本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種對(duì)接室內(nèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的泡沫混凝土樣制備裝置及方法，包括多個(gè)原料放置管，原料放置管的進(jìn)口端固定在試驗(yàn)臺(tái)上，出口端與一個(gè)攪拌室連通；攪拌室側(cè)壁的上端和下端分別與上流體泵和下流體泵相連，且上流體泵與制樣室相連，制樣室上設(shè)置有出漿口；所述的下流體泵與量筒下端相連，量筒上端又與發(fā)泡機(jī)連通，發(fā)泡機(jī)上端設(shè)有吸氣口，下端設(shè)有吸液管，吸液管伸入儲(chǔ)液罐靠近底部位，儲(chǔ)液罐上端設(shè)有注液口；在攪拌室內(nèi)完成混凝土漿體的制備，在發(fā)泡機(jī)和儲(chǔ)液罐內(nèi)完成泡沫制備，泡沫制備好后進(jìn)入攪拌室進(jìn)一步的攪拌，攪拌后的漿體進(jìn)入制樣室，經(jīng)脫模養(yǎng)護(hù)后完成制樣。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)大大地提高了試驗(yàn)效率。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及地下工程減震材料協(xié)同研發(fā)
，具體涉及一種對(duì)接室內(nèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的泡沫混凝土樣制備裝置及方法。
技術(shù)介紹
近年來(lái)，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展快速，一大批交通隧道、水工隧洞、大型地下建筑(群)等工程相繼建成并投入使用。這其中，修建在高烈度地區(qū)的隧道或大型地下構(gòu)筑物，常常會(huì)受到地震的威脅，遭遇地震事件。一系列最新震害報(bào)告表明，在強(qiáng)震作用下，地下結(jié)構(gòu)并不能確保始終處于安全狀態(tài)，不同類(lèi)型、不同程度的結(jié)構(gòu)破壞會(huì)時(shí)有發(fā)生，以隧道震害為例，包括洞門(mén)開(kāi)裂、端墻破損、崩落土砂；洞身路基底鼓、開(kāi)裂、襯砌移動(dòng)、附屬物破壞、滲水等等。因此，對(duì)于高烈度地區(qū)上的每一個(gè)地下工程，都有必要對(duì)其做減震設(shè)計(jì)。地下工程減震設(shè)計(jì)主要表現(xiàn)為在隧道襯砌之間設(shè)置減震層或在地下構(gòu)筑物周?chē)┳鳒p震填充，使用到的材料主要為泡沫混凝土。泡沫混凝土質(zhì)量輕、彈模低、吸水率低，具有相當(dāng)?shù)娜嵝约把有裕瑴p震及緩沖擊性能出色，對(duì)地震動(dòng)載荷具有良好的吸收和分散作用。泡沫混凝土作為巖土材料的一種，其相關(guān)物理、力學(xué)特性參數(shù)均能在巖土科學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的各類(lèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上獲得，試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性廣受認(rèn)可。不過(guò)也應(yīng)該注意到一個(gè)問(wèn)題，即市面上主流的室內(nèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，所需試樣必須是標(biāo)準(zhǔn)尺寸，標(biāo)準(zhǔn)試樣通常被要求加工成尺寸為(代表圓柱體試樣的底面直徑)的圓柱體。通常來(lái)講，對(duì)于一般的巖石材料，比如花崗巖、片麻巖、灰?guī)r等，它們強(qiáng)度較大，能經(jīng)得住水鉆打孔取芯、柱面拋光、端部打磨等一系列后處理工序，所以不難在大塊試料中成功截取出標(biāo)準(zhǔn)試樣。但對(duì)于泡沫混凝土，這種用機(jī)械方法將泡沫劑水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入含硅質(zhì)原料、鈣質(zhì)原料、水及各種外加劑組成的漿體中，經(jīng)混合攪拌、澆注成型、養(yǎng)護(hù)而成的人工多孔材料，強(qiáng)度太低，單軸壓縮強(qiáng)度大概只有幾兆帕到十幾兆帕；而且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分松散脆弱，經(jīng)不住設(shè)備的打孔擾動(dòng)以及打磨拋光，按常規(guī)取樣方法強(qiáng)行處理極有可能對(duì)材料造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。