一种模拟不同孔隙状态磁性砂浆液填充的实验装置及方法

本发明属于岩石孔隙实验，尤其是涉及一种模拟不同孔隙状态磁性砂浆液填充的实验装置及方法。

背景技术：

1、近年来，由于我国基础工程的不断发展，在各项大小工程中都会或多或少涉及到混凝土材料的应用，然而由于混凝土材料的搅拌不均匀、水泥浆体积收缩、压实不充分以及混凝土中的松散物质均会导致混凝土凝固后产生孔隙，一般来说普通混凝土的紧密孔隙率宜小于4%，当孔隙率较大时，对材料的导热性、吸音性、力学性能、透气性、耐水性、吸湿性、抗渗抗冻性等均有影响，会导致材料的强度降低，在实际应用中会出现一系列的工程问题，其损失和造成的危害是不可估量的，而通过孔隙状态磁性浆液的填充，可以有效降低孔隙率，将大孔隙和大量细小孔隙进行填充，从而控制混凝土的孔隙率达到实际工程许可的范围。

2、因此，本领域非常需要对浆液在孔隙中的扩散填充形态以及影响因素进行研究，从而进行更复杂状态下的孔隙注浆模拟试验。建立孔隙注浆扩散模型应研究以下几方面的问题：普通浆液是否能填充满不同直径的孔隙；磁性浆液是否能填充满不同直径的孔隙；普通浆液是否能填充满渗有水滴的不同直径的孔隙并将水滴挤出；磁性浆液是否能填充满渗有水滴的不同直径的孔隙并将水滴挤出；磁性浆液对不同深度孔隙的填充情况；磁性浆液对不同孔隙类型的填充情况；磁性浆液对孔隙中不同种类液体的置换情况；磁性浆液不同稠度的孔隙填充情况；研究在水下建筑孔隙填充中，采用两根导线通电产生磁场代替磁铁块的作用的可行性等。在试验中也应考虑以下几方面的因素：孔隙的深度、孔隙的直径、孔隙粗糙度、孔隙的类型、孔隙中是否渗水或其他液体、浆液黏度等和各种施工因素。

技术实现思路

1、为解决上述技术上的问题，本发明提供一种孔隙状态磁性浆液填充的实验装置及方法，能够建立磁性浆液在不同情况下的流动轨迹以及填充程度和孔隙挤水能力，建立孔隙浆液注浆填充模型，为不同形式的孔隙注浆修复工程提供浆液配比参数，实现对孔隙内部进行更好的填充，保证修复质量的同时降低成本。对于孔隙中的残留液体，可以用过调配磁性浆液的稠度以及加入磁粉的不同量来形成不同的置换效果，本实验就是对磁性浆液置换孔隙中不同液体的效果进行全过程演示，研究不同条件下更高效的置换效果，找到本发明的适用范围，例如得出单个孔隙的填充率、填充深度、对孔隙填充后的试块进行剪切实验、抗拔实验得出孔隙填充后的试块的强度。在实际工程中此发明可运用于水下桥墩孔隙填充、大坝水下基础上的孔隙填充、通过观测不同情况下的孔隙填充情况，找到实际工程中孔隙填充的最优方案。

2、为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种模拟不同孔隙状态磁性砂浆液填充的实验装置，其特征在于，包括钢制桁架，钢制桁架上搭载有待实验的孔隙填充可视化装置和摄像机。

3、所述钢桁架为实验装置的基础部件，采用不锈钢材料制作而成；

4、所述钢桁架包括底座和相机固定架；所述底座用于搭放置孔隙填充可视化装置，所述相机固定架用于放置摄像机。

5、所述孔隙填充可视化装置由多块尺寸相同的亚克力板固定粘结而成，相邻所述亚克力板之间由强力防水胶粘连成一个无盖立方体容器。

6、所述孔隙填充可视化装置的底部放置磁铁块且磁铁块上部由亚克力板与上部空间相隔。

7、所述摄像机放置在相机固定架上，并且能够通过调节摄像机的焦距，使其在实验室中能够清晰的记录磁性浆液和普通浆液的填充过程。

8、所述磁性浆液采用水泥、水、磁粉、水性环氧树脂和沥青按照设定比例混合而成，具体混合比例根据实验要求确定。

9、所述普通浆液采用水泥、水和沙子按照设定的比例混合而成，具体混合比例根据实验要求确定。

10、所述无盖立方体容器中，需要注入3cm高的环氧树脂并设置预留孔。

11、所述预留孔在注入环氧树脂时，待注入高度达到3cm时，设置四组共16个预留孔，其中每组四个预留孔的直径分别为8mm、6mm、4mm、2mm且高度均为2cm。

12、一种模拟不同孔隙状态磁性砂浆液填充的实验装置的实验方法，包括以下步骤：

13、step1，材料准备：钢制桁架，孔隙填充可视化装置，底座，相机固定架，亚克力板，强力防水胶，无盖立方体容器，磁铁块，磁性浆液，普通浆液，环氧树脂和预留孔；

14、step2，制作磁性浆液：根据磁性浆液配比确定处水泥、水、水性环氧树脂、磁粉和沥青材料所需的重量，采用电子天平称取相应重量的材料后投入钢制圆筒中，接通搅拌器电源后进行充分搅拌；

