本发明属于材料科学领域，涉及一种以聚氨酯为胶结剂的流固耦合相似材料及其制备方法。
背景技术：
目前，在顶底板突水流固耦合模型试验中，隔水层相似模拟材料作为试验成功与否的前提和必要条件，必须能够满足强度低、性能稳定、固体变形和渗透相似等要求。目前大多模型试验采用的相似材料是以石蜡、凡士林等组合作为胶结剂。由于该类材料制备过程需要加热，增加了制作工艺的复杂性和难度。如李术才等在《地下工程流–固耦合模型试验新型相似材料的研制及应用》中以凡士林、水泥作为胶结剂；孙文斌等在《固流耦合相似模拟材料研制及深部突水模拟试验》中以石蜡、凡士林为胶结剂；陈军涛等在《深部新型固流耦合相似材料的研制与应用》中以石蜡、凡士林为胶结剂；李树忱等在《新型固流耦合相似材料的研制及其应用》中以石蜡作为胶结剂；黄庆享等在《固液耦合试验隔水层相似材料的研究》中以硅油和凡士林混合作为胶结剂，而这些胶结剂均需加热或制作全程保持一定温度，制作工艺复杂。
技术实现要素：
本发明所解决现有技术中存在的技术问题是目前流固耦合相似模拟材料的胶结剂大多为石蜡、凡士林等需要加热的材料，增加了制作工艺的难度，故而针对制作工艺复杂的问题，现希望找到一种无需加热，又能满足流固耦合相似模拟材料物理力学性质的新的胶结剂材料。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种以聚氨酯为胶结剂的流固耦合相似材料，由骨料、调节剂、胶结剂与拌合水混合制作而成，所述骨料包括砂和碳酸钙，所述调节剂为硅油，所述胶结剂为聚氨酯和水泥，所述砂、碳酸钙、聚氨酯、水泥、硅油以及拌合水的配比为1:0.1～0.2:0.1～0.14:0.06～0.08:0.065:0.03～0.06。
进一步，所述砂的粒径≤3mm。
进一步，所述水泥为p.o32.5白硅酸盐水泥。
进一步，所述聚氨酯为d800透明聚氨酯。
进一步，所述硅油为粘度=1000±50mm2/s的二甲基硅油。
一种以聚氨酯为胶结剂的流固耦合相似材料的制备方法，按如下步骤进行：
（s1）严格按比例称取砂、碳酸钙、聚氨酯、水泥、硅油和拌合水；
（s2）将砂、碳酸钙、水泥混合并搅拌均匀；
（s3）加入拌合水充分搅拌；
（s4）加入硅油与聚氨酯搅拌均匀即得。
进一步，在（s1）中所述比例为，砂：碳酸钙：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.1～0.2:0.1～0.14:0.06～0.08:0.065:0.03～0.06。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：碳酸钙能够将砂等颗粒胶结在一起，增大材料粘聚力，调节材料的内摩擦角；聚氨酯与水泥保证材料遇水不崩解，调控材料强度与渗透系数；硅油调控材料水理性，保证材料非亲水，使拌合水与水泥充分反应，降低对材料养护的要求，遇水不崩解；能够通过调节材料配比，单独调控水理性指标和力学性质的单个指标，模拟不同类别的岩体；克服了现有石蜡、凡士林等流固耦合材料需要加热的难题，无需加热。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种以聚氨酯为胶结剂的流固耦合相似材料的制备方法，按如下步骤进行：
（s1）严格按砂：碳酸钙：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.14:0.14:0.06:0.065:0.06的比例，称取砂、碳酸钙、聚氨酯、水泥、硅油和拌合水；
（s2）将砂、碳酸钙、水泥混合并搅拌均匀，所述砂的粒径≤3mm，所述水泥为p.o32.5白硅酸盐水泥；
（s3）加入拌合水充分搅拌，所述拌合水为普通纯净水；
（s4）加入硅油与聚氨酯搅拌均匀即得，所述为粘度=1000±50mm2/s的二甲基硅油，所述聚氨酯为d800透明聚氨酯。
根据上述方法得到一种以聚氨酯为胶结剂的流固耦合相似材料，其中包括以砂、碳酸钙为骨料，以聚氨酯、水泥为胶结剂，以硅油为调节剂，以及拌合水，其比例为砂：碳酸钙：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.14:0.14:0.06:0.065:0.06。所述得到的流固耦合相似材料的重度为1.78g/cm3，抗压强度为1.229mpa,抗拉强度为0.125mpa，弹性模量为83mpa,渗透系数为4.58×10-5cm/s。
