CN114136877B - 一种锚索用水泥浆胶凝强度监测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锚索用水泥浆胶凝强度监测装置及其方法，其中，监测装置至少包括：基座，其顶部两端设置有可调支架；用于容置水泥浆的反应釜，反应釜具有配置在其顶部的第一压力室和在其侧面的第二压力室，且第一压力室和第二压力室被配置为向水泥浆施加压力，其中，第一压力室与一用于向其注入加压流体的输入管线连通；加热池，其用于向反应釜提供热能，且加热池和反应釜连接于可调支架，其中，反应釜侧面连接有至少一被配置为伸入反应釜内水泥浆之中的第一输入管线，且所述第一输入管线位于水泥浆中的至少部分为第一测管，反应釜具有一对应于第一测管的第一观察窗。此外，本发明还涉及一种锚索用水泥浆胶凝强度监测方法。

Description

一种锚索用水泥浆胶凝强度监测装置及其方法

技术领域

本发明涉及锚索用水泥浆强度监测技术领域，尤其涉及一种锚索用水泥浆胶凝强度监测装置及其方法。

背景技术

锚索是通过外端固定于坡面，另一端锚固在滑动面以内的稳定岩体中穿过边坡滑动面的预应力钢绞线，直接在滑面上产生抗滑阻力，增大抗滑摩擦阻力，使结构面处于压紧状态，以提高边坡岩体的整体性，从而从根本上改善岩体的力学性能，有效地控制岩体的位移，促使其稳定，达到整治顺层、滑坡及危岩、危石的目的。

锚索施工的工艺步骤一般为：施工准备—锚孔钻造—锚索制安—锚孔注浆—腰梁施工—腰梁与桩间用混凝土填充密实—锚孔张拉锁定-验收封锚，其中，锚索施工工艺中最为关键的步骤就是注浆，而注浆时及注浆后的水泥浆的胶凝强度对于其提高边坡岩体的稳定性有十分重要的影响。

CN103969183A公开了一种测试锚杆或锚索与混凝土粘结强度的试验装置，其包括用于安装锚杆或锚索的套筒和用于对所述锚杆或锚索进行轴向拉拔的拉拔装置，所述套筒的底部中央设有定位孔，用于对所述锚杆或锚索的一端进行定位，通过在所述套筒内填装满混凝土将所述锚杆或锚索固定在所述套筒内且所述锚杆或锚索的另一端延伸出所述套筒，通过所述拉拔装置连接在所述锚杆或锚索的伸出端进行拉拔试验，本发明还涉及一种锚杆或锚索与混凝土粘结强度的实验室测试方法。本发明的装置结构简单，试验过程省时省力，试验结果准确易得。

现有技术提供了大量用于检测水泥浆胶凝强度的装置或方法，其中不乏大量用于室内仿真模拟实验的检测设备，然而基于这些室内检测装置提供的水泥胶结强度检测方法具有一定可行性，但仍然存在许多不足，例如：部分检测装置或检测方法缺乏对水泥浆胶凝过程的可视化的实时监测，由于无法获知水泥浆在各凝结时期的微观变化，故不根据水泥浆在各凝结阶段的差异性得出其胶凝强度与时间相关的变化趋势，因此仅得出对水泥浆凝结强度的最终评定结果，是不够客观准确且全面的，且无法观察到水泥浆的状态变化，因此也不能直观地体现水泥浆抗底层流体的侵入能力；其次，现有多数装置能够模拟的地层环境十分有限，特别是无法模拟原位地层下不同深度所对应的压力及温度状态，因此其实验结果及数据往往不够全面可靠，缺乏一定真实性及说服力，而在根据这些实验数据开展工程时，也无法为其提供准确有效的数据支持，从而可能会造成预期外的施工成本。

