CN114636657A - 一种可视化的实验室模拟注浆装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可视化的实验室模拟注浆装置，包括气源加压装置、注浆渗透装置以及数据采集系统；储浆筒和注浆管均为透明材质；数据采集系统包括两个分别与数据处理系统电连接的孔隙水压力传感器，孔隙水压力传感器的安装位置分别位于注浆管的进、出口位置。本申请中注浆渗透过程完全可视化，有效的解决了实际注浆过程隐蔽难观测的缺陷；注浆搅拌装置可避免注浆时的浆液泌水、沉淀现象；便于研究浆液时变特性对注浆扩散规律的影响；新拌混凝土的渗透系数的变化反映出渗透淤堵效应对注浆扩散规律的影响，推进了注浆扩散理论的研究；本申请中可拆卸设计便于注浆渗透试验完成后可以将混凝土试块取出进行孔隙率及耐久性评价。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土注浆工程领域，尤其涉及一种可视化的实验室模拟注浆装置。
背景技术
碾压混凝土坝的迎水面、模板周边、岸坡、廊道等部位无法实施常规碾压混凝土施工，往往需要现场添加浆液后形成变态混凝土层，通过振捣密实来提高其防渗性能。其中人工插孔注浆是目前变态混凝土加浆作业的主要方式之一，但现有的注浆技术存在以下问题：
1.注浆施工的工艺参数(如注浆压力、注浆管分布、注浆时间等)现行规范未作明确规定，主要依赖现场工人的操作经验，具有很大的随机性和不确定性，难以保证施工质量。这主要归因于注浆理论研究不完善，注浆压力、注浆扩散半径以及注浆时间等变量不能合理调控。虽然近年来也有模拟注浆过程的装置出现，如中国专利CN106706845A公开的一种稳压连续的室内模拟注浆试验装置及方法，通过储浆模块向注浆模块加浆、加压实现注浆模拟，但是这种方法不能结合实际注浆过程实现注浆压力的实时调控。同时，该方法的储浆系统中缺乏浆液搅拌装置，随着注浆时间延长可能会出现浆液泌水、沉淀现象，甚至会堵塞注浆管。
2.由于注浆工程的隐蔽性，模拟注浆扩散半径及扩散形式的研究多是在现场实地进行试验，采用开挖取芯的形式进行验证，不仅需要更多人力物力资源投入，而且等待混凝土硬化后钻取芯样的方式存在滞后性，无法实现实时可视化观测注浆效果。
3.注浆扩散过程中，混凝土渗透性是决定注浆效果的关键性能之一。大型工程变态混凝土注浆过程中需要保证水泥浆液将混凝土的孔隙填充完全以保证施工质量，所以需要实时测量注浆试样的渗透率，目前未见此类实现装置。
综上，为完善变态混凝土注浆扩散理论的研究，需要一种在实验室环境下实现可视化模拟真实注浆过程的装置及方法，具有实时观测注浆渗透过程，记录注浆压力、进浆量、扩散距离等基本参数的功能。同时可以实时测量出口断面的渗透率，达到保证注浆效果的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种可视化的实验室模拟注浆装置，解决如何有效观测实际注浆渗透过程从而得出注浆扩散规律，还能实时测量注浆过程中出口断面渗透系数变化的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种可视化的实验室模拟注浆装置，包括气源加压装置、注浆渗透装置以及数据采集系统；
其中所述气源加压装置包括空压机、用于连通所述空压机与所述注浆渗透装置的高压油管、以及设置在所述高压油管上的调压阀；
所述注浆渗透装置包括储浆筒、设置在所述储浆筒内的浆液搅拌设备、与所述储浆筒连通的注浆管、与所述注浆管另一端部连通的出浆口；
其中所述储浆筒通过法兰管与所述高压油管可拆卸连通，所述高压油管与该法兰管连通一端安装有球阀；
