本發明涉及一種快干體積穩定型大理巖相似材料的制備方法，屬于相似材料制備技術領域。
背景技術：
地質力學模型試驗是巖石力學和地下工程穩定性研究中的常用手段，在相關研究中，經常需要開展地下工程開挖圍巖變形破壞過程或誘發工程災害的模擬試驗。模型試驗采用適當的相似材料制成與原型相似的試驗模型，觀測由相似材料建造的模型在外界作用下的變形破壞情況，并根據相似原理推算原巖工作狀態，從而為巖石地下工程的設計及誘發工程災害的防控提供科學依據。由于相似模型是由相似材料制作而成的，因而相似材料是地質力學模型試驗的基礎和關鍵。根據相似理論和實踐經驗，對相似材料的要求主要有：（1）和原巖的重要物理力學參數滿足相似條件；（2）力學行為特點和原巖定量的相似；（3）保證具有能夠再現模型結構的強度，并易于干燥和成型；（4）原材料易獲取、性能穩定、經濟實惠。
目前關于洞壁圍巖巖爆的相似材料采用石英砂、石膏和水泥來模擬大理巖，研究了相似材料中骨料與膠結物的配比、膠結物中膠結材料的配比及不同的養護方式對試塊強度的影響規律。該材料采用石膏作為膠結劑，但石膏是水溶性材料，其性能易受溫度和濕度影響，且干燥緩慢。清華大學李仲奎等研制出一種地質力學模型材料，它由磁鐵礦精礦粉、河砂、粘結劑石膏或水泥、拌和用水及添加劑組成，該材料的特點是重度大、價格低廉、性能穩定，但模型干燥慢、養護時間長。此外，還有研究者用石膏、硅藻土和水配合而成的相似材料，但隨著硅藻土摻入量的增加，會出現體積縮小的現象。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題：針對傳統的相似材料模型干燥速度慢，需要較長時間的養護，且長久使用會出現體積縮小的問題，提供了一種通過選取灘涂淤泥中泥沙經鹽漬土浸出液激發并加熱活化后，復合粉煤灰與松香制備大理巖相似材料的方法，本發明首先將灘涂淤泥進行處理，收集得到干燥灘涂淤泥砂石顆粒，再將鹽漬土與水混合并離心分離，收集得到上清液，隨后將其與干燥灘涂淤泥砂石顆粒進行混合加熱，過濾，將濾餅煅燒球磨后，得到激發活化顆粒，接著將其與粉煤灰、松香等物質進行攪拌混合，得到混合漿料，最后將其進行澆注、壓制及養護即可。本發明制備的干燥灘涂淤泥砂石顆粒干燥速度快，不易受溫度和濕度的影響，且在具有優越的體積穩定性能，不易出現體積縮小的現象，具有廣闊的應用前景。
為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：
（1）選取灘涂淤泥并篩除大顆粒石塊與貝殼后，將其置于85～90℃下干燥6～8h，收集干燥淤泥，按質量比1:10，將干燥淤泥與去離子水攪拌混合3～5h，隨后靜置20～24h分層后，收集最下層砂石層并置于85～90℃下干燥20～24h，碾磨過80目篩，收集得干燥灘涂淤泥砂石顆粒；
（2）選取鹽漬土并研磨過50目篩，收集鹽漬土顆粒并按質量比1:10，將鹽漬土顆粒與去離子水攪拌混合3～5h，再在2500～3000r/min下離心分離，收集上層清液，隨后按質量比1:8，將上述制備的干燥灘涂淤泥砂石顆粒與上層清液攪拌混合10～12h；
（3）待上述攪拌混合完成后，再在75～80℃下水浴加熱3～5h，過濾并收集濾餅，將濾餅置于馬弗爐中，通氮氣排除空氣后，升溫加熱至550～600℃，保溫活化3～5h，隨后靜置冷卻至室溫，在350～400r/min下球磨3～5h，過100目篩，制備得激發活化顆粒；
（4）按重量份數計，分別稱量25～30份上述制備的激發活化顆粒、10～15份100目粉煤灰、5～10份松香和35～40份質量分數45%乙醇溶液置于燒杯中，在室溫下攪拌混合25～30min后，收集得混合漿料，
