一种类石灰岩相似材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于类岩石材料试件制备技术领域，本发明专利技术涉及一种类石灰岩相似材料及其制备方法和应用，包括骨料、胶结材料、添加剂；骨料包括标准砂、石英粉、铁粉；胶结材料包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、硅粉；添加剂包括减水剂、硼酸、纯净水。成功的模拟了石灰岩的特征，实现了石灰岩材料的脆性和强度，同时提供了相对应的预测模型，本发明专利技术可在短时间内使材料达到预定强度、节约试验时间、成本低，制作效率高，具有广泛的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种类石灰岩相似材料及其制备方法和应用
本专利技术属于类岩石材料试件制备
，具体涉及一种类石灰岩相似材料及其制备方法和应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。石灰岩是岩石工程中很常见的一种岩石，遍布全国，石灰岩在每个地质时代都有沉积，各个地质构造发展阶段都有分布。如果采用天然石灰岩岩样进行现场试验的话，不可控因素多，成本高、条件复杂以及采样的周期长等，且很多时候并不具备试验条件。模型试验通过把岩体的结构特征和赋存环境，以及岩体的工程作用力学模型统一到室内的模拟试验中，模拟岩体的变形、破坏过程和机理，具有可控性强、周期短、费用低等优点，可以有效的避免现场试验所面临的诸多问题。是一种研究裂隙节理岩性价比较高的方法。采用相似材料模拟试验是研究岩石力学工程及科学问题的主要手段。专利技术专利CN201810865232.1公开了一种砂岩高强度高脆性相似材料及其制备方法，成功的模拟了新疆天山公路岩质边坡中砂岩的特征；专利技术专利CN201410820193.5一种基于软岩遇水软化特性的相似材料及其制备方法，物理力学参数可调节范围较大，适用于在软岩工程安全的模型试验中广泛使用；专利技术专利201910578171.5公开了一种粉砂质泥岩相似材料及其制备方法，与粉砂质泥岩相似度高，力学参数调整范围广，具有良好的塑形性和均匀性。我国的岩土工程地质构造复杂，不同类别的岩体性能差异极大，因此需要制备出满足相似关系的模型材料来模拟不同类别的岩体，以了解工程建筑对岩体所产生的影响。专利技术人发现，上述相似材料制备方法仅适用于某一种岩体，针对石灰岩的相似材料的性能不能满足要求。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种类石灰岩相似材料及其制备方法和应用。通过类石灰岩相似材料制作类石灰岩试样。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：第一方面，一种类石灰岩相似材料，包括骨料、胶结材料、添加剂；骨料包括标准砂、石英粉、铁粉；胶结材料包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、硅粉；添加剂包括减水剂、硼酸、纯净水。基于原岩的物理力学性质以及细观特征，采用以骨料调控材料性质的方法，选用石英砂以提高材料的脆性；选用硅粉以提高材料的强度和密实度；选用铁粉来控制相似材料的密度；选用石膏和硫铝酸盐水泥来提高材料的凝结时间与控制材料的强度；选用硫铝酸盐水泥来提高普通硅酸盐的水化速度与保证材料强度的稳定性；选用硅灰来提高材料的密实度和硬脆性。选用硼酸来控制材料的凝结时间。在本专利技术的一些实施方式中，类石灰岩相似材料的各组分的重量份组成为：硅酸盐水泥10-20份、硫铝酸盐水泥4-20份、石膏10-60份、硅粉1-10份、标准砂40-200份、石英粉18-200份、铁粉60-400份、纯净水13-50份、减水剂0.05-0.5份、硼酸0.05-0.5份。铁粉的含量、膏泥比(石膏与硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥总和的重量比)、砂粉比(标准砂与石英粉的重量比)、砂胶比(标准砂与普通硅酸盐水泥、石膏、硫酸盐水泥之和的重量比)、C/S(硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥之比)、硅灰占比(硅粉与占普通硅酸盐水泥的重量比)影响类石灰岩相似材料的抗拉强度和抗压强度、压拉比。在本专利技术的一些实施方式中，标准砂的粒径为0.08-2mm，所述硅粉粒径为200-350目，所述石英粉的粒径为100-300目。优选的，标准砂的粒径为1-1.5mm，所述硅粉粒径为300-330目，所述石英粉的粒径为200-250目。在上述范围内得到的类石灰岩相似材料具有更好的相似性。