專利名稱：用于制作類巖石的脆性材料及其試件預制裂隙的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種類巖石材料及試件制備方法，尤其是一種用于制作類巖石的脆性材料及 其試件預制裂隙的制備方法。
背景技術：
目前類巖石材料大多采用石膏和硬實膏制作，以期待獲得與真實巖石相似的強度和脆性 特征，但由于石膏材料本身的多孔性其模擬的脆性的相似度很差，尤其是石膏樣品無法制作 與水作用相關的實驗樣品，致使其無法應用于水利工程等與滲流有關的模型實驗中去。
發明內容
本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種能廣泛用于模擬含水三維裂隙巖 體的力學試驗和滲流破裂的用于制作類巖石的脆性材料及其試件預制裂隙的制備方法。
為實現上述目的，本發明采用下述技術方案 一種用于制作類巖石的脆性材料，包括以
下重量比的成分水泥1份，砂24份，水0.2~0.4份，改性劑0.01~0.1份。 所述改性劑包括高效減水劑和早強劑，二者重量比為l: 0.4~2。 所述砂的粒徑小于5mm。
一種利用制作類巖石的脆性材料制備試件預制裂隙的方法，包括以下步驟
1) 采用內裂隙固定器將模擬裂隙片狀材的角度和位置調整好;
2) 采用細棉線將模擬裂隙片狀材料固定好，同時撤掉內裂隙固定器；
3) 將水泥、砂、改性劑按比例在攪拌器中混合均勻；
4) 加水后繼續攪拌2一分鐘，待用；
5) 將混合好的濕料放入成型模具之中，在振動臺上振搗1 3分鐘；
6) 用刮刀刮平試樣表面后放入養護箱內養護24小時；
7) 養護好后脫模，再將試樣放入養護箱內，將養護溫度提高到20~50°0，養護7天；
8) 將養護好的試樣取出，放置室溫條件下，待試樣風干后即可進行力學測試。 所述步驟1)和2)中的模擬裂隙片狀材料為聚酯薄膜或牛皮紙或金屬薄片，其厚度均在
0.05—1.5mm之間。
本發明中的內裂隙固定器、成型模具和養護箱均是現有設備，比如，內裂隙固定器是根 據裂隙在試件中設定的位置，用鐵絲做的一個托架，用來把模擬裂隙片狀材支撐住。養護箱 可以在市場上買到，如JYZ700型混凝土加速養護箱北京華惠達泰試驗儀器有限公司生產， 在此不再贅述。
本發明中裂隙的模擬材料根據不同的目的可以選擇聚酯薄膜、牛皮紙和金屬薄片等，厚度在0.05~1.501111之間，其中聚酯薄膜可以用于模擬光滑裂隙面，即不考慮摩擦力的影響而 金屬薄片可以模擬摩擦裂隙面，而且可以通過調整金屬片的粗糙程度控制裂隙面摩擦系數的 大小。裂隙的形狀可以通過本項目提供的自制切刀一次成型，十分方便。
本發明通過調整配比和養護條件可以獲得適用模擬不同力學條件的模型材料，尤其是其 良好的脆性特征，拉壓比可達1/23，其力學參數范圍如下
力學指標抗壓強度抗拉強度 MPa MPa彈性模量 GPa
可變化范圍30~70 1.5~3.015~50
本發明可以通過調整配方和養護模擬不同力學性能的巖石，解決了硬質材料三維模型中 預制裂隙的難題。而且可以實現裂隙內注入可控承壓水試樣，解決以往地質模型材料無法考 慮水作用的難題。能廣泛用于模擬含水三維裂隙巖體的力學試驗和滲流破裂研究。主要應用 于土木、水電和礦山工程中的裂隙巖體模型試驗，含水節理裂隙巖體力學特性模擬和混凝土 等脆性材料中二維、三維裂隙破裂機理試驗研究。
圖l是一組試樣的單軸抗壓條件下的應力應變曲線圖；
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。 實施例1:
用于制作類巖石的脆性材料，包括以下重量比的成分水泥1份，砂2份，水0.2份， 改性劑0.01份。
改性劑包括高效減水劑和早強劑，二者重量比為l: 0.4。高效減水劑可采用奈系高效減 水劑，山東萬山化工有限公司生產的型號為FDN-A, FDN-B, FDN-C的產品；早強劑可采用 湖南先鋒建材有限公司生產的型號為XF-I型的產品。
砂的粒徑小于5mm。
一種利用制作類巖石的脆性材料制備試件預制裂隙的方法，包括以下歩驟
1) 采用內裂隙固定器將模擬裂隙片狀材的角度和位置調整好；
2) 采用細棉線將模擬裂隙片狀材料固定好，同時撤掉內裂隙固定器；
3) 將水泥、砂、改性劑按比例在攪拌器中混合均勻；
4) 加水后繼續攪拌2分鐘，待用；
5) 將混合好的濕料放入成型模具之中，在振動臺上振搗l分鐘；
6) 用刮刀刮平試樣表面后放入養護箱內養護24小時；
7) 養護好后脫模，再將試樣放入養護箱內，將養護溫度提高到20'C，養護7天；
8) 將養護好的試樣取出，放置室溫條件下，待試樣風干后即可進行力學測試。
4步驟1)和2)中的模擬裂隙片狀材料為聚酯薄膜，其厚度在0.05 1.5mm之間。 實施例2:
用于制作類巖石的脆性材料，包括以下重量比的成分水泥l份，砂3份，水0.3份， 改性劑0.05份。
改性劑包括高效減水劑和早強劑二者重量比為1: 1.2。高效減水劑可采用奈系高效減水 劑，山東萬山化工有限公司生產的型號為FDN-A， FDN-B， FDN-C的產品；早強劑可采用湖 南先鋒建材有限公司生產的型號為XF-I型的產品。
砂的粒徑小于5mm。
一種利用制作類巖石的脆性材料制備試件預制裂隙的方法，包括以下步驟
1) 采用內裂隙固定器將模擬裂隙片狀材的角度和位置調整好；
2) 采用細棉線將模擬裂隙片狀材料固定好，同時撤掉內裂隙固定器；
3) 將水泥、砂、改性劑按比例在攪拌器中混合均勻；
4) 加水后繼續攪拌3分鐘，待用
5) 將混合好的濕料放入成型模具之中，在振動臺上振搗2分鐘；
6) 用刮刀刮平試樣表面后放入養護箱內養護24小時；
7) 養護好后脫模，再將試樣放入養護箱內，將養護溫度提高到35'C,養護7天；
8) 將養護好的試樣取出，放置室溫條件下，待試樣風干后即可進行力學測試。 步驟l)和2)中的模擬裂隙片狀材料為牛皮紙，其厚度在0.05 1.5mm之間。 采用上述方案制作的試樣的單軸抗壓條件下的應力應變曲線如圖1所示。 實施例3:
用于制作類巖石的脆性材料，包括以下重量比的成分水泥l份，砂4份，水0.4份， 改性劑0.1份。
改性劑包括高效減水劑和早強劑，二者重量比為l: 2。高效減水劑可采用奈系高效減水 劑，山東萬山化工有限公司生產的型號為FDN-A, FDN-B, FDN-C的產品；早強劑可采用湖 南先鋒建材有限公司生產的型號為XF-I型的產品。
砂的粒徑小于5ram。
一種利用制作類巖石的脆性材料制備試件預制裂隙的方法，包括以下步驟
1) 采用內裂隙固定器將模擬裂隙片狀材的角度和位置調整好；
2) 采用細棉線將模擬裂隙片狀材料固定好，同時撤掉內裂隙固定器；
3) 將水泥、砂、改性劑按比例在攪拌器中混合均勻；
4) 加水后繼續攪拌3分鐘，待用；
5) 將混合好的濕料放入成型模具之中，在振動臺上振搗3分鐘；6) 用刮刀刮平試樣表面后放入養護箱內養護24小時；
7) 養護好后脫模，再將試樣放入養護箱內，將養護溫度提高到50'C,養護7天；
8) 將養護好的試樣取出，放置室溫條件下，待試樣風干后即可進行力學測試。 步驟l)和2)中的模擬裂隙片狀材料為金屬薄片，其厚度在0.05 1.5mm之間 實施例4:
用于制作類巖石的脆性材料，包括以下重量比的成分水泥1份，砂2份，水0.3份， 改性劑0.08份。
改性劑包括高效減水劑和早強劑二者重量比為1: 1.5。高效減水劑可采用奈系高效減水 劑，山東萬山化工有限公司生產的型號為FDN-A， FDN-B， FDN-C的產品；早強劑可采用湖 南先鋒建材有限公司生產的型號為XF-I型的產品。
砂的粒徑小于5mm。
一種利用制作類巖石的脆性材料制備試件預制裂隙的方法，包括以下步驟
1) 采用內裂隙固定器將模擬裂隙片狀材的角度和位置調整好；
2) 采用細棉線將模擬裂隙片狀材料固定好，同時撤掉內裂隙固定器； .3)將水泥、砂、改性劑按比例在攪拌器中混合均勻；
4) 加水后繼續攪拌3分鐘，待用；
5) 將混合好的濕料放入成型模具之中，在振動臺上振搗1，5分鐘；
6) 用刮刀刮平試樣表面后放入養護箱內養護24小時；
7) 養護好后脫模，再將試樣放入養護箱內，將養護溫度提高到30'C，養護7天；
8) 將養護好的試樣取出，放置室溫條件下，待試樣風干后即可進行力學測試。 步驟l)和2)中的模擬裂隙片狀材料為金屬薄片，其厚度在0.05 1.5mm之間。
權利要求
1. 一種用于制作類巖石的脆性材料，其特征在于，包括以下重量比的成分水泥1份，砂2～4份，水0.2～0.4份，改性劑0.01～0.1份。
2. 根據權利要求1所述的用于制作類巖石的脆性材料，其特征在于所述改性劑包括高效減水劑和早強劑，二者重量比為l: 0.4~2。
3. 根據權利要求1所述的用于制作類巖石的脆性材料，其特征在于所述砂的粒徑小于5mm。
4. 一種利用權利要求1所述的制作類巖石的脆性材料制備試件預制裂隙的方法，其特征在于，包括以下步驟1) 采用內裂隙固定器將模擬裂隙片狀材的角度和位置調整好；2) 采用細棉線將模擬裂隙片狀材料固定好，同時撤掉內裂隙固定器；3) 將水泥、砂、改性劑按比例在攪拌器中混合均勻；4) 加水后繼續攪拌2~4分鐘，待用；5) 將混合好的濕料放入成型模具之中，在振動臺上振搗1 3分鐘；6) 用刮刀刮平試樣表面后放入養護箱內養護24小時；7) 養護好后脫模，再將試樣放入養護箱內，將養護溫度提高到20^5080，養護7天；8) 將養護好的試樣取出，放置室溫條件下，待試樣風干后即可進行力學測試。
5. 根據權利要求4所述利用制作類巖石的脆性材料制備試件預制裂隙的方法，其特征在 于所述步驟1)和2)中的模擬裂隙片狀材料為聚酯薄膜或牛皮紙或金屬薄片，其厚度均在 0.05 1.5mm之間。
全文摘要
本發明涉及一種用于制作類巖石的脆性材料，包括以下重量比的成分水泥1份，砂2～4份，水0.2～0.4份，改性劑0.01～0.1份。本發明同時還公開了一種利用制作類巖石的脆性材料制備試件預制裂隙的方法。本發明可以通過調整配方和養護模擬不同力學性能的巖石，解決了硬質材料三維模型中預制裂隙的難題。而且可以實現裂隙內注入可控承壓水試樣，解決以往地質模型材料無法考慮水作用的難題。能廣泛用于模擬含水三維裂隙巖體的力學試驗和滲流破裂研究。主要應用于土木、水電和礦山工程中的裂隙巖體模型試驗，含水節理裂隙巖體力學特性模擬和混凝土等脆性材料中二維、三維裂隙破裂機理試驗研究。
文檔編號C04B28/00GK101462854SQ200910013928
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月12日 優先權日2009年1月12日
發明者張乾兵, 朱維申, 李術才, 郭彥雙 申請人:山東大學