一种水泥注浆材料成型装置及方法

技术领域

本发明涉及水泥注浆技术领域，特别是一种水泥注浆材料成型装置及方法。

背景技术

水泥注浆作为一种加固材料，广泛应用于隧道注浆、土体加固等。隧道注浆加固施工目的主要是以改善地层松散性状，以及治水，使隧道顶部及侧面增加抗压强度和粘接性，实现加固目的，确保衬砌隧道衬砌后的围岩稳定性及隧道的安全性。桩基后压浆技术是一种将水泥注浆压入桩底、桩侧土体以提高桩基承载力、减小沉降的桩基施工技术，有效解决桥梁灌注桩在成桩过程中存在泥皮沉渣、桩底持力层扰动、桩侧土应力释放松弛等问题，提高桩基承载力及结构安全。

水泥注浆的强度一般以标准养护28d的试件为准。施工过程中对水泥注浆材料的流动度要求较大，浆体注入到工程实体后，周围土体会对浆体有个吸水的过程，并且注浆时会施加(0.2～1.2)MPa的压力，在此压力下会增加水分的泌出。在试验室验证水泥注浆材料强度时，水泥注浆材料在拌和成型时会有泌水情况，成型后普通试模无法对其起水分吸附作用，因而所测得的抗压强度与实际有较大差异。无法较准确的通过室内配比设计或验证来验证施工现场的强度从而控制胶材用量的多少，进而控制施工质量与成本。

因此，如何使试件成型后的抗压强度更接近施工现场的强度，是目前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥注浆材料成型装置及方法，以解决现有技术中的不足，它能够使试件在接近施工现场的环境中成型，使成型后的试件强度更接近施工现场的强度。

本发明提供了一种水泥注浆材料成型装置，包括筒体和垫块，所述筒体的两端分别密封安装有第一端盖和第二端盖，所述筒体的内壁上开设有若干毛细层，所述筒体内壁上沿周侧方向布置有可更换的透水膜；所述第一端盖上设有浆料进口，所述第二端盖上开设有泌水孔；所述垫块位于所述筒体内，所述第二端盖靠近所述垫块的一面开设有若干毛细排水槽，所述毛细层与毛细排水槽相互配合能够将所述筒体内试件泌出的水从所述泌水孔中排出。

进一步地，所述筒体包括外筒和柔性内筒；所述外筒与所述柔性内筒之间设有腔体，所述外筒上开设有与所述腔体连通的进液口，所述腔体靠近所述第一端盖的一端设有排气口，所述排气口上设有第一阀体；所述毛细层设置在所述柔性内筒的内壁上。

进一步地，所述第一端盖、所述第二端盖均与所述筒体螺纹连接，所述第一端盖、所述第二端盖的外周上均设有防滑纹。

进一步地，所述泌水孔与一排水管相连，所述排水管上安装有第二阀体。

进一步地，所述外筒的两端内壁分别固定安装有限位环，所述柔性内筒的两端分别与两所述限位环的内壁固定连接，所述外筒的内壁、所述柔性内筒的外壁及两所述限位环之间构成所述腔体。

进一步地，所述第一端盖内设凸块，所述凸块与所述第一端盖同轴设置，所述凸块与对应的所述限位环之间滑动密封配合。

进一步地，所述浆料进口贯穿所述凸块。

进一步地，所述第一端盖上还设有压力表。

一种水泥注浆材料成型方法：包括如下步骤；

S1、打开如上所述的成型装置的第一阀体，将液体经进液口注入到腔体内，直至腔体被充满，之后关闭第一阀体；

S2、将浆料经浆料进口灌入柔性内筒内，并同时对腔体内的液体进行加压使压力与注浆压力相同；

S3、灌浆完成后，保压静置直至试件硬化；

S4、试件硬化后，先将腔体内的液体排出，然后打开第一端盖和第二端盖，取出垫块和试件即可完成脱模。

进一步地，S2中注浆压力为0.2～1.2MPa之间。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过设置毛细层、能够模拟在工程应用过程中周围土体毛细孔，当对水泥注浆材料加压时，泌水能从毛细层导出，使之测得的试件水胶比更接近实体水胶比，抗压数据更符合实际情况。

2.本发明通过设置透水膜可以使试件成型的时候更为平整，实验数据的离散性小，复现性好。

3.本发明可持续带压注浆，泌水排除的同时，可以补偿水泥注浆的沉缩，方便控制试件的标准尺寸，使试验数据更为准确。

4、本发明通过在外筒和柔性内筒之间设置腔体，使用时，通过在腔体内注入液体可以平衡注浆材料的压力，当需要脱模时，把内腔中的液体放出，试样容易从模具中取出，省时省力。

