测试不同环境温度下注浆材料放热性能的试验装置及方法与流程

1.本发明属于材料放热性能测试技术领域，具体涉及一种测试不同环境温度下注浆材料放热性能的试验装置及方法。


背景技术：

2.随着基础设施大量建设，基础工程的养护维修问题迫在眉睫，传统的维修方式为破坏后开挖式维修，往往会造成重大的经济损失和安全事故。因此，国内外学者致力于采用无损检测和注浆修复技术，在病害发生的早期精准修复病害。聚合物注浆材料由于反应时间短、可注性强、强度高等优点，聚合物注浆技术被广泛地应用于水利、土木、交通等基础工程领域，成为了处理各种工程问题的重要手段。
3.我国幅员辽阔，基础工程处在不同的环境温度中，聚合物注浆材料在固化反应过程中会产生热量，会对原始的环境温度产生一定的影响，尤其是冻土环境，但是其对环境温度影响规律尚不清楚。
4.因此，有必要对聚合物注浆材料在不同温度下的固化放热特性进行研究。目前，科研人员对此研究较少，并且在固化反应过程中，聚合物注浆材料内部和外表面存在温度差，并且随着注浆扩散半径和注浆深度的增加，温度差异更加显著。目前无论是试验方法还是试验装置，均不能很好的模拟不同温度下聚合物注浆材料放热特性，不能表征聚合物注浆材料在不同注浆扩散半径和注浆深度下不同位置的温度差异。同时原有的试验方法操作复杂，并不便于使用。 因此，如何提供一种操作简单，模拟效果好的试验装置和方法是目前科研人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种测试不同环境温度下注浆材料放热性能的试验装置及方法，结构简单，操作方便，能够模拟在不同环境温度下聚合物注浆材料在不同扩散半径和注浆深度的工况下的反应放热特性演化。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：本发明提供一种测试不同环境温度下注浆材料放热性能的试验装置，包括模具、高低温恒温装置、注浆装置和实时测温装置；所述模具放置于高低温恒温装置的内部；所述高低温恒温装置用于模拟不同的环境温度；所述注浆装置穿过高低温恒温装置与模具连接，用于向模具内注入聚合物注浆材料；所述实时测温装置穿过高低温恒温装置与模具连接，用于实时监测聚合物注浆材料的温度变化。
7.进一步地，所述模具包括上法兰盘、下法兰盘和对开钢筒，所述上法兰盘的底面和下法兰盘的顶面中心均设置有圆形凹槽，所述对开钢筒的外径与圆形凹槽的直径相同，所述对开钢筒嵌入一部分到上下法兰盘的圆形凹槽中；所述上法兰盘与下法兰盘通过法兰盘连接螺栓和法兰盘连接螺帽固定连接。
8.进一步地，所述上法兰盘的中心位置设置有注浆孔一，在所述注浆孔一附近设置
排气孔，所述注浆孔一和排气孔均与圆形凹槽相通；所述对开钢筒的两部分咬合在一起，在对开钢筒的接缝处两侧焊接紧固卡槽，紧固螺栓穿过紧固卡槽与紧固螺帽连接。
9.进一步地，在所述对开钢筒的一侧接缝处竖向间隔一定距离设置有多个探针温度传感器插孔；在所述对开钢筒上焊接探针温度传感器挂钩和贴片温度传感器卡槽，在同一深度下，夹角为90
°
。
10.进一步地，所述实时测温装置包括探针温度传感器和贴片温度传感器，所述探针温度传感器的尾部缠绕在探针温度传感器挂钩上固定，所述贴片温度传感器嵌入在贴片温度传感器卡槽中固定；所述探针温度传感器插入探针温度传感器插孔中，并且探针温度传感器的探头置于对开钢筒的中心位置。
11.进一步地，所述实时测温装置还包括设置于高低温恒温装置外部的多通道无纸化记录仪，所述贴片温度传感器和探针温度传感器通过温度传感器连接线与多通道无纸化记录仪连接。
12.进一步地，所述高低温恒温装置的顶部设有注浆孔二和出线孔，所述注浆孔二与上法兰盘的注浆孔一竖向重合，所述注浆孔一和注浆孔二中嵌入注浆头；所述温度传感器连接线从出线孔穿出。
