高脆性透明類巖石材料試件制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高脆性透明類巖石材料試件制備方法，包括樹脂材料的選擇、三維預(yù)制內(nèi)置橢圓形裂隙的選材、成型和空間定位技術(shù)。原材料包括型號為CY-39型樹脂和YS-T31型的固化劑，兩者的質(zhì)量比100:34或體積比100:41；大體步驟為：(1)材料稱量；(2)材料拌合；(3)澆鑄成型和養(yǎng)護(hù)。預(yù)制裂隙采用厚度為0.12mm的云母片，并用相應(yīng)規(guī)格的橢圓形鋼模具，將云母片裁制成所需的精確尺寸。通過在模具左右兩側(cè)板面上不同位置鉆孔，用細(xì)線牽拉、固定和連接預(yù)制裂隙，細(xì)線兩端固定于兩側(cè)板面的孔中，起到準(zhǔn)確定位的效果，制作出含不同條數(shù)、不同角度、不同相對位置的三維裂隙試件。該方法制備的試件具有脆性好、透明度高、易于成型、易于觀察裂隙擴(kuò)展過程等特點(diǎn)。
【專利說明】高脆性透明類巖石材料試件制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種類巖石高脆性透明樹脂材料技術(shù)，尤其是一種含三維內(nèi)置裂隙高脆性透明類巖石材料試件制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]脆性材料的破壞過程和內(nèi)部裂隙擴(kuò)展演化規(guī)律一直是固體力學(xué)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。尋找一種脆性度好、透明度高并且便于預(yù)置內(nèi)裂隙的試驗(yàn)材料是試驗(yàn)研究的關(guān)鍵點(diǎn)。材料的脆性度是以拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度的比值來衡量的。采用脆性好的材料能較準(zhǔn)確的反應(yīng)像巖石這樣的固體的受力變形特征。而選用透明度高的材料可便于觀察內(nèi)部裂隙的擴(kuò)展演化過程。
[0003]到目前為止，國內(nèi)外很多學(xué)者都選用透明的均質(zhì)材料進(jìn)行研究，如A.V.Dyskin和L.N.Germanovich (1994, 2002)等人利用一些可燒鑄成型的高分子透明材料(有機(jī)玻璃、CR-39樹脂、Columbia樹脂等)研究了內(nèi)置裂隙擴(kuò)展演化規(guī)律。香港的黃凱珠等(2004)運(yùn)用PMMA進(jìn)行了表面裂隙擴(kuò)展的研究。但上述所采用的樹脂等透明材料均屬于增韌澆鑄型，塑性較大，即使在低溫條件下(_17°C)，其拉壓強(qiáng)度比一般只能達(dá)到1/3。郭彥雙(2011年)尋找到-50°C下拉壓比能達(dá)到1/5的不飽和聚酯樹脂，脆性程度有所提高，但透明性較差。因此前人所采用材料的脆性程度都不高。另外，由于增韌工藝不理想和裂隙選材(金屬片)的原因，其預(yù)置的裂隙前緣區(qū)域應(yīng)力集中程度較高，在裂紋擴(kuò)展過程中會產(chǎn)生一定的塑性流動，從而影響實(shí)驗(yàn)規(guī)律和結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性?？梢?，前人所用材料多年來一直都存在較嚴(yán)重的缺點(diǎn)和不足。
[0004]因巖體中普遍含有許多三維`裂隙而且多數(shù)是中空的，它們強(qiáng)烈地影響著巖體的變形和強(qiáng)度特性。所以三維裂隙或其它材料的的擴(kuò)展與演化規(guī)律一直是巖石力學(xué)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。目前，室內(nèi)試驗(yàn)則是研究巖石中三維裂隙擴(kuò)展規(guī)律的主要研究手段。內(nèi)置三維裂隙的制作主要是通過在制作試件的過程中事先預(yù)埋聚酯薄片或金屬片實(shí)現(xiàn)的，三維中空裂隙在試件中的準(zhǔn)確定位(傾角、空間位置等)則是試驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵(也是分析試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ))，這一技術(shù)有相當(dāng)?shù)碾y度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高脆性透明類巖石材料試件制備方法，該方法制備的試件具有脆性好、透明度高、易于成型、易于觀察裂隙擴(kuò)展過程等特點(diǎn)，使內(nèi)置三維裂隙的選材、成型和定位更加合理、精準(zhǔn)、簡易，試驗(yàn)方法能夠解決在試件中預(yù)置中空裂隙等技術(shù)問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0007]一種高脆性透明類巖石材料試件制備方法，原材料包括CY-39型樹脂和YS-T31型的固化劑，兩者的質(zhì)量比100:34或體積比100:41 ;具體步驟為:
[0008](I)材料稱量[0009]按照配合設(shè)計要求稱量好試驗(yàn)原材料:樹脂和固化劑；
[0010]⑵材料拌合
[0011]將樹脂和固化劑按配合比倒入攪拌筒中，用玻璃棒不斷攪拌使之充分混合形成混合料，攪拌時應(yīng)著重注意容器底部及側(cè)壁位置的材料，應(yīng)使該部位材料也充分混合，然后放入真空箱中做除氣泡處理半小時；