所述储浆筒与所述注浆管之间安装有蝶阀；在所述注浆管的两端部通过螺栓均安装有硅胶垫片和滤网；
所述储浆筒和所述注浆管均为透明材质；
所述数据采集系统包括两个分别与数据处理系统电连接的孔隙水压力传感器，两个所述孔隙水压力传感器的安装位置分别位于所述注浆管的进、出口位置。
本实施例中，进一步地优化，在所述空压机上设置有控制面板和压力表。
本实施例中，再进一步地优化，所述浆液搅拌设备位于所述储浆筒内的搅拌叶和位于所述储浆筒外部并用于驱动所述搅拌叶的电动机。
本实施例中，再进一步地优化，所述储浆筒和所述注浆管均为有机玻璃材质。
本实施例中，再进一步地优化，在所述储浆筒的法兰管内设置有刻度尺。
本实施例中，再进一步地优化，所述球阀通过螺栓和硅胶垫片与所述储浆筒的法兰管顶端连通。
本实施例中，再进一步地优化，所述注浆管一端的出浆口设置有支撑架和电子天平。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
1)、本申请中通过使用透明有机玻璃材质制作成所述注浆管，从而实现注浆渗透过程完全可视化；再通过调压阀、压力传感器实时调节注浆压力，进而可以实现研究不同注浆压力条件下的注浆扩散规律，有效的解决了实际注浆过程隐蔽难观测的缺陷。
2)、本申请中注浆搅拌装置，对储浆筒内的浆液进行持续搅拌，从而避免随着注浆时间的延长而出现的浆液泌水、沉淀现象；进一步便于有效的研究浆液时变特性对注浆扩散规律的影响，更加贴近实际工程现场。
3)、本申请中新拌混凝土的渗透系数可以通过试验获取的注浆量、出浆量以及注浆压力参数直接求解，渗透系数的变化反映出渗透淤堵效应对注浆扩散规律的影响，进而推进了注浆扩散理论的研究。
4)、由于本申请装置设计为可拆卸结构，使得注浆渗透试验完成后可以将混凝土试块取出进行孔隙率及耐久性评价，有效地解决了工程现场渗透取芯困难的问题，也便于地还原了实际工程现场条件。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明可视化的实验室模拟注浆装置的主体安装示意图；
图2为本发明可视化的实验室模拟注浆装置中滤网与硅胶垫片组装的示意图。
附图标记说明：
1-空压机；2-控制面板；3-高压油管；4-调压阀；5-球阀；6-螺栓；7-硅胶垫片；8-刻度尺；9-电动机；10-搅拌叶；11-储浆筒；12-孔隙水压力传感器；13-数据处理系统；14-蝶阀；15-滤网；16-注浆管；17-出浆口；18-硅胶；19-支撑架；20-电子天平。
具体实施方式
实施例1
本实施例中公开了一种可视化的实验室模拟注浆装置，如附图1所示，主要可以分为气源加压装置、注浆渗透装置(注浆系统)以及数据采集系统；
其中所述空压机1通过第一高压油管3连接调压阀4来控制进气压力，其后通过第二高压油管3接入注浆系统的进气球阀5，储浆筒11外置电机9来控制搅拌扇叶10进行浆液搅拌，防止随着注浆时间的延长出现沉淀、泌水现象；
在注浆试验开始前需要在注浆管16及出浆口17内涂抹凡士林后装上新拌混凝土。进浆口的第一孔隙水压力传感器12可以配合调压阀4来实时馈控注浆压力，当达到试验预设压力后，打开蝶阀15开始渗透注浆过程，由于注浆管均由透明有机玻璃制成，可以实现可视化观测注浆渗透过程。
其中，注浆量由刻度尺8上的液面下降高度来表示，在预设压力作用下，浆液扩散范围达到最大后，关闭蝶阀15来结束注浆进程。注浆管内混凝土养护24h后取出，通过SEM电镜扫描，抗压试验、抗渗试验等耐久性试验评价注浆渗透的效果。
所述的空压机1通过第一高压油管2与调压阀3相连，调压阀3既是注浆系统的气压源，也是一条泄气通道。可以通过调大泄气阀门来释放气体压力，充分保证了试验安全。所述的试验装置均是通过螺栓6与硅胶垫片7相连，方便拆卸与清洗，也方便进行重复利用。
