对接室内岩土力学试验机的泡沫混凝土样制备装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种对接室内岩土力学试验机的泡沫混凝土样制备装置及方法，包括多个原料放置管，原料放置管的进口端固定在试验台上，出口端与一个搅拌室连通；搅拌室侧壁的上端和下端分别与上流体泵和下流体泵相连，且上流体泵与制样室相连，制样室上设置有出浆口；所述的下流体泵与量筒下端相连，量筒上端又与发泡机连通，发泡机上端设有吸气口，下端设有吸液管，吸液管伸入储液罐靠近底部位，储液罐上端设有注液口；在搅拌室内完成混凝土浆体的制备，在发泡机和储液罐内完成泡沫制备，泡沫制备好后进入搅拌室进一步的搅拌，搅拌后的浆体进入制样室，经脱模养护后完成制样。本发明专利技术大大地提高了试验效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地下工程减震材料协同研发
，具体涉及一种对接室内岩土力学试验机的泡沫混凝土样制备装置及方法。
技术介绍
近年来，我国基础设施建设发展快速，一大批交通隧道、水工隧洞、大型地下建筑(群)等工程相继建成并投入使用。这其中，修建在高烈度地区的隧道或大型地下构筑物，常常会受到地震的威胁，遭遇地震事件。一系列最新震害报告表明，在强震作用下，地下结构并不能确保始终处于安全状态，不同类型、不同程度的结构破坏会时有发生，以隧道震害为例，包括洞门开裂、端墙破损、崩落土砂；洞身路基底鼓、开裂、衬砌移动、附属物破坏、渗水等等。因此，对于高烈度地区上的每一个地下工程，都有必要对其做减震设计。地下工程减震设计主要表现为在隧道衬砌之间设置减震层或在地下构筑物周围施作减震填充，使用到的材料主要为泡沫混凝土。泡沫混凝土质量轻、弹模低、吸水率低，具有相当的柔性及延性，减震及缓冲击性能出色，对地震动载荷具有良好的吸收和分散作用。泡沫混凝土作为岩土材料的一种，其相关物理、力学特性参数均能在岩土科学实验室中的各类岩土力学试验机上获得，试验结果的科学性广受认可。不过也应该注意到一个问题，即市面上主流的室内岩土力学试验机，所需试样必须是标准尺寸，标准试样通常被要求加工成尺寸为(代表圆柱体试样的底面直径)的圆柱体。通常来讲，对于一般的岩石材料，比如花岗岩、片麻岩、灰岩等，它们强度较大，能经得住水钻打孔取芯、柱面抛光、端部打磨等一系列后处理工序，所以不难在大块试料中成功截取出标准试样。但对于泡沫混凝土，这种用机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入含硅质原料、钙质原料、水及各种外加剂组成的浆体中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的人工多孔材料，强度太低，单轴压缩强度大概只有几兆帕到十几兆帕；而且其内部结构十分松散脆弱，经不住设备的打孔扰动以及打磨抛光，按常规取样方法强行处理极有可能对材料造成不可逆转的伤害。然而令人遗憾的是，通过对已有文献和专利的检索查阅，发现现有的成熟的泡沫混凝土制备方法及相关装置大多用于生产大体积试料，在这些大体积试料上截取标准圆柱体，将极大程度地损伤试样材料，影响试样的物理、力学特性参数，这些影响是任何现有技术所不可估量的。虽然在已有文献和专利中，也曾提到过一些能制备任意尺寸泡沫混凝土样的方法，但与之配套的成熟自动化装置很少，即使存在，也远不能实现与各类室内岩土力学试验机的技术对接。另外还有两个问题也值得注意，其一是传统方法制备的大体积泡沫混凝土料参数精确性令人担忧，大体积试料的物理、力学特性往往只能做到整体把控，相关参数相应的也只能被视为整体参数，至于其内部材料是否均匀、性质是否统一等，这些都不得而知。