一種偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料，該相似材料采用粗骨料和細(xì)骨料為骨料；以無水偏硅酸鈉為膠結(jié)劑、氟硅酸鈉為固化劑，水為調(diào)和劑，經(jīng)混合均勻攪拌后，迅速裝模養(yǎng)護(hù)，獲得具有所需物理力學(xué)參數(shù)的巖石相似材料；本發(fā)明偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料的原材料來源廣泛，價格低廉，無毒無害；本發(fā)明提出的相似材料的物理力學(xué)參數(shù)具可調(diào)整范圍大，調(diào)節(jié)方便，可以模擬大部分工程圍巖的變形破壞過程；本發(fā)明偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料的制備方法簡單，澆筑成型，操作方便，制成品無需特殊條件養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度發(fā)展較快，性質(zhì)穩(wěn)定。
【專利說明】一種偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地質(zhì)力學(xué)模型試驗【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材 料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 地質(zhì)力學(xué)模型試驗是巖石力學(xué)和地下工程穩(wěn)定性研究中的常用手段，在相關(guān)研究 中，經(jīng)常需要開展地下工程開挖圍巖變形破壞過程或誘發(fā)工程災(zāi)害的模擬試驗。模型試驗 采用適當(dāng)?shù)南嗨撇牧现瞥膳c原型相似的試驗?zāi)Ｐ停^測由相似材料建造的模型在外界作用 下的變形破壞情況，并根據(jù)相似原理推算原巖工作狀態(tài)，從而為巖石地下工程的設(shè)計及誘 發(fā)工程災(zāi)害的防控提供科學(xué)依據(jù)。
[0003] 由于相似模型是由相似材料制作而成的，因而相似材料是地質(zhì)力學(xué)模型試驗的基 礎(chǔ)和關(guān)鍵。根據(jù)相似理論和實踐經(jīng)驗，對相似材料的要求主要有：（1)和原巖的重要物理力 學(xué)參數(shù)滿足相似條件；（2)力學(xué)行為特點和原巖定量的相似；（3)保證具有能夠再現(xiàn)模型結(jié) 構(gòu)的強(qiáng)度，并易于干燥和成型；（4)原材料易獲取、性能穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)實惠。
[0004] 目前常見的相似材料主要分為兩大類：一類是澆筑成型相似材料，如水泥砂漿、石 膏砂漿等；另一類是加壓成型相似材料，如以松香酒精溶液拌合的相似材料。兩類材料各有 優(yōu)缺點，適用情況不盡相同，但仍不能完全滿足模型試驗的需要。研制一種具備圍巖變形破 壞特點，參數(shù)調(diào)節(jié)范圍較大，組成相對簡單的相似材料，對于能源、交通、水利、礦山、國防 等領(lǐng)域的巖石工程地質(zhì)力學(xué)模型試驗研究具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供了一種偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料及其制備方法，以解決現(xiàn) 有技術(shù)中的問題。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料，該相似材料采用粗骨料和細(xì)骨料為骨料；以無水偏 硅酸鈉為膠結(jié)劑、氟硅酸鈉為固化劑，水為調(diào)和劑，經(jīng)混合均勻攪拌后，迅速裝模養(yǎng)護(hù)，獲得 具有所需物理力學(xué)參數(shù)的巖石相似材料，該相似材料由以下組分構(gòu)成： 粗骨料和細(xì)骨料質(zhì)量比為2:8飛:5 ; 無水偏硅酸鈉的用量占骨料質(zhì)量的1%~5%，氟硅酸鈉的用量為無水偏硅酸鈉用量的 60%，調(diào)和劑為潔凈的水，水的用量為骨料質(zhì)量的109T15%。
[0007] 進(jìn)一步的，所述粗骨料由2(T40目的砂構(gòu)成；細(xì)骨料由粒徑為30(T400目的重晶石 粉構(gòu)成。
[0008] 優(yōu)選的，所述粗骨料由石英砂、重晶石砂中的至少一種，粗骨料不局限于僅此兩 種，其他相似材料也可以。
[0009] -種偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料的制備方法，該方法包括如下步驟： (1)按各組分用量配比稱取粗骨料、重晶石粉、無水偏硅酸鈉、氟硅酸鈉、水； (2) 將無水偏硅酸鈉放入容器內(nèi)，倒入水，充分溶解形成偏硅酸鈉溶液； (3) 將粗骨料、重晶石粉及氟硅酸鈉倒入攪拌機(jī)，充分拌合均勻，形成固體混合料； (4) 再次攪拌固體混合料，同時緩慢均勻的將步驟（2)中的偏硅酸鈉溶液倒入固體混合 料中，充分拌合均勻； (5) 將拌合好的混合料置入模具中，振實，澆筑成型； (6) 將試件置于通風(fēng)干燥處5~7天，脫模，即可得到偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料的試 件。
[0010] 硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料的強(qiáng)度形成機(jī)理為無水偏硅酸鈉水溶液與氟硅酸鈉發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的氟化鈉和單正硅酸，其中單正硅酸隨著反應(yīng)進(jìn)程的不斷增加， 逐步轉(zhuǎn)化為環(huán)四硅酸，最終產(chǎn)生縮聚物使偏硅酸鈉固化，化學(xué)反應(yīng)式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料，其特征在于：該相似材料采用粗骨料和細(xì)骨料為 骨料；以無水偏硅酸鈉為膠結(jié)劑、氟硅酸鈉為固化劑，水為調(diào)和劑，經(jīng)混合均勻攪拌后，迅速 裝模養(yǎng)護(hù)，獲得具有所需物理力學(xué)參數(shù)的巖石相似材料，該相似材料由以下組分構(gòu)成： 粗骨料和細(xì)骨料質(zhì)量比為2:8飛:5 ; 無水偏硅酸鈉的用量占骨料質(zhì)量的1%~5%，氟硅酸鈉的用量為無水偏硅酸鈉用量的 60%，調(diào)和劑為潔凈的水，水的用量為骨料質(zhì)量的109T15%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料，其特征在于： 所述粗骨料由20?40目的砂構(gòu)成；細(xì)骨料由粒徑為300?400目的重晶石粉構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料，其特征在于；所述粗骨料由石 英砂、重晶石砂中的至少一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項權(quán)利要求所述的偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料的制備方 法，其特征在于，該方法包括如下步驟： (1) 按各組分用量配比稱取粗骨料、重晶石粉、無水偏硅酸鈉、氟硅酸鈉、水； (2) 將無水偏硅酸鈉放入容器內(nèi)，倒入水，充分溶解形成偏硅酸鈉溶液； (3) 將粗骨料、重晶石粉及氟硅酸鈉倒入攪拌機(jī)，充分拌合均勻，形成固體混合料； (4) 再次攪拌固體混合料，同時緩慢均勻的將步驟（2)中的偏硅酸鈉溶液倒入固體混合 料中，充分拌合均勻； (5) 將拌合好的混合料置入模具中，振實，澆筑成型； (6) 將試件置于通風(fēng)干燥處5~7天，脫模，即可得到偏硅酸鈉膠結(jié)巖石相似材料的試 件。
【文檔編號】C04B22/12GK104387012SQ201410591283
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】范鵬賢, 王明洋, 吳蘭冬, 馬林建, 王德榮, 王源 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)