测试离缝修补材料注浆速度及充盈度的实验装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种测试离缝修补材料注浆速度及充盈度的实验装置及方法，构造模拟离缝，只需要调整垫片的厚度就可以调整所模拟离缝的宽度，而通过模拟层模拟离缝内的物理状态，更重要的是，通过透明的实验面板可以直观的观察注浆的状态，从而方便对注浆的速度和充盈度进行直接的观察，可以提高注浆材料或者说离缝修补材料选择的速度进而为提高工程质量、节省工期、避免修补材料的浪费、减少返修工作量提供参考。
【专利说明】测试离缝修补材料注浆速度及充盈度的实验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测试离缝修补材料注浆速度及充盈度的实验装置，以及使用该实验装置的实验方法。
【背景技术】
[0002]在建筑施工领域，离缝是指配合的构件之间发生松动，引起分离的现象，通常也把该现象所形成的缝隙称为离缝。
[0003]为了确保高速铁路轨道状态的高平顺性，满足如动车组高速行车的安全性和舒适性要求，对如高温时出现的轨道板离缝进行统一的处理。由于离缝通常表现为具有一定深度和宽度的缝隙，现场无法直观的查看修补注浆速度和充盈度，往往需要通过实验确定充盈速度和充盈度，以利于更好的对离缝进行修补。
[0004]如CTRSII型轨道板，其与CA砂衆(即水泥浙青砂衆的简称，cement, asphalt,mortar)产生离缝的现象较为普遍。CRTSII型板式无砟轨道由钢轨、弹性扣件、预制轨道板、CA砂浆调整层、连续底座板(桥上)/支承层(路基上)、滑动层(桥上)、侧向挡块(桥上)等部分组成。
[0005]CRTSII型板式无砟轨道施工流程如下(以桥上施工为例):滑动层一底座板一粗铺轨道板一轨道板精调一灌注CA砂浆调整层一轨道板纵连一铺轨一侧向挡块。施工过程中，在CA砂浆灌注后约10天后，轨道板和CA砂浆调整层开始出现不同程度离缝现象，离缝位置绝大部分出现在轨道板四角部位。
[0006]高速铁路轨道板与CA砂浆层之间的离缝宽度基本在0.1-2.0mm范围内，实际工程中通常采用重力渗透或低压机械注浆方式将离缝修补材料注入离缝内从而对离缝进行修复。延轨道板宽度方向一端设置注浆口，另一端设置排气口，离缝修补材料通过注浆口注入，待修补材料在排气口一端流出，则停止注浆，视修补材料充满离缝。
[0007]但是，如前所述由于离缝的分布属性，实际工程中修补材料在离缝较深处填充不密实会形成气泡，出现轨道板与CA砂浆层间的空鼓现象，降低修补材料充盈度；修补材料在离缝中的流动速度受基体材料及基体离缝深度影响，因此不同方向注浆速度略有偏差，排气口出浆即认为修补材料已充盈所有离缝，可能造成基体材料边部离缝修补不彻底；同时压力失稳情况下修补材料可能发生逆流，也会导致基体边部离缝修补不彻底；以上现象均会造成安全隐患，增加返修难度和工作量。并且，施工工程中由于基体的不透明导致上述现象无法观测。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种可以直观、动态观测离缝修补材料在离缝中注浆情况的实验装置，以及使用该试验装置的试验方法，借以快速优选出注浆速度快、充盈度高的离缝修补材料，进而为提高工程质量、节省工期、避免修补材料的浪费、减少返修工作量提供参考。
[0009]本发明采用以下技术方案:依据本发明的一个方面，一种测试离缝修补材料注浆速度及充盈度的实验装置，包
括:
实验底板，为长方体块；
模拟层，接合于实验底板的上表面，用于模拟有机材料层；
实验面板，为透明长方形板，板面尺寸与实验底板的上表面相同；
