一种用于试块制备的试验模具及试块制备方法与流程

1.本公开涉及模具技术领域，尤其涉及一种用于试块制备的试验模具及试块制备方法。


背景技术：

2.目前为止，为了探究在各种荷载扰动作用下岩体失效孕育演化的内在机制，科研工作者常采用水泥砂浆等相似材料制备各种尺寸的类岩石标准试块，并开展一系列的室内物理力学试验。由于这种方式具有成本低、可操作性强以及简单易行等优点，而得到了广泛的青睐。水泥砂浆作为一种常用的相似材料，制备试块时，将按一定水灰比配比的水泥砂浆放入具有一定尺寸的试验模具中，待其满足要求后，进行拆模，即可得到所需的试块。另外，在软弱土层注浆加固止水技术研究中，科研工作者为了研究注浆浆液的性质以及注浆材料硬化后的力学性质，也需要将一定水灰比配比的注浆浆液放入具有一定尺寸的试验模具中制样。
3.浆液的结石率是指浆液水凝固硬化后的体积与原浆液体积的比值，结石率是评估水泥砂浆性能稳定的重要指标之一。在工程尺度上，结石率高意味着浆液性能更稳定，利于注浆作业；结石率低易导致一次注浆不密实，需额外多次补浆。在试块尺度上，采用试样模具制备试块时，水泥砂浆结石率高，浇筑形成的试块尺寸更接近标准试块，水泥砂浆结石率低，浇筑形成的试块尺寸与标准试块相差较大，需要提出一种使用低结实率浆液材料也能快速制备出尺寸符合标准试块要求的模具；另外，现有模具还存在试块制备效率低的问题。
4.因此，本技术提出一种用于试块制备的试验模具及试块制备方法。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种用于试块制备的试验模具及试块制备方法。
6.本发明采用的技术方案是这样的：
7.一种用于试块制备的试验模具，包括顶部开口的壳体，所述壳体具有至少一个制备腔体；
8.所述至少一个制备腔体中任一所述制备腔体的高度大于或等于对应于所述制备腔体的待制备试块的浇筑高度，所述浇筑高度h＝h/p，其中，h为浇筑高度，p为浇筑浆液的结石率，h为试块标准高度。
9.优选地，所述制备腔体设置有浇筑刻度线，所述浇筑刻度线用于观察浇筑高度变化。
10.优选地，所述壳体安装有透明观察条，所述透明观察条沿所述壳体高度延伸，所述浇筑刻度线设置于所述透明观察条，通过所述透明观察条能够观察到所述制备腔体内的浇筑情况。
11.优选地，所述壳体包括第一模板、第二模板、侧模板和底模板；
12.所述第一模板与所述第二模板相对设置，所述第一模板与所述第二模板之间设置至少两块所述侧模板，各所述侧模板相对设置，所述第一模板、第二模板、侧模板的底部均与所述底模板连接，所述第一模板、第二模板、两相邻侧模板、底模板共同围合形成所述制备腔体；
13.所述透明观察条安装于所述第一模板。
14.优选地，所述第一模板与所述第二模板之间设置至少四块所述侧模板。
15.优选地，所述第一模板具有第一竖向插槽，所述第二模板具有第二竖向插槽，所述底模板具有水平插槽，所述侧模板两侧边对应插装于所述第一竖向插槽和所述第二竖向插槽内且相适配，所述侧模板底部插装于所述水平插槽内且相适配。
16.优选地，所述底模板沿其长度设置有水平安装槽，所述第二模板底部沿其长度设置有水平安装凸台，所述水平安装凸台位于所述水平安装槽内且相适配。
17.优选地，所述第一模板具有竖向安装槽，所述竖向安装槽的两侧具有竖向限位槽，所述透明观察条两侧端具有沿其长度设置的竖向限位凸台，所述透明观察条安装于所述竖向安装槽内且相适配，所述竖向限位凸台位于对应端的所述竖向限位槽内且相适配。
18.优选地，还包括底座，所述底座上安装有至少两组所述壳体，相对应地，所述底座上部间隔设置有至少两个安装基槽，所述壳体底部安装于对应所述安装基槽内且相适配，各组所述壳体的所述制备腔体的高度各不相同。
19.试块制备方法，使用前述的试验模具进行试块制备；
20.计算出待浇筑浆液的结石率p，根据所需制备试块的标准高度h，确定浆液在所述制备腔体内实际所需的浇筑高度h，其中，h＝h/p；
21.向所述制备腔体内浇筑浆液至浇筑高度h，停止浇筑；
22.待浆液凝固硬化后，拆除模具即可得到所需尺寸的试块。
23.综上所述，本技术具有如下有益效果：
24.(1)本技术能够通过事先计算待浇筑浆液的结石率，然后根据所需制备试块的尺寸，确定浆液浇筑的尺寸，能够快速有效地将浆液浇筑至所需实际高度尺寸，制备出的试块尺寸符合所需的标准试块尺寸要求，即便是使用低结实率浆液材料，也能快速制备出尺寸符合标准试块尺寸要求的试块，具有操作工艺容易、成本低、模具整体结构构造简单的优点。
