、下三块岩体试样板上。

测试系统主要由激光测速仪14、冲击力传感器15、应力传感片16和温度传感器组成。激光测速仪14放置在喷射系统前方用于拍摄喷射混凝土的回弹速率；冲击力传感器15安装在顶板3a、侧板3b、底板3c内，应力传感片16安装在上、后、下三块岩体试样板上，温度传感器安装在上、后、下三块岩体试样板上。

最好是，竖直液压支柱13的上端与输料管11的后端通过转动轴相连，输料管11能绕转动轴水平转动。当需要夹持岩体试样板时，输料管11转动到三面架3外，以腾出空间方便放置夹持岩体试样板，夹持岩体试样板夹持完成后，再将输料管11转回到三面架3内并锁紧固定，防止在喷射混凝土的过程中发生转动。

最好是，控制箱1上还设置有散热孔1a和电缆线孔1b，用于散热和电缆线进出。输料管11前端的内壁倒圆角R，以避免混凝土物料卡滞，确保物料在风机作用下全部顺畅向后推送。

控制箱1底部设置有四个带刹车的万向脚轮17，实验装置可通过万向脚轮17移动。试验装置整体结构紧凑、布置合理，增设万向脚轮17，方便挪移，增设刹车，方便在适当的位置固定。

加热板7分别布置在上侧、下侧和后侧，这三个方位来模拟巷道的顶部，底端以及墙壁，最大发热功率达到8000W，加热板7内侧通过试件夹持架4夹持安装有要加热后进行混凝土喷射的岩体试样板。

第一水平液压支柱5、第二水平液压支柱8、风机9、集料箱10、旋转喷头12、竖直液压支柱13和垂向液压推杆的运动状况均由控制系统控制。喷射系统带动旋转喷头12可上下、前后、左右三方位移动，同时旋转喷头12自身可以旋转，从而实现喷射位置、喷射距离、喷射方向的精确控制。集料箱10置于输料管11的前端的正上方，配置好的混凝土置于集料箱10内经风机9提供动力，运送至旋转喷头12位置，混凝土到达旋转喷头12后然后与压水管18送入的压力水混合，再喷射于受喷面，即加热后的岩体试样板，从而满足了受喷面各个位置的喷射工作。

测试系统主要受控制系统控制，其中激光测速仪14、应力传感片16、温度传感器通过信号电缆与控制系统相连接，而冲击力传感器15安装在顶板3a、侧板3b、底板3c内，则通过内部的信号电缆与控制系统连接。其中，应力传感片设置多块，保证测试数据的精确度，而冲击力可在喷射过程中多次测量然后计算平均值，回弹速率主要观察在不同方位的测量值。

可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，可以进行喷射混凝土在高温条件影响下的喷射冲击力、回弹速率及初始粘结强度的性能测试，测试精确高，自动化测试高，并且能即时进行巷道三维混凝土喷射，系统集成度高，测试效率高。

为进一步说明可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置的有益效果和使用方法，对该装置的喷射系统、加热系统、控制系统中的有关参数及操作步骤做出了具体说明，从而操作者更加清楚。

可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置的喷射距离应按照规定进行严格控制，一般以0.7m为主，输料管11在输送混凝土料的过程中，风机9的参数以风压0.5MPa和风量10m³/min为标准进行选型。为了保证在混凝土喷射到受喷面水流不被风压平衡或阻断，并使料束润湿，规定水压选择大于风压，在0.5MPa～0.55MPa选择，并且风机和压水管中的参数可以调节。

可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置及测试方法的具体操作步骤如下：

A启动装置，根据所选岩体试样板尺寸，将岩体试样板置于试件夹持架上，使试件夹持架正好位置对应的加热板上。

B根据岩体试样板的尺寸来计算加热所需要的时间，以及喷射过程中风量。

C启动温度调节器旋钮，将加热温度调节到所需位置。

D待加热达到要求之后，启动喷射系统，进行待喷射。

E将应力传感片置于岩体试样板上，启动激光测速仪和冲击力传感器，然后进行喷射，待喷射结束后，关闭加热系统，使喷射系统远离受喷面，同时进行散热工作，等加热板的温度下降环境温度后，将岩体试样板移出。

F若需模拟多种温度条件，亦可反复操作。

Claims (8)

1.一种可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，其特征在于：包括控制系统、试件夹持系统、加热系统、喷射系统和测试系统，