附图说明

图1是本发明一种水泥注浆材料成型装置的结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3是图沿A-A方向的剖示图；

图4是图3中A处的放大图

图5是筒体的结构示意图；

图6是第一端盖的结构示意图；

图7是第二端盖的结构示意图。

附图标记说明：

1-筒体，2-垫块，3-第一端盖，4-第二端盖，5-毛细层，301-浆料进口，401-泌水孔，402-毛细排水槽，101-外筒，102-柔性内筒，6-腔体，7-排气口，8-第一阀体，9-防滑纹，10-排水管，11-第二阀体，12-限位环，302-凸块，13-压力表，14-进浆管，15-第三阀体，16-进液管，17-第四阀体。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

实施例1

参看图1-图6所示，本实施例提出了一种水泥注浆材料成型装置，包括筒体1和垫块2。在具体实施时，所述筒体1选用圆柱形钢筒。

筒体1的两端分别密封安装有第一端盖3和第二端盖4，第一端盖3、第二端盖4均与筒体1螺纹连接，即，所述第一端盖3与第二端盖4与所述筒体1之间均可拆卸连接。第一端盖3、第二端盖4的外周上均设有防滑纹9，第一端盖3、第二端盖4与筒体1螺纹连接，便于安装和拆卸。

筒体1的内壁上设有若干毛细层5，具体实施时，毛细层5均匀设置在筒体1的内壁上，毛细层5的长度方向与筒体1的长度方向相同。在使用状态下，筒体1的中心线竖直放置，也即，在使用状态下，毛细层5的长度方向与竖直方向一致。

毛细层5可是由毛细导水管构成，所述毛细导水管的直径可选择内径一般在0.18-1.2MM之间,外直径在0.8-1.8MM左右。毛细层5能够将试件成型过程中泌出的水吸附并导出，有利于更好地模拟在工程应用过程中周围土体毛细孔，从而使测得的试件水胶比更接近实体水胶比，使试件抗压强度更接近实际。筒体1内壁上沿周侧方向布置有可更换的透水膜(图中未示出)，设置透水膜能够使试件成型的时候更为平整，同时防止浆料堵塞毛细层5。透水膜为现有技术，选用现有的透水膜沿筒体1的内壁布置即可，使用时，透水膜布置于筒体1的侧壁和底部；第一端盖3上设有浆料进口301，浆料进口301与一进浆管14相连，进浆管14上安装有第三阀体15，第二端盖4上开设有泌水孔401；垫块2位于筒体1内，第二端盖4靠近垫块2的一面开设有若干毛细排水槽402，毛细排水槽402的槽宽在0.8-1.2MM之间，毛细层5与毛细排水槽402相互配合能够将筒体1内试件泌出的水从泌水孔401中排出。设置垫块2既能够阻挡住泌水孔401，避免浆料封住泌水孔401，又方便试件成型后进行脱模。在具体实施时为了保证试件底部平整，泌水孔401可以设置为多个，其直径设置为0.2到1毫米之间。

为使试件脱模时更加容易，可将筒体1设置成包括外筒101和柔性内筒102；外筒101与柔性内筒102之间设有腔体6，外筒101上开设有与腔体6连通的进液口，腔体6靠近第一端盖3的一端设有排气口7，排气口7上设有第一阀体8，设置排气口7能够在通过进液口向腔体6内灌入液体时，将腔体6内的空气排出。具体的，排气口7设置在腔体6最靠近第一端盖3的位置，如此，能够保证液体能够完全充满腔体6，避免内部因存在空气而导致的注浆时空气被压缩而使柔性内筒102发生非均匀的变形。也即，将腔体6充满水，由于水不容易被压缩，因而能够较好地保持柔性内筒102的形状。毛细层5设置在柔性内筒102的内壁上。具体实施时，也可在进液口上设置进液管16，并在进液管16上设置第四阀体17，参看图2-图3所示。使用时，将第二端盖4拧紧在筒体1上，打开第一阀体8，将进液管16与供液箱相连，通过压力泵将供液箱内的液体泵入到腔体6中，直至腔体6充满液体。然后，关闭第一阀体8，接着在内筒中放置透水膜，之后放置垫块2，使垫块2压紧在第二端盖4上，为使垫块2压紧在第二端盖4上需将成型装置竖直放置，即第二端盖4位于下方，之后拧紧第一端盖3，将进浆管14与浆料供应装置相连通，打开第三阀体15，通过进浆管14向筒内注入浆液，在注入浆液的同时根据注入浆液的压强调整注入腔体6内液体的压强，保证柔性内筒102内外的压力相同，注浆完成后，关闭第三阀体15，关闭第四阀体17，试件硬化后即可脱模。这里注入腔体6内的液体可选择水。

