一种高聚物浆液膨胀力的计算方法技术

本发明专利技术公开一种高聚物浆液膨胀力的计算方法，包括步骤：根据浆液各组分配比初始化相关变量；通过Runge

【技术实现步骤摘要】
一种高聚物浆液膨胀力的计算方法


[0001]本专利技术涉及水利工程
，特别涉及一种高聚物浆液膨胀力的计算方法。

技术介绍

[0002]高聚物材料具有化学反应迅速、体积膨胀率大、耐久性好且环保安全的特性,高聚物注浆技术因其对结构物损伤小、反应快等特定被广泛用于公路、隧道、大坝以及桥梁工程等土木水利工程，对于高聚物注浆材料特性的研究是高聚物材料研究方面的重点，其中了解高聚物膨胀特性有助于更好的认识高聚物材料的反应过程，从而可以更好的在工程中运用高聚物注浆材料。
[0003]高聚物注浆的原理是通过向介质中注射双组份高聚物浆液，利用浆液发生反应后体积迅速膨胀并固化的特性，实现填充空隙、劈裂挤密土体、抬升上部结构物、封堵渗漏通道、加固岩体的目的。准确掌握高聚物浆液扩散过程中膨胀力随时间的变化规律，是研究高聚物注浆修复加固机理的关键。
[0004]发泡反应产生的二氧化碳气体和物理发泡剂气化是促使高聚物浆液膨胀的主要原因。发泡反应和凝胶反应的反应热促进物理发泡剂的汽化及气体体积的增大，所以高聚物浆液的膨胀是化学反应及物理发泡剂共同作用的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高聚物浆液膨胀力的计算方法，其特征在于：所述计算方法包括以下步骤：步骤一、根据体积固定边界条件及浆液各组分分配比初始化变量，所述变量包括压力、浆液温度、密度以及摩尔密度；步骤二、通过Runge
‑
Kutta算法求解当前时间步内高聚物浆液化学反应动力学方程，得到异氰酸酯与多元醇的转化率改变量；步骤三、求解能量平衡方程，得到浆液温度改变量，累加得到当前浆液温度；步骤四、通过理想气体状态方程求解浆液体积，从而判断浆液膨胀阶段；步骤五、根据不同浆液膨胀阶段，选取不同的边界条件与计算公式：浆液未充满浆液腔阶段，设置固定浆液围压为0.1MPa，浆液体积自由膨胀；浆液充满浆液腔后，固定浆液体积，计算浆液膨胀力；步骤六、根据新的计算结果，更新参数，所述参数包括密度、体积、压力、温度以及异氰酸酯与多元醇组分反应转化率；步骤七、时间步推进，重复步骤二至步骤六，得膨胀力随着时间变化情况。2.根据权利要求1所述的一种高聚物浆液膨胀力的计算方法，其特征在于，所述步骤二的高聚物浆液化学反应动力学方程包括聚氨酯高聚物浆液胶凝反应速率方程以及浆液发泡反应速率方程，所述聚氨酯高聚物浆液胶凝反应速率方程为：所述浆液发泡反应速率方程为：其中，c
i,0
和X
i
分别表示组分i的初始浓度和转化率，i取W、OH和NCO时分别表示水、多元醇和异氰酸酯，A
OH
和A
W
分别为胶凝反应和发泡反应的指前因子，E
OH
和E
W
分别为两种反应的活化能，r
W
为水的质量分数，r
BL
为液态物理发泡剂的质量分数，ρ
BL
为物理发泡剂的密度，ρ
W
为水的密度，ρ
P
聚氨酯密度，R为理想气体常数，T为浆液温度。3.根据权利要求1或2所述的一种高聚物浆液膨胀力的计算方法，其特征在于，所述步骤二Runge
‑
Kutta算法采用四阶Runge
‑
Kutta算法求解化学反应速率方程，针对形如y'＝f(x,y)的常微分方程，四阶Runge
‑
Kutta算法的数学描述如下：k1＝f(x
n
,y
n
))k4＝f(x
n
+h,y
n
+hk3)其中：h表示计算过程中选取的时间步长，自变量x
n
为第n个时间步的开始时刻，因变量y为化学反应中羟基或水的转换率，k1表示x
n
点处的斜率；k2表示利用k1求得的x
n
+h/2点处的斜率；k3表示利用k2求得的x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓龙，陈灿，贾赫扬，桂云祥，钟燕辉，张蓓，栗鹏超，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：