CN114474326B - 制作预制裂纹的预设井筒及预制混凝土试块的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于混凝土试块技术领域，具体包括用于制作预制裂纹的预设井筒和预制混凝土试块的制作方法，其中用于制作预制裂纹的预设井筒包括内井筒、外井筒、裂纹片，其中内井筒底部密封，所述外井筒包裹在内井筒外周，裂纹片沿着外井筒的径向方向设置在外井筒外周；所述外井筒采用薄膜材料制成，且内井筒能从外井筒中抽出；所述裂纹片的外周包裹石蜡膜。该预设井筒能够使试块上直接形成裂缝，既能不破坏试块，又可以保证裂缝尺寸精准。预制混凝土试块的制作方法则是基于上述预设井筒而形成的一种抽出成缝的方法，其可以一次性制作带有裂纹的试块，既能够保证裂纹具有精准的尺寸，又能提高制作效率。

Description

制作预制裂纹的预设井筒及预制混凝土试块的制作方法

技术领域

本发明属于混凝土试块技术领域，具体包括制作预制裂纹的预设井筒及预制混凝土试块的制作方法。

背景技术

结合不同的工程实际目前有许多关于不同混凝土材料强度、仿岩石强度的研究。水力压裂技术在国外采气方面得到了广泛的应用，在这一基础上又延伸出一系列的水力压裂的技术为基础的分支技术，如脉动水力压裂、高压电脉冲水力压裂、多方向射流压裂、多元气体驱替、二氧化碳致裂、水下爆炸等等。

以上所有的技术目的均为在开采煤层气或者页岩气时能对煤岩体和页岩致裂，形成复杂的裂隙网为天然气提供运移通道。为研究不同岩石样本的裂纹扩展性质和规律，通常会将岩石通过钻芯或者切割的方式来得到某种规格尺寸的岩石样本。

若想要研究岩石本身的裂纹起裂机理和规律，较简单的思路是通过在预裂人为制造预制裂纹。对于均质度较高的岩石，这个思路是可行的。但是天然岩样具有天然裂纹，对于想要研究裂纹的走向会有干扰，因此对于有较多天然裂纹或者天然纹理的岩石就会采用混泥土或者其他材料制作仿岩石材料进行加载实验研究。

目前有一些对岩石和胶凝材料制作的仿岩石材料的一些预制裂纹的办法。对于水力压裂预制裂纹的办法通常是刀具切割，这很容易导致裂纹的切割长度，深度方面的精度达不到实验要求。为了在水力压裂注水孔中径向预制出高精度裂纹，本发明提出了一种在浇筑仿岩石材料时进行预埋并在后期进行抽出成缝的一个方法。

发明内容

本发明的目的在于提供用于制作预制裂纹的预设井筒，该预设井筒能够使试块上直接形成裂缝，既能不破坏试块，又可以保证裂缝尺寸精准。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于制作预制裂纹的预设井筒，包括内井筒、外井筒、裂纹片，其中内井筒底部密封，且内井筒沿长度方向各处的横截面外轮廓为等大的圆形，所述外井筒包裹在内井筒外周，裂纹片沿着外井筒的径向方向设置在外井筒外周；所述外井筒采用薄膜材料制成，且内井筒能从外井筒中抽出；所述裂纹片的外周包裹石蜡膜。

在上述技术方案中，预设井筒能够在混凝土试块内部同时形成预制孔以及裂纹，在拆卸的时候，能够先抽出内井筒，然后用浇注开水的方式使滞留在预制孔中的外井筒、裂纹片以及石蜡缩小变形，这个过程不会对试块以及预制孔内壁造成破坏。另外，可以通过精修石蜡膜来精准控制裂纹片的宽度、厚度和高度，从而可以在试块内制得尺寸精准的裂纹。