25.(2)多个制备腔体可同时制备多个试块，提高了制备效率，另外，通过在底座上布置多组尺寸参数相同或者不同的壳体，进一步提高了制备效率或者适应性，能够批量制备多个尺寸相同或者不同的标准试块，大大节省了制样时间，进一步提高了试验效率。
附图说明
26.附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
27.图1是本发明一种结构示意图；
28.图2是本发明中第一模板与底模板配合示意图；
29.图3是图2中a处放大图；
30.图4是本发明中壳体后视图；
31.图5是图2中去除透明观察条的结构示意图；
32.图6是图5中b处放大图；
33.图7是本发明中透明观察条结构示意图；
34.图8是本发明中第二模板结构示意图；
35.图9是图8中c处放大图；
36.图10是本发明中侧模板结构示意图；
37.图11是本发明的另一结构示意图；
38.图12是本发明中底座的结构示意图。
39.图中标记：1为制备腔体，2为浇筑刻度线，3为透明观察条，4为第一模板，5为第二模板，6为侧模板，7为底模板，8为底座，9为第一连接座，10为第二连接座，11为连接螺栓；
40.3-1为竖向限位凸台，4-1为第一竖向插槽，4-2为竖向安装槽,4-3为竖向限位槽，5-1为第二竖向插槽，5-2为水平安装凸台，7-1为水平插槽，7-2为水平安装槽，8-1为安装基槽。
具体实施方式
41.下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
42.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
43.如图1和4所示，一种用于试块制备的试验模具，包括顶部开口的壳体，壳体具有至少一个制备腔体1；
44.至少一个制备腔体1中任一制备腔体1的高度大于或等于对应于制备腔体1的待制备试块的浇筑高度，浇筑高度h＝h/p，其中，h为浇筑高度，p为浇筑浆液的结石率，h为试块标准高度。
45.进一步地，制备腔体1设置有浇筑刻度线2，浇筑刻度线2用于观察浇筑高度变化。
46.当制备腔体1高度等于对应于制备腔体1的待制备试块的浇筑高度时，直接将浆液浇筑至整个制备腔体1的高度即可，待浆液硬化后，直接得到尺寸符合标准试块尺寸的试块，方便快捷；
47.当制备腔体1高度大于对应于制备腔体1的待制备试块的浇筑高度时，根据待浇筑浆液的结石率以及所需制备试块的高度尺寸，能够确定出浆液浇筑的高度尺寸，即浇筑高度，采用本公开的试验模具进行试块的浇筑，可以配合量尺控制实际浇筑高度至h，也可以根据浇筑刻度线2观察控制实际浇筑高度至h，能够快速有效地将浆液浇筑至所需实际高度尺寸，制备出的试块尺寸符合所需的标准试块尺寸要求，即便是使用低结实率浆液材料，也能快速制备出尺寸符合标准试块尺寸要求的试块。
48.在本公开的一个实施例中，如图1、2、4所示，壳体安装有透明观察条3，透明观察条3沿壳体高度延伸，浇筑刻度线2设置于透明观察条3，通过透明观察条3能够观察到制备腔体1内的浇筑情况，透明观察条3材质为透明亚克力材质；浇筑刻度线2位于透明观察条3的
外侧面，如此设置，制备腔体1内部的浆液不会直接接触浇筑刻度线2，避免对浇筑刻度线2造成影响，保证透明观察条3的使用寿命，同时，根据透明观察条3上的浇筑刻度线2直接控制浇筑浆液的实际浇筑高度，能够更加快速有效地将浆液浇筑至所需实际高度尺寸。
49.在本公开的一个实施例中，如图1至10所示，壳体包括第一模板4、第二模板5、侧模板6和底模板7；第一模板4与第二模板5相对设置，第一模板4与第二模板5之间设置至少两块侧模板6，各侧模板6相对设置，第一模板4、第二模板5、侧模板6的底部均与底模板7连接，第一模板4、第二模板5、两相邻侧模板6、底模板7共同围合形成制备腔体1，制备腔体1用于容纳浇筑的浆液，例如水泥砂浆，并成型试块，透明观察条3安装于第一模板4，透明观察条3的内表面与第一模板4内表面齐平，如此设置，整体结构更加合理，有利于拆模卸料。
50.进一步地，第一模板4与底模板7为一体成型结构，形成一个整体的l型结构，如此设置，整体的结构稳定性更好，减少了拆模或者组模时间。
51.在本公开的一个实施例中，如图1所示，第一模板4与第二模板5之间设置至少四块侧模板6，本实施例中具体设置四块侧模板6，在该壳体中形成三个制备腔体1，可一次性制备三块试块，提高了制备效率。
