一种树脂锚固剂制备试验一体机及试验方法

1.本发明涉及树脂锚固剂研发领域，具体为一种树脂锚固剂制备试验一体机及试验方法。


背景技术：

2.树脂锚固剂固化快(3～5分钟即可固化)、黏结强度高，能够实现矿山和基坑现场快速支护，且施工工艺简单，被广泛应用，其一般是由不饱和聚酯树脂、高强填料、固化剂及促进剂构成；作为矿山支护的主要材料，树脂锚固剂能进行金属和非金属材料同种间或相互间粘结，具有胶结锚固剂对基孔无膨胀挤压力，锚固深度不受限制等优点。
3.树脂锚固剂以不饱和聚酯树脂为粘结剂，粗细石粉为骨料，加入促进剂二甲基苯胺，最后加入固化剂(由过氧化苯甲酰(bpo)与2.4-二氯过氧化苯甲酰(dc)的混合物组成)；由于促进剂二甲基苯胺的氮原子上有一对未成键的电子对，首先与过氧化苯甲酰发生反应，使其非均裂分解，反应热效应很高，放出的热足以使过氧化苯甲酰热分解转变为大量自由基，这些自由基能再与不饱和聚酯树脂和苯乙烯反应；将线性不饱和聚酯树脂引发共聚合，产生固化得到三向交联的网状结构；经过凝胶、硬化、和完全固化三个阶段，不饱和树脂锚固剂就由胶状塑性体变为坚硬固体，最终把杆体与孔壁围岩粘结在一起。
4.该领域中能够通过稠度试验、热稳定性试验、抗压强度试验等检测树脂锚固剂的性能；树脂锚固剂胶泥的稠度反应了锚固剂自身和易性，固化后的抗压强度通常与锚固力成正比；树脂锚固剂作为支护材料，要求储存期不小于3个月，而热稳定性能直接影响锚固剂常温下储存期；现有技术中，稠度试验通常采用标准稠度测定试杆和盛装水泥净浆的试模，在常温环境(22
±
1)℃中将搅拌均匀的树脂胶泥装入圆模内，经人工振动捣实后刮平，将圆模放在试杆下，使试杆与胶泥面接触，松开试杆拧紧螺丝，并开始记录时间，试杆自由沉入圆模内胶泥中，记录1min试杆下沉深度即为胶泥稠度；热稳定性试验通常将树脂锚固剂胶泥经101a-2型电烘箱在(80
±
2)℃环境下放置20小时，取出后，在(22
±
1)℃下放置4小时后进行测试，测试样品的稠度值若大于16mm为合格。
5.现有技术中，树脂锚固剂的生产系统庞大，每次生产量巨大，据统计一次装料生产树脂锚固剂达万根以上，如公布号为cn217568572u的对比文件，其公开了一种高效的树脂锚固剂生产用混合装置，包括混合管，所述混合管的上端面固定安装有加装管，且加装管内固定安装有连接支架，所述连接支架的下侧固定安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上固定安装有连接转轴，且连接转轴的一端安装有搅拌机构，所述混合管的内侧壁上固定安装有支撑底板，且支撑底板内嵌设安装有下料管道，所述混合管内位于支撑底板的上侧固定安装有上盖板，且上盖板转动套设在连接转轴的侧壁上，所述混合管的外侧壁上固定安装有多个加料箱；该装置主要用于生产树脂锚固剂，不适用于少量树脂锚固剂的配制实验，更无法直接通过稠度试验、热稳定性试验对树脂锚固剂的性能配比进行优化。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于提供一种树脂锚固剂制备试验一体机，不仅能够在制备过程中通过稠度试验、热稳定性试验对树脂锚固剂的性能配比进行优化，而且能够制备少量的树脂锚固剂用于抗压强度试验或小型工程使用。
7.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