优选地，所述内井筒的外周包裹保鲜膜，该保鲜膜外周涂抹润滑油，且所述外井筒包裹在保鲜膜外周，通过保鲜膜来减小内井筒和外井筒之间的摩擦，方便快速平稳地抽出内井筒。

优选地，该预设井筒还包括连接膜，该连接膜套装在外井筒外周，所述裂纹片固定设置在连接膜上。在制作该预制井筒时，先将裂纹片固定在连接膜上，然后将连接膜包裹在外井筒上，外井筒的外周为弧面，不容易精准固定裂纹片，借助连接膜，这可以精准确定裂纹片之间的距离，以及平行度，减小实验误差。

本发明的目的在于提供一种预制混凝土试块的制作方法，该方法采用抽出成缝的方法可以一次性制作带有裂纹的试块，既能够保证裂纹具有精准的尺寸，又能提高制作效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：预制混凝土试块的制作方法，包括以下步骤；

步骤1.准备实验材料，包括成型模具、定位夹子、定位板、预设井筒和混凝土材料，其中定位板的中部设置通孔，预设井筒采用上述用于制作预制裂纹的预设井筒；

步骤2.清理内井筒外壁并确保内井筒底部密封，然后在内井筒外周均匀包裹一层保鲜膜，在保证保鲜膜边缘整齐的情况下，使用胶带或粘合剂固定保鲜膜边缘，并确保保鲜膜外周光滑无褶皱；

步骤3.在保鲜膜外周均匀涂抹润滑油；

步骤4.制作外井筒，选用塑料薄膜并裁剪成矩形，将裁剪好的塑料薄膜包绕在步骤中的内井筒外周，确保塑料薄膜紧贴保鲜膜，且塑料薄膜沿长度方向的两个边缘相对接，然后用胶带或粘合剂将其固定；

步骤5.根据预制裂纹的宽度和深度，用胶带制作若干裂纹片，根据预制裂纹的数量以及分布方位，将制作好的裂纹片固定在外井筒的外周，并使裂纹片保持平整无扭曲；

步骤6.使用加热箱将石蜡加热溶化，然后将裂纹片整个浸入石蜡熔液中停留2-4秒并取出，此时在裂纹片上形成一层石蜡膜；

步骤7.使用刮平工具对裂纹片上的石蜡膜进行刮平修整，确保固化后的石蜡膜表面平整，并将裂纹片之外附着的石蜡膜刮掉；

步骤8.将内井筒的上部套装在定位板的通孔中，调整好预设井筒下部的伸出长度后对预设井筒进行固定，并在预设井筒和定位板上进行划线标记；然后将定位板横向搭在模具的顶部开口，并使预设井筒下部居中伸入成型模具内部，然后使用定位夹子将定位板固定在成型模具上；

步骤9.混凝土配置，将40-80目的石英砂、32.5砌筑水泥、工业用水和早强剂按照6:2:1：0.04的比例均匀混合；

步骤10.试块浇筑，将步骤9得到的混凝土浇筑在步骤8中的成型模具内，等待混凝土固化形成试块；

步骤11.试块的拆模，先拆除定位夹子，并将定位板与预设井筒分离，然后利用气泵向成型模具底部的泄气孔加气，以加快试块表面与成型模具内壁分离，然后取出试块；

步骤12.试块的养护，将试块静置放于标准养护室，室内温度控制在20±0.5℃，相对湿度不低于90％；

步骤13.抽出预设井筒，先抽出内部的内井筒，此时外井筒滞留在试块中，然后将开水浇入外井筒，等外井筒收缩变形后将外预设井筒取出，然后清理预制裂纹内残留的石蜡。

作为优选方案，步骤2中，包裹保鲜膜前在内井筒外壁涂抹润滑油，包裹保鲜膜后挤压保险膜，并使保鲜膜全面贴合预制井筒外壁。这一层润滑油可以增加保鲜膜的附着能力，排出保鲜膜与内井筒之间的气泡，从而确保包裹保鲜膜后的内井筒外壁光滑无褶皱。

