CN112270883A - 一种表征注浆材料填充性的模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表征注浆材料填充性的模拟试验装置，包括基体钢部件、连接钢板、固定螺栓、固定销钉、紧固夹、橡胶垫条、注浆出浆口、密封胶。本发明针对实际工程中注浆材料填充密实性检测难的问题，通过设计密封性好，注浆缝宽度可调的模拟试验装置，可实现在实验室对不同宽度缝隙的进行注浆试验，在注浆完成后将一侧的基体钢部件拆除，可直观了解注浆材料在不同宽度微细缝隙中的填充效果，为注浆材料填充效果评价提供了一种可靠的试验手段，也为注浆材料的配方优化和性能提升提供依据。

Description

一种表征注浆材料填充性的模拟试验装置

技术领域

本发明属于水泥基注浆材料技术领域，具体涉及一种表征注浆材料填充性的模拟试验装置。

背景技术

填充密实度一直以来都是注浆材料关注的焦点。注浆质量的检测经历了从破损检测到无损检测的发展过程。其中钻芯法作为传统的破损检测方法，虽然能准确看到实际的填充效果，但会对结构本体造成较大的损伤，在诸多重要工程部位不适宜用破损方法检测。而无损检测方法，如探地雷达法、超声波透射法、超声相控法等，虽然对检测结构体无损伤，但这些检测手段通过波形信号测试，直观性差，且存在检测精度有限、受各种复杂条件的干扰而出现无法有效检测的问题，特别是对于3mm～7mm的细微缝隙，其检测评估更为困难。因此在实际工程中对于注浆材料的填充密实性的检测效果并不理想。

为了更简便、更准确、更高效地注浆材料的填充效果，可考虑开发一种可以观察注浆材料填充效果的模拟试验装置，在实验室做不同宽度缝隙的模拟注浆试验，填充效果试验结果可用于实验室对注浆材料的配方和性能优化，为特定注浆材料在具体工程中使用的可行性提供依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的上述不足，提供一种在实验室条件下可直观了解注浆材料在不同宽度微细缝隙中的填充效果的表征注浆材料填充性的模拟试验装置。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

本发明提供了一种表征注浆材料在缝隙中填充质量的模拟试验装置，由基体钢部件A(图中标号为1)、基体钢部件B(图中标号为2)、上部连接钢板3、下部连接钢板4、固定螺栓6、固定销钉7、紧固夹5、橡胶垫条12、注浆口11、出浆口8和密封胶10等组成。

两块基体钢部件(A和B)的拼接侧呈“M”形，两块基体钢部件通过多个固定螺栓6和固定销钉7与上下连接钢板(即图中的标号3和4)连接后形成呈两次直角弯折的三段式“座椅形”注浆缝9。这里设置成三段式“座椅形”注浆缝9，主要是想让注浆缝具有一定的曲折度，便于评价注浆材料在复杂形状孔隙中的填充效果。当然其折角不一定限于直角，直角属于典型的模拟结构。

参考图3所示。其中一个基体钢部件(钢部件A)上下表面每隔一定距离开有螺栓孔132和销钉孔131，中部的螺栓孔132两侧分别设置销钉孔131，其他螺栓孔132附近根据情况设置1个或不设置销钉孔，销钉孔131总数略少于螺栓孔132。

参考图4所示，另一个基体钢部件(钢部件B)的螺栓孔和销钉孔开孔方式基本形同，区别在于每一个销钉孔旁边额外开了两个销钉孔(即相当于设置了一组三个销钉孔)，形成三排销钉孔，相邻两排销钉孔的圆心位置相差为2mm，用于调节注浆缝的宽度。通过选择不同位置的销钉孔来进行与上下连接钢板的连接定位，从而实现基体钢部件A和B之间的相对距离可调节，进一步实现了注浆缝的宽度调节。