8.一种树脂锚固剂制备试验一体机，包括混合池(2)、第一进料斗(3)、第二进料斗(4)、搅拌机构(5)、控温机构(8)、测扭机构(9)；所述第一进料斗(3)、第二进料斗(4)设置在混合池(2)的上方，所述第一进料斗(3)、第二进料斗(4)的出口处设置有计量组件(32)；所述搅拌机构(5)的输出端设置在混合池(2)内；所述混合池(2)的池身上设置有控温机构(8)；所述搅拌机构(5)上设置有测扭机构(9)。
9.有益效果：通过搅拌机构、控温机构、测扭机构的相互配合，能够对树脂锚固剂进行稠度试验、热稳定性试验，通过第一进料斗、第二进料斗及计量组件的设置，能够对树脂锚固剂进行研发，尝试不同的配比或是加入新的物质；通过上述机构的相互配合，当稠度试验、热稳定性试验效果不理想时，能够尝试加入不同的配比或是加入新的物质，对树脂锚固剂的性能配比进行优化。
10.进一步的，所述控温机构(8)包括温度控制器(81)、多个硅胶加热带(82)，多个硅胶加热带(82)从上到下依次固定在混合池(2)的池身上，多个硅胶加热带(82)与温度控制器(81)电连接。
11.进一步的，所述固定机构(1)包括支架(11)、支撑座(13)，所述支架(11)的一侧固定有支撑座(13)，所述支架(11)的顶端固定有混合池(2)，所述支撑座(13)的竖截面为倒l形，所述支撑座(13)的竖板固定在支架(11)底端，所述支撑座(13)的横板上固定有第一进料斗(3)、第二进料斗(4)、搅拌机构(5)。
12.进一步的，所述第一进料斗(3)、第二进料斗(4)为上下贯穿设置，第一进料斗(3)、第二进料斗(4)的底端开口处分别连接有第一旋转阀门(31)、第二旋转阀门(41)，第一进料斗(3)、第二进料斗(4)在旋转阀门的上方均固定有计量组件(32)。
13.进一步的，所述搅拌机构(5)包括电机(51)、输出轴(52)、搅拌器(53)，所述电机(51)固定在支撑座(13)的横板上，所述电机(51)的输出端固定有输出轴(52)，所述输出轴(52)的底端固定有测扭机构(9)，所述输出轴(52)与搅拌器(53)之间为可拆卸连接。
14.有益效果：通过电机、输出轴、搅拌器及测扭机构的相互配合，能够检测树脂锚固胶泥搅拌时的扭矩，对树脂锚固胶泥进行稠度试验；通过将输出轴与搅拌器之间设置为可拆卸连接，能够针对不同的材料选用不同的搅拌头。
15.进一步的，所述测扭机构(9)包括扭矩传感器(91)、第二显示器(92)，所述扭矩传感器(91)固定在输出轴(52)上，所述扭矩传感器(91)与第二显示器(92)为无线连接。
16.进一步的，所述搅拌器(53)包括螺杆(531)、多个螺旋扇叶(532)和搅拌叶(533)，所述螺杆(531)底部的杆身上间隔固定有螺旋扇叶(532)，所述螺杆(531)的杆身上沿高度方向开设有多个凹槽(5312)，各所述搅拌叶(533)分别转动连接在位于螺旋扇叶(532)间隙处的凹槽(5312)内，各所述搅拌叶(533)上靠近螺杆(531)的一侧均固定有调节杆(5332)，调节杆(5332)能够控制搅拌叶(533)转动并通过限位环(5314)对搅拌叶(533)进行限位。
17.有益效果：通过螺杆、螺旋扇叶、搅拌叶和调节杆的相互配合，工作状态时，将调节
杆手动往下压，使得搅拌叶撑起至垂直于螺杆，然后通过限位环对调节杆进行限位防止搅拌叶向下转动；搅拌叶的长度大于螺旋扇叶，通过搅拌叶和螺旋扇叶的配合能够对混合物料进行充分搅拌。
