一种材料的止浆性能测试装置及方法与流程

1.本发明属于材料止浆性能测试技术领域，具体涉及一种材料的止浆性能测试装置及方法。


背景技术：

2.锚杆支护技术是矿山法隧道初期支护重要的组成部分，具有悬吊作用、减跨作用、组合梁作用、挤压加固作用等，能有效提高围岩的自承能力，是保证隧道安全质量的关键环节。中空注浆锚杆主要由中空锚杆体、涨壳式锚固件、垫板、止浆塞、螺母等几部分组成。现场施工时浆液沿着中空锚杆体进入钻孔底，由孔底至孔口逐步填满杆体与孔壁间环形区域。当浆液到达止浆塞位置致使止浆塞挤压变形从而密封钻孔，浆液在注浆压力的作用下，沿着围岩裂隙入渗，形成了注浆树状体系，保证了注浆锚固效果，避免形成注浆空洞，从而达到改良隧道围岩，提高锚杆加固的效果。通过中空注浆锚杆的作用机理可以看出，注浆质量是保证其锚固效应和耐久性的主要手段。注浆锚杆主要通过涨壳式锚固件和垫板固定杆体，保证杆体在锚孔内居中，止浆塞在垫板的约束下实现注浆过程保压，达到注浆效果。因此止浆塞作为注浆过程中保证注浆质量的关键一环，其材料的力学性能、基本构造、止浆性能等在其中扮演重要角色。因此在工程实际应用中，不断优化材料的相关性能，对于提高注浆效果，保证隧道安全止浆非常有必要。
3.止浆材料应用非常广泛，如天然橡胶、三元乙丙橡胶等均可作为止浆材料。但是目前关于材料本身的止浆性能缺少必要的测试方法和装置，导致在止浆产品设计时缺乏基础数据，进而引发产品的质量问题，降低了锚杆锚固效果。
4.此外，诸如超前注浆、帷幕注浆、劈裂注浆等带压注浆工艺一般需要设置止浆环，主要依靠止浆环(橡胶材料)与围岩进行挤压密贴从而实现止浆功能，因此对于止浆材料的性能测试非常必要。
5.目前对于止浆塞材料止浆性能的测试方法和装置相对较少，为了便于新型止浆塞材料研发，及时反馈材料缺陷，评价止浆塞的注浆效果，特研发一种材料止浆性能测试装置与方法。该发明可用于明确材料接触面止浆性能，即橡胶材料、浆液水灰比、接触压力与止浆压力之间的关系，可以为锚杆止浆塞、注浆管等带有止浆系统的设计提供基础数据，也可以作为止浆材料止浆性能测试的标准，为止浆材料标准制定提供依据，具有广泛的应用前景。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种材料接触面止浆性能测试装置与方法，主要明确材料接触面止浆性能，即浆液水灰比、接触压力与止浆压力之间的关系，为止浆材料工艺设计提供基础数据支撑。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种材料的止浆性能测试装置，包括固定机构、注浆加压机构和数据采集机构，所
述固定机构包括上板、下板和螺栓；所述注浆加压机构包括注浆管和试压泵；所述数据采集机构包括压力表、压力表接管、数显压力控制仪和压力传感变送器；所述上板圆心处设有一个中心通孔，所述中心通孔上表面与所述压力表接管固定连接，所述压力表接管与所述压力表相连接，所述数显压力控制仪与所述压力传感变送器相连接；所述上板还包括靠近圆心处环向设置有带螺纹的内圈通孔，远离圆心处环向设置有带螺纹的第一外圈通孔。
9.优选的，所述下板上设有带螺纹的第二外圈通孔，所述第二外圈通孔与所述第一外圈通孔的位置、尺寸和数量均相同；所述下板上环向设置有横截面为倒梯形的圆环体凹槽，所述圆环体凹槽位于所述内圈通孔的正下方。
10.优选的，所述下板在圆心处设有注浆孔，所述注浆孔下表面与所述注浆管固定连接，所述注浆管与所述试压泵相连接。
11.优选的，所述内圈通孔的个数为3-6个，所述第一外圈通孔的个数为10-16个。
12.优选的，所述压力表接管的内径为14-20mm，高度为8-12cm。
13.优选的，所述第一外圈通孔的直径为14-20mm；所述中心通孔的直径为14-20mm；所述内圈通孔的大小与压力传感变送器相同；所述注浆孔的直径为8-14mm。
14.优选的，所述压力传感变送器的个数为3-6个，所述数显压力控制仪的个数为3-6个。
15.优选的，所述压力传感变送器上设有探头。
16.本发明还保护一种利用所述装置测试材料止浆性能的方法，包括以下步骤：
17.步骤一、将装置的下板圆环体凹槽清理干净，放置止浆材料样件；
18.步骤二、将压力传感器变送器安装在装置上板的内圈通孔内，保证压力传感器变送器上的探头与上板下表面齐平；
19.步骤三、对准装置上下板的第一外圈通孔和第二外圈通孔，通过螺栓实现装置上下板定位，暂不拧紧螺栓；
20.步骤四、组装数显压力控制仪，将数显压力控制仪与压力传感器变送器相连接；