参考图5所示，连接钢板两侧也开有螺栓孔和销钉孔，开孔位置设计与基体钢部件一致，满足与基体钢部件连接需求。需要注意的是，连接钢板上的部分螺栓孔可以为槽型孔(例如图5中上面一排的螺栓孔为槽型孔，而下面一排的螺栓孔为圆孔)，而其它部分的螺栓孔和销钉孔则为圆孔，进而，利用螺栓定位时，螺栓起到位置适度控制预紧，更精确的位置控制则依赖销钉孔的定位。即，装置安装时，先将连接钢板一侧与钢部件A相连，然后嵌入钢部件B，根据目标注浆缝宽度，选择三排销钉孔中的一排对齐后插入销钉，钢部件B上的螺槽(即钢部件B上的螺栓孔也为槽孔，必要时可以根据实际定位与调整需要，灵活设置与选择各钢部件及连接钢板上的螺栓孔的形状)设计上宽度略大，使得当选择任意一排销钉孔/销钉时，螺栓都能有效固定。最终可以获得3mm、5mm、7mm三个不同宽度的注浆缝。

螺栓孔的设置主要是将连接钢板与两个基体钢板的上表面初步固定。在钢板较薄而长度较大时，具有较强的弯曲变形特性，局部可能出现翘曲而使连接钢板与基体钢部件表面无法紧密贴合，造成注浆外溢的问题。销钉的作用就是大幅降低钢板与基体钢部件间的间隙。如果在使用销钉后，还是能发现有肉眼可见的微小空隙，对于注浆材料，即使是这样的空隙也是不允许的。因此需要在连接钢板与基体钢部件之间铺放橡胶垫条，通过紧固夹5紧固后起到完全弥合连接钢板与基体钢部件之间缝隙的作用，确保注浆材料完全填充在注浆缝中。橡胶垫条12每排螺栓孔两侧各放一条，靠近注浆缝9的橡胶垫条12起到主要的弥合缝隙作用，靠近边缘的橡胶垫条起到支撑作用，使紧固夹5施加作用力后钢板不会出现变形。

下部连接钢板4的一端焊接了注浆口11，上部连接钢板3的另一端焊接了出浆口8。注浆口11和出浆口8的位置与三段式“座椅形”注浆缝9连通，注浆口的结构形式应能与注浆设备连接，注浆口和出浆口应具有开关阀门。注浆口设置在下部可以依靠注浆材料的自重减少填充不密实的可能性，出浆口起到了排气作用，避免注浆缝中原有的气体无法排除而造成填充不密实。注浆完毕后，关闭注浆口和出浆口的阀门。

装置安装完毕后，应在注浆缝9的两端涂覆密封胶10，形成封闭的注浆空间。密封胶10涂覆完毕后应至少放置24h后才能进行注浆试验。

注浆完成后宜放置28天待注浆材料强度充分发展后，拆除上下连接钢板和一侧基体钢部件，观察注浆材料的填充密实性。

本发明提供的表征注浆材料在缝隙中填充质量的模拟试验装置，针对实际工程中注浆材料填充密实性检测难的问题，通过设计密封性好，注浆缝宽度可调的模拟试验装置，可实现在实验室对不同宽度的缝隙进行注浆试验，在注浆完成后将一侧的基体钢部件拆除，可直观了解注浆材料在不同宽度微细缝隙中的填充效果，为注浆材料填充效果评价提供了一种可靠的试验手段，也为注浆材料的配方优化和性能提升提供依据，解决实际工程中注浆材料填充密实性检测难的问题，减少实际工程中注浆不密实的风险。

附图说明

图1为本发明表征注浆材料填充性的模拟试验装置整体示意图；

图2为本发明表征注浆材料填充性的模拟试验装置端部截面示意图；

图3为本发明装置中基体钢部件A的结构示意图；

图4为本发明装置中基体钢部件B的结构示意图；

图5为本发明装置中连接钢板的结构示意图；

图中：1——基体钢部件A 2——基体钢部件B 3——上部连接钢板 4——下部连接钢板 5——紧固夹 6——固定螺栓 7——固定销钉 8——出浆口 9——注浆缝91——中段 10——密封胶 11——注浆口 12——橡胶垫条 131——销钉孔132——螺栓孔 14、15、16、17——立面

具体实施方式

下面将进一步通过更具体的实施例来对本发明举例对具体实施方式进行详细说明。

如图1至图5所示，本实施例给出了一个长度为3m的注浆材料填充性模拟试验装置，由左右2个基体钢部件、上下2块连接钢板、36个螺栓、24个销钉、4根橡胶垫条、32个C型不锈钢紧固夹拼装而成。