作为优选方案，步骤5中，裁剪一块矩形薄膜作为连接膜，确保该连接膜的长度等于包裹了保鲜膜的外井筒的周长，宽度不小于裂纹片的宽度；先将裂纹片按照一定的间距垂直固定在该连接膜上，然后在将该连接膜固定在外预设井筒的外周，并使用胶带或者粘合剂固定连接膜。连接膜作为中间连接结构，其可以便于实验人员精准固定裂缝片，减小实验误差。

作为优选方案，步骤10中，在浇筑混凝土前在成型模具内壁均匀涂抹润滑油，优选地，在预设井筒与试块接触的部位也涂抹润滑油。这有利于完整脱模，同时便于快速拆除预设井筒且不破坏试块或者预设井筒。

作为优选方案，步骤11中，浇筑混凝土后对未固化的混凝土进行振捣和找平，这个过程可使混凝土均流流动，排除其中的气泡并增加试块表面的平整度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的用于制作预制裂纹的预设井筒的结构示意图；

图2为在预制混凝土试块的制作方法中步骤8时成型模具与预设井筒的组合样图；

图3为在预制混凝土试块的制作方法中步骤10时浇筑混凝土后的实验图样；

图4为在预制混凝土试块的制作方法中步骤13时抽出内井筒后试块的半剖结构示意图；

图5为采用预制混凝土试块的制作方法所制作的试块的半剖结构示意图。

图中，内井筒1、保鲜膜2、外井筒3、裂缝片4、连接膜5、成型模具6、定位板7、定位夹子8、试块9、预制孔10、裂纹11。

实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

图1为本发明的一个实施例，用于制作预制裂纹的预设井筒。该预设井筒从内到外包括内井筒1、外井筒3、裂纹片4，其中内井筒1采用PPR管制作，且其底部密封。在内井筒1上均匀包裹一层保鲜膜2，并采用透明胶带将保鲜膜2固定，为了使得保鲜膜2在内井筒1的外周平滑无褶皱，在包裹保鲜膜前对PPR管进行清理并均匀涂抹润滑油，从而增加对保鲜膜的粘合力，并排除保鲜膜与PPR管管壁之间的空气。外井筒3采用6-16丝塑料薄膜，其包裹在保鲜膜2的外周，且能够将内井筒1抽出，为减小两者之间的摩擦力，在外井筒3与保鲜膜之间也涂抹润滑油。本实施例中的裂纹片4采用透明胶带叠合而成，即，将一段透明胶带的粘合面相贴合，然后按照裂纹的尺寸裁剪出合适大小的裂纹片4；本实施例中的裂纹片4固定在连接膜5上，该连接膜5包裹在外井筒3的外周，且裂纹片4沿着内井筒1的径向方向延伸，且在裂纹片4的外周包裹一层石蜡膜。该结构的预设井筒其材料价格低廉易取得，其能够一次性完成试块的制作，提高实验效率，且最终获得的试块中的裂纹尺寸精准、内壁光滑。

基于上述结构的预设井筒，本发明还提供了一种预制混凝土试块的制作方法的实施例，该方法采用抽出成缝的方法可以一次性制作带有裂纹的试块，既能够保证裂纹具有精准的尺寸，又能提高制作效率。具体地，该方法主要包括以下步骤；

步骤1.准备实验材料，包括成型模具6、定位夹子8、定位板7、预设井筒和混凝土材料，其中定位板7的中部设置通孔，预设井筒采用上述用于制作预制裂纹的预设井筒；

步骤2.制作预制井筒，选用PPR管作为内井筒1，先清理内井筒1外壁并确保内井筒1底部密封，然后在内井筒1外周均匀涂抹润滑油，并包裹一层保鲜膜2，按顺序挤压保险膜2各处，并使保鲜膜全面贴合预制井筒外壁，达到保鲜膜外周光滑无褶皱的程度，其排出其与内井筒1之间的空气，然后在保证保鲜膜2边缘整齐的情况下，使用胶带固定保鲜膜2的边缘；