13.进一步地，所述注浆装置包括原料容器、加压装置、压力表、混合装置、注浆管和注浆枪；所述原料容器与加压装置连接，所述加压装置通过压力表与混合装置连接，所述混合装置通过注浆管与注浆枪连接，所述注浆枪与注浆头连接。
14.进一步地，所述原料容器的数量为两个，用于提供单一组分或双组分反应的聚合物注浆材料。
15.本发明还提供一种测试不同环境温度下注浆材料放热性能的试验方法，包含以下步骤：将对开钢筒置于上下法兰盘的圆形凹槽中，上下法兰盘通过法兰盘连接螺栓和法兰盘连接螺帽竖向紧固，对开钢筒通过紧固螺栓和紧固螺帽横向紧固；将探针温度传感器插入探针温度传感器插孔中并保证探针温度传感器的探头置于对开钢筒的中心位置，探针温度传感器的尾部缠绕在探针温度传感器挂钩上固定；贴片温度传感器嵌入在贴片温度传感器卡槽中固定；之后将模具置于高低温恒温装置中；温度传感器连接线从出线孔穿出并与多通道无纸化记录仪连接，打开多通道无纸化记录仪，实时记录时间和温度；打开高低温恒温装置，设定一个环境温度值，将模具在高低温恒温装置中预放置一定时间，直到贴片温度传感器和探针温度传感器监测的温度与预设环境温度一致；将注浆枪与注浆头连接，将原料倒入原料容器中，打开注浆装置，一定量的聚合物注浆材料通过注浆管、注浆枪和注浆头注入到对开钢筒中；实时监测温度变化，待温度趋于预设环境温度并保持恒定时，关闭高低温恒温装置；将温度传感器连接线与多通道无纸化记录仪断开，取出模具，拆模并取出聚合物试件；重复进行上述步骤，高低温恒温装置重新设定环境温度值，得到不同环境温度下聚合物注浆材料的放热特性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明可模拟在不同的环境温度条件下，不同密度和不同类型的聚合物注浆材料在不同扩散半径和注浆深度的工况下的反应放热特性演化，对聚合物注浆材料内部和外表面不同注浆深度的温度变化进行实时监测，结构简单，操作方便，为研究在不同环境温度下，聚合物注浆材料的放热特性以及对环境的影响提供参考。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明实施例的测试不同环境温度下注浆材料放热性能的试验装置的结构示意图；图2是本发明实施例的对开钢筒的横截面示意图；图3是本发明实施例的上法兰盘和下法兰盘的结构示意图；图4是本发明实施例的探针温度传感器和贴片温度传感器的安装示意图。
18.图中序号所代表的含义为：1.高低温恒温装置，2.上法兰盘，3.下法兰盘，4.对开钢筒，5.圆形凹槽，6.法兰盘连接螺栓，7.法兰盘连接螺帽，8.注浆孔一，9.排气孔，10.紧固卡槽，11.紧固螺栓，12.紧固螺帽，13.探针温度传感器插孔，14.探针温度传感器挂钩，15.贴片温度传感器卡槽，16.探针温度传感器，17.贴片温度传感器，18.多通道无纸化记录仪，19.注浆孔二，20.注浆头，21.原料容器，22.加压装置，23.压力表，24.混合装置，25.注浆管，26.注浆枪，27.出线孔，28.温度传感器连接线，29.螺栓孔，30.探针温度传感器的探头。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.如图1所示，本实施例的测试不同环境温度下注浆材料放热性能的试验装置包括模具、高低温恒温装置1、注浆装置和实时测温装置；所述模具放置于高低温恒温装置1的内部；所述高低温恒温装置1用于模拟不同的环境温度；所述注浆装置穿过高低温恒温装置1与模具连接，用于向模具内注入聚合物注浆材料；所述实时测温装置穿过高低温恒温装置1与模具连接，用于实时监测聚合物注浆材料的温度变化。