因此，现有技术仍有亟待解决的至少一个或多个问题。为此本发明意在提供一种可视化的、高仿真的、以及高还原度的方法以及装置实时测量水泥浆凝结硬化过程中的胶凝强度发展。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种锚索用水泥浆施工方法及其胶凝强度监测装置、方法，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种锚索用水泥浆胶凝强度监测装置，至少包括：基座，其顶部两端设置有可调支架；用于容置水泥浆的反应釜，反应釜具有配置在其顶部的第一压力室和在其侧面的第二压力室，且第一压力室和第二压力室被配置为向水泥浆施加压力，其中，第一压力室与一用于向其注入加压流体的输入管线连通；加热池，其用于向反应釜提供热能，且加热池和反应釜连接于可调支架，其中，反应釜侧面连接有至少一被配置为伸入反应釜内水泥浆之中的第一输入管线，且第一输入管线位于水泥浆中的至少部分为第一测管，反应釜具有一对应于第一测管的第一观察窗。

优选地，反应釜侧面还连接有至少一被配置为伸入第二压力室的第二输入管线，且第二输入管线位于第二压力室中的至少部分为第二测管，反应釜具有一对应于第二测管的第二观察窗。

优选地，第一压力室和水泥浆之间设置有至少一层隔离膜，加压流体被注入至隔离膜上方的第一压力室，其中，加压流体是与水泥浆互不相溶。

优选地，第一测管设置为可拆卸结构，且第一测管与第一观察窗内壁呈并行或垂直状态。

优选地，第一压力室连接有具有缓冲罐的加压流体泵机组，以利用加压流体泵机组的作用力将加压流体作用至水泥浆之上，从而使水泥浆处于相应的地层压力之下。

优选地，该装置还包括：一用于测定加压流体流速的流量计；一用于泵送加压流体至反应釜的加压泵；一用于测定加压流体压力的压力表；以及一用于提供针对各设备的连续控制之功能的控制单元。

优选地，本发明提供了一种锚索用水泥浆胶凝强度监测方法，该方法至少包括：S1：通过加压流体泵机组和加热池向容置有水泥浆的反应釜提供可变的压力和温度条件，以使水泥浆的凝结和硬化过程处于相应地层的温度和压力状态之下；S2：在水泥浆凝结硬化反应进行预设时间之后，向位于水泥浆中的第一测管施加平稳缓慢的流体，并通过压力表获取流体的压力值；S3：通过第一观察窗观察第一测管管口处的水泥浆的微观变化，并根据水泥浆的微观变化记录对应时刻的与水泥浆的胶凝强度相关的压力值P。

优选地，S3步骤包括：在水泥浆初凝之前，记录第一测管管口处产生预定大小的气泡时的压力为第一破乳压力P1，以及记录第一测管管口处产生至少单个完整气泡时的压力为第二破乳压力P2，则相应时刻水泥浆的胶凝强度为第一破乳压力P1与第二破乳压力P2的算术平均值；在水泥浆初凝之时，记录第一测管管口处的水泥浆波动、颤动或是产生裂隙时的破乳压力为P3，并以此表征相应时刻水泥浆的胶凝强度。

优选地，在模拟测定水泥浆的胶凝强度之时，随着加压初期输入管线内压力的升高，流量计实时显示的流体流速均匀，而当第一测管管口处有气泡形成并上浮或有裂隙产生之时，流量计实时显示的流体流速产生波动，将与该波动时刻对应的破乳压力P定义为水泥浆的胶凝强度。

优选地，在通过检测方法模拟测量水泥浆在相应的地温和地压下与套管之间的胶结强度之时，能够通过如下方法完成：打开用于测量水泥环和套管之间胶结强度的第二测管以泵送加压流体进入水泥环和反应釜内壁之间的空隙；在通过第二观察窗观察到水泥环和反应釜内壁之间产生松动之时，停止泵入加压流体，并记录相应时刻的泵入压力，其中，该泵入压力用于表征模拟水泥环和套管之间的胶结强度，且其与水泥环和井壁之间的胶结强度呈正相关。

优选地，本发明提供了一种锚索用水泥浆施工方法，该施工方法包括：根据水泥浆的微观变化测量至少部分水化时段内各水化时刻下对应的用于表征所述水泥浆胶凝强度的压力值P；基于对所述至少部分水化时段内各水化时刻下的压力值P的回归分析获取相应的水泥浆胶凝强度与水化时间的函数关系曲线；根据所述函数关系曲线预估至少另一部分水化时段内各水化时刻下的水泥浆胶凝强度，以根据所述预估的水泥浆胶凝强度选择性添加速凝剂并控制其用量。