垫片，支撑在实验底板与实验面板之间，从而在实验底板与实验面板之间形成模拟离
缝；
封离层，包覆于实验底板与实验面板对接部位周边，使离缝与外部隔离而形成隔离空间；以及
注浆口和排气口，匹配模拟离缝而在隔离空间选定部位开设。
[0010]上述实验装置，还包括对实验面板加载的装置，加载于实验面板上，用于防止实验面板上浮。
[0011]上述实验装置，所述加载装置包括:
支架，具有一个长度大于实验底板、实验面板和垫片厚度之和的本体，以及垂直连接于本体两端的各一个悬伸部，两悬伸部的悬伸方向相同；
夹持功能部件，设置于一个悬伸部上，且该夹持功能部件的做动构件的施力方向垂直于实验面板的板面并作用于该板面；以及
支撑部，设置在另一悬伸部上，且该支撑部的支撑端作用于实验底板的下底面。
[0012]上述实验装置，所述夹持功能部件为轴线平行于支架的紧定螺栓，相应地，与该紧定螺栓连接的悬伸部开有对应的螺纹孔。
[0013]上述实验装置，所述紧定螺栓的端头设有平垫片。
[0014]上述实验装置，所述加载装置配置有多个，并在实验底板、垫片和实验面板构成的总成上关于该总成的竖直轴线的轴对称布置或者竖直对称面的面对称布置。
[0015]上述实验装置，以实验底板的长边为参考，在长边方向上的一边开有所述注浆口，另一端开有排气口，且排气口的数量与注浆口的比例大于等于I而小于等于8。
[0016]上述实验装置，当注浆口多于一个时，注浆口间距大于IOOmm ;排气空间距则小于等于 1000mm。
[0017]上述实验装置，所述实验垫片为刚性垫片。
[0018]上述实验装置，所述实验底板选自混凝土板、木板或塑料板。
[0019]依据本发明的另一个方面，一种测试离缝修补材料注浆速度及充盈度的实验方法，在一长方体形的实验底板的上表面刷涂防水材料，形成凸凹不平的模拟层；
进而在具有模拟层的上表面上设置垫片，然后在垫片上装设板面与实验底板上表面相同的透明的实验面板，从而在实验底板与实验面板之间形成由垫片厚度所约束的模拟离缝；
隔离模拟离缝与外部空间；
通过预设的或者后续设置的注浆口加注制备好的修补材料浆液，并观察预设的或者后续设置的排气口是否有修补材料浆液流出，借以判断是否终止注浆；
注浆过程中通过透明的实验面板观察修补材料浆液在模拟离缝中的注浆速度和充盈度；并在注浆结束时，观察整体的充盈度。[0020]上述实验方法，所述模拟层通过滚筒刷刷涂而成，并根据所模拟离缝内粗糙度选择滚筒刷型号。
[0021]上述实验方法，隔离模拟离缝与外部空间的方法是，匹配模拟离缝的四周，通过防水粘结材料粘结对应的实验底板和实验面板的边缘。
[0022]上述实验方法，注浆速度的测量方法是:透过透明实验面板观测注浆情况，记录注浆时间为tn时修补材料注浆距离ln，ln/tn即为修补材料在离缝中的注浆速度，tn时刻的注浆距离In取注浆方向上距注浆口所在边最长和最短注浆距离的均值；
待离缝修补材料全部充满实验底板与实验面板间的模拟离缝后，使用快速堵漏剂封堵排气口，同时记录注浆结束时间tm，tm即为修补材料的充盈时间；
而充盈度的测量方法是:注浆结束后，直接观测实验面板下方的气泡数量和气泡二维投影面积S1，测试面板面积Sci与气泡面积之差为修补材料充盈面积S2,则S1/ S0为修补材料的空鼓率，S2/ S0为修补材料充盈度。