21.步骤五、通过扳手按照对角调整螺栓扭力，使止浆材料样件定位；
22.步骤六、按照一定的浆液水灰比调制水泥浆液，通过试压泵经过注浆管将水泥浆液注入装置内部，按照一定的注浆压力逐级加载，达到设定注浆压力后分别读取压力表和数显压力控制仪的读数并记录，并保压一定时间，最后通过数显压力控制仪的读数与压力表的读数比值，判断止浆材料的止浆性能。
23.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
24.本发明提供的一种材料止浆性能测试装置与方法，可以测试注浆压力下不同浆液水灰比、接触压力与止浆压力之间的关系，研究开发了具有精密度高、适用性强的材料接触面止浆性能试验装置；提出了材料接触面止浆性能试验方法，可以实现材料接触面止浆性能试验，得到材料与围岩壁面之间挤压接触时不同浆液水灰比、接触压力与止浆压力之间的关系，本发明可以作为止浆材料止浆性能测试的标准，为止浆材料标准制定提供依据。
附图说明
25.图1是本发明实施例1所述材料的止浆性能测试装置；
26.图2是本发明所述材料的止浆性能测试装置的上板的俯视图；
27.图3是本发明所述材料的止浆性能测试装置的下板的正视图；
28.图4是本发明所述材料的止浆性能测试装置的下板的俯视图。
29.其中，1、上板；2、下板；3、压力表；4、压力表接管；5、数显压力控制仪；6、压力传感器变送器；7、注浆管；8、螺栓；9、试压泵；10、中心通孔；11、内圈通孔；12、第一外圈通孔；13、第二外圈通孔；14、圆环体凹槽。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例1
32.一种材料的止浆性能测试装置，包括固定机构、注浆加压机构和数据采集机构，所述固定机构包括上板1、下板2和螺栓8；所述注浆加压机构包括注浆管7和试压泵9；所述数据采集机构包括压力表3、压力表接管4、数显压力控制仪5和压力传感变送器6；所述上板1圆心处设有一个直径为16mm的中心通孔10，所述中心通孔10上表面与所述压力表接管4固定连接，所述压力表接管4的内径为16mm，高10cm；所述压力表接管4与所述压力表3相连接，所述数显压力控制仪5与所述压力传感变送器6相连接；所述上板1还包括靠近圆心处环向设置4个等间距带螺纹的内圈通孔11，远离圆心处环向设置12个等间距直径为16mm带螺纹的第一外圈通孔12。
33.在本实施例中，所述下板2上设有带螺纹的第二外圈通孔13，所述第二外圈通孔13与所述第一外圈通孔12的位置、尺寸和数量均相同；所述下板2上环向设置有横截面为倒梯形的圆环体凹槽14，所述圆环体凹槽14位于所述内圈通孔11的正下方。
34.在本实施例中，所述下板2在圆心处设有直径为8mm的注浆孔，所述注浆孔下表面与所述注浆管7固定连接，所述注浆管7与所述试压泵9相连接。
35.在本实施例中，所述压力传感变送器6的个数为4个，所述数显压力控制仪5的个数为4个。
36.在本实施例中，所述压力传感变送器6上设有探头。
37.一种利用实施例1所述装置测试材料止浆性能的方法，包括以下步骤：
38.步骤一、将装置的下板圆环体凹槽14清理干净，放置止浆材料样件；
39.步骤二、将压力传感器变送器6安装在装置上板的内圈通孔11内，保证压力传感器变送器6上的探头与上板1下表面齐平；
40.步骤三、对准装置上下板的第一外圈通孔12和第二外圈通孔13，通过螺栓实现装置上下板定位，暂不拧紧螺栓；
41.步骤四、组装数显压力控制仪5，将数显压力控制仪5与压力传感器变送器6相连接；
42.步骤五、通过扳手按照对角调整螺栓扭力，使止浆材料样件定位；
43.步骤六、通过试压泵9将水泥浆液经注浆管7注入装置内部，逐级加载注浆压力，达到设定注浆压力后保压，待压力稳定后分别读取压力表3和数显压力控制仪5的读数并记
录，最后通过数显压力控制仪5的读数与压力表3的读数的比值，判断止浆材料的止浆性能。
44.本装置测试材料的止浆性能的原理如下：本装置通过上板1和下板2对止浆材料试样进行定位，并且通过在上板1开设内圈通孔11中设置压力传感器变送器6，对止浆材料在注浆过程中受到的压力进行监测，同时通过压力表3监测装置内浆液的注浆压力，最后可测试特定的注浆压力下，不同浆液水灰比、接触压力与止浆压力之间的关系，即通过数显压力控制仪5的读数与压力表3的读数的比值，判断止浆材料的止浆性能，当比值越小，说明止浆材料的止浆性能越好；比值越大，止浆材料的止浆性能越差。
45.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。