本發明屬于材料科學領域，涉及一種以聚氨酯為膠結劑的流固耦合相似材料及其制備方法。
背景技術：
目前，在頂底板突水流固耦合模型試驗中，隔水層相似模擬材料作為試驗成功與否的前提和必要條件，必須能夠滿足強度低、性能穩定、固體變形和滲透相似等要求。目前大多模型試驗采用的相似材料是以石蠟、凡士林等組合作為膠結劑。由于該類材料制備過程需要加熱，增加了制作工藝的復雜性和難度。如李術才等在《地下工程流–固耦合模型試驗新型相似材料的研制及應用》中以凡士林、水泥作為膠結劑；孫文斌等在《固流耦合相似模擬材料研制及深部突水模擬試驗》中以石蠟、凡士林為膠結劑；陳軍濤等在《深部新型固流耦合相似材料的研制與應用》中以石蠟、凡士林為膠結劑；李樹忱等在《新型固流耦合相似材料的研制及其應用》中以石蠟作為膠結劑；黃慶享等在《固液耦合試驗隔水層相似材料的研究》中以硅油和凡士林混合作為膠結劑，而這些膠結劑均需加熱或制作全程保持一定溫度，制作工藝復雜。
技術實現要素：
本發明所解決現有技術中存在的技術問題是目前流固耦合相似模擬材料的膠結劑大多為石蠟、凡士林等需要加熱的材料，增加了制作工藝的難度，故而針對制作工藝復雜的問題，現希望找到一種無需加熱，又能滿足流固耦合相似模擬材料物理力學性質的新的膠結劑材料。
本發明為解決其技術問題所采用的技術方案是：
一種以聚氨酯為膠結劑的流固耦合相似材料，由骨料、調節劑、膠結劑與拌合水混合制作而成，所述骨料包括砂和碳酸鈣，所述調節劑為硅油，所述膠結劑為聚氨酯和水泥，所述砂、碳酸鈣、聚氨酯、水泥、硅油以及拌合水的配比為1:0.1～0.2:0.1～0.14:0.06～0.08:0.065:0.03～0.06。
進一步，所述砂的粒徑≤3mm。
進一步，所述水泥為p.o32.5白硅酸鹽水泥。
進一步，所述聚氨酯為d800透明聚氨酯。
進一步，所述硅油為粘度=1000±50mm2/s的二甲基硅油。
一種以聚氨酯為膠結劑的流固耦合相似材料的制備方法，按如下步驟進行：
（s1）嚴格按比例稱取砂、碳酸鈣、聚氨酯、水泥、硅油和拌合水；
（s2）將砂、碳酸鈣、水泥混合并攪拌均勻；
（s3）加入拌合水充分攪拌；
（s4）加入硅油與聚氨酯攪拌均勻即得。
進一步，在（s1）中所述比例為，砂：碳酸鈣：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.1～0.2:0.1～0.14:0.06～0.08:0.065:0.03～0.06。
本發明與現有技術相比所具有的有益效果是：碳酸鈣能夠將砂等顆粒膠結在一起，增大材料粘聚力，調節材料的內摩擦角；聚氨酯與水泥保證材料遇水不崩解，調控材料強度與滲透系數；硅油調控材料水理性，保證材料非親水，使拌合水與水泥充分反應，降低對材料養護的要求，遇水不崩解；能夠通過調節材料配比，單獨調控水理性指標和力學性質的單個指標，模擬不同類別的巖體；克服了現有石蠟、凡士林等流固耦合材料需要加熱的難題，無需加熱。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
實施例1
一種以聚氨酯為膠結劑的流固耦合相似材料的制備方法，按如下步驟進行：
（s1）嚴格按砂：碳酸鈣：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.14:0.14:0.06:0.065:0.06的比例，稱取砂、碳酸鈣、聚氨酯、水泥、硅油和拌合水；
（s2）將砂、碳酸鈣、水泥混合并攪拌均勻，所述砂的粒徑≤3mm，所述水泥為p.o32.5白硅酸鹽水泥；
（s3）加入拌合水充分攪拌，所述拌合水為普通純凈水；
（s4）加入硅油與聚氨酯攪拌均勻即得，所述為粘度=1000±50mm2/s的二甲基硅油，所述聚氨酯為d800透明聚氨酯。
根據上述方法得到一種以聚氨酯為膠結劑的流固耦合相似材料，其中包括以砂、碳酸鈣為骨料，以聚氨酯、水泥為膠結劑，以硅油為調節劑，以及拌合水，其比例為砂：碳酸鈣：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.14:0.14:0.06:0.065:0.06。所述得到的流固耦合相似材料的重度為1.78g/cm3，抗壓強度為1.229mpa,抗拉強度為0.125mpa，彈性模量為83mpa,滲透系數為4.58×10-5cm/s。