[0023]依据本发明，从上述方案可以看出，构造模拟离缝，只需要调整垫片的厚度就可以调整所模拟离缝的宽度，而通过模拟层模拟离缝内的物理状态，更重要的是，通过透明的实验面板可以直观的观察注浆的状态，从而方便对注浆的速度和充盈度进行直接的观察，可以提高注浆材料或者说离缝修补材料选择的速度进而为提高工程质量、节省工期、避免修补材料的浪费、减少返修工作量提供参考。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为依据本发明的一种测试离缝修补材料注浆速度及充盈度的实验装置中实验底板在置加了塾片后的俯视状态不意图。
[0025]图2为一种测试离缝修补材料注浆速度及充盈度的实验装置的侧面结构示意图。
[0026]图中:1.垫片，2.注浆口，3.排气口，4.紧定螺栓，5.固定夹，6.实验面板，7.模拟离缝，8.垫脚，9.支架，10.实验面板。
【具体实施方式】
[0027]如图1和2所示的一种测试离缝修补材料注浆速度及充盈度的实验装置，其基本结构包括:
实验底板10,为长方体块；
模拟层，接合于实验底板10的上表面，用于模拟有机材料层；
实验面板6，为透明长方形板，板面尺寸与实验底板10的上表面相同；
垫片1，支撑在实验底板10与实验面板6之间，从而在实验底板10与实验面板6之间形成模拟离缝7 ；
封离层，包覆于实验底板与实验面板对接部位周边，使离缝与外部隔离而形成隔离空间；以及
注浆口 2和排气口 3，匹配模拟离缝7而在隔离空间选定部位开设。
[0028]应当理解，长方体块表示为一种宏观结构，其上如开有沟槽或者其他结构不会影响本领域技术人员对其结构的宏观理解，这也是机械结构描述的一般常识。
[0029]实验底板10为支撑结构，厚度需保证整体结构的刚度，可以根据材料和尺寸规格进行选择。
[0030]实验面板6同样需要具备足够的刚性，可以表示为刚性件，以保证模拟离缝7具有相对均匀的高度。
[0031]为降低重力的影响，通过垫片I的排布形成支点，对此，本领域的技术人员容易推理根据刚度与垫片I的排布进行匹配。对此，有关于垫片的数量和排布形式在此不再赘述，本领域的技术人员容易根据该记载不需要付出创造性劳动即可获得合适的垫片I数量和排布形式。
[0032]图1中垫片I是沿实验底板10的周边排布的结构，但基于上述构思可知，其排布形式显然不限于图1所示的结构，便于分布有利于降低垫片本身对注浆速度的影响。但同时应当理解，其影响对所有的注浆材料都是相同的，因此，垫片分布于中间也是可行的。
[0033]进一步需要理解的是，由于对注浆材料影响的相同性，那么关于如模拟层的材质，除了共有的属性，如防水性外，对不同注浆材料也无本质影响。因此，模拟层的材质选择相对比较宽松。
[0034]关于封离层，应理解为隔离，但各种隔离需要在实验阶段进行操作，或者说在准备实验设备时进行封离，封离满足防渗即可。
[0035]进一步的理解，注浆装置的使用可以匹配离缝修补所使用的注浆装置，同时可以适配注浆口 2的形状。另一个方面，注浆口 2可以根据注浆装置进行选择。
[0036]注浆装置可以作为实验装置的组成部份，也可以理解为辅助部分，正如烧杯是某些实验的实验装置，并不是该实验唯一的实验装置，但可以称之为该实验的实验装置，对此，公众应当能够理解。
[0037]在一些实施例中，为了降低浮力的影响，还包括对实验面板6加载的装置，加载于实验面板6上，用于防止实验面板受到注浆的浮力作用而上浮。
[0038]加载装置在一些实施例中可以直接为压板或者压块，压在实验面板6的边缘，也不会影响对实验进程的观察。
[0039]加载装置可以为一个框形体，如可以是匹配实验面板6边缘的矩形框，匹配重量，可以使用铅质框架，对于重量要求不高的，可以采用如铝合金框架。一般的选择是钢铁质的框架。
[0040]在一些实施例中，为了更方便操作，所述加载装置包括:
支架9，具有一个长度大于实验底板10、实验面板6和垫片I厚度之和的本体，以及垂直连接于本体两端的各一个悬伸部，两悬伸部的悬伸方向相同；