在本专利技术的一些实施方式中，硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的标号为425或525。在本专利技术的一些实施方式中，减水剂为聚羧酸高性能减水剂。第二方面，上述类石灰岩相似材料的制备方法，所述方法为：将纯净水、减水剂、硼酸混合得到混合溶液a；将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、硅粉、标准砂、石英粉和铁粉混合得到混合粉料b；将混合粉料b和混合溶液a混合，将混合后的物料浇筑在模具中，进行制模，脱模后进行养护得到类石灰岩相似材料。在本专利技术的一些实施方式中，制模的方法为，物料浇筑到模具中后，先进行压密然后进行振捣，静置后进行脱模。优选的，静置的时间为12-24h；进一步优选的，静置时间为15h。在本专利技术的一些实施方式中，养护的条件为：温度为20±2℃，相对湿度为95％以上，养护的时间为10-15天。第三方面，上述类石灰岩相似材料在岩体模拟领域中的应用。本专利技术一个或多个技术方案具有以下有益效果：类石灰岩相似材料与原岩主要的物理力学参数(密度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角、单轴抗压强度、抗拉强度和泊松比等)满足相似理论，成功的模拟了石灰岩的特征，实现了石灰岩材料的脆性和强度，同时提供了相对应的预测模型，本专利技术可在短时间内使材料达到预定强度、节约试验时间、成本低，制作效率高，具有广泛的实用性。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为膏泥比对压拉比影响；图2为砂胶比对压拉比影响；图3为砂粉比对压拉比影响；图4为膏泥比对抗拉强度影响；图5为砂胶比对抗拉强度影响；图6为砂粉比对抗拉强度影响；图7为膏泥比对抗压强度影响；图8为砂胶比对抗压强度影响；图9为砂粉比对抗压强度影响；图10为试块的应力应变曲线。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。下面结合实施例对本专利技术进一步说明实施例1一种石灰岩相似材料包括组成如下：骨料：标准砂、石英粉、铁粉；胶结材料：硅酸盐水泥、硫酸盐水泥、石膏、硅粉；添加剂：减水剂、硼酸、纯净水。其中硅酸盐水泥66.82g，硫铝酸盐水泥33.14g、石膏222.73g、硅粉5.57g、标准砂835.23g、石英粉417.61g、铁粉918.75g、纯净水250.01g、减水剂0.66g、硼酸0.64g。标准砂的粒径1.25mm，所述硅粉粒径为325目，所述石英粉的粒径为240目。本实施例提供了该相似材料的制备方法，操作步骤如下：A.称量纯净水、减水剂和硼酸混合并搅拌均匀，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种类石灰岩相似材料，其特征在于：包括骨料、胶结材料、添加剂；/n骨料包括标准砂、石英粉、铁粉；/n胶结材料包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、硅粉；/n添加剂包括减水剂、硼酸、纯净水。/n

【技术特征摘要】
1.一种类石灰岩相似材料，其特征在于：包括骨料、胶结材料、添加剂；
骨料包括标准砂、石英粉、铁粉；
胶结材料包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石膏、硅粉；
添加剂包括减水剂、硼酸、纯净水。


2.如权利要求1所述的类石灰岩相似材料，其特征在于：类石灰岩相似材料的各组分的重量份组成为：硅酸盐水泥10-20份、硫铝酸盐水泥4-20份、石膏10-60份、硅粉1-10份、标准砂40-200份、石英粉18-200份、铁粉60-400份、纯净水13-50份、减水剂0.05-0.5份、硼酸0.05-0.5份。


3.如权利要求1所述的类石灰岩相似材料，其特征在于：标准砂的粒径为0.08-2mm，所述硅粉粒径为200-350目，所述石英粉的粒径为100-300目。


4.如权利要求1所述的类石灰岩相似材料，其特征在于：硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的标号为425或525。


5.如权利要求1所述的类石灰岩相似材料，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旌，王凯，薛志超，李利平，李术才，左志武，张益杰，何敬源，陆由付，房忠栋，
申请(专利权)人：山东大学，山东高速集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37