然而令人遺憾的是，通過(guò)對(duì)已有文獻(xiàn)和專(zhuān)利的檢索查閱，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的成熟的泡沫混凝土制備方法及相關(guān)裝置大多用于生產(chǎn)大體積試料，在這些大體積試料上截取標(biāo)準(zhǔn)圓柱體，將極大程度地?fù)p傷試樣材料，影響試樣的物理、力學(xué)特性參數(shù)，這些影響是任何現(xiàn)有技術(shù)所不可估量的。雖然在已有文獻(xiàn)和專(zhuān)利中，也曾提到過(guò)一些能制備任意尺寸泡沫混凝土樣的方法，但與之配套的成熟自動(dòng)化裝置很少，即使存在，也遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)與各類(lèi)室內(nèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)對(duì)接。另外還有兩個(gè)問(wèn)題也值得注意，其一是傳統(tǒng)方法制備的大體積泡沫混凝土料參數(shù)精確性令人擔(dān)憂(yōu)，大體積試料的物理、力學(xué)特性往往只能做到整體把控，相關(guān)參數(shù)相應(yīng)的也只能被視為整體參數(shù)，至于其內(nèi)部材料是否均勻、性質(zhì)是否統(tǒng)一等，這些都不得而知。其二是傳統(tǒng)泡沫混凝土樣制備裝置，尺寸單位多為“米”級(jí)，顯然不能與標(biāo)準(zhǔn)試樣“毫米”級(jí)的尺寸單位相匹配。解決以上各個(gè)問(wèn)題，最好的途徑就是避開(kāi)對(duì)試樣的動(dòng)力擾動(dòng)，比如鉆取、打磨、拋光等等，重新研究并設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸量級(jí)相匹配的泡沫混凝土樣制備裝置，從全流程全環(huán)節(jié)對(duì)制備過(guò)程進(jìn)行操控，全面準(zhǔn)確控制試樣物理、力學(xué)特性參數(shù)及其變化，同時(shí)保證其材料均勻，整體與局部特性參數(shù)相協(xié)調(diào)；另外，要求裝置本身自動(dòng)化程度高，手工誤差小，最終，從技術(shù)和材料兩方面與室內(nèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)全面對(duì)接；然而，目前該領(lǐng)域還沒(méi)有相關(guān)設(shè)備，如何設(shè)計(jì)一種滿(mǎn)足上述要求的裝置成了一個(gè)急需解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的是為服役于巖土科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的各類(lèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)快速準(zhǔn)確地提供尺寸標(biāo)準(zhǔn)(尺寸為的圓柱體)、性質(zhì)均一可靠(整體與局部特性參數(shù)相協(xié)調(diào))、全參數(shù)可控的泡沫混凝土試樣，協(xié)同其一起，共同進(jìn)行泡沫混凝土材料優(yōu)化改進(jìn)及其物理、力學(xué)特性研究。本專(zhuān)利技術(shù)制樣全程擺脫傳統(tǒng)的人工操作，提供了一套集混凝土漿體制備、泡沫制備、泡漿混合攪拌、澆筑成型、數(shù)據(jù)收集與集中處理等多流程為一體的自動(dòng)化試驗(yàn)裝置。為了實(shí)現(xiàn)本專(zhuān)利技術(shù)的目的，采用如下技術(shù)方案：一種對(duì)接室內(nèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的泡沫混凝土樣制備裝置，包括多個(gè)原料放置管，所述的原料放置管的進(jìn)口端固定在試驗(yàn)臺(tái)上，出口端與一個(gè)攪拌室連通；攪拌室側(cè)壁的上端和下端分別與上流體泵和下流體泵相連，且所述的上流體泵與制樣室相連，制樣室上設(shè)置有出漿口；所述的下流體泵與量筒下端相連，量筒上端又與發(fā)泡機(jī)連通，發(fā)泡機(jī)上端設(shè)有吸氣口，下端設(shè)有吸液管，吸液管伸入儲(chǔ)液罐靠近底部位置，儲(chǔ)液罐上端設(shè)有注液口。