實施例2
一種以聚氨酯為膠結劑的流固耦合相似材料的制備方法，按如下步驟進行：
（s1）嚴格按砂：碳酸鈣：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.13:0.1:0.08:0.065:0.03的比例，稱取砂、碳酸鈣、聚氨酯、水泥、硅油和拌合水；
（s2）將砂、碳酸鈣、水泥混合并攪拌均勻，所述砂的粒徑≤3mm，所述水泥為p.o32.5白硅酸鹽水泥；
（s3）加入拌合水充分攪拌，所述拌合水為普通純凈水；
（s4）加入硅油與聚氨酯攪拌均勻即得，所述為粘度=1000±50mm2/s的二甲基硅油，所述聚氨酯為d800透明聚氨酯。
根據上述方法得到一種以聚氨酯為膠結劑的流固耦合相似材料，其中包括以砂、碳酸鈣為骨料，以聚氨酯、水泥為膠結劑，以硅油為調節劑，以及拌合水，其比例為砂：碳酸鈣：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.13:0.1:0.08:0.065:0.03。所述得到的流固耦合相似材料的重度為1.70g/cm3,抗壓強度為0.870mpa,抗拉強度為0.083mpa,彈性模量為118mpa,滲透系數為6.25×10-6cm/s。
實施例3
一種以聚氨酯為膠結劑的流固耦合相似材料的制備方法，按如下步驟進行：
（s1）嚴格按砂：碳酸鈣：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.2:0.14:0.06:0.065:0.06的比例，稱取砂、碳酸鈣、聚氨酯、水泥、硅油和拌合水；
（s2）將砂、碳酸鈣、水泥混合并攪拌均勻，所述砂的粒徑≤3mm，所述水泥為p.o32.5白硅酸鹽水泥；
（s3）加入拌合水充分攪拌，所述拌合水為普通純凈水；
（s4）加入硅油與聚氨酯攪拌均勻即得，所述為粘度=1000±50mm2/s的二甲基硅油，所述聚氨酯為d800透明聚氨酯。
根據上述方法得到一種以聚氨酯為膠結劑的流固耦合相似材料，其中包括以砂、碳酸鈣為骨料，以聚氨酯、水泥為膠結劑，以硅油為調節劑，以及拌合水，其比例為砂：碳酸鈣：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.2:0.14:0.06:0.065:0.06。所述得到的流固耦合相似材料的重度為1.73g/cm3,抗壓強度為0.928mpa,抗拉強度為0.091mpa,彈性模量為76mpa,滲透系數為7.94×10-5cm/s。
實施例4
一種以聚氨酯為膠結劑的流固耦合相似材料的制備方法，按如下步驟進行：
（s1）嚴格按砂：碳酸鈣：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.1:0.14:0.06:0.065:0.06的比例，稱取砂、碳酸鈣、聚氨酯、水泥、硅油和拌合水；
（s2）將砂、碳酸鈣、水泥混合并攪拌均勻，所述砂的粒徑≤3mm，所述水泥為p.o32.5白硅酸鹽水泥；
（s3）加入拌合水充分攪拌，所述拌合水為普通純凈水；
（s4）加入硅油與聚氨酯攪拌均勻即得，所述為粘度=1000±50mm2/s的二甲基硅油，所述聚氨酯為d800透明聚氨酯。
根據上述方法得到一種以聚氨酯為膠結劑的流固耦合相似材料，其中包括以砂、碳酸鈣為骨料，以聚氨酯、水泥為膠結劑，以硅油為調節劑，以及拌合水，其比例為砂：碳酸鈣：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.1:0.14:0.06:0.065:0.06。所述得到的流固耦合相似材料的重度1.75g/cm3,抗壓強度1.100mpa,抗拉強度0.117mpa,彈性模量79mpa,滲透系數3.69×10-5cm/s。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明做任何形式上的限制，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出更動或修飾等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。