[发明专利]一种裂隙岩石冻胀裂化的等效替代材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种裂隙岩石冻胀裂化的等效替代材料，并将其应用于裂化含裂隙岩石冻涨等效模拟上。

背景技术

岩石冻涨循环是常见的自然现象，冻涨对岩石的物理化学性质具有很大的影响，而岩石常常被作为实际工程的基础，因此，研究岩石的性质随冻涨循环的变化规律具有极重要的意义。

常规冻涨试验，仅能在实验室进行标准试件的冻涨试验，而对现场岩体，进行野外大块体岩体的试验却难以实现，主要原因有：（a）较大裂隙的存水问题不易解决，难以达到裂隙保水下的冻胀效果。（b）现场难以找到大型设备对大体量的岩体进行冷冻，保证其大尺寸裂隙结冰。

这些难点导致了目前还没有针对大型裂隙岩体的原位冻胀试验的仪器和方法。

因此，急需找出一种替代试验方法，以解决上述问题。而本实验所配制的混合料恰能解决上述问题。

发明内容

本发明为解决目前常规冻涨试验采用冷冻，多次循环时间长，效果不明显，无法在野外大体积岩石原位冻涨等问题，配制一种由裂石剂和水泥组成的混合物，通过膨胀率试验绘制不同配合比的膨胀率曲线，选取不同膨胀率的混合物，进而对含裂隙岩石进行加速劣化（膨胀率大于9%的混合物）的试验。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种裂隙岩石冻胀裂化的等效替代材料，该替代材料包括如下重量份的原料

组成：裂石剂10-50份，水泥35-48份、石膏15-28份、抑制剂1-8份及减水剂2-10份。

该替代材料包括如下重量份的原料组成：裂石剂12份，水泥50份、石膏22

份、抑制剂6份及减水剂8份。

所述的裂石剂为CaO或改性CaO，所述的改性CaO为Ti-CaO、Co-CaO、

Zn-CaO、Ni-CaO中的任意一种。

所述的水泥为强度大于32.5的硅酸盐水泥和/或高铝水泥的混合物。

所述的抑制剂为草酸、柠檬酸或苯磺酸与过氧化氢或过氧化钠以质量比为

5.8-12.5:0.5-2.5的混合物。

所述的减水剂为聚氨酯、聚乙烯醇、木质磺酸盐中的任意一种。

本发明的另一目的在于裂隙岩石冻胀裂化的等效替代材料制备方法是将裂石

剂，水泥、石膏、抑制剂及减水剂依次加入反应器中，在10-25℃的温度下加水搅拌，制得浆液，继续搅拌该浆液至浆液凝固，并控制该凝固物的膨胀率为9%，该凝固物的弹性为500-550MPa。

本发明的又一目的在于将裂隙岩石冻胀裂化的等效替代材料应用于加速裂化含裂隙岩石冻涨循环

通过监测膨胀率分析裂化材料的加速裂化效果。

本发明的优点在于：裂石剂和其他材料（水泥，石膏等）配比而成的混合物，调节不同混合物的掺量，并用水调成浆液，使得浆液凝固后膨胀率与水结成冰的膨胀率相同，即膨胀率为9%，同时满足混合物凝固体与冰的弹性模量相近，约530Mpa，将此混合物浆液填充于裂隙岩体中，浆液凝固后将会对岩石产生与水结成冰时对岩石相同的劣化作用。在上述条件满足的条件下，由于替代材料加入水泥，且其受力环境多为多向受压，使得替代材料变形破坏参数能保证在膨胀率为9%的条件下，膨胀材料不会发生自身的压裂破坏。

替代材料经过配合比设计试验，使用易于配制，凝固后稳定性好，所用设备简单，易于操作，无需冰箱等电力设备，因此，比常规冻涨试验简单经济。

替代材料浆液可以通过小导压浆或振动使混合料浆液充分填满岩石裂隙，具有较好的流动性和稳定性，可明显加快试验进度，使替代实验具有明显的时间效应，使实验效果更明显。

替代试验方法还可用于现场的原位野外试验，试验不受时间，季节，温度的影响，对大体积岩体试验的优势更加明显

浆液凝固后膨胀率与水结成冰的膨胀率相同，即膨胀率为9%，同时满足混合物凝固体与冰的弹性模量相近，约530Mpa，将此混合物浆液填充于裂隙岩体中，浆液凝固后将会对岩石产生与水结成冰时对岩石相同的劣化作用。在上述条件满足的条件下，由于替代材料加入水泥，且其受力环境多为多向受压，使得替代材料变形破坏参数能保证在膨胀率为9%的条件下，膨胀材料不会发生自身的压裂破坏。

能够进行野外现场大体积岩体的冻胀替代试验，且不受季节，温度的影响，操作方便，加入多种无损检测手段，使结果更加可靠，试验无需大型设备，简单经济，具有很好的实用性。

能对不同尺度的岩体进行冻胀劣化模拟，而常规冻胀因设备，取样麻烦，难以测量等各方面困难难以做到。