类岩石材料的配制方法与加工制作

类岩石材料的配制方法与加工制作刘力源近年在岩石工程建设中，随着开挖深度的不断增加，直接在现场取芯具备较大的难度，并且采集回来的岩样性质不完全一样，所以，现实中越来越青睐于采用相似模型进行模拟，以方便、快捷、安全的为现场提供参考。成功配制类岩石试件对分析类岩石试件的物理力学性质具有重要的理论和现实意义。选取石膏混合材料作为本试验类岩石材料，外加材料为重晶石粉、石英砂、铁精粉、松香、酒精的拌合料。下面简单介绍一下这六种材料的物理特性。1） 石膏粉成分变化不大。常有粘土、有机质等机械混入物。通常为白色、无色，无色透明晶体称为透石膏，有时因含杂质而成灰、浅黄、浅褐等色。条痕白色，带有玻璃光泽，解理面珍珠光泽，纤维状集合体丝绢光泽。硬度为1.5~2，相对密度为2.3。2） 铁精粉天然矿石（铁矿石）经过破碎、磨碎、选矿等加工处理成的矿粉叫精矿粉。精矿粉按照选矿方法的不同分为多种精矿粉，如磁选、浮选、重选等精矿粉。按粒度，铁精粉习惯上分为粗粉、中等粉、细粉、微细粉和超细粉五个等级。铁粉主要包括还原铁粉和雾化铁粉，它们由于不同的生产方式而得名。现今主宰铁粉市场的铁粉生产工艺是:属于铁氧化物还原工艺的赫格纳斯法和派隆法、低碳钢液的水雾化法、属于高纯生铁喷丸的球磨和脱碳工艺的QMP法。3）重晶石粉重晶石化学组成为BaS04,晶体属正交（斜方）晶系的硫酸盐矿物。常呈厚板状或柱状晶体，多为致密块状或板状、粒状集合体。质纯时无色透明,含杂质时被染成各种颜色,条痕白色,玻璃光泽,透明至半透明。为板状晶体,硬度小,近直角相交的完全解理,密度大,作为骨料。三组解理完全,夹角等于或近于900。摩氏硬度3~3.5,比重4.0~4.6。4） 石英砂指含二氧化硅较多的河砂、海砂、风化砂等。除主要成分二氧化硅外,还含有氧化铁、粘土、云母和有机杂质。石英砂的颜色为乳白色、或无色半透明状。5） 松香松香是松树树干内部流出的油经高温熔化成水状,干结后变成的块状固体（没有固定熔点）松香为微黄至黄红色的透明固体,软化点70〜90°C，比重1.070〜1.085。松香具有结晶特性，结晶临界温度约100C，结晶松香熔点110〜135C，难于皂化。6）酒精酒精是一种无色透明、易挥发、易燃烧、不导电的液体。有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘。学名是乙醇，比重0.7893（20/40）凝固点-117.3C，沸点78.2C。能与水、甲醇、乙醚和氯仿等以任何比例混溶。模具：主模具高度为150nun，内径为50mm,顶部外径为70mm,底部外径为90mm。附有圆柱形凸台的底座，底座底部为直径90mm,高度10mm的扁圆柱，凸台为直径50mm，高度5mm的扁圆柱。圆柱形状的压块，压块高度70mm，直径50mm。套环高度80mm，厚度15mm，为加强稳定性，将套环设置在主模具中部靠下位置，距主模具底端30mm，顶端40mm处。经过计算得到套环的顶端内径为37.7〜，外径为52.7mm;底端内径为43mm，外径为58mm。类岩石试件的制作：确定了试验所需的各种材料和配比之后，按照研究方案制作试件，由于制作过程较为复杂，各种因素都有可能对试验的最终结果产生较大的影响。因此要严格遵循试件的制作步骤。1）量取按照试验所确定的配比，用电子秤称取各种材料，然后将松香倒入99%工业酒精中配制松香酒精溶液。2）拌匀先将类岩石材料依次倒入小型搅拌机中，然后边搅拌边倒入配好的松香酒精溶液，直到拌和均匀。3）组装模具拌和料的同时，将试件成型模具刷酒精以利于最后的拆模;组装模具等待填料。4）填料将拌和均匀的材料分层填入模具，边放料边捣实，每捣实之后将表面划花，防止出现分层现象。5）压力成型将装好料的模具放到压力机上，用特制的压头将试件压制成型。压制时，压力机先位移控制，速度为0.5mm/min，待力达到3~4KN时再转为力控制，速度为0.05KN/S,压力缓慢增加到19.6KN并固定两分钟，压头位移稳定后方可卸载。6）拆模由于试件初期强度非常小，直接拆除