Композиция для изготовления моделей скальных оснований Советский патент 1982 года по МПК G01N33/24 C04B25/02 

(S) КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛЕЙ СКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЙ

I

Изобретение относится к CTpontertbству, в частности к материалам для изготовления мелкомасштабных моделей скальных оснований, гидротехнических, транспортных и других крупных сооружений, предназначенных для исследований несущей способности и прочности сооружения и основания.

Известны материалы для изготовления моделей массивов (толщ) гор- ных пород, включающие ка нифоль или сплав канифоли с парафином в качестве вяжущего и наполнитель в виде дисперсной массы - металлической дроби с минеральными добавками. Полученный состав нагревают до 175-180 С с одновременным перемешиванием в специальном смесителе, затем укладывают смесь в модель слоями и укатывают l.

Эти материалы по своим физикомеханическим свойствам позволяют воспроизводить с достаточной степенью приближения процессы деформирования

и разрушения скальных массивов на модел:ях с геометрическим масштабом от 1:50 до 1:200.

Недостатками известных материалов на основе вяжущих канифоли и сплава канифоли с парафинами являются: высокое значение прочности при одноосном сжатии (Ксж) минимальная величина которой составляет порядка 0,8 Мпа (8 кгс/см) ; недостаточно

)0 высокая плотность, достигающая всего лишь до 2500 высокий модуль деформации составляющий в среднем (10x10 кгс/см); невозможность соблюдения условий подобия

15 физико-механических характеристик натуры и модели при изготовлении моделей мелкого геометрического масштаба (порядка 1:500 1:2000).

Наиболее близким к предлагаемому

20 по технической сущности и достигаемому результату является состав, в котором в качестве вяжущего использовано вазелиновое (или парафи3.9

новое) масло, в качестве наполнител серно-кислый барий, а для регулирования объемного веса введена окись цинка или мелкоизмельченная пемза при следующих соотношениях, компонентов, вес.%:

Сернокислый барий

(BaSQ4)70-87

Окись цинка (ZnO) или пемза мелкоизмельченная7-21Вазелиновое (или парафиновое)

масло6-9 7,3.

Материал для моделирования скальных пород на основе вяжущего парафинового (или вазелинового) масла имеет преимущества перед известными материалами. Он обладает низкой прочностью на одноосное сжатие (RCTK) и низкими деформационными характеристиками (ЕЙУЁС E,j). Благодаря этим особенностям свойств материал может быть применен для изготовления моделей более мелкого геометрического масштаба, пригодных для исследований прочности системы сооружение-основание.

Однако известный модельный материал данного состава обладает анизотропными прочностными и деформационными свойствами котдрые обусловлены способом изготовления монолитных моделей оснований, т.е. прессованием; изготовление материала с заданными физико-механическими свойствами требует точной дозировки вяжущего; .невозможно получение однородного материала при малых дозах вяжущего в невозможно получение модельного материала плотностью более чем 2500 кг/м.

Цель изобретения - получение мелкомасштабных моделей скальных оснований сооружений с прочностными

и деформационными характеристиками, подобными характеристикам скальных пород.

Поставленная цель достигается тем, что композиция для изготовления моделей скальных оснований соор женйй, включающая порошок металла и канифоль 5 дополнительно содержит спирт или ацетон, или бензол, или скипидар, при следующем соотношении компонентов, вес.%:

3364

Порошок металла ,3-93,3 (свинец, цинк, железо) с размерами частиц 5 0,05-0,25 мм

Канифоль0,1 0,7

Спирт, или ацетон, или бензол, или

o скипидар6- 15

Добавка растворителя канифоли действует следующим образом.

При определенных соотношениях компонентов состава раствор канифоs ли равномерно распределяется по всему объему и смачивает поверхности частиц металла наполнителя. В дальнейшем при высыхании растворителя на поверхности этих частиц об0 ,разуется тончайший хрупкий слой канифоли, который и цементирует дисперсную массу. Прочностные и деформационные свойства материала зависят от толщины слоя канифоля на частицах, 5 степени проникновения раствора канифоли в мельчайшие поры дисперсной среды и распределения в них канифоли. В свою очередь, равномерность распределения раствора канифоли зае висит от степени его концентрации. Состав приготавливают следующим образом.

В порошок металла вводят ранее приготовленный раствор (например спирJ товой) канифоли. Полученную сМесь тщательно перемешивают и заливают в форму. После улетучивания растворителя и стабилизации свойств материала форма разбирается. 0 Конкретные составы для моделирования скальных оснований сооружений и их свойства приведены в таблице. Как видно из таблицы, в зависимости от соотношения компонентов моj жет быть получен модельный материал с модулем Едефот 25 до 2200 МПа и соотношением величин прочности при

сжатии и при растяжении R /о Э.

еж р

При этих низких значениях модуля 0 упругости предложенный материал в то же время обладает достаточно высокой плотностью. Его плотность меняется в пределах от 2500 кг/м

5 Предложенный материал с такими физико-механическими свойствами позволяет воспроизводить процессы деформирования и разрушения скальных пород на моделях с геометрическим масштабо от 1:500 до 1:2000. Важным преимуществом смеси является также однородность по структурным, прочностным и деформационным характеристикам. Однородность матери ала обусловлена равномерным распределением по объему раствора канифоли. Испытания контрольных образцов показали, что получение однородного материала перемешиванием нагретого (известного) состава с малым количеством содержания канифоли или состава, содержащего вазелиновое масло, является невозможным, так как процес

сы смачивания и прилипания создают дефицит свободной канифоли или своПорошок

93,9 0,026 0,005 25 цинка

1 Канифоль 0,1 (0,26) (0,050) (250) 0,21

0,15 (1,5) Примечание.

тании больших затрат времени и труда.

39

1800 (390) 0,23

10 Цифры в скобках обозначают физические величины в системе MKS бодного вазелинового масла и препятствуют равномерному распределению их в массе материала. Однородность и другие улучшенные свойства предлагаемого состава позволяют применять его для изготовления моделей скальных оснований сооружений мелких масштабов, достигающих до 1:2000, которые предназначены для исследований несущей способности и прочности систем сооружение - основание. Такие модели значительно экономичнее, чем крупномасштабные, и не требуют при изготовлении и испы/Формула изобретения Композиция для изготовления моделей скальных оснований, включающая порошок металла и канифоль, отличающаяся тем, что, с целью получения моделей, скальных оснований сооружений с прочностными и деформационными характеристиками подобными характеристикам скальных пород, она дополнительно содержит спирт, или ацетон, или бензол, или скипидар, при следующем соотношении компонентов, вес.%: Порошок металла 8,3-93,9 Канифоль0,1-0,7 Спирт, или ацетон, или бензол, или скипидар 6-15 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кузнецов Г.П, и др. Моделирование проявлений горного давления Л., Недра, 1968, с. 259-262. 2.Вернер И.К. Прочностные и деформационные свойства упорядоченно ориентированных структурных блоков. Л., ВВИТКу, 1973 (прототип).