脱模时，打开第四阀体17将腔体6内的水排出，之后拧开第一端盖3、第二端盖4。取出垫块2和试件即可，由于柔性内筒102在成型时保持圆柱形，当水排出后，柔性内筒102与试件之间的应力相对较小(柔性内筒102没有向外发生变形)因而能够较为方便地脱模。

为了便于控制泌水速度，在具体实施时，可在泌水孔401与一排水管10相连，排水管10上安装有第二阀体11。为方便柔性内筒102与外筒相连，可在外筒101的两端内壁分别固定安装有限位环12，柔性内筒102的两端分别与两限位环12的内壁固定连接，外筒101的内壁、柔性内筒102的外壁及两限位环12之间构成腔体6。

第一端盖3内设凸块302，凸块302与第一端盖3同轴设置，凸块302与对应的限位环12之间滑动密封配合，浆料进口301贯穿凸块302。通过设置凸块302能够提高第一端盖3与筒体1的连接牢度，提高密封效果。在具体实施时，还可以通过设置密封圈的方式来实现密封。

为了便于观察注浆压力，第一端盖3上还设有压力表13，设置压力表13能够更方便观察注浆压力。在具体实施时，还可以设置与腔体6连通的压力表，以便于观察腔体6内的压力。

在具体实施时，所述毛细层5也可以是在柔性内筒102的内壁上开设毛细导水槽而形成，具体地，毛细导水槽的开口可设置为0.8-1.2MM。

在具体实施时，为了避免柔性内筒102具有一定柔性，而又不至于在承受水压时无法保持圆柱形，柔性内筒102为3到8毫米厚的圆柱形桶，其材质选择聚四氟乙烯。

实施例2

本实施例是利用实施例1中的水泥注浆材料成型装置实现成型的方法，相同之处不再重复，以下仅对不同之处予以说明。

发明还公开了一种水泥注浆材料成型方法，包括如下步骤；

S1、在柔性内筒102的内壁及底部铺设透水膜，打开上述成型装置的第一阀体8，将液体经进液口注入到腔体6内，直至腔体6被充满，之后关闭第一阀体8；在使用时，筒体1竖直设置，第一端盖3朝上，第二端盖4朝下。先将腔体6内注满水，主要目的在于，利用液体难以被压缩的特性，来防止在后序过程中，由于注浆而对柔性内筒102造成的形变。

S2、拧上第一端盖3，将浆料经浆料进口301灌入柔性内筒102内，并同时对腔体6内的液体进行加压使压力与注浆压力相同；通过这种方式，能够保持注浆过程中，柔性内筒102内外两侧的压力始终相等，避免产生形变。在具体实施时，本步骤中注浆压力为0.2～1.2MPa之间。

S3、灌浆完成后，保压静置直至试件硬化；

S4、试件硬化后，先将腔体6内的液体排出，然后打开第一端盖3和第二端盖4，取出垫块2和试件即可完成脱模。由于柔性内筒102具有一定的柔性，且腔体6内的水已排出，试件已经成型，柔性内筒102与试件之间的压力减小，再加上柔性内筒102与试件之间设有透水膜，柔性内筒102与试件之间没有粘接力，柔性内筒102能够顺利脱模。

实施例3

本实施例是利用实施例1中的水泥注浆材料成型装置实现成型的方法，相同之处不再重复，以下仅对不同之处予以说明。

本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于：

在步骤S1中，向腔体6内注水时，注满水后，关闭第一阀体8，并将腔体6内的水压提升到0.15-0.3MPa，具体以保证柔性内筒102基本保持圆筒形为准。具体可以是0.2MPa、0.25MPa等。然后关闭与进液口连接的管道上的阀体，即，保持腔体6密封，不再有水进入或流出。

此外，在注浆的过程中，不再主动增加腔体6内的水压，利用注浆过程中产生的压力，通过柔性内筒102传递到腔体6，此时，由于在整个工作环境下，水是难以被压缩的，柔性内筒102虽然未发生明显变形，但其压力与注浆压力基本相等。相比于实施例2，本实施例的工作过程更加容易控制。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。