[发明专利]一种敏感性相似材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种相似材料及其制备方法，尤其是一种适用于模拟岩土弹脆性及弹塑性材料的敏感性相似材料及其制备方法。

背景技术

相似模拟试验是按一定的几何、物理关系，用模型代替原型进行测试研究，并将研究结果用于原型的试验方法。它是一种重要的科学研究手段，是在实验室内按相似原理制作与原型相似的模型，借助测试仪表观测模型内力参数及其分布规律，利用在模型上研究的结果，借以推断原型中可能发生的力学现象以及岩体压力分布的规律，从而解决岩体工程生产中的实际问题。这种研究方法具有直观、简便、经济、快速以及试验周期短等优点。而且能够根据需要，通过固定某些参数，改变另一些参数来研究实际工程中的应力随时间的变化规律，这些都是在现场条件下难以实现的。

相似材料是相似试验成功与否的关键，而在进行相似模型试验时，对模型变形信息的测试又是根本任务，试验的数据是进行科学研究的根本依据。

目前，用于相似试验的相似材料有很多种，按其胶结材料不同，分为石蜡、石膏、松香、水泥等相似材料。而这些相似材料基本都是抗压强度较大，且在测试中都需要安装专门的测试仪表来测试相关变形的。至今，还未有将相似材料制作成敏感性相似材料的，所以在模型试验时，都需专门设有测试仪器进行相关的测试，而往往又由于测试仪器的原因不能得到一些关键数据，如模型内部变形等。为此开发一种具有敏感性的智能相似材料是必要的。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种原材料来源广、制备方法简单、价格低廉的敏感性相似材料及其制备方法。

技术方案：本发明的敏感性试验材料，采用凡士林、石蜡、导电炭黑、短切碳纤维及粉末橡胶为原料，经混合均匀制备而成，其质量配比如下：

凡士林          100份；

导电炭黑        1～10份；

石蜡            80～200份；

短切碳纤维        0～50份；

粉末橡胶          0～100份。

本发明的敏感性相似材料的制备方法步骤如下：

(1)按质量配比称取凡士林、石蜡、导电炭黑、短切碳纤维、粉末橡胶；

(2)先将凡士林和石蜡放入金属容器内，再放入烘箱中加温融化；

(3)待凡士林和石蜡全部融化为液体后，取出金属容器，将其放入超声波分散器的水浴槽中；

(4)打开超声波使金属容器内的溶液震荡，对溶液进行手工搅拌，边搅拌边加入导电炭黑后，超声波震荡20～60min；

(5)将金属容器取出，放在加热炉上加温，用搅拌机进行搅拌，然后依次缓慢加入短切碳纤维和粉末橡胶，继续搅拌至均匀；

(6)将搅拌均匀的混合料注入模具，常温下冷却约24h固化，即得到敏感性试验材料。

所述放入烘箱中加温融化的温度为80～140℃；所述的水浴槽水温约为90℃；所述放在加热炉上加温的温度为100～140℃。

有益效果：本敏感性相似材料有如下特点：

(1)该相似材料具有敏感性，可以直接通过宏观的电阻测试获得模型试验的变形信息，无需额外的测试仪器，大大方便了试验中的测试工作；

(2)其强度较低，较小加压荷载下便可完成试验，加压设备简单；

(3)力学范围可调，可以分别模拟弹脆性材料和弹塑性材料，有较大的理论研究价值；

(4)其原材料来源广，非常易于加工、不需养护，且可以实现重复利用，大大减少了试验成本。

材料中采用的凡士林在常温下为较粘的半固体，石蜡在常温下为固体，两者通过加温(温度高于约70度)便都变为液态，此时便可在其中加入其它原料混合成新的材料，再去除高温条件，室温下冷却成型。

附图说明：

图1为本发明敏感性相似材料实例一的应力-应变及电阻-应变曲线；

图2为本发明敏感性相似材料实例二的应力-应变及电阻-应变曲线；

图3为本发明敏感性相似材料实例三的应力-应变及电阻-应变曲线；

图4为本发明敏感性相似材料实例四的应力-应变及电阻-应变曲线。

具体实施方式

实施例一、按质量配比称量：

凡士林      100份；

石蜡        200份；

短切碳纤维  40份；

导电炭黑    5份；

粉末橡胶    100份；

短切碳纤维采用0.2mm长的短切碳纤维。