[发明专利]一种用于静态胀裂剂径向膨胀压力的测试装置及使用方法

说明书

一种用于静态胀裂剂径向膨胀压力的测试装置及使用方法，属于静态胀裂剂膨胀压力测试技术领域，可解决现有钻孔内装填静态胀裂剂后钻孔壁所受径向膨胀压力测量困难的问题。本发明利用橡胶套筒模拟钻孔壁，橡胶套筒内装填满按照最佳水灰比配制好的静态胀裂剂浆液，橡胶套筒外侧与钢筒之间的封闭空间充满液压油，橡胶套筒内的静态胀裂剂水化反应产生的径向膨胀压力作用于封闭空间的液压油，通过压力表可直接观测封闭空间液压油的压力值，封闭空间液压油的压力值即为橡胶套筒内静态胀裂剂水化反应产生的径向膨胀压力，实现准确测量钻孔内静态胀裂剂水化反应对钻孔壁所施加的径向膨胀压力。

技术领域

本发明属于静态胀裂剂膨胀压力测试技术领域，具体涉及一种用于静态胀裂剂径向膨胀压力的测试装置及使用方法。

背景技术

静态胀裂剂属于建材产品，对应的行业标准是“JC506-2008无声破碎剂”，其主要成分为熟石灰，是一种由多种无机物制作而成的具有膨胀性能的非爆破性破碎用的灰色粉状材料。它的工作原理是按适当水灰比配制成流动状浆体，并直接灌入钻孔中，经过水化反应后，体积增大约2～3倍，凝结成有一定强度的固体，在钻孔内完全凝结时可看作一个弹性圆柱体，随着时间的推移产生径向膨胀压力并施加给孔壁，达到破碎孔壁周围岩体的目的。

应用静态胀裂剂破碎岩体的工程实践过程中，首先要解决的关键问题是明确所选用静态胀裂剂材料在适当水灰比配制条件下，经水化反应后在钻孔中能够产生的最大径向膨胀压力及径向膨胀压力的变化过程，掌握所选用静态胀裂剂材料的膨胀性能，然后进行钻孔间距、排距等工程设计。在现有技术条件下，测试给定直径钻孔内按适当水灰比配制成的静态胀裂剂浆液经水化反应后产生的径向膨胀压力的大小比较困难。虽然行业标准“JC506-2008无声破碎剂”推荐及已有发明专利提供了一些测试方法，但均存在一定缺陷，使得测试结果误差较大，影响工程应用效果。

建材行业标准“JC506-2008无声破碎剂”推荐的测试钻孔内静态胀裂剂水化反应产生膨胀压力的方法是利用钢管模拟钻孔，在钢管外壁用胶水粘贴电阻应变片，并将粘贴有电阻应变片的钢管装入塑料袋内放入恒温水槽中，通过应变仪监测粘贴在钢管外壁上的应变片的应变值，得到钢管外壁在钢管内所装填静态胀裂剂膨胀压力作用下所产生的应变量，然后根据厚壁圆筒理论间接计算钢管内静态胀裂剂所产生的径向膨胀压力。这种方法明显存在两个缺陷：（1）钢管外壁所粘贴的电阻应变片属于电阻元件，对温度特别敏感，细微的温度差即可引起应变值较大的波动与变化。众所周知，静态胀裂剂水化反应过程会放出大量热能，而钢管材质导热性良好。因此钢管内静态胀裂剂水化反应放出的热量会使钢管壁的温度升高。该测试方法采取将钢管装在塑料袋内并放入恒温水槽中，以减小钢管温度升高所引起的误差。但应变片用胶水直接粘贴在钢管外壁上，直接受钢管壁温度升高影响较大，使测试结果不准确。（2）钢管材质的弹性模量为210GPa，而静态胀裂剂水化反应后可产生的最大膨胀压力为50-60MPa，钢管外壁在静态胀裂剂水化反应施加的膨胀应力作用下所产生的应变值非常小，进一步扩大了测试误差。因此，行业标准“JC506-2008无声破碎剂”推荐的测试静态胀裂剂膨胀压力的方法因为测试结果误差大而在实践测试中较少使用。

在公开文献中可以获得公开号为“CN103323164B 一种测量静态破碎剂膨胀压的测试系统及测试方法”，其测试原理是在两端开口的钢管内放置静态胀裂剂，钢管两端设置活塞，并用安装有压力传感器的压力试验机接触活塞，钢管内的静态胀裂剂体积膨胀时推动活塞沿钢管轴向移动，利用与活塞接触的压力试验机上的压力传感器记录静态胀裂剂的轴向膨胀压力。这种方法存在的一个明显缺陷是认为钢管内的静态胀裂剂体积膨胀时会沿着钢管的轴向均匀扩散。但事实上，钢管内的静态胀裂剂水化反应体积膨胀时会凝结为具有一定抗剪强度的弹性圆柱体，从而与钢管壁之间存在很大的摩擦力和粘结力，这种摩擦力和粘结力会限制发生水化反应凝结固化后的静态胀裂剂圆柱体沿钢管轴向位移，从而使其测试的轴向膨胀压力并不能真实反应钢管内静态胀裂剂水化反应产生的实际轴向膨胀压力。