（5）將上述制備的混合漿料澆注至不銹鋼模具中，靜置固化6～8h后，再在2～3MPa下壓制5～10min，隨后收集壓制坯料，自然養護3～5天后，脫模即可制備得一種快干體積穩定型大理巖相似材料。
本發明的應用方法：根據隧洞的地質結構特點，根據相似原理，以1:300的比例尺，將本發明制備的干體積穩定型大理巖相似材料建立地質力學模型。經檢測，與使用傳統的相似材料相比，干燥時間大大減少，干燥時間縮短10～12h，且抗壓強度達到1.2～1.5MPa，彈性模量達到300～480MPa，且在使用過程中，無體積縮小的現象。
本發明與其他方法相比，有益技術效果是：
（1）本發明制備的快干體積穩定型大理巖相似材料易干燥成型，與使用傳統的相似材料相比，干燥時間縮短10～12h；
（2）本發明制備的快干體積穩定型大理巖相似材料在建立地質力學模型后體積未發生縮小的現象，具有較高的穩定性能；
（3）本發明以灘涂淤泥和鹽漬土等物質為原料，原料獲取簡單，成本低，制備步驟簡單，具有廣闊的應用前景。
具體實施方式
首先選取灘涂淤泥并篩除大顆粒石塊與貝殼后，將其置于85～90℃下干燥6～8h，收集干燥淤泥，按質量比1:10，將干燥淤泥與去離子水攪拌混合3～5h，隨后靜置20～24h分層后，收集最下層砂石層并置于85～90℃下干燥20～24h，碾磨過80目篩，收集得干燥灘涂淤泥砂石顆粒；選取鹽漬土并研磨過50目篩，收集鹽漬土顆粒并按質量比1:10，將鹽漬土顆粒與去離子水攪拌混合3～5h，再在2500～3000r/min下離心分離，收集上層清液，隨后按質量比1:8，將上述制備的干燥灘涂淤泥砂石顆粒與上層清液攪拌混合10～12h；待上述攪拌混合完成后，再在75～80℃下水浴加熱3～5h，過濾并收集濾餅，將濾餅置于馬弗爐中，通氮氣排除空氣后，升溫加熱至550～600℃，保溫活化3～5h，隨后靜置冷卻至室溫，在350～400r/min下球磨3～5h，過100目篩，制備得激發活化顆粒；再按重量份數計，分別稱量25～30份上述制備的激發活化顆粒、10～15份100目粉煤灰、5～10份松香和35～40份質量分數45%乙醇溶液置于燒杯中，在室溫下攪拌混合25～30min后，收集得混合漿料，最后將上述制備的混合漿料澆注至不銹鋼模具中，靜置固化6～8h后，再在2～3MPa下壓制5～10min，隨后收集壓制坯料，自然養護3～5天后，脫模即可制備得一種快干體積穩定型大理巖相似材料。
實例1
首先選取灘涂淤泥并篩除大顆粒石塊與貝殼后，將其置于90℃下干燥8h，收集干燥淤泥，按質量比1:10，將干燥淤泥與去離子水攪拌混合5h，隨后靜置24h分層后，收集最下層砂石層并置于90℃下干燥24h，碾磨過80目篩，收集得干燥灘涂淤泥砂石顆粒；選取鹽漬土并研磨過50目篩，收集鹽漬土顆粒并按質量比1:10，將鹽漬土顆粒與去離子水攪拌混合5h，再在3000r/min下離心分離，收集上層清液，隨后按質量比1:8，將上述制備的干燥灘涂淤泥砂石顆粒與上層清液攪拌混合12h；待上述攪拌混合完成后，再在80℃下水浴加熱5h，過濾并收集濾餅，將濾餅置于馬弗爐中，通氮氣排除空氣后，升溫加熱至600℃，保溫活化5h，隨后靜置冷卻至室溫，在400r/min下球磨5h，過100目篩，制備得激發活化顆粒；再按重量份數計，分別稱量30份上述制備的激發活化顆粒、15份100目粉煤灰、10份松香和40份質量分數45%乙醇溶液置于燒杯中，在室溫下攪拌混合30min后，收集得混合漿料，最后將上述制備的混合漿料澆注至不銹鋼模具中，靜置固化8h后，再在3MPa下壓制10min，隨后收集壓制坯料，自然養護5天后，脫模即可制備得一種干體積穩定型大理巖相似材料。