18.进一步的，还包括推料机构(6)，所述推料机构(6)包括升降器(61)、联动杆(62)、刮料板(63)，所述升降器(61)固定在电机(51)旁侧的支撑座(13)横板上，所述升降器(61)的输出端固定有联动杆(62)，所述联动杆(62)的竖截面为倒u形，所述联动杆(62)横杆的底壁固定在升降器(61)的输出端上，所述联动杆(62)的两竖杆均贯穿支撑座(13)横板伸入混合池(2)内与刮料板(63)固定；所述刮料板(63)的形状和尺寸与混合池(2)的横截面相适配，所述刮料板(63)靠近搅拌器(53)处贯穿开设有与搅拌器(53)尺寸相适配的开口(631)，所述刮料板(63)外围靠近混合池(2)处为柔性材料制成，所述刮料板(63)上靠近联动杆(62)两竖杆的底壁上均嵌设有压力传感器(633)，所述压力传感器(633)电连接有第三显示器(634)。
19.有益效果：通过推料机构和搅拌器的相互配合，电机带动螺旋扇叶转动使物料下移，同时通过联动杆下压刮料板，可通过压力传感器控制刮料板的下压力，其中刮料板靠近混合池处为柔性材料，通过上述设置，能够将混合池内部和壁上的胶泥全部刮下并推出混合池。
20.进一步的，还包括充填机构(7)，所述混合池(2)的底壁上开设有出料口(21)，出料口(21)内固定有栓塞(22)，混合池(2)底壁上靠近出料口(21)处固定有保护开关(23)，所述保护开关(23)能够对栓塞(22)进行限位；所述混合池(2)底壁上靠近出料口(21)处固定有充填机构(7)，所述充填机构(7)包括安装架(71)、漏斗(72)，所述安装架(71)设置有两个，分别位于出料口(21)的左右两侧，所述安装架(71)的竖截面为l形，所述安装架(71)的竖杆固定在混合池(2)的底壁上，所述漏斗(72)上靠近安装架(71)处固定有搭板(721)，所述搭板(721)可拆卸连接在两个安装架(71)的横杆上。
21.有益效果：通过保护开关的设置，能够对栓塞进行限位，防止搅拌器转动时使物料将栓塞顶出；通过将漏斗可拆卸连接在安装架上，能够更换不同型号的漏斗控制出料速度。
22.本发明还公开了一种使用上述任一技术方案所述的制备试验一体机进行试验的方法，包括以下步骤：
23.s1将粗、细石粉类物料倒入第一进料斗(3)，通过计量组件(32)称量，当质量达到计算重量时，使粗、细石粉落入混合池(2)；
24.s2将树脂材料倒入第二进料斗(4)，通过计量组件(32)称量，当质量达到计算重量时，使树脂材料流入混合池(2)；
25.s3再用滴定管往混合池(2)内滴入一定质量比例的促进剂；
26.s4混合池(2)中材料配齐后，启动搅拌机构(5)对混合池(2)中的混合物料进行搅拌，该搅拌机构(5)可控制搅拌速度；搅拌机构(5)上方固定有测扭机构(9)，能够检测搅拌机构(5)搅拌时的扭矩；
27.s5稠度试验：通过控温机构(8)将混合池(2)内的树脂锚固胶泥控制在相同的温度，固定树脂锚固胶泥的量，使得混合池(2)中树脂锚固胶泥的体积为确定值，通过搅拌机构(5)对固定高度的树脂锚固胶泥进行搅拌，同时使测扭机构(9)检测搅拌时的扭矩，然后通过和前期不同树脂锚固胶泥稠度与转轴扭矩的标定数据进行对照，获得该树脂锚固剂胶
泥对应的稠度；
28.s6热稳定性试验：控制树脂锚固胶泥量为标准高度，并将控温机构(8)打开，保持树脂锚固剂胶泥在(80
±
2)℃的环境下放置20小时，然后通过控温机构(8)将树脂锚固剂胶泥降温至(22
±
1)℃以下后放置4小时，再次采用s5稠度试验流程测得此时的树脂锚固胶泥稠度，测试样品的稠度值若大于16mm则为合格。
29.有益效果：通过第一进料斗、第二进料斗、计量组件及搅拌机构、控温机构、测扭机构的相互配合，能够根据稠度试验、热稳定性试验的结果，尝试加入不同的配比或是加入新的物质，对树脂锚固剂的性能配比进行优化。