21.具体的，模具包括上法兰盘2、下法兰盘3、对开钢筒4、法兰盘连接螺栓6、法兰盘连接螺帽7、探针温度传感器挂钩14、贴片温度传感器卡槽15、紧固螺栓11、紧固螺帽12、紧固卡槽10、注浆孔一8、排气孔9、注浆头20和探针温度传感器插孔13。如图3所示，上法兰盘2的底面和下法兰盘3的顶面中心均设置有圆形凹槽5，上法兰盘2和下法兰盘3上对应设置有螺栓孔29，对开钢筒4的外径与圆形凹槽5的直径相同，对开钢筒4嵌入一部分到上法兰盘2和
下法兰盘3的圆形凹槽5中，上法兰盘2与下法兰盘3通过法兰盘连接螺栓6和法兰盘连接螺帽7固定连接，在法兰盘连接螺栓6上且位于上法兰盘2的上下方各有一个法兰盘连接螺帽7，这样就能实现对开钢筒4的竖向紧固；保证形成一个密闭的空间，在注浆之后，聚合物注浆材料不会溢出。
22.如图3所示，上法兰盘2的中心位置设置有注浆孔一8，在注浆孔一8的附近设置排气孔9，注浆孔一8和排气孔9均与圆形凹槽5相通，排气孔9用于排除对开钢筒4中的气体。如图2所示，对开钢筒4的两部分咬合在一起，保证无缝衔接。紧固卡槽10焊接在对开钢筒4接缝处两侧，紧固螺栓11穿过紧固卡槽10与紧固螺帽12连接，实现对开钢筒4的横向紧固，防止聚合物反应产生的膨胀力胀开对开钢筒4。
23.探针温度传感器插孔13设置在对开钢筒4一侧接缝处，根据不同深度，保持相同间距，均匀分布。探针温度传感器插孔13的直径与探针温度传感器16的直径相同，防止聚合物注浆材料从探针温度传感器插孔13中溢出。探针温度传感器挂钩14和贴片温度传感器卡槽15焊接在对开钢筒4上，在同一深度下，夹角为90
°
。
24.具体的，实时测温装置包括探针温度传感器16、贴片温度传感器17和多通道无纸化记录仪18。如图4所示，探针温度传感器挂钩14采用挂钩形式，探针温度传感器16插入探针温度传感器插孔13中，并且保证探针温度传感器的探头30置于对开钢筒4的中心位置，保证准确监测对开钢筒4中心的最高温度，探针温度传感器16的尾部缠绕在探针温度传感器挂钩14上固定。贴片温度传感器卡槽15采用矩形卡槽形式，贴片温度传感器17嵌入在贴片温度传感器卡槽15中固定，保证准确监测对开钢筒4外表面的温度。多通道无纸化记录仪18设置于高低温恒温装置1的外部，贴片温度传感器17和探针温度传感器16通过温度传感器连接线28与多通道无纸化记录仪18连接，保证可以实时监测聚合物反应过程中的温度变化。
25.高低温恒温装置1的顶部设有注浆孔二19和出线孔27，注浆孔二19与上法兰盘2的注浆孔一8竖向重合，方便注浆操作，注浆孔一8和注浆孔二19中嵌入注浆头20；所述温度传感器连接线28从出线孔27穿出，与多通道无纸化记录仪18连接。
26.如图1所示，注浆装置包括原料容器21、加压装置22、压力表23、混合装置24、注浆管25和注浆枪26。原料容器21与加压装置22连接，加压装置22通过压力表23与混合装置24连接，混合装置24通过注浆管25与注浆枪26连接，注浆枪26与注浆头20连接。优选的，原料容器21的数量为两个，用于提供单一组分或双组分反应的聚合物注浆材料，可控制不同的比例和密度。
27.基于上述的测试不同环境温度下注浆材料放热性能的试验装置，本实施例还提供一种测试不同环境温度下注浆材料放热性能的试验方法，包含以下步骤：步骤s21，将对开钢筒4置于上法兰盘2和下法兰盘3的圆形凹槽5中，上下法兰盘通过法兰盘连接螺栓6和法兰盘连接螺帽7竖向紧固，对开钢筒4通过紧固螺栓11和紧固螺帽12横向紧固；对开钢筒4的两部分充分咬合，保证除了探针温度传感器插孔13、注浆孔一8和排气孔9之外，紧密贴合无缝隙。
28.可选的，对开钢筒4的尺寸为d40mm*h260mm，法兰盘连接螺栓6的尺寸为d10mm*h350mm，紧固螺栓11的尺寸为d6mm*h100mm。