本发明的有益技术效果包括：

（1）通过本发明的装置能够测定某种水泥在实际投入使用之前是否满足设计需求，是否能够在要求的时间内满足自身胶凝强度，故可以很大程度上降低工程的施工成本；

（2）通过本发明高仿真、可视化的模拟手段可模拟各种地层流体在高温高压作用下对水泥浆的侵蚀作用，模拟各种流体侵入水泥环，以通过可视化的窗口直观地观察水泥环的抗蚀能力；

（3）参照施工地段相应的地温和地压，使水泥浆在相应的地温和地压情况下进行凝结硬化，并且可以在水泥浆的任一水化时刻测量其胶凝强度，可得出水泥浆的凝结强度与时间相关的变化曲线，以为现场施工提供准确全面的数据支持，同时可根据变化曲线预测不同水化时刻下水泥浆的胶凝强度，以结合实际锚索工程中对于不同水化时期水泥浆胶凝强度的要求，调节例如速凝剂等物质的用量，从而使水泥浆凝结强度的快速发展期位于所要求的固化时间范围内；

（4）本发明应用范围广泛，不仅可用于锚索施工还可以用于其它诸如挡土墙、抗滑桩等地质灾害防护工程的施工过程的检测，尤其是对于水泥浆胶凝强度的检测；此外，还可以用于未来地下空间的建设中，通过该装置可以模拟所建地下空间建筑在建设过程中，水泥胶凝强度发展的情况，可以极大程度的降低未来地下空间建设的成本。

附图说明

图1是本发明提供的一种锚索用水泥浆胶凝强度监测装置优选的结构示意图；

图2是本发明实施例所述的第一观察窗优选的局部放大图；

图3是本发明实施例所述的第一测管在第一观察窗内优选的俯视结构示意图；

图4是本发明实施例所述的第二观察窗的局部放大图；

图5是本发明提供的一种锚索用水泥浆胶凝强度随时间变化的关系曲线。

附图标记列表

1：基座；2：可调支架；3：反应釜；4：加热池；5：分隔膜；6：缓冲罐；7：流量计；8：加压泵；9：控制单元；11：压力表；31：第一观察窗；32：第二观察窗；33：第一测管；34：第二测管；100：加压流体；200：水泥浆；300：反应釜体界面；400：固井一界面。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

根据一种优选实施方式，本发明提供了一种锚索用水泥浆胶凝强度监测装置，该装置可用于锚固灌浆工艺，尤其是用于监测锚固浆液在不同凝结时刻的胶凝强度。

具体地，如图1所示，该装置可以包括：基座1和可调支架2，该可调支架2包括设置在基座1顶部两侧的两个独立支架；设置于基座1上方的反应釜3，其两端连接于可调支架2，且该反应釜3配置为盛装待测水泥浆；位于反应釜3下方的加热池4，其两端连接于可调支架2，用于向反应釜3提供热能。优选地，在需要向反应釜3提供相应地层的温度时，可通过可调支架2将加热池4升起到所需位置处以对反应釜3加热。

根据一种优选实施方式，如图1所示，反应釜3内具有一用于容置水泥浆200的压力腔（图中未示出），该压力腔上部连接有一用于向水泥浆200施加沿竖向方向上的外加作用力的第一压力室，通过该第一压力室可模拟水泥浆200在不同地层深度下的压力状态。另一方面，该压力腔侧面连接有一用于向水泥浆200施加沿横向方向上的外加作用力的第二压力室（图中未示出），通过该第二压力室可模拟对应于不同深度下的各地层流体侵入水泥浆200或水泥环时的压力状态。

根据一种优选实施方式，如图1所示，可在反应釜3的大致中部位置处设置一透明态的与反应釜3的压力腔相对应的第一观察窗31，该第一观察窗31大致可呈圆形；而反应釜3的侧面可设置有至少一个透明态的第二观察窗32，第二观察窗32对应设置于反应釜3侧面的第二压力室。

进一步地，为了便于清晰准确地观察到压力腔内部的水泥浆200的微观变化以及外部流体侵入之时水泥浆200的微观变化，该第一观察窗31和第二观察窗32具有放大效果，例如可将相应玻璃窗口构造成放大镜形式。优选地，第一观察窗31和第二观察窗32均相应配置有刻度线，以便于实验人员通过可视化窗口观察内部流体气泡的变化时，记录相应时刻的数据。