其二是传统泡沫混凝土样制备装置，尺寸单位多为“米”级，显然不能与标准试样“毫米”级的尺寸单位相匹配。解决以上各个问题，最好的途径就是避开对试样的动力扰动，比如钻取、打磨、抛光等等，重新研究并设计与标准试样尺寸量级相匹配的泡沫混凝土样制备装置，从全流程全环节对制备过程进行操控，全面准确控制试样物理、力学特性参数及其变化，同时保证其材料均匀，整体与局部特性参数相协调；另外，要求装置本身自动化程度高，手工误差小，最终，从技术和材料两方面与室内岩土力学试验机实现全面对接；然而，目前该领域还没有相关设备，如何设计一种满足上述要求的装置成了一个急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为服役于岩土科学实验室的各类岩土力学试验机快速准确地提供尺寸标准(尺寸为的圆柱体)、性质均一可靠(整体与局部特性参数相协调)、全参数可控的泡沫混凝土试样，协同其一起，共同进行泡沫混凝土材料优化改进及其物理、力学特性研究。本专利技术制样全程摆脱传统的人工操作，提供了一套集混凝土浆体制备、泡沫制备、泡浆混合搅拌、浇筑成型、数据收集与集中处理等多流程为一体的自动化试验装置。为了实现本专利技术的目的，采用如下技术方案：一种对接室内岩土力学试验机的泡沫混凝土样制备装置，包括多个原料放置管，所述的原料放置管的进口端固定在试验台上，出口端与一个搅拌室连通；搅拌室侧壁的上端和下端分别与上流体泵和下流体泵相连，且所述的上流体泵与制样室相连，制样室上设置有出浆口；所述的下流体泵与量筒下端相连，量筒上端又与发泡机连通，发泡机上端设有吸气口，下端设有吸液管，吸液管伸入储液罐靠近底部位置，储液罐上端设有注液口。在所述的搅拌室内完成混凝土浆体的制备，在所述的发泡机和储液罐内完成泡沫制备，泡沫制备好后进入搅拌室进一步搅拌，搅拌后的浆体进入制样室，经脱模养护后完成制样。进一步的，所述的多个原料放置管上各设置一个控制其开断的第一阀门。进一步的，所述的搅拌室与上流体泵、下流体泵连接的管路上设有第二阀门。进一步的，所述的搅拌室与下流体泵相连的管路上设有流速调节器和压力传感器。进一步的，所述的上流体泵与制样室相连的管路上设有注浆调节器。进一步的，所述的下流体泵与量筒下端相连的管路上设有第三阀门。进一步的，所述的量筒上端与发泡机相连的管路上设有第四阀门。进一步的，所述的搅拌室的底部设置有称重元件。进一步的，所述的流速调节器、压力传感器、注浆调节器、搅拌室的搅拌装置和称重元件均与一个数据采集器相连，所述的数据采集器将数据传送给终端设备；所述的终端设备既能集中处理采集到的数据，又能调节流速调节器、注浆调节器、搅拌室的搅拌装置。进一步的，所述的原料放置管包括并列设置的水泥放置管、土粒放置管和注水管。利用上述装置进行试样制备的方法，包括混凝土浆体的制备、泡沫的制备、泡浆混合搅拌和浇筑成型，具体如下：混凝土浆体的制备方法如下：水泥、土粒以及水分别通过原料放置管进入搅拌室，打开搅拌室的搅拌装置，使其内的各种原料充分混合；泡沫的制备方法如下：将发泡液原液稀释至一定浓度，然后注入储液罐；打开发泡机，进行发泡；发泡完成，使泡沫进入量筒，直至达到预期体积，然后打开下流体泵，使泡沫注入到搅拌室，待泡沫注完后，关闭下流体泵；泡浆混合搅拌；泡浆混合搅拌方法如下：将胶体水泥浆与泡沫充分搅拌，直到浆面看不到一层漂浮的泡沫为止；浇筑成型方法如下：打开上流体泵，使浆料通过注浆管注入制样室，待浆料充满整个制样室后，多余的会从出浆口溢出，此时依次关闭上流体泵、搅拌室的上阀门，然后去除溢出的浆料，待制样室中的浆体形成一定强度时，将其取出制样室，再养护数小时，制成泡沫混凝土试样。