在所述的攪拌室內(nèi)完成混凝土漿體的制備，在所述的發(fā)泡機(jī)和儲(chǔ)液罐內(nèi)完成泡沫制備，泡沫制備好后進(jìn)入攪拌室進(jìn)一步攪拌，攪拌后的漿體進(jìn)入制樣室，經(jīng)脫模養(yǎng)護(hù)后完成制樣。進(jìn)一步的，所述的多個(gè)原料放置管上各設(shè)置一個(gè)控制其開(kāi)斷的第一閥門(mén)。進(jìn)一步的，所述的攪拌室與上流體泵、下流體泵連接的管路上設(shè)有第二閥門(mén)。進(jìn)一步的，所述的攪拌室與下流體泵相連的管路上設(shè)有流速調(diào)節(jié)器和壓力傳感器。進(jìn)一步的，所述的上流體泵與制樣室相連的管路上設(shè)有注漿調(diào)節(jié)器。進(jìn)一步的，所述的下流體泵與量筒下端相連的管路上設(shè)有第三閥門(mén)。進(jìn)一步的，所述的量筒上端與發(fā)泡機(jī)相連的管路上設(shè)有第四閥門(mén)。進(jìn)一步的，所述的攪拌室的底部設(shè)置有稱(chēng)重元件。進(jìn)一步的，所述的流速調(diào)節(jié)器、壓力傳感器、注漿調(diào)節(jié)器、攪拌室的攪拌裝置和稱(chēng)重元件均與一個(gè)數(shù)據(jù)采集器相連，所述的數(shù)據(jù)采集器將數(shù)據(jù)傳送給終端設(shè)備；所述的終端設(shè)備既能集中處理采集到的數(shù)據(jù)，又能調(diào)節(jié)流速調(diào)節(jié)器、注漿調(diào)節(jié)器、攪拌室的攪拌裝置。進(jìn)一步的，所述的原料放置管包括并列設(shè)置的水泥放置管、土粒放置管和注水管。利用上述裝置進(jìn)行試樣制備的方法，包括混凝土漿體的制備、泡沫的制備、泡漿混合攪拌和澆筑成型，具體如下：混凝土漿體的制備方法如下：水泥、土粒以及水分別通過(guò)原料放置管進(jìn)入攪拌室，打開(kāi)攪拌室的攪拌裝置，使其內(nèi)的各種原料充分混合；泡沫的制備方法如下：將發(fā)泡液原液稀釋至一定濃度，然后注入儲(chǔ)液罐；打開(kāi)發(fā)泡機(jī)，進(jìn)行發(fā)泡；發(fā)泡完成，使泡沫進(jìn)入量筒，直至達(dá)到預(yù)期體積，然后打開(kāi)下流體泵，使泡沫注入到攪拌室，待泡沫注完后，關(guān)閉下流體泵；泡漿混合攪拌；泡漿混合攪拌方法如下：將膠體水泥漿與泡沫充分?jǐn)嚢瑁钡綕{面看不到一層漂浮的泡沫為止；澆筑成型方法如下：打開(kāi)上流體泵，使?jié){料通過(guò)注漿管注入制樣室，待漿料充滿(mǎn)整個(gè)制樣室后，多余的會(huì)從出漿口溢出，此時(shí)依次關(guān)閉上流體泵、攪拌室的上閥門(mén)，然后去除溢出的漿料，待制樣室中的漿體形成一定強(qiáng)度時(shí)，將其取出制樣室，再養(yǎng)護(hù)數(shù)小時(shí)，制成泡沫混凝土試樣。本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果如下：本專(zhuān)利技術(shù)制樣全程擺脫傳統(tǒng)的人工操作，創(chuàng)新性地提供了一套集混凝土漿體制備、泡沫制備、泡漿混合攪拌、澆筑成型、數(shù)據(jù)收集與集中處理等多流程為一體的自動(dòng)化試驗(yàn)裝置。試樣制備全程可對(duì)多個(gè)環(huán)節(jié)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確控制，包括原料種類(lèi)和級(jí)配、水料比、發(fā)泡液濃度、氣液比、泡沫量、泡沫注入速度、攪拌速度與時(shí)長(zhǎng)、澆筑速度等等，從而能夠在短時(shí)間內(nèi)高效地制備出符合試驗(yàn)方案預(yù)期的，尺寸為(代表圓柱體試樣的底面直徑)的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體泡沫混凝土試樣。制備完成的試樣可與各類(lèi)室內(nèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)對(duì)接，直接用于各種物理指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定試驗(yàn)，測(cè)得密度、含水率、土粒比重三項(xiàng)基本物理指標(biāo)，再通過(guò)公式換算得出孔隙率、孔隙比、飽和度等更多物理指標(biāo)；制備完成的試樣還可直接用于各種力學(xué)參數(shù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定試驗(yàn)，如單軸壓縮、三軸壓縮、直剪、劈裂、滲透和抗沖擊試驗(yàn)等等，測(cè)得相應(yīng)的多種力學(xué)指標(biāo)。