15、step3，安装孔隙填充可视化装置：将磁铁块放置在无盖立方体容器的底部，然后使用亚力克板将磁铁块隔在无盖立方体容器的底部；

16、step4，实验装置搭建：将孔隙填充可视化装置放置在底座上并进行固定，将摄像机放置在相机固定架中，然后调节摄像机的焦距，使其在实验中能清晰的记录磁性浆液的渗透填充过程，包括磁性浆液是如何下渗到孔隙中的过程、磁性浆液如何将孔隙中的残留水或者其他液体置换出来的过程；

17、step5，在注入环氧树脂时，待注入高度达到3cm时，设置四组共16个预留孔，其中每组四个预留孔的直径分别为8mm、6mm、4mm、2mm且高度均为2cm，即做好浆液渗流预留孔；

18、step6，总共有16个预留孔分为四组a为第一组，用于填充磁性浆液且为空孔，b为第二组，用于填充磁性浆液且有1cm高水柱，c为第三组，用于填充普通浆液且为空孔，d为第四组，用于填充普通浆液且有1cm高水柱；

19、step7，填充磁性浆液和普通浆液时，均采用平铺浆液静置使浆液自由下渗的方式，需要保证孔隙填充可视化装置尽可能的水平，保证实验的准确性；

20、step8，将实验后的孔隙填充可视化装置进行清洗安装，改变浆液的稠度、改变磁铁块的磁性强度、改变磁铁块的位置为试块上部将吸引磁性浆液变更为排斥磁性浆液使磁性浆液填充进入孔隙、更换孔隙中的液体的种类和改变孔隙的深度，重复上述实验。

21、本发明有如下有益效果：

22、1、本发明所采用的磁铁块强度、磁性浆液的配比、注浆压力、预留孔中是否有水以及预留孔的直径均是可变的，采用控制变量法进行相关的实验，其目的在于：①通过观察磁性浆液和普通浆液同等稠度等实验条件下的对不同直径孔隙的填充程度，得出磁性浆液相较于普通浆液的优越性；②通过观察磁性浆液在不同磁场强度磁铁块的作用以及磁铁块放置的不同位置下对预留孔填充的饱满程度，得出不同磁场强度磁铁块对浆液的影响范围指标；③通过观察磁性浆液对于孔隙中是否有水或其他液体的填充情况，得出磁性浆液的使用范围及条件；④通过观察磁性浆液对于不同深度以及不同类型的孔隙的填充情况，得出磁性浆液的适用性。通过这些实验得出磁性浆液在不同情况下的具体使用情况包括配料比、磁铁块的强度、磁铁块的放置位置、孔隙的深度、孔隙的直径、孔隙的类型、孔隙中是否预留有不同种类的液体等，由此在保证工程质量的同时尽可能的降低费用。

23、2、本发明通过对不同直径、深度、类型的孔隙以及有无水和其他液体的孔隙进行孔隙注浆实验，得到不同稠度磁性浆液在孔隙中的渗透填充规律，对不同种类的孔隙注浆提供浆液配比参数，使得孔隙能被浆液充分填充，保证工程的整体性。

24、3、本发明采用自主研发的磁性浆液进行孔隙注浆填充研究，其目的在于：①提高浆液的流动性，使得微小孔隙得到更好的注浆填充修复；②提高浆液在水下的抗分散能力和排水能力，实现水下注浆填充孔隙。

25、4、本发明利用摄像机的图像自识别技术，可实时捕捉孔隙填充可视化实验在不同磁场强度、不同浆液稠度以及不同种类的孔隙下磁性浆液的填充过程，便于对实验进行深度的研究分析。

26、5、本发明采用亚克力板制作的透明无盖正方体容器，以及使用环氧树脂材料制作试块并设置预留孔，能清楚的观察到实验的全过程，方便摄像机的记录。

27、6、本发明所采用的固定底座，主要在侧面设置有摄像机搭载台，方便摄像机平稳、完整的记录实验的全过程。

28、7、本发明操作简单、成本低，在实际工程中对于孔隙修补填充有广泛实践意义和应用前景。