基体钢部件A上下表面各设有9个Ф12mm螺栓孔，相邻螺栓孔的间距为365mm，两端的螺栓孔距边缘40mm。第1、3、7、9个螺栓孔旁边设有1个销钉孔、第5个的螺栓孔(位于中部)两侧各设一个销钉孔，销钉孔的直径均为10mm。

基体钢部件B上下表面除了按基体钢部件A设置的螺栓孔和销钉孔外，在每个销钉孔旁边沿宽度方向圆心每隔2mm错位额外设置两个销钉孔，形成3排销钉孔。基体钢部件B上螺栓的螺槽沿平行于宽度的直径方向拓宽4mm，使无论选择任意一排销钉时，均能使螺栓有效固定。

上下连接钢板一侧的螺栓孔和销钉孔数量、尺寸、位置与基体钢部件A相同，另一侧的螺栓孔和销钉孔数量、尺寸、位置与基体钢部件B相同。下部连接钢板在距离右侧边缘50mm处焊接了Ф10mm的注浆孔，上部连接钢板在距离左侧边缘50mm处焊接了Ф10mm的出浆孔。

如图2所示，断面形状呈带状的注浆缝9经过两次直角转折，整体呈三段式结构，其中段91与上下连接钢板平行。基体钢部件B(标号为2)和基体钢部件A(标号为1)两侧的立面14和15为斜面，立面16和17为竖直面，在安装过程中由于上下部分安装了许多凸出的夹钳、销钉和螺栓，因此图中上下部分不适宜定位支撑，可以对整个装置倾斜处理，灵活选择图中两侧相应的立面作为支撑面。

安装前，先设定目标注浆缝宽度，并选择基体钢部件B的销钉孔。当设定注浆缝宽度为3mm时，选择基体钢部件B最内侧一排销钉孔；当设定注浆缝宽度为5mm时，选择基体钢部件B中间一排销钉孔；当设定注浆缝宽度为7mm时，选择基体钢部件B最外侧一排销钉孔。

安装及试验步骤如下：

(1)将两块基体钢部件底面朝上，在底面螺栓孔两侧铺放橡胶垫条，盖上下部连接钢板。将连接钢板一侧的螺栓孔和销钉孔与基体钢部件A的螺栓孔和销钉孔对齐，拧上螺栓并插上销钉。调整基体钢部件B的位置，使基体钢部件B选定的那排销钉孔与连接钢板的另一侧销钉孔对齐，拧上螺栓并插上销钉。

(2)下部连接钢板与两块基体钢部件底面连接完成后，将装置倒置，按步骤(1)将上部连接钢板与两块基体钢部件顶面连接，使装置拼接完成，形成“座椅形”注浆缝。

(3)在相邻螺栓之间安装C型不锈钢紧固夹，使连接钢板与基体钢部件之间不存在缝隙。

(4)在三段式“座椅形”注浆缝的两侧涂覆密封胶，形成封闭的注浆空间。

(5)打开注浆口和出浆口阀门，从底部连接钢板的注浆口以0.5MPa的注浆压力进行注浆，至出浆口冒浆后将注浆口和出浆口阀门关闭。

(6)将试验装置在实验室放置28天待注浆材料强度充分发展后，去除两侧密封胶，并拆除上下连接钢板和一侧基体钢部件，观察硬化注浆材料的连续性和其中的气孔、蜂窝等缺陷。

将装置的注浆缝宽度分别调整为3mm、5mm和7mm，采用某公司的预应力孔道压浆材料对不同缝宽的模拟试验装置进行注浆。该预应力孔道压浆材料与填注性能相关的指标测试结果如下：初始流动度17s(标准要求：10s～17s)、充盈度合格，3h自由膨胀率1.5％(标准要求：0％～2％)，24h自由膨胀率2.5％(标准要求：0％～3％)。

试验拆除后发现，对于7mm的注浆缝，注浆材料呈连续的“座椅状”结构，与注浆缝尺寸温和，无明显气孔、蜂窝等缺陷，填充效果良好。对于5mm的注浆缝，注浆效果尚可，有少量的气孔和蜂窝缺陷。对于3mm的注浆缝，拆除后部分地方出现断裂，靠近边角部位有较多的未填充区域。对于3种宽度的注浆缝均未发现脱粘现象，表明注浆材料的早期自由膨胀特性抵消了收缩，增加了填充密实度。