夹持功能部件，设置于一个悬伸部上，且该夹持功能部件的做动构件的施力方向垂直于实验面板的板面并作用于该板面；以及
支撑部，设置在另一悬伸部上，且该支撑部的支撑端作用于实验底板的下底面。
[0041]本体可以为杆性件，还可以是具有附加结构的杆性件，其本质上仍然是机械上可以简化的二力杆。
[0042]加上悬伸部后，整体结构类似于夹子，产生夹持力，借以产生对实验面板6的正压力。
[0043]夹持功能部件主要是产生夹持力的部件，本领域的技术人员据此容易理解，其为主动件，其做动部分直接作用于实验面板6产生所需要的正压力。[0044]夹持功能部件可以采用自持方式，如弹簧驱动的顶柱。这种结构简单，通过槽中顶柱可以快速的进行装夹。但缺陷是其具有固定的劲度系数，夹持力跟压缩量成正比，不好调整夹持力。
[0045]在一些实施例中，所述夹持功能部件为轴线平行于支架的紧定螺栓4，相应地，与该紧定螺栓4连接的悬伸部开有对应的螺纹孔，这种结构结单，成本低，且可以通过调整金锭螺栓4预紧力产生所需要的夹持力。但操作相比于弹簧结构要繁琐一点。
[0046]如图2所示，所述紧定螺栓4的端头设有平垫片，减少对实验面板的损伤，平垫片可以与紧定螺栓一体，也可以是分体结构，还可以通过转动副连接于紧定螺栓，方便携带。
[0047]在图2所示的结构中，另一悬伸部与实验底板10的结合部位也设有增大结合面积的垫脚8，垫脚8也可以采用平垫片。
[0048]为了均衡载荷，所述加载装置配置有多个，并在实验底板、垫片和实验面板构成的总成上关于该总成的竖直轴线的轴对称布置或者竖直对称面的面对称布置。
[0049]以实验底板10的长边为参考，在长边方向上的一端开有所述注浆口 2，另一端开有排气口 3，且排气口 3的数量与注浆口 2的比例大于等于2而小于等于8。
[0050]由于气体流动速度要远高于液体，因此，排气口的数量可以相对较少，一般采用与注浆口 1:1的配置数量，最多不能超过8:1，通常排气孔越多越好，但过多也会影响最终的封堵速度。
[0051]当注浆口多于一个时，注浆口间距大于IOOmm ;排气口间距则小于等于1000mm。
[0052]优选地，所述实验垫片为刚性垫片，以保证模拟离缝7的准确设定。
[0053]进一步地，所述实验底板选自混凝土板、木板或塑料板。
[0054]依据上述结构，一种测试离缝修补材料注浆速度及充盈度的实验方法，在一长方体形的实验底板10的上表面刷涂防水材料，形成凸凹不平的模拟层；如所述实验底板10上表面应使用滚筒刷涂覆有机防水材料，避免修补浆体在实验底板中的渗漏，同时模拟了 CA砂浆的有机材料表面性质和老化CA砂浆凹凸不平的表面特性，待防水材料干燥后铺设垫片。
[0055]进而在具有模拟层的上表面上设置垫片，然后在垫片上装设板面与实验底板上表面相同的透明的实验面板，从而在实验底板与实验面板之间形成由垫片厚度所约束的模拟离缝。
[0056]隔离模拟离缝与外部空间；如所述实验底板与实验面板四周通过防水胶结材料进行粘结，除注浆口和排气口外的四周均须粘结密实，防止离缝修补材料在试验底板与实验面板连接处发生渗漏。
[0057]通过预设的或者后续设置的注浆口加注制备好的修补材料浆液，并观察预设的或者后续设置的排气口是否有修补材料浆液流出，借以判断是否终止注浆。
[0058]注浆过程中通过透明的实验面板观察修补材料浆液在模拟离缝中的注浆速度和充盈度；并在注浆结束时，观察整体的充盈度。
[0059]从上述方案可以看出，通过透明的实验面板可以直观的观察注浆进程，方便进行注浆速度的统计，以及最终充盈度的观察和计算。