52.在本公开的一个实施例中，如图1至5、8至10所示，第一模板4具有第一竖向插槽4-1，第二模板5具有第二竖向插槽5-1，底模板7具有水平插槽7-1，侧模板6两侧边对应插装于第一竖向插槽4-1和第二竖向插槽5-1内且相适配，侧模板6底部插装于水平插槽7-1内且相适配，如此设置，第一竖向插槽4-1、第二竖向插槽5-1、水平插槽7-1为侧模板6提供了稳定可靠的安装固定基础，拆模和组模过程方便快捷，同时，提高了侧模板6与第一模板4、第二模板5、底模板7之间的密封性能，进一步地，第一竖向插槽4-1与水平插槽7-1连通，第二竖向插槽5-1与水平插槽7-1连通，进一步提高侧模板6与第一模板4、第二模板5、底模板7之间的密封性能；进一步地，底模板7沿其长度设置有水平安装槽7-2，第二模板5底部沿其长度设置有水平安装凸台5-2，水平安装凸台5-2位于水平安装槽7-2内且相适配，如此设置，水平安装槽7-2为底模板7提供了稳定可靠的安装基础，水平安装凸台5-2与水平安装槽7-2的配合使得第二模板5与底模板7之间的安装、拆卸过程更加方便快捷，同时，提高了第二模板5与底模板7之间的密封性能。
53.进一步地，第一模板4两侧端具有第一连接座9，第二模板5两侧端具有第二连接座10，第一连接座9与第二连接座10相对设置并通过连接螺栓11连接固定，第一模板4两侧端从上至下间隔均匀设置3个第一连接座9，第二模板5两侧端从上至下间隔均匀设置3个第二连接座10，如此设置，实现将第一模板4、第二模板5、侧模板6和底模板7连接固定为一个稳定可靠的整体，进一步地，为了避免应力集中，第一连接座9与第一模板4连接处进行弧形倒角处理，第二连接座10与第二模板5连接处进行弧形倒角处理。
54.在本公开的一个实施例中，如图2、5至7所示，第一模板4具有竖向安装槽4-2，竖向安装槽4-2的两侧具有竖向限位槽4-3，透明观察条3两侧端具有沿其长度设置的竖向限位凸台3-1，透明观察条3安装于竖向安装槽4-2内且相适配，竖向限位凸台3-1位于对应端的竖向限位槽4-3内且相适配，如此设置，透明观察条3能够稳定可靠地竖向插装于竖向安装槽4-2中，方便透明观察条3的安装和拆卸更换，同时，提高了透明观察条3与第一模板4之间的密封性能。
55.在本公开的一个实施例中，如图11和12所示，还包括底座8，底座8上安装有至少两
组壳体，相对应地，底座8上部间隔设置有至少两个安装基槽8-1，壳体底部安装于对应安装基槽8-1内且相适配，各组壳体的制备腔体1的高度既可以相同，也可以不同，当各组壳体的制备腔体1高度相同时，进一步提高了同一批次制备试块的数量，提高了制备效率，当各组壳体的制备腔体1高度不同时，提高了提高了试块制备的尺寸适应性，能够批量制备多个高度尺寸不同的标准试块，大大节省了制样时间，进一步提高了试验效率。
56.具体地，各组壳体的制备腔体1的高度各不相同，进一步提高了试块制备的尺寸适应性，能够批量制备多个高度尺寸不同的标准试块，大大节省了制样时间，进一步提高了试验效率。
57.试块制备方法，使用前述的试验模具进行试块制备；
58.计算出待浇筑浆液的结石率p，根据所需制备试块的标准高度h，确定浆液在制备腔体1内实际所需的浇筑高度h，其中，h＝h/p；
59.向制备腔体1内浇筑浆液至浇筑高度h，停止浇筑，在此步骤中，可以配合量尺控制实际浇筑高度至h，或者，也可以通过透明观察条3观察浆液在制备腔体1中的高度变化，直至浆液的浇筑高度到达浇筑刻度线2上的h值位置；
60.待浆液凝固硬化后，拆除模具即可得到所需尺寸的试块。
61.在本公开的一个实施例中，计算待浇筑浆液的结石率p：可以参考唐超、刘慧妮等于2021年在《矿业研究与开发》发表的《纳米材料改性水泥浆液凝结与流动特性试验研究》一文中提到的采用排水法来测量水泥砂浆的结石率p；或者，利用本公开的模具先进行浆液结石率p的测量计算，例如，向制备腔体1中浇筑高度为h1的浆液，待浆液硬化后，观察硬化后的高度为h2，通过p＝h2/h1计算出结石率p,得到该类浆液的结石率p后，可以再利用前述方法制备出实际所需高度的标准试块。
62.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
63.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
64.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。