模拟填充试验发现，该注浆材料对于3mm及以下的微细裂缝，存在填充性不足的问题，不适合岩石裂缝等细微裂缝的填充。该试验结果可对注浆材料在实际工程中的应用提供参考。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种表征注浆材料填充性的模拟试验装置，其特征在于，包括用于合围成断面呈两次折角转折的三段式注浆缝的第一基体钢部件、第二基体钢部件、第一连接钢板、第二连接钢板，用于固定的螺栓和销钉，以及用于防止漏浆的橡胶垫条、紧固夹和密封胶。

2.根据权利要求1所述的表征注浆材料填充性的模拟试验装置，其特征在于，所述第一基体钢部件和第二基体钢部件相对布置，所述第一连接钢板和第二连接钢板相对布置；

经螺栓和销钉的连接固定，所述第一基体钢部件的一侧与所述第一连接钢板连接，相对侧与所述第二连接钢板连接；所述第二基体钢部件的一侧与所述第一连接钢板连接，相对侧与所述第二连接钢板连接；

所述第一基体钢部件和第二基体钢部件的其中一个的上下表面按设定距离设有与对应的固定螺栓和固定销钉匹配的螺栓孔和销钉孔，其中，中间位所设的螺栓孔两侧相邻位分别设置一个销钉孔，其它位所设的螺栓孔相邻位设置0-1个销钉孔，销钉孔总数略少于螺栓孔数量；另一个的上下表面按设定距离设有与对应的固定螺栓和固定销钉匹配的螺栓孔和销钉孔组，其中，中间位所设的螺栓孔两侧相邻位分别设置一组销钉孔，其它位所设的螺栓孔相邻位设置0-1组销钉孔，销钉孔组数的数量略少于螺栓孔数量，每组销钉孔由三个距离注浆缝距离不等的销孔所组成，三个销孔中相邻两个的圆心距离为2mm，各销钉孔组的销钉孔按与注浆缝的距离形成三排销钉孔，以选择性地与相应的销钉相匹配，用于调节注浆缝的宽度。

3.根据权利要求1所述的表征注浆材料填充性的模拟试验装置，其特征在于，所述第一连接钢板和第二连接钢板上设有与所述第一基体钢部件和/或第二基体钢部件上的螺栓孔和销钉孔匹配的螺栓孔和销钉孔。

4.根据权利要求1所述的表征注浆材料填充性的模拟试验装置，其特征在于，所述注浆缝下部对应的第一连接钢板或第二连接钢板的一端设置有一带有开关阀门的注浆口，所述注浆缝上部对应的第一连接钢板或第二连接钢板的相对端设置有一带有开关阀门的出浆口。

5.根据权利要求1所述的表征注浆材料填充性的模拟试验装置，其特征在于，所述橡胶垫条铺放在相应基体钢部件表面与相应连接钢板之间，应至少在所有螺栓孔两侧各设置一条所述橡胶垫条，经紧固夹紧固后弥合基体钢部件与连接钢板之间的缝隙。

6.根据权利要求1所述的表征注浆材料填充性的模拟试验装置，其特征在于，所述密封胶涂覆于注浆缝的两端以形成密闭的注浆空间。

7.根据权利要求1所述的表征注浆材料填充性的模拟试验装置，其特征在于，所述第一基体钢部件相对于所述第二连接钢板和第二基体钢部件的轮廓面断面大致呈“W”形或“M”形；相应的，所述第二基体钢部件相对于所述第一基体钢部件和第一连接钢板的轮廓面断面大致呈“M”形或“W”形。

8.根据权利要求1或7所述的表征注浆材料填充性的模拟试验装置，其特征在于，所述折角为直角；所述三段式注浆缝的中间段的走向与所述第一连接钢板和第二连接钢板相平行。

9.根据权利要求1所述的表征注浆材料填充性的模拟试验装置，其特征在于，所述第一基体钢部件和/或第二基体钢部件的外侧面具有便于该模拟试验装置组装后定位支撑的立面。

10.根据权利要求8所述的表征注浆材料填充性的模拟试验装置，其特征在于，单个基体钢部件上的所述立面包括一个相对所述第二连接钢板垂直的垂面和一个相对所述第二连接钢板倾斜的斜面。

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