根據隧洞的地質結構特點，根據相似原理，以1:300的比例尺，將本發明制備的干體積穩定型大理巖相似材料建立地質力學模型。經檢測，與使用傳統的相似材料相比，易于干燥，干燥時間縮短12h，且抗壓強度達到1.5MPa，彈性模量達到480MPa，且體積未發生縮小的現象。
實例2
首先選取灘涂淤泥并篩除大顆粒石塊與貝殼后，將其置于85℃下干燥6h，收集干燥淤泥，按質量比1:10，將干燥淤泥與去離子水攪拌混合3h，隨后靜置20h分層后，收集最下層砂石層并置于85℃下干燥20h，碾磨過80目篩，收集得干燥灘涂淤泥砂石顆粒；選取鹽漬土并研磨過50目篩，收集鹽漬土顆粒并按質量比1:10，將鹽漬土顆粒與去離子水攪拌混合3h，再在2500r/min下離心分離，收集上層清液，隨后按質量比1:8，將上述制備的干燥灘涂淤泥砂石顆粒與上層清液攪拌混合10h；待上述攪拌混合完成后，再在75℃下水浴加熱3h，過濾并收集濾餅，將濾餅置于馬弗爐中，通氮氣排除空氣后，升溫加熱至550℃，保溫活化3h，隨后靜置冷卻至室溫，在350r/min下球磨3h，過100目篩，制備得激發活化顆粒；再按重量份數計，分別稱量25份上述制備的激發活化顆粒、10份100目粉煤灰、5份松香和35份質量分數45%乙醇溶液置于燒杯中，在室溫下攪拌混合25min后，收集得混合漿料，最后將上述制備的混合漿料澆注至不銹鋼模具中，靜置固化6h后，再在2MPa下壓制5min，隨后收集壓制坯料，自然養護3天后，脫模即可制備得一種快干體積穩定型大理巖相似材料。
根據隧洞的地質結構特點，根據相似原理，以1:300的比例尺，將本發明制備的干體積穩定型大理巖相似材料建立地質力學模型。經檢測，與使用傳統的相似材料相比，易于干燥，干燥時間縮短10h，且抗壓強度達到1.2MPa，彈性模量達到300MPa，且體積未發生縮小的現象。
實例3
首先選取灘涂淤泥并篩除大顆粒石塊與貝殼后，將其置于87℃下干燥7h，收集干燥淤泥，按質量比1:10，將干燥淤泥與去離子水攪拌混合4h，隨后靜置22h分層后，收集最下層砂石層并置于87℃下干燥22h，碾磨過80目篩，收集得干燥灘涂淤泥砂石顆粒；選取鹽漬土并研磨過50目篩，收集鹽漬土顆粒并按質量比1:10，將鹽漬土顆粒與去離子水攪拌混合4h，再在2700r/min下離心分離，收集上層清液，隨后按質量比1:8，將上述制備的干燥灘涂淤泥砂石顆粒與上層清液攪拌混合11h；待上述攪拌混合完成后，再在77℃下水浴加熱4h，過濾并收集濾餅，將濾餅置于馬弗爐中，通氮氣排除空氣后，升溫加熱至570℃，保溫活化4h，隨后靜置冷卻至室溫，在370r/min下球磨4h，過100目篩，制備得激發活化顆粒；再按重量份數計，分別稱量27份上述制備的激發活化顆粒、12份100目粉煤灰、7份松香和37份質量分數45%乙醇溶液置于燒杯中，在室溫下攪拌混合27min后，收集得混合漿料，最后將上述制備的混合漿料澆注至不銹鋼模具中，靜置固化7h后，再在2MPa下壓制7min，隨后收集壓制坯料，自然養護4天后，脫模即可制備得一種快干體積穩定型大理巖相似材料。
根據隧洞的地質結構特點，根據相似原理，以1:300的比例尺，將本發明制備的干體積穩定型大理巖相似材料建立地質力學模型。經檢測，與使用傳統的相似材料相比，易于干燥，干燥時間縮短11h，且抗壓強度達到1.3MPa，彈性模量達到350MPa，且體積未發生縮小的現象。