裝本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種對(duì)接室內(nèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的泡沫混凝土樣制備裝置，其特征在于，包括多個(gè)原料放置管，所述的原料放置管的進(jìn)口端固定在試驗(yàn)臺(tái)上，出口端與一個(gè)攪拌室連通；所述的攪拌室側(cè)壁的上端和下端分別與上流體泵和下流體泵相連，且所述的上流體泵與制樣室相連，制樣室上設(shè)置有出漿口；所述的下流體泵與量筒下端相連，量筒上端又與發(fā)泡機(jī)連通，發(fā)泡機(jī)上端設(shè)有吸氣口，下端設(shè)有吸液管，吸液管伸入儲(chǔ)液罐靠近底部位，儲(chǔ)液罐上端設(shè)有注液口；在所述的攪拌室內(nèi)完成混凝土漿體的制備，在所述的發(fā)泡機(jī)和儲(chǔ)液罐內(nèi)完成泡沫制備，泡沫制備好后進(jìn)入攪拌室進(jìn)一步的攪拌，攪拌后的漿體進(jìn)入制樣室，經(jīng)脫模養(yǎng)護(hù)后完成制樣。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種對(duì)接室內(nèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的泡沫混凝土樣制備裝置，其特征在于，包括多個(gè)原料放置管，所述的原料放置管的進(jìn)口端固定在試驗(yàn)臺(tái)上，出口端與一個(gè)攪拌室連通；所述的攪拌室側(cè)壁的上端和下端分別與上流體泵和下流體泵相連，且所述的上流體泵與制樣室相連，制樣室上設(shè)置有出漿口；所述的下流體泵與量筒下端相連，量筒上端又與發(fā)泡機(jī)連通，發(fā)泡機(jī)上端設(shè)有吸氣口，下端設(shè)有吸液管，吸液管伸入儲(chǔ)液罐靠近底部位，儲(chǔ)液罐上端設(shè)有注液口；在所述的攪拌室內(nèi)完成混凝土漿體的制備，在所述的發(fā)泡機(jī)和儲(chǔ)液罐內(nèi)完成泡沫制備，泡沫制備好后進(jìn)入攪拌室進(jìn)一步的攪拌，攪拌后的漿體進(jìn)入制樣室，經(jīng)脫模養(yǎng)護(hù)后完成制樣。2.如權(quán)利要求1所述的對(duì)接室內(nèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的泡沫混凝土樣制備裝置，其特征在于，所述的多個(gè)原料放置管上各設(shè)置一個(gè)控制其開(kāi)斷的第一閥門(mén)。3.如權(quán)利要求1所述的對(duì)接室內(nèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的泡沫混凝土樣制備裝置，其特征在于，在所述的攪拌室與上流體泵、下流體泵連接的管路上設(shè)有第二閥門(mén)。4.如權(quán)利要求1所述的對(duì)接室內(nèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的泡沫混凝土樣制備裝置，其特征在于，所述的下流體泵與量筒下端相連的管路上設(shè)有第三閥門(mén)。5.如權(quán)利要求1所述的對(duì)接室內(nèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的泡沫混凝土樣制備裝置，其特征在于，所述的量筒上端與發(fā)泡機(jī)相連的管路上設(shè)有第四閥門(mén)。6.如權(quán)利要求1所述的對(duì)接室內(nèi)巖土力學(xué)試驗(yàn)機(jī)的泡沫混凝土樣制備裝置，其特征在于，在所述的攪拌室與下流體泵相連的管路上還設(shè)有流速調(diào)節(jié)器和壓力傳感器。7.如權(quán)利要求6所述的...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳衛(wèi)忠，馬少森，趙武勝，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：山東大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：山東;37
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