所述控制系统包括控制箱(1)和安装在控制箱(1)内的温度调节器(2)；所述试件夹持系统包括设置在控制箱(1)正上方的三面架(3)，所述三面架(3)由用于模拟巷道顶面的顶板(3a)，用于模拟巷道侧壁的侧板(3b)，用于模拟巷道底部的底板(3c)围成，三面架(3)的开口朝向前方，且三面架(3)内腔的四个转角处各设置有一根左右延伸的试件夹持架(4)，且每根试件夹持架(4)的左右两端各配备有一个夹持头(6)，每个夹持头(6)配备有一个第一水平液压支柱(5)用于推动同一夹持架(4)的两个夹持头(6)靠近或远离，四根试件夹持架(4)共同用于夹持上、后、下三块岩体试样板；所述加热系统包括设置在顶板(3a)、侧板(3b)、底板(3c)上的加热板(7)，以及设置在控制箱(1)内的加热器；所述喷射系统包括第二水平液压支柱(8)、风机(9)、集料箱(10)、输料管(11)、旋转喷头(12)、竖直液压支柱(13)和垂向液压推杆，所述第二水平液压支柱(8)的后端滑动安装在控制箱(1)上，并能在垂向液压推杆的驱动下左右滑动，第二水平液压支柱(8)的前端与竖直液压支柱(13)的下端相连用于推动第二水平液压支柱(8)前后运动，竖直液压支柱(13)的上端与输料管(11)的后端相连用于推动输料管(11)上下运动，所述集料箱(10)安装在输料管(11)前端的正上方用于向输料管(11)送料，所述旋转喷头(12)安装在输料管(11)的后端，在旋转喷头(12)上还接有压水管(18)，所述旋转喷头(12)能旋转实现向上喷射、向下喷射和向后喷射，在输料管(11)的前端安装有风机(9)用于将输料管(11)内的混凝土由前向后通过气力输送至旋转喷头(12)，混凝土在旋转喷头(12)处与压水管(18)送入的压力水混合后，由旋转喷头(12)喷射于上、后、下三块岩体试样板上；

所述测试系统包括放置在喷射系统前方用于拍摄喷射混凝土回弹速率的激光测速仪(14)，安装在顶板(3a)、侧板(3b)、底板(3c)内的冲击力传感器(15)，安装在上、后、下三块岩体试样板上的应力传感片(16)，安装在上、后、下三块岩体试样板上的温度传感器。

2.按照权利要求1所述的可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，其特征在于：位于下前、下后位置处的所述试件夹持架(4)的夹持头(6)为竖直板(6a)；位于上前、上后位置处的试件夹持架(4)的夹持头(6)整体呈“L”形且相对设置，由竖直板(6a)和托板(6b)组成，托板(6b)的长度大于竖直板(6a)的长度；其中，上岩体试样板由上前、上后位置处的试件夹持架(4)的夹持头(6)的竖直板(6a)从左右两侧共同夹持，托板(6b)从左右两端的下方共同托起；后岩体试样板由上后、下后位置处的试件夹持架(4)的夹持头(6)的竖直板(6a)从左右两侧共同夹持；下上岩体试样板由下前、下后位置处的试件夹持架(4)的夹持头(6)的竖直板(6a)从左右两侧共同夹持。

3.按照权利要求1所述的可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，其特征在于：所述竖直液压支柱(13)的上端与输料管(11)的后端通过转动轴相连，所述输料管(11)能绕转动轴水平转动。

4.按照权利要求1所述的可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，其特征在于：所述控制箱(1)上还设置有散热孔(1a)、电缆线孔(1b)。

5.按照权利要求1所述的可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，其特征在于：所述控制箱(1)底部设置有四个带刹车的万向脚轮(17)。

6.按照权利要求4所述的可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，其特征在于：喷射时，所述旋转喷头(12)距离岩体试样板的喷射距离为0.7m，风机(9)以风压0.5MPa和风量10m³/min为标准进行选型，风机(9)和压水管(18)中的参数可调，水压选择大于风压0.5MPa～0.55MPa。

7.按照权利要求4所述的可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，其特征在于：所述输料管(11)前端的内壁倒圆角R。

8.一种可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验方法，其特征在于，包括权利要求1—7中任一项所述的可调式电子控温三维喷射混凝土性能测试实验装置，步骤如下：

A启动装置，根据所选岩体试样板尺寸，将三块岩体试样板置于试件夹持架上，使试件夹持架正好位置对应的加热板上。

B根据岩体试样板的尺寸来计算加热所需要的时间，以及喷射过程中风量。

C启动温度调节器旋钮，将加热温度调节到所需位置。

D待加热达到要求之后，启动喷射系统，进行待喷射。

E将应力传感片置于岩体试样板上，启动激光测速仪和冲击力传感器，然后进行喷射，待喷射结束后，关闭加热系统，使喷射系统远离受喷面，同时进行散热工作，等加热板的温度下降环境温度后，将岩体试样板移出。

F若需模拟多种温度条件，反复操作。

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