[0012](3)澆鑄成型和養(yǎng)護(hù)
[0013]把預(yù)置有三維裂隙的模具置于工作臺上，將步驟(2)制備并處理的混合料用玻璃棒引流入模具中澆鑄成型；澆鑄后將模具放入真空箱中做除氣泡處理20~25分鐘，然后放入18°C恒溫鼓風(fēng)干燥箱養(yǎng)護(hù)36~40小時；當(dāng)具備了大于50MPa力學(xué)強(qiáng)度后即拆去模具；將脫模后試件放入恒溫為70°C恒溫鼓風(fēng)干燥箱養(yǎng)護(hù)48~50小時后即可完成制作。
[0014]所述預(yù)置有三維裂隙的模具包括由5塊完全透明的有機(jī)玻璃板組成一上部開口的方形盒體，并通過有機(jī)絕緣硅脂密封形成一個整體；在方形盒體左右兩側(cè)板面上不同位置鉆孔，用細(xì)線牽拉、連接和固定預(yù)制裂隙，細(xì)線兩端固定于兩側(cè)板面的孔中，起到準(zhǔn)確定位的效果，制作出含不同條數(shù)、不同角度、不同位置的三維裂隙(組)試件。由于有機(jī)玻璃模具有良好的透明性，可以直接觀察到整個試件固化過程，并可觀察和控制裂隙片在容器中位置的變化。定義裂隙面與水平面的夾角為三維裂隙的傾角，通過研制的模具可以預(yù)置傾角為60°、45°和/或30°等多種角度的含三維裂隙(組)試件；也可以預(yù)置不同數(shù)目的三維裂隙組試件，如雙裂隙、三裂隙、四條裂隙等；還可以預(yù)制縱向型、內(nèi)錯型、對頂型等各種裂隙組合的三維裂隙組試件。
[0015]所述預(yù)制裂隙采用 厚度為0.12mm的云母片。與其它材料(如金屬片(銅片、鋁片等)、聚乙烯薄片等)相比，云母片剛度低，不會約束試件變形、方便裂隙的定位且更接近賦存于巖體中的裂隙。并為了確保裂隙尺寸的精確，制作了三種規(guī)格尺寸的橢圓形鋼模具，可將云母片裁制為精確的橢圓形，避免了前人試驗(yàn)中手工剪制所帶來的尺寸誤差。
[0016]所述橢圓形鋼模具包括上板、底座和若干導(dǎo)向柱，所述導(dǎo)向柱下端固定于底座上，上板套設(shè)在并能夠沿其上下移動的導(dǎo)向柱上；所述底座中設(shè)有面向底座一側(cè)面開口的空腔，底座上表面設(shè)有與所述空腔相通的橢圓形孔。
[0017]本發(fā)明中的高脆性是指具有良好的脆性，在加壓時呈現(xiàn)脆性的斷裂特征。拉壓強(qiáng)度比在-15°C能達(dá)到1/6.6。_15°C時其相應(yīng)的力學(xué)參數(shù)如下:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種高脆性透明類巖石材料試件制備方法，其特征是，原材料包括型號為CY-39型樹脂和YS-T31型的固化劑，兩者的質(zhì)量比100:34或體積比100:41 ;具體步驟為: (1)材料稱量 按照配合設(shè)計要求稱量好樹脂、固化劑試驗(yàn)原材料； (2)材料拌合 將樹脂和固化劑按配合比倒入攪拌筒中，用玻璃棒不斷攪拌使之徹底充分混合形成混合料，容器底部和側(cè)壁上的樹脂也要充分混合，然后放入真空箱中做除氣泡處理半小時； (3)澆鑄成型和養(yǎng)護(hù) 把預(yù)置有三維裂隙的模具置于工作臺上，將步驟(2)制備和處理的混合料用玻璃棒引流入模具中澆鑄成型；澆鑄后將模具放入真空箱中做除氣泡處理20~25分鐘，然后放入18°C恒溫鼓風(fēng)干燥箱養(yǎng)護(hù)36~40小時；當(dāng)具備了大于50MPa力學(xué)強(qiáng)度后即拆去模具；將脫模后試件放入恒溫為70°C恒溫鼓風(fēng)干燥箱養(yǎng)護(hù)48~50小時后即可完成制作。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述預(yù)置有三維裂隙的模具包括由5塊完全透明的有機(jī)玻璃板組成一上部開口的方形盒體，并通過有機(jī)絕緣硅脂密封形成一個整體；在方形盒體左右兩側(cè)板面上不同位置鉆孔，用細(xì)線牽拉、固定和連接預(yù)制裂隙，細(xì)線兩端固定于兩側(cè)板面的孔中，起到準(zhǔn)確定位的效果，制作出含不同條數(shù)、不同角度、不同相對位置的三維裂隙試件；定義裂隙面與水平面的夾角為三維裂隙的傾角，則通過研制的模具能夠預(yù)置傾角為60°、45°和/或30°角度的含三維裂隙試件；也能夠預(yù)置不同數(shù)目的三維裂隙組試件；還能夠預(yù)制縱向型、內(nèi)錯型或?qū)斝透鞣N裂隙組合的三維裂隙組試件。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，所述預(yù)制裂隙采用厚度為0.12mm的云母片，并用相應(yīng)規(guī)格的橢圓形鋼模具，將云母片裁制成所需的精確尺寸。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，所述橢圓形鋼模具包括上板、底座和若干導(dǎo)向柱，所述導(dǎo)向柱下端固定于底座上，上板套設(shè)在并能夠沿其上下移動的導(dǎo)向柱上；所述底座中設(shè)有面向底座一側(cè)面開口的空腔 ，底座上表面設(shè)有與所述空腔相通的橢圓形孔。
【文檔編號】C08L101/00GK103773056SQ201410036721
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】朱維申, 付金偉, 李邦翔 申請人:山東大學(xué)