根据一种优选实施方式，如图1所示，反应釜3的侧面连接有多条输入管线，且各输入管线上均配置有用于控制管路通断的控制阀。

根据一种优选实施方式，如图1所示，其中一输入管线的输出端从反应釜3的侧面插入反应釜3的压力腔，并且其至少部分处于水泥浆200中。为了方便说明，将该输入管线的插入于水泥浆200中的至少部分称为第一测管33，如图2所示，通过第一观察窗31能够观察到该第一测管33的至少部分端部。进一步地，第一测管33可优选为玻璃管，且第一测管33配置为平行于第一观察窗31的内壁或是与之垂直，且间隔设置（大约1mm左右），如图3所示。

优选地，测量水泥浆胶凝强度的输入端，即第一测管33被配置为可拆卸式结构，通过其输入的加压流体100（气体或液体）可根据具体的情况来选择。此外，当置于水泥浆200中的第一测管33为透明管路时，可用于观察压力腔中的水泥浆200是否反侵入该输入管线之中，同时实验操作完毕后，可将第一测管33卸下更换。

根据一种优选实施方式，第一测管33所在的输入管路具有两条分支输入管路，该两条分支输入管路分布于第一测管33两侧，且均连接至反应釜3侧面，且具体地，两条分支输入管路的输出端均伸入至反应釜3侧面的第二压力室中。为了便于理解，将分支输入管路的位于第二观察窗32内的至少部分称为第二测管34，如图4所示，通过第二观察窗32能够观察到该第一测管33的至少部分端部，且第二测管34的至少部分端部位于反应釜3的压力腔与反应釜体界面300之间。

根据一种优选实施方式，如图1所示，该装置还包括至少一层配置在第一压力室和反应釜3的压力腔之间的分隔膜5，该分隔膜5用于分隔其两侧加压流体100和水泥浆200。优选地，注入至第一压力室内的加压流体100是与水泥浆200互不相溶的液体。

根据一种优选实施方式，如图1所示，反应釜3顶部增设有带有缓冲罐6的加压流体泵机组，该加压流体泵机组配置为向反应釜3顶部的第一压力室内注入加压流体100。通过该加压流体泵机组将加压流体100作用至水泥浆200之上，以向压力腔中的水泥浆200提供相应地层的压力状态。特别地，缓冲罐6可用于稳定泵入流体的压力，以确保压气过程的平稳进行。其次，缓冲罐6上可设置有用于读取流体压力的高精度的压力表11，其确保了整个模拟检测过程中数据的真实可靠性。此外，各输入管路通信耦连于控制单元9，该控制单元9用于提供针对各输送管路上各设备的控制保护之功能。

根据一种优选实施方式，如图1所示，各输入管线上还配置有流量计7和加压泵8，其中，流量计7用于读取流体流速，加压泵8用于泵入加压流体100。优选地，流量计7具备较高精度，其实时显示的读数可用于判断水泥浆200的胶凝强度。具体地，随着加压初期输入管线内压力的升高，输入管线内的流体流速均匀，当加压管口，即第一测管33管口处有气泡形成并上浮，或气泡产生裂隙时，输入管线内必定伴随微小的压力波动，此时流量计7显示的流体流速势必会产生波动，与此波动时刻对应的压力值可用于表征水泥浆200的胶凝强度。

特别地，由于地层涉及到的温度和压力环境范围较大，因此为了模拟地层温度从接近零度到数百摄氏度的变化状态，本装置中的加热池4最好采用水—油浴池或是沙浴池，以提供数百摄氏度之上的高温环境。

