[发明专利]一种用于泥浆与块体材料之间粘附系数的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体检测技术领域，具体涉及一种用于泥浆与块体材料之间粘附系数的测量装置及方法。

背景技术

粘滞系数常常表征在流体内部相邻两流层间内摩擦力的大小，一般采用落球法、毛细管法和圆筒法测量。然而，在泵送混凝土砂浆过程中管壁与砂浆之间、在石油钻探过程中钻具与井壁钻井液之间都存在着固体与流体的粘附作用。粘附系数实际上即为固体材料与流体之间相互运动时的摩擦系数，它是影响附着力的关键因素。而泥浆与块体材料之间附着力的控制对施工和生产效率都有着重要影响，虽然现在已经开始从固体材料的表面微结构、流体动力学等方面研究泥浆与块体材料之间的粘附系数，但还缺乏一种精确有效的测量装置。目前，存在以下几种方法测量泥浆与块体材料的粘附系数，具体介绍如下，

方法一，试验装置，如图1所示，试验时，向左侧容器中均匀地装满泥浆，轻轻敲击容器壁，使泥浆在自重作用下密实，与块体材料全面接触，通过滑轮装置向滑轮另一端的吊桶中缓慢装入砂子，直至块体材料开始从泥浆中向上拔出，称量吊桶和砂的质量G、块体材料的质量G₀，

根据公式F₀=(G-G₀)*9.8，可计算得出泥浆与块体材料之间的附着力F₀，其中，F0-泥浆与块体材料之间的附着力(N)；G-拔出块体材料时吊桶与砂子的质量之和(kg)；G0-块体材料的质量(kg)。

但是，这个试验装置测定出的泥浆与块体材料之间的附着力误差较大，不够精确，通过不断加砂，很难准确把握块体材料开始从泥浆中向上拔出这个时间点，然后再进行称重计算，而且实验过程也显得比较繁琐；另外，当附着力较大的时候，加砂到一定程度后，左边的块体材料会跟容器一起被吊起来，这样就不能够测出泥浆与块体材料之间的附着力，所以这个试验装置及方法还是存在缺陷的；

方法二：基于前人对泥浆粘附性的研究，采用电子万能试验机在泥浆容器中进行块体材料与泥浆的粘附力的测量。该试验机有配套的软件，可以根据试验的要求设计程序，并实时记录数据。根据粘附力度量特点设计试验方案，该方案分为两步进行：第一步是力加载试验，第二步是拉脱力试验。具体步骤为：将块体材料与泥浆接触面朝外，另一面用胶粘到电子万能试验机的侧头上，恒速恒力加载使块体材料与泥浆紧密贴合，保载一定时间后恒速将块体材料与泥浆分离，将块体材料与泥浆彻底分离的最大力，就是块体材料与泥浆之间的粘附力。其试验原理如图2及图3所示，加载过程，如图2所示，块体材料夹具以速度v1向下运动，当块体材料与泥浆接触达程序所设定的目标力和保载时间后，系统会自动卸载，然后执行拉脱试验程序；拉脱过程，如图3所示，块体材料夹具以速度v2向反方向运动，将块体材料与泥浆分开，当块体材料与泥浆彻底分离后，即停止试验，电脑会自动记录数据并保存，以供分析使用。

但是，这个电子万能试验机测定出的泥浆与块体材料之间的粘附系数误差较大，不够精确，毕竟泥浆与块体材料的彻底分离很难严格的进行表征，所以该实验产生的误差较大；

方法三：用同轴回转圆筒粘度计来测量泥浆的粘度，它由两个同心圆筒组成，两个圆筒之间有微小的间隙用于放置试料，一个筒旋转，一个筒静止不动，转筒可以是外筒也可以是内筒，圆筒粘度计原用于粘性液体及悬浮液体粘度的测定，如果将同轴回转圆筒粘度计用于泥浆粘度的测量，由于泥浆中存在着一定的大粒径的骨料，易造成同轴回转粘度计两个圆筒之间的间隙内骨料的嵌挤。根据同轴回转圆筒粘度计的工作原理，首先要求粘度计中液体流动式稳定的层流而无紊流，流速恒定，其次筒壁壁面与液体之间没有滑移运动，还有离心力及端部效应都可以忽略。因此，将同轴回转圆筒粘度计用于泥浆粘度和与块体材料的粘附系数的测量受到很大限制。

通过上述分析，寻找一种能够简便而且较准确的表征出泥浆与块体材料之间的粘附系数的装置及方法，然后根据测得其他分析数据，用于提高疏浚设备的工作效率等方面，是当前急需解决的问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题主要是针对现有粘附系数测量实验过程繁琐、误差较大、不够精确、不方便研究施工工程和工程质量的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：