实施例2
一种以聚氨酯为胶结剂的流固耦合相似材料的制备方法，按如下步骤进行：
（s1）严格按砂：碳酸钙：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.13:0.1:0.08:0.065:0.03的比例，称取砂、碳酸钙、聚氨酯、水泥、硅油和拌合水；
（s2）将砂、碳酸钙、水泥混合并搅拌均匀，所述砂的粒径≤3mm，所述水泥为p.o32.5白硅酸盐水泥；
（s3）加入拌合水充分搅拌，所述拌合水为普通纯净水；
（s4）加入硅油与聚氨酯搅拌均匀即得，所述为粘度=1000±50mm2/s的二甲基硅油，所述聚氨酯为d800透明聚氨酯。
根据上述方法得到一种以聚氨酯为胶结剂的流固耦合相似材料，其中包括以砂、碳酸钙为骨料，以聚氨酯、水泥为胶结剂，以硅油为调节剂，以及拌合水，其比例为砂：碳酸钙：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.13:0.1:0.08:0.065:0.03。所述得到的流固耦合相似材料的重度为1.70g/cm3,抗压强度为0.870mpa,抗拉强度为0.083mpa,弹性模量为118mpa,渗透系数为6.25×10-6cm/s。
实施例3
一种以聚氨酯为胶结剂的流固耦合相似材料的制备方法，按如下步骤进行：
（s1）严格按砂：碳酸钙：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.2:0.14:0.06:0.065:0.06的比例，称取砂、碳酸钙、聚氨酯、水泥、硅油和拌合水；
（s2）将砂、碳酸钙、水泥混合并搅拌均匀，所述砂的粒径≤3mm，所述水泥为p.o32.5白硅酸盐水泥；
（s3）加入拌合水充分搅拌，所述拌合水为普通纯净水；
（s4）加入硅油与聚氨酯搅拌均匀即得，所述为粘度=1000±50mm2/s的二甲基硅油，所述聚氨酯为d800透明聚氨酯。
根据上述方法得到一种以聚氨酯为胶结剂的流固耦合相似材料，其中包括以砂、碳酸钙为骨料，以聚氨酯、水泥为胶结剂，以硅油为调节剂，以及拌合水，其比例为砂：碳酸钙：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.2:0.14:0.06:0.065:0.06。所述得到的流固耦合相似材料的重度为1.73g/cm3,抗压强度为0.928mpa,抗拉强度为0.091mpa,弹性模量为76mpa,渗透系数为7.94×10-5cm/s。
实施例4
一种以聚氨酯为胶结剂的流固耦合相似材料的制备方法，按如下步骤进行：
（s1）严格按砂：碳酸钙：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.1:0.14:0.06:0.065:0.06的比例，称取砂、碳酸钙、聚氨酯、水泥、硅油和拌合水；
（s2）将砂、碳酸钙、水泥混合并搅拌均匀，所述砂的粒径≤3mm，所述水泥为p.o32.5白硅酸盐水泥；
（s3）加入拌合水充分搅拌，所述拌合水为普通纯净水；
（s4）加入硅油与聚氨酯搅拌均匀即得，所述为粘度=1000±50mm2/s的二甲基硅油，所述聚氨酯为d800透明聚氨酯。
根据上述方法得到一种以聚氨酯为胶结剂的流固耦合相似材料，其中包括以砂、碳酸钙为骨料，以聚氨酯、水泥为胶结剂，以硅油为调节剂，以及拌合水，其比例为砂：碳酸钙：聚氨酯：水泥：硅油：拌合水=1:0.1:0.14:0.06:0.065:0.06。所述得到的流固耦合相似材料的重度1.75g/cm3,抗压强度1.100mpa,抗拉强度0.117mpa,弹性模量79mpa,渗透系数3.69×10-5cm/s。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出更动或修饰等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，均仍属于本发明技术方案的范围内。