本专利技术的有益效果如下：本专利技术制样全程摆脱传统的人工操作，创新性地提供了一套集混凝土浆体制备、泡沫制备、泡浆混合搅拌、浇筑成型、数据收集与集中处理等多流程为一体的自动化试验装置。试样制备全程可对多个环节参数进行准确控制，包括原料种类和级配、水料比、发泡液浓度、气液比、泡沫量、泡沫注入速度、搅拌速度与时长、浇筑速度等等，从而能够在短时间内高效地制备出符合试验方案预期的，尺寸为(代表圆柱体试样的底面直径)的标准圆柱体泡沫混凝土试样。制备完成的试样可与各类室内岩土力学试验机对接，直接用于各种物理指标的实验室测定试验，测得密度、含水率、土粒比重三项基本物理指标，再通过公式换算得出孔隙率、孔隙比、饱和度等更多物理指标；制备完成的试样还可直接用于各种力学参数实验室测定试验，如单轴压缩、三轴压缩、直剪、劈裂、渗透和抗冲击试验等等，测得相应的多种力学指标。装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对接室内岩土力学试验机的泡沫混凝土样制备装置，其特征在于，包括多个原料放置管，所述的原料放置管的进口端固定在试验台上，出口端与一个搅拌室连通；所述的搅拌室侧壁的上端和下端分别与上流体泵和下流体泵相连，且所述的上流体泵与制样室相连，制样室上设置有出浆口；所述的下流体泵与量筒下端相连，量筒上端又与发泡机连通，发泡机上端设有吸气口，下端设有吸液管，吸液管伸入储液罐靠近底部位，储液罐上端设有注液口；在所述的搅拌室内完成混凝土浆体的制备，在所述的发泡机和储液罐内完成泡沫制备，泡沫制备好后进入搅拌室进一步的搅拌，搅拌后的浆体进入制样室，经脱模养护后完成制样。

【技术特征摘要】
1.一种对接室内岩土力学试验机的泡沫混凝土样制备装置，其特征在于，包括多个原料放置管，所述的原料放置管的进口端固定在试验台上，出口端与一个搅拌室连通；所述的搅拌室侧壁的上端和下端分别与上流体泵和下流体泵相连，且所述的上流体泵与制样室相连，制样室上设置有出浆口；所述的下流体泵与量筒下端相连，量筒上端又与发泡机连通，发泡机上端设有吸气口，下端设有吸液管，吸液管伸入储液罐靠近底部位，储液罐上端设有注液口；在所述的搅拌室内完成混凝土浆体的制备，在所述的发泡机和储液罐内完成泡沫制备，泡沫制备好后进入搅拌室进一步的搅拌，搅拌后的浆体进入制样室，经脱模养护后完成制样。2.如权利要求1所述的对接室内岩土力学试验机的泡沫混凝土样制备装置，其特征在于，所述的多个原料放置管上各设置一个控制其开断的第一阀门。3.如权利要求1所述的对接室内岩土力学试验机的泡沫混凝土样制备装置，其特征在于，在所述的搅拌室与上流体泵、下流体泵连接的管路上设有第二阀门。4.如权利要求1所述的对接室内岩土力学试验机的泡沫混凝土样制备装置，其特征在于，所述的下流体泵与量筒下端相连的管路上设有第三阀门。5.如权利要求1所述的对接室内岩土力学试验机的泡沫混凝土样制备装置，其特征在于，所述的量筒上端与发泡机相连的管路上设有第四阀门。6.如权利要求1所述的对接室内岩土力学试验机的泡沫混凝土样制备装置，其特征在于，在所述的搅拌室与下流体泵相连的管路上还设有流速调节器和压力传感器。7.如权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫忠，马少森，赵武胜，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37