[0060]所述模拟层通过滚筒刷刷涂而成，并根据所模拟离缝内粗糙度选择滚筒刷型号，可以直接成型出所需要的粗糙度的模拟离缝，效率也比较高。[0061]隔离模拟离缝与外部空间的方法是，匹配模拟离缝的四周，通过防水粘结材料粘结对应的实验底板和实验面板的边缘。
[0062]透过透明实验面板观测注浆情况，记录注浆时间为tn时修补材料注浆距离In，ln/tn即为修补材料在离缝中的注浆速度，tn时刻的注浆距离In取注浆方向上距注浆口所在边最长和最短注浆距离的均值；
待离缝修补材料全部充满实验底板与实验面板间的模拟离缝后，使用快速堵漏剂封堵排气口，同时记录注衆结束时间tm, tm即为修补材料的充盈时间；
而充盈度的测量方法是:注浆结束后，直接观测实验面板下方的气泡数量和气泡二维投影面积SI，测试面板面积SO与气泡面积之差为修补材料充盈面积S2，则S1/ S0为修补材料的空鼓率，S2/ SO为修补材料充盈度。
[0063]关于实验方法，一个具体的实施例:
(1)选用1.2*4m2的实验装置和重力渗透注浆装置对中建材中岩科技有限公司生产的低粘度环氧树脂的注浆速度和充盈度进行测试，在1.2m边中间部位埋设内径为2_的注浆口 I个，相对的另一个1.2m边均匀分布5个内径2mm的排气孔；
(2)将低粘度环氧树脂AB组分按照4:1进行配料，混合均匀；
(3)将拌合好的低粘度环氧树脂注入注浆装置储料筒中，待透过实验面板观测到注浆口树脂流出，同时按下秒表记录注浆开始时间；
(4)透过透明实验面板观测注浆情况，记录时刻tn和修补材料在tn时刻的注浆距离ln，ln/tn即为修补材料在离缝中的注浆速度，低粘度环氧树脂的注浆速度约为1.6m/h ；
(5)离缝修补材料全部充满实验底板与实验面板间的离缝后，使用快速堵漏剂封堵排气孔，同时记录注浆结束时间tm，低粘度环氧树脂对长度为4m的实验装置而言，其充盈时间为2.5h ；
(6)注浆结束后，直接观测测试面板下方的气泡数量为8个和气泡二维投影面积S1为168mm2，则低粘度环氧树脂空鼓率为0.35°/_，充盈度为9999.65°/_。
[0064](7)低粘度环氧树脂注浆速度可达1.6m/h,充盈度为9999.65°/_，是理想的离缝修补材料。
[0065]PMC复合防水涂料(又称弹性水泥)是以丙烯酸酷合成高分子乳液为基料，加入特种水泥、无机固化剂和多种助剂配制而成的双组份防水涂膜材料，它具有良好的成膜性、抗渗性，粘结性(与混凝土、砖、石材、瓷砖、PVC塑料、钢材、木材、玻璃等都有很强的粘结性)、耐水性和耐候性，特别是能够在潮湿基层上施工固化成膜。
【权利要求】
1.一种测试离缝修补材料注浆速度及充盈度的实验装置，其特征在于，包括: 实验底板(10),为长方体块； 模拟层，接合于实验底板(10)的上表面，用于模拟有机材料层； 实验面板(6)，为透明长方形板，板面尺寸与实验底板(10)的上表面相同； 垫片(1)，支撑在实验底板(10)与实验面板(6)之间，从而在实验底板(10)与实验面板(6)之间形成模拟离缝(7); 封离层，包覆于实验底板与实验面板对接部位周边，使离缝与外部隔离而形成隔离空间；以及 注浆口(2)和排气口(3)，匹配模拟离缝(7)而在隔离空间选定部位开设。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，还包括对实验面板(6)加载的装置，加载于实验面板(6)上，用于防止实验面板上浮。