29.步骤s22，将探针温度传感器16插入探针温度传感器插孔13中并保证探针温度传
感器的探头30置于对开钢筒4的中心位置，探针温度传感器16的尾部缠绕在探针温度传感器挂钩14上固定；贴片温度传感器17嵌入在贴片温度传感器卡槽15中固定；之后将模具置于高低温恒温装置1中。
30.可选的，探针温度传感器16的测温范围：
±
800℃，i级精度；贴片温度传感器17的测温范围：
±
800℃，i级精度；高低温恒温装置1的控温范围：-70℃-150℃。
31.步骤s23，温度传感器连接线28从出线孔27穿出并与多通道无纸化记录仪18连接，打开多通道无纸化记录仪18，实时记录时间和温度。
32.步骤s24，打开高低温恒温装置1，设定一个环境温度值（例如20℃），将模具在高低温恒温装置1中预放置一定时间（例如30min以上），直到贴片温度传感器17和探针温度传感器16监测的温度与预设环境温度一致。
33.步骤s25，将注浆枪26与注浆头20连接，将原料倒入原料容器21中，打开注浆装置，一定量的聚合物注浆材料通过注浆管25、注浆枪26和注浆头20注入到对开钢筒4中。
34.例如：将非水反应聚氨酯注浆材料的a、b原料组分分别倒入两个原料容器21中，通过控制注浆枪26，注入一定量的非水反应聚氨酯注浆材料，可以实现不同的密度0.2g/cm3、0.3g/cm3、0.4g/cm3、0.5g/cm3。
35.步骤s26，实时监测聚合物注浆材料内部和外表面不同深度的温度变化，待温度趋于预设环境温度并保持恒定时，关闭高低温恒温装置1。
36.步骤s27，将温度传感器连接线28与多通道无纸化记录仪18断开，取出模具，拆模并取出聚合物试件。
37.取出模具具体操作为：用电动扳手拆掉法兰盘连接螺栓6、法兰盘连接螺帽7、紧固螺栓11和紧固螺帽12，去掉上法兰盘2和下法兰盘3，拆开对开钢筒4即可取出聚合物试件。
38.步骤s28，重复进行步骤s21-s27，对步骤s24中的高低温恒温装置1重新设定环境温度值，从而得到不同环境温度（例如-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃和30℃）下聚合物注浆材料的放热特性。
39.优选的，模具的长度应小于高低温恒温装置1的高度，对开钢筒4为圆柱体，对开钢筒4的壁厚应大于5mm，以抵抗聚合物注浆材料反应过程中产生的膨胀力。对开钢筒4的直径d和高度h可根据试验要求调整以模拟不同的径向扩散范围和注浆深度。
40.优选的，探针温度传感器16和贴片温度传感器17要选择高精度以减小测量误差，探针温度传感器16选择小直径以减小对聚合物反应时的干扰。
41.本发明的测试不同环境温度下注浆材料放热性能的试验装置及方法，可模拟在不同的环境温度条件下，不同密度和不同类型的聚合物注浆材料在不同扩散半径和注浆深度的工况下的反应放热特性演化，对聚合物注浆材料内部和外表面不同注浆深度的温度变化进行实时监测，结构简单，设计合理，操作方便。
42.本发明对试验设备环境要求较低，自动化程度高，通过高低温恒温装置1可自动控制环境温度，通过注浆装置可自动实现不同比例和注浆量。通过实时测温装置可实时监测注浆前后温度的动态变化，克服了传统试验方法和装置无法模拟和监测注浆前后温度变化的难题，为研究在不同环境温度下，聚合物注浆材料的放热特性以及对环境的影响提供参考。
43.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排
他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
44.最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。