步骤3.在保鲜膜外周均匀涂抹润滑油，这可以减小保鲜膜2与外井筒3之间的摩擦力，便于后期抽出包裹保鲜膜的内井筒1；

步骤4.制作外井筒3，选用塑料薄膜并裁剪成矩形，将裁剪好的塑料薄膜包绕在步骤3中的内井筒1外周，确保塑料薄膜紧贴保鲜膜，且塑料薄膜沿长度方向的两个边缘相对接，如果外井筒3选用较薄的薄膜，可使塑料薄膜的边缘重叠，然后用胶带将边缘固定；

步骤5.根据预制裂纹的宽度和深度，将一段透明胶带的粘合面相贴合，然后裁剪出两片裂纹片，此时裂纹片的厚度略小于裂纹的实际尺寸，宽度以及高度预留一定尺寸；先选用一块薄膜并裁剪成长度等于外井筒3周长的连接膜5，根据预制裂纹的数量以及分布方位，将制作好的两片裂纹片4一侧的两层膜揭开，并粘合在连接膜上，然后精剪剩余部分的尺寸，最后将连接膜5包裹在外井筒3的外周并用胶带固定；

步骤6.使用加热箱将石蜡加热溶化，然后将裂纹片4整个浸入石蜡熔液中停留2-4秒并取出，此时在裂纹片4上形成一层石蜡膜；

步骤7.使用刮平工具对裂纹片4上的石蜡膜进行刮平修整，确保固化后的石蜡膜表面平整，此时，附着石蜡膜的裂纹片的尺寸等于裂纹的实际尺寸，然后将裂纹片之外附着的石蜡膜刮掉；

步骤8.如图2所示，将内井筒1的上部套装在定位板7的通孔中，调整好预设井筒下部的伸出长度后对预设井筒进行固定，并在预设井筒和定位板7上进行划线标记；然后将定位板7横向搭在模具的顶部开口，并使预设井筒下部居中伸入成型模具6内部，然后使用定位夹子8将定位板7固定在成型模具6上；在该步骤中，可以根据实际工作情况选择时间在成型模具6的内壁均匀涂抹润滑油，并在预设井筒与试块接触的部位涂抹润滑油，最好避免预设井筒与定位板7接触的位置出现润滑油；

步骤9.混凝土配置，将40-80目的石英砂、32.5砌筑水泥、工业用水和早强剂按照6:2:1：0.04的比例均匀混合；

步骤10.试块浇筑，将步骤9得到的混凝土浇筑在步骤8中的成型模具内，并对未固化的混凝土进行振捣和找平，之后等待混凝土固化形成试块9，如图3所示；

步骤11.试块的拆模，先拆除定位夹子8，并将定位板7与预设井筒分离，然后利用气泵向成型模具底部的泄气孔加气，以加快试块表面与成型模具内壁分离，然后取出试块；

步骤12.试块的养护，将试块静置放于标准养护室，室内温度控制在20±0.5℃，相对湿度不低于90％；

步骤13.抽出预设井筒，如图4所示，先抽出内部的内井筒1，此时外井筒3滞留在试块中形成的预制孔10中，然后将开水浇入预制孔10，等外井筒收缩变形后将外井筒取出，并使用镊子等工具将石蜡取出，然后清理预制裂纹内残留的石蜡，如图5所示，最终形成内壁整洁，尺寸精准的裂纹。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.预制混凝土试块的制作方法，其特征在于，该制作方法包括以下步骤：

步骤1.准备实验材料，包括成型模具、定位夹子、定位板、预设井筒和混凝土材料，其中定位板的中部设置通孔；所述预设井筒包括内井筒、外井筒、裂纹片，其中内井筒底部密封，且内井筒沿长度方向各处的横截面外轮廓为等大的圆形，所述外井筒包裹在内井筒外周，裂纹片沿着外井筒的径向方向设置在外井筒外周；所述外井筒采用薄膜材料制成，且内井筒能从外井筒中抽出；所述裂纹片的外周包裹石蜡膜；所述内井筒的外周包裹保鲜膜，该保鲜膜外周涂抹润滑油，且所述外井筒包裹在保鲜膜外周；该预设井筒还包括连接膜，该连接膜套装在外井筒外周，所述裂纹片固定设置在连接膜上；