根据一种优选实施方式，在使用本发明的水泥浆胶凝强度监测装置时，使压力腔中的水泥浆200进行凝结硬化反应，当需要测量水泥浆200各个凝结阶段的胶凝强度时，根据具体的检测需求，通过加压流体泵机组向压力腔上方的第一压力室注入加压流体100以向容置有水泥浆200的压力腔提供相应地层的压力状态，以及通过加热池4向容置有水泥浆200的压力腔提供相应地层的温度状态，开始测量后，当水泥浆200的凝结硬化反应进行设定时间后，启动加压泵8以通过第一测管33向压力腔内的水泥浆200泵送平稳缓慢的加压流体100，同时通过第一观察窗31观察第一测管33管口处水泥浆200的微观变化，并记录相应时刻的压力值P，在水泥浆200初凝之前，由于第一测管33管口处的压力，使得水泥浆200在管口处会产生一定大小的气泡，当通过第一观察窗31观察到例如气泡的大小为2mm时，记录该时刻的压力值P1，并将其定义为第一破乳压力，随着输入压力的持续增大，当水泥浆200产生至少单个完整气泡时，记录该时刻的压力值P2，并将其定义为第二破乳压力，最后得出此时刻水泥浆200抵抗外部流体侵入的能力，即水泥浆200的胶凝强度为第一破乳压力P1与第二破乳压力P2的算术平均值；而在水泥浆200初凝之时，由于水泥浆200凝结成膏体状，此时的胶凝强度为第一测管33管口处的水泥浆波动、颤动或者产生裂隙时，压力表或者流量计所反映的压力值，计此时水泥200浆的胶凝强度为P3。

根据一种优选实施方式，如图5所示，是通过对所测结果进行回归分析得出的一种锚索用水泥浆胶凝强度随水化时间变化的关系曲线，曲线拟合后的回归方程为y=92.04+2.06x ₁-0.01x ₂ R ²=0.97，相关系数高达0.97，表明凝结强度与水化时间有强烈的相关性，所得出的函数可以用于对不同时间点凝结强度的预测。

优选地，根据所测试的凝结强度发展关系曲线，可以看出此配方水泥浆与常规水泥浆凝结强度的发展规律有所不同，主要是加入了速凝剂对其早期强度进行了改善，以满足工程中对水泥浆早期强度的要求，可一定程度上缩短凝结养护时间，提高锚杆施工效率，在工程应用中可根据对早期强度的不同要求添加不同量的速凝剂，使得凝结强度的快速发展期位于所要求的固化时间范围内，从而可达到工程需要。

特别地，目前水泥浆的胶凝强度可以用水泥浆的黏度和压强来表示，目前使用最为广泛的是将水泥浆的黏度来换算为水泥浆的胶凝强度，然而，通过黏度换算得到水泥浆的胶凝强度，其效果不够直观。由此，本发明采用压力法来表征水泥浆的胶凝强度，即利用流体在水泥浆内的破乳压力来表示水泥浆的胶凝强度。

由此，基于本发明的锚索用水泥浆凝结质量监测装置，在搭建锚索结构之前，可通过本发明的装置模拟锚索安装地段附近的地层环境，即模拟其所在地层的温度及压力。具体地，参照锚索安装区域的地质环境，由于锚索结构的最大深度大约在数百米左右，因此锚索处于较小的压力状态之下，故可通过加压流体泵机组以向压力腔中的水泥浆200提供相应地层深度的压力状态，并同时通过加热池4向压力腔中的水泥浆200提供相应地层深度的温度状态。在水泥浆200凝结硬化反应进行一定时间后，向伸入水泥浆200中的第一测管33中施加平稳缓慢的流体，流体的压力可以在压力表上得到，进一步地，根据通过第一观察窗31观察到的第一测管33管口处的水泥浆200的变化状态以及与各变化状态对应的通过压力表获取的各应力值P，可得知水泥浆200在各凝结阶段对应的凝结强度，为了满足相应锚索结构对于水泥浆凝结强度的要求，可将通过实验模拟得出的各地层温度及压力条件下对应的水泥浆200的胶凝强度与理论值进行比较，从而基于实验数据对实际水泥施工过程中的各项参数进行调整，例如水泥浆的配比、温度以及浇筑流量等等。由此而言，提前通过实验模拟能够很好地为地质灾害防护工程的开展提供可靠的数据支持，尤其是对于水泥浆凝结强度而言，在多数涉及到水泥工艺的施工环节中，工程人员能够依据实验数据有效地调整与水泥浆凝结强度相关的工艺参数，以使防护工程的最终防护性能能够更好地满足于地质灾害频发地段对于防护结构的强度要求。