实施例2
本实施例中，如附图1所示，所述的可视化注浆渗透模拟装置除了可以模拟渗透注浆过程，求解不同注浆压力下的注浆扩散规律，还可以用来求解出口断面混凝土渗透系数随着注浆时间的变化规律，间接反映渗透淤堵效应对注浆扩散过程的影响。
气源加压装置及注浆系统的连接与实施例1相同，试验中可以制作不同长度的注浆管道16来分析不同注浆范围的实时渗透系数。在注浆管16及出浆口17内涂抹凡士林后装上新拌混凝土，然后打开蝶阀14，浆液通过第一滤网15开始渗透注浆过程，当浆液到达出口断面通过第二滤网15进入出浆口17，利用电子天平20记录出浆口17内混凝土质量变化。由于涂抹了凡士林，出浆口17内混凝土的质量通过支撑架19依托于电子天平20上，因此可以用电子天平20上的读数变化反映出浆量；进浆量可以通过刻度尺8的液面高度变化表示。浆液的渗透系数可以通过如下的公式求解：
式中，Q为断面流量；k为渗透系数；A为断面面积；Δp为进出口断面的压力差；Δl为进出口断面的水位距离；h为浆液断面的水头高度；η为粘度。
渗透系数随着时间的变化规律可以反映出混凝土孔隙的填充效果，间接反映随着时间的变化浆液的淤堵效应对注浆扩散规律的影响。实施例2中的其他结构均与实施例1相同。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上实施例仅是对本发明创造的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种可视化的实验室模拟注浆装置，其特征在于：包括气源加压装置、注浆渗透装置以及数据采集系统；
其中所述气源加压装置包括空压机(1)、用于连通所述空压机(1)与所述注浆渗透装置的高压油管(3)、以及设置在所述高压油管(3)上的调压阀(4)；
所述注浆渗透装置包括储浆筒(11)、设置在所述储浆筒(11)内的浆液搅拌设备、与所述储浆筒(11)连通的注浆管(16)、与所述注浆管(16)另一端部连通的出浆口(17)；
其中所述储浆筒(11)通过法兰管与所述高压油管(3)可拆卸连通，所述高压油管(3)与该法兰管连通一端安装有球阀(5)；
所述储浆筒(11)与所述注浆管(16)之间安装有蝶阀(14)；在所述注浆管(16)的两端部通过螺栓(6)均安装有硅胶垫片(7)和滤网(15)；
所述储浆筒(11)和所述注浆管(16)均为透明材质；
所述数据采集系统包括两个分别与数据处理系统(13)电连接的孔隙水压力传感器(12)，两个所述孔隙水压力传感器(12)的安装位置分别位于所述注浆管(16)的进、出口位置。
2.根据权利要求1所述的可视化的实验室模拟注浆装置，其特征在于：在所述空压机(1)上设置有控制面板(2)和压力表。
3.根据权利要求1所述的可视化的实验室模拟注浆装置，其特征在于：所述浆液搅拌设备位于所述储浆筒(11)内的搅拌叶(10)和位于所述储浆筒(11)外部并用于驱动所述搅拌叶(10)的电动机(9)。
4.根据权利要求1所述的可视化的实验室模拟注浆装置，其特征在于：所述储浆筒(11)和所述注浆管(16)均为有机玻璃材质。
5.根据权利要求1所述的可视化的实验室模拟注浆装置，其特征在于：在所述储浆筒(11)的法兰管内设置有刻度尺(8)。
6.根据权利要求1所述的可视化的实验室模拟注浆装置，其特征在于：所述球阀(5)通过螺栓(6)和硅胶垫片(7)与所述储浆筒(11)的法兰管顶端连通。
7.根据权利要求1所述的可视化的实验室模拟注浆装置，其特征在于：所述注浆管(16)一端的出浆口(17)设置有支撑架(19)和电子天平(20)。
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