步骤2.清理内井筒外壁并确保内井筒底部密封，然后在内井筒外周均匀包裹一层保鲜膜，在保证保鲜膜边缘整齐的情况下，使用胶带或粘合剂固定保鲜膜边缘，并确保保鲜膜外周光滑无褶皱；

步骤3.在保鲜膜外周均匀涂抹润滑油；

步骤4.制作外井筒，选用塑料薄膜并裁剪成矩形，将裁剪好的塑料薄膜包绕在步骤中的内井筒外周，确保塑料薄膜紧贴保鲜膜，且塑料薄膜沿长度方向的两个边缘相对接，然后用胶带或粘合剂将其固定；

步骤5.根据预制裂纹的宽度和深度，用胶带制作若干裂纹片，根据预制裂纹的数量以及分布方位，将制作好的裂纹片固定在外井筒的外周，并使裂纹片保持平整无扭曲；

步骤6.使用加热箱将石蜡加热溶化，然后将裂纹片整个浸入石蜡熔液中停留2-4秒并取出，此时在裂纹片上形成一层石蜡膜；

步骤7.使用刮平工具对裂纹片上的石蜡膜进行刮平修整，确保固化后的石蜡膜表面平整，并将裂纹片之外附着的石蜡膜刮掉；

步骤8.将内井筒的上部套装在定位板的通孔中，调整好预设井筒下部的伸出长度后对预设井筒进行固定，并在预设井筒和定位板上进行划线标记；然后将定位板横向搭在模具的顶部开口，并使预设井筒下部居中伸入成型模具内部，然后使用定位夹子将定位板固定在模具上；

步骤9.混凝土配置，将40-80目的石英砂、32.5砌筑水泥、工业用水和早强剂按照6:2:1：0.04的比例均匀混合；

步骤10.试块浇筑，将步骤9得到的混凝土浇筑在步骤8中的成型模具内，等待混凝土固化形成试块；

步骤11.试块的拆模，先拆除定位夹子，并将定位板（7）与预设井筒分离，然后利用气泵向成型模具底部的泄气孔加气，以加快试块表面与模具内壁分离，然后取出试块；

步骤12.试块的养护，将试块静置放于标准养护室，室内温度控制在20±0.5℃，相对湿度不低于90％；

步骤13.抽出预设井筒，先抽出内部的内井筒，此时外井筒滞留在试块中，然后将开水浇入外井筒，等外井筒收缩变形后将外预设井筒取出，然后清理预制裂纹内残留的石蜡。

2.如权利要求1所述的预制混凝土试块的制作方法，其特征在于：步骤2中，包裹保鲜膜前在内井筒外壁涂抹润滑油，包裹保鲜膜后挤压保险膜，并使保鲜膜全面贴合预制井筒外壁。

3.如权利要求1所述的预制混凝土试块的制作方法，其特征在于：步骤5中，裁剪一块矩形薄膜作为连接膜，确保该连接膜的长度等于包裹了保鲜膜的外井筒的周长，宽度不小于裂纹片的宽度；先将裂纹片按照一定的间距垂直固定在该连接膜上，然后在将该连接膜固定在外预设井筒的外周，并使用胶带或者粘合剂固定连接膜。

4.如权利要求1所述的预制混凝土试块的制作方法，其特征在于：步骤10中，在浇筑混凝土前在成型模具内壁均匀涂抹润滑油。

5.如权利要求4所述的预制混凝土试块的制作方法，其特征在于：步骤10中，在浇筑混凝土前，在预设井筒与试块接触的部位涂抹润滑油。

6.如权利要求1至5中任一项所述的预制混凝土试块的制作方法，其特征在于：步骤11中，浇筑混凝土后对未固化的混凝土进行振捣和找平。