特别地，基于上述的水泥浆胶凝强度监测装置，本发明还涉及一种测定水泥浆胶凝强度的监测方法，该方法包括：

S1：通过加压流体泵机组和加热池4向反应釜3的容置有水泥浆200的压力腔提供相应地层的压力和温度状态，以使水泥浆200的凝结和硬化过程处于相应地温和地压情况下。

S2：在水泥浆200凝结硬化反应进行一定的设定时间之后，向伸入水泥浆200中的第一测管33中施加平稳缓慢的流体，通过压力表11获取相应的压力值；

S3：根据通过第一观察窗31观察到的第一测管33管口处的水泥浆200的微观变化来记录对应时刻的用以表征水泥浆200的胶凝强度的压力值P。

具体地，在水泥浆200初凝之前，由于第一测管33管口处有压力，水泥浆200在第一观察窗31处会产生一定量的气泡，且当气泡大小大约为2mm时，计此时的压力为第一破乳压力P1，随着输入压力的持续增大，水泥浆200会产生完整气泡，计此时的压力为第二破乳压力P2，最后得出此时水泥浆200能抵抗外部流体侵入的能力为第一破乳压力P1与第二破乳压力P2的算术平均值，并以此表征对应时刻的水泥浆200的胶凝强度；而在水泥浆200初凝之时，由于水泥浆200凝结成膏体状，此时的胶凝强度为第一测管33的水泥浆波动、颤动或者产生裂隙时，压力表11或者流量计7所反映的压力值，计此时水泥浆200抵抗外部流体侵入的能力为P3。

特别地，若涉及到油气固井领域模拟测量相应水泥浆在相应的地温和地压下和套管之间的胶结强度，即固井一界面400胶结强度的需求，则可利用本装置通过如下方法完成：

使压力腔中的水泥浆200继续发生凝结硬化反应，当反应进行预定时间之后，打开第二测管34，平稳缓慢地泵送流体进入水泥环和反应釜3内壁之间的空隙；

随着实验过程加压流体100的持续泵入，当通过第二测管34所在位置处的第二观察窗32观察到水泥环和釜体内壁之间产生松动之时，停止泵入流体，并记录此时的泵入压力；

记录此时的泵入压力，用以表征模拟水泥环和套管之间的胶结强度，且该泵入压力与水泥环和井壁之间的胶结强度呈正相关。

优选地，本发明提供的水泥浆凝结质量监测装置，在地质灾害防治及相应工程施工建设方面，有十分显著的优势。具体地，在例如发生山体滑坡、崩塌、地面沉降以及开裂等类型地质灾害的地段，其所对应的地质环境，即岩土体类型、地质构造以及地形地貌等条件往往都是相较复杂的，并且外加融雪、降雨、河流冲刷以及一些不合理的人类活动等种种外界因素，这些原因都将容易地诱发地质灾害的发生，而在这些地质灾害易发或频发地段开展诸如修路、建房或其他可能涉及到水泥浇筑、凝结工艺的建筑工程时，由于工程开展所在地表及地层的环境很复杂，因此对于水泥浆的凝结强度有着十分苛刻的要求，故在这些地段进行相应防护工程的建设以用于防止地质灾害的发生和/或降低地质灾害的危害性时，针对相应区域的地质条件、模拟各种地质条件下对应的压力及温度状态从而提前规划好水泥施工工艺过程中的各项工艺参数是十分有必要的。

除此之外，本发明的监测装置还可广泛应用于包括但不限于工民建中的混凝土灌桩以及地灾里墙桩索的二次注水泥浆、地下工程建设过程中的桩后注浆、地铁隧道修建过程中的防渗注浆等多个涉及到地下空间水泥浆体胶凝强度检测的领域。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (8)

1.一种锚索用水泥浆胶凝强度监测装置，其特征在于，至少包括：

一基座(1)，其顶部两端设置有可调支架(2)，

一用于容置水泥浆的反应釜(3)，所述反应釜(3)具有配置在其顶部的第一压力室和在其侧面的第二压力室，且所述第一压力室和第二压力室被配置为向水泥浆施加压力，其中，所述第一压力室与一用于向其注入加压流体的输入管线连通，