3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述加载装置包括: 支架(9)，具有一个长度大于实验底板(10)、实验面板(6)和垫片厚度之和的本体，以及垂直连接于本体两端的各一个悬伸部，两悬伸部的悬伸方向相同； 夹持功能部件，设置于一个悬伸部上，且该夹持功能部件的做动构件的施力方向垂直于实验面板的板面并作用于该板面；以及 支撑部，设置在另一悬伸部上，且 该支撑部的支撑端作用于实验底板的下底面。
4.根据权利要求3所述的实验装置，其特征在于，所述夹持功能部件为轴线平行于支架的紧定螺栓，相应地，与该紧定螺栓连接的悬伸部开有对应的螺纹孔。
5.根据权利要求4所述的实验装置，其特征在于，所述紧定螺栓的端头设有平垫片。
6.根据权利要求3至5任一所述的实验装置，其特征在于，所述加载装置配置有多个，并在实验底板、垫片和实验面板构成的总成上关于该总成的竖直轴线的轴对称布置或者竖直对称面的面对称布置。
7.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，以实验底板(10)的长边为参考，在长边方向上的一端开有所述注浆口(2)，另一端开有排气口(3)，且排气口(3)的数量与注浆口(2)的比例大于等于I而小于等于8。
8.根据权利要求7所述的实验装置，其特征在于，当注浆口多于一个时，注浆口间距大于IOOmm ;排气口间距则小于等于1000mm。
9.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述实验垫片为刚性垫片。
10.根据权利要求1或9所述的实验装置，其特征在于，所述实验底板选自混凝土板、木板或塑料板。
11.一种测试离缝修补材料注浆速度及充盈度的实验方法，其特征在于，在一长方体形的实验底板的上表面刷涂防水材料，形成凸凹不平的模拟层； 进而在具有模拟层的上表面上设置垫片，然后在垫片上装设板面与实验底板上表面相同的透明的实验面板，从而在实验底板与实验面板之间形成由垫片厚度所约束的模拟离缝； 隔离模拟离缝与外部空间； 通过预设的或者后续设置的注浆口加注制备好的修补材料浆液，并观察预设的或者后续设置的排气口是否有修补材料浆液流出，借以判断是否终止注浆；注浆过程中通过透明的实验面板观察修补材料浆液在模拟离缝中的注浆速度和充盈度；并在注浆结束时，观察整体的充盈度。
12.根据权利要求11所述的实验方法，其特征在于，所述模拟层通过滚筒刷刷涂而成，并根据所模拟离缝内粗糙度选择滚筒刷型号。
13.根据权利要求11或12所述的实验方法，其特征在于，隔离模拟离缝与外部空间的方法是，匹配模拟离缝的四周，通过防水粘结材料粘结对应的实验底板和实验面板的边缘。
14.根据权利要求11所述的实验方法，其特征在于，注浆速度的测量方法是:透过透明实验面板观测注浆情况，记录注浆时间为tn时修补材料注浆距离ln，ln/tn即为修补材料在离缝中的注浆速度，tn时刻的注浆距离In取注浆方向上距注浆口所在边最长和最短注浆距离的均值； 待离缝修补材料全部充满实验底板与实验面板间的模拟离缝后，使用快速堵漏剂封堵排气口，同时记录注浆结束时间tm，tm即为修补材料的充盈时间； 而充盈度的测量方法是:注浆结束后，直接观测实验面板下方的气泡数量和气泡二维投影面积S1，测试面板面积Sci与气泡面积之差为修补材料充盈面积S2,则S1/ S0为修补材料的空鼓率，S2/ S0 为修补材料充盈度。
【文档编号】G01N33/44GK103630677SQ201310631200
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】朱玉雪, 齐冬有, 赵海洋, 刘洪娜, 王建, 李婷, 吴明慧, 王健, 王悦, 单立福, 范德科, 邹琼慧, 李慧群 申请人:中建材中岩科技有限公司