[发明专利]用于模型试验中模拟喷射混凝土的相似材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于模型试验中模拟喷射混凝土的相似材料，属于材料科学技术领域。

背景技术

目前很多学者大量通过地质力学模型试验来研究地下工程设计和施工方法的优化，进行施工过程力学规律的探索。但现在的地下工程模型试验存在明显的不足，在模拟喷射混凝土时一般仅考虑采用控制水膏比来实现力学相似。但是，在模型试验的实际操作过程中，模拟喷射混凝土的相似材料与模型体相似材料粘结性差，难以真正起到模拟实际工程中喷射混凝土的作用，并且施做困难；同时强度难以控制，初凝时间较长，难以模拟实际工程的施工进度。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种用于模型试验中模拟喷射混凝土的相似材料，该种材料采用高浓度的松香酒精溶液作为粘结剂，提高模拟喷射混凝土的相似材料与模型体相似材料的粘结性；采用重晶石粉和水泥作为调节剂，控制模拟喷射混凝土的相似材料强度和弹性模量，有利于模拟实际工程中不同强度，不同厚度的喷射混凝土。

本发明的另一目的是提供该种材料的制备方法。

本发明采取的技术方案为：

一种用于模型试验中模拟喷射混凝土的相似材料，该种材料的重量份组成为：石膏粉1份，重晶石粉0.1～0.2份，水泥0～0.1份，松香酒精溶液0.33份。

该种材料的重量份组成为：石膏粉1份，重晶石粉0.1份，水泥0.05份，松香酒精溶液0.33份。

所述的石膏粉初凝时间≤5分钟，终凝时间≤15分钟。

所述的重晶石粉细度为325目。

所述的水泥为抗压强度为32.5MPa的普通硅酸盐水泥。

所述的松香酒精溶液质量百分浓度为20％。

一种用于模型试验中模拟喷射混凝土的相似材料的制备方法，包括以下步骤：

1)严格按比例称取石膏粉、重晶石粉、水泥、松香、酒精溶液；

2)将松香碾成粉状；

3)将松香粉末加入到酒精溶液，在密闭容器中水浴加热到30～40℃；

4)轻轻摇动容器，温度保持30～40℃，待松香完全溶于酒精；

5)将松香酒精溶液冷却至室温；

6)将石膏粉、重晶石粉、水泥混合均匀；

7)在混合均匀的材料中倒入松香酒精溶液，均匀搅拌5～10分钟。

本发明所述的一种用于模型试验中模拟喷射混凝土的相似材料，采用高浓度的松香酒精溶液作为粘结剂，提高模拟喷射混凝土的相似材料与模型体相似材料的粘结性；采用重晶石粉和水泥作为调节剂，控制模拟喷射混凝土的相似材料强度和弹性模量，材料主要参数范围如表1，在单轴抗压条件下的应力应变曲线如附图1：

表1

本发明所述的一种用于模型试验中模拟喷射混凝土的相似材料，研究了可用模型试验中模拟喷射混凝土的相似材料的技术方案和制备方法，解决了传统喷层混凝土相似材料与模型体相似材料粘结性差，强度难以控制的问题。将模拟喷射混凝土的相似材料应用于模型试验中，与前人研究相比，更接近工程实践，所得出的地质力学形似模型试验研究成果更准确。

本发明选用石膏粉、重晶石粉、水泥、松香、酒精溶液作为组成成分，其中，石膏粉作为主要骨料，其力学性质与模型试验材料的要求比较接近，并且其遇水后本身的粘结性较好；重晶石粉作为调节剂，主要是调节相似材料的重度，使相似材料满足相似原理的要求；水泥作为添加剂，是调节相似材料的强度；高浓度的酒精松香溶液作为粘结剂，在提高材料自身的粘结性和强度之外，更重要的是提高了模拟喷射混凝土的相似材料与模型体相似材料的粘结性，解决了传统喷层混凝土相似材料与模型体相似材料粘结性差，强度难以控制的问题。另外，通过调节重晶石粉和水泥的比重，可以增大相似材料力学参数的变化范围，大大提高模拟喷射混凝土相似材料的应用范围。

本发明提出了模型试验中模拟喷射混凝土的相似材料的技术方案，具有以下优点：

1、能实现模拟喷层混凝土的相似材料与模型体相似材料的良好粘结；

2、能调节模拟喷层混凝土的相似材料的强度和弹性模量，来模拟实际工程中不同强度，不同厚度的喷层混凝土；

3、能控制初凝和终凝时间，实现模拟实际工程的施工进度。

附图说明

图1材料的试样在单轴抗压条件下的应力应变曲线图。

具体实施方法

下面结合实施例对本发明进一步说明。

本发明所用的石膏粉的初凝时间≤5分钟，终凝时间≤15分钟；重晶石粉的细度为325目；水泥为32.5水泥；松香酒精溶液质量百分浓度为20％。

实施例1