一加热池(4)，其用于向所述反应釜(3)提供热能，且所述加热池(4)和反应釜(3)连接于所述可调支架(2)，

其中，

所述反应釜(3)侧面连接有至少一被配置为伸入所述反应釜(3)内水泥浆之中的第一输入管线，且所述第一输入管线位于所述水泥浆中的至少部分为第一测管(33)，所述反应釜(3)具有一对应于所述第一测管(33)的第一观察窗(31)，

所述第一观察窗(31)用于观察第一测管(33)管口处的水泥浆的微观变化，并根据所述水泥浆的微观变化记录对应时刻的与水泥浆的胶凝强度相关的压力值P，

其中，根据所述水泥浆的微观变化记录对应时刻的与水泥浆的胶凝强度相关的压力值P包括：

在水泥浆初凝之前，记录第一测管(33)管口处产生预定大小的气泡时的压力为第一破乳压力P1，以及记录第一测管(33)管口处产生至少单个完整气泡时的压力为第二破乳压力P2，则相应时刻水泥浆的胶凝强度为第一破乳压力P1与第二破乳压力P2的算术平均值；

在水泥浆初凝之时，记录第一测管(33)管口处的水泥浆波动、颤动或是产生裂隙时的破乳压力为P3，并以此表征相应时刻水泥浆的胶凝强度。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述反应釜(3)侧面还连接有至少一被配置为伸入所述第二压力室的第二输入管线，且所述第二输入管线位于所述第二压力室中的至少部分为第二测管(34)，所述反应釜(3)具有一对应于所述第二测管(34)的第二观察窗(32)。

3.根据权利要求2所述的监测装置，其特征在于，所述第一压力室和水泥浆之间设置有至少一层分隔膜(5)，所述加压流体被注入至所述分隔膜(5)上方的第一压力室，其中，所述加压流体与水泥浆互不相溶。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一测管(33)设置为可拆卸结构，且所述第一测管(33)与第一观察窗(31)内壁呈并行或垂直状态。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一压力室连接有具有缓冲罐(6)的加压流体泵机组，以利用所述加压流体泵机组的作用力将加压流体作用至水泥浆之上，从而使所述水泥浆处于对应于所述加压流体的地层压力之下。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

一用于测定所述加压流体流速的流量计(7)；

一用于泵送加压流体至所述反应釜(3)的加压泵(8)；

一用于测定所述加压流体压力的压力表(11)；

以及一用于提供针对各设备的连续控制之功能的控制单元(9)，

其中，

所述流量计(7)、加压泵(8)、压力表(11)和控制单元(9)配置在所述第一输入管线和/或第二输入管线之上。

7.一种锚索用水泥浆胶凝强度监测方法，其特征在于，至少包括：

S1：通过加压流体泵机组和加热池(4)向容置有水泥浆的反应釜(3)提供可控的压力和温度条件，以模拟水泥浆的凝结和硬化过程处于相应地层之下的压力和温度状态；

S2：在水泥浆凝结硬化反应进行预设时间之后，向位于水泥浆中的第一测管(33)施加平稳缓慢的流体，并通过压力表获取流体的压力值；

S3：通过第一观察窗(31)观察第一测管(33)管口处的水泥浆的微观变化，并根据所述水泥浆的微观变化记录对应时刻的与水泥浆的胶凝强度相关的压力值P，

其中，根据所述水泥浆的微观变化记录对应时刻的与水泥浆的胶凝强度相关的压力值P包括：

在水泥浆初凝之前，记录第一测管(33)管口处产生预定大小的气泡时的压力为第一破乳压力P1，以及记录第一测管(33)管口处产生至少单个完整气泡时的压力为第二破乳压力P2，则相应时刻水泥浆的胶凝强度为第一破乳压力P1与第二破乳压力P2的算术平均值；

在水泥浆初凝之时，记录第一测管(33)管口处的水泥浆波动、颤动或是产生裂隙时的破乳压力为P3，并以此表征相应时刻水泥浆的胶凝强度。

8.根据权利要求7的监测方法，其特征在于，在模拟测定水泥浆的胶凝强度之时，随着第一测管(33)管口处有气泡形成并上浮或有裂隙产生，流量计(7)实时显示的流体流速产生波动，所述波动对应时刻下的流体压力P被定义为水泥浆的胶凝强度。

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