30.本发明的优点在于：
31.本发明通过搅拌机构、控温机构、测扭机构的相互配合，能够对树脂锚固剂进行稠度试验、热稳定性试验，通过第一进料斗、第二进料斗及计量组件的设置，能够对树脂锚固剂进行研发，尝试不同的配比或是加入新的物质；通过上述机构的相互配合，当稠度试验、热稳定性试验效果不理想时，能够尝试加入不同的配比或是加入新的物质，对树脂锚固剂的性能配比进行优化。
32.本发明通过第一进料斗、第二进料斗、计量组件及搅拌机构、控温机构、测扭机构的相互配合，能够根据稠度试验、热稳定性试验的结果，尝试加入不同的配比或是加入新的物质，对树脂锚固剂的性能配比进行优化。
33.本发明通过电机、输出轴、搅拌器及测扭机构的相互配合，能够检测搅拌时的扭矩，对树脂锚固胶泥进行稠度试验；通过将输出轴与搅拌器之间设置为可拆卸连接，能够针对不同的材料选用不同的搅拌头。
34.本发明通过螺杆、螺旋扇叶、搅拌叶和调节杆的相互配合，工作状态时，将调节杆手动往下压，使得搅拌叶撑起至垂直于螺杆，然后通过限位环对调节杆进行限位防止搅拌叶向下转动；搅拌叶的长度大于螺旋扇叶，通过搅拌叶和螺旋扇叶的配合能够对混合物料进行充分搅拌。
35.本发明通过推料机构和搅拌器的相互配合，电机带动螺旋扇叶转动使物料下移，同时通过联动杆下压刮料板，可通过压力传感器控制刮料板的下压力，其中刮料板靠近混合池处为柔性材料，通过上述设置，能够将混合池内部和壁上的胶泥全部刮下并推出混合池。
36.本发明通过保护开关的设置，能够对栓塞进行限位，防止搅拌器转动时使物料将栓塞顶出；通过将漏斗可拆卸连接在安装架上，能够更换不同型号的漏斗控制出料速度。
附图说明
37.图1为本发明实施例一树脂锚固剂制备试验一体机的左视图；
38.图2为本发明实施例一树脂锚固剂制备试验一体机的正视图；
39.图3为图1中a的放大图；
40.图4为图2中b的放大图；
41.图5为本发明实施例一树脂锚固剂制备试验一体机中搅拌器的正视图；
42.图6为本发明实施例一树脂锚固剂制备试验一体机中搅拌器的俯剖视图；
43.图7为本发明实施例一树脂锚固剂制备试验一体机中搅拌叶和调节杆(图6中顶
部)的装配图；
44.图8为本发明实施例一树脂锚固剂制备试验一体机(省略混合池)的仰剖视图。
具体实施方式
45.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
46.实施例一
47.如图1所示，本实施例提供一种树脂锚固剂制备试验一体机，包括固定机构1、混合池2、第一进料斗3、第二进料斗4、搅拌机构5、推料机构6、充填机构7、控温机构8、测扭机构9。
48.如图1所示，固定机构1包括支架11、支撑座13，支架11的一侧固定有支撑座13，支架11的顶端固定有混合池1，支撑座13的竖截面为倒l形，支撑座13的竖板固定在支架11底端，支撑座13的横板上固定有第一进料斗3、第二进料斗4、搅拌机构5、推料机构6。
49.如图1、图2、图3、图4所示，混合池2为顶部开口设置，混合池2的底壁上开设有出料口21，出料口21内固定有栓塞22，混合池2底壁上靠近出料口21处固定有保护开关23；保护开关23包括旋转轴231、挡片233，挡片233和旋转轴231铰接设置，挡片233能够绕旋转轴231水平转动，旋转轴231固定在混合池2的底壁上，挡片233位于出料口21的下方，用于对栓塞22进行限位；搅拌机构5和推料机构6的输出端设置在混合池2内，第一进料斗3、第二进料斗4设置在混合池2的上方，混合池2底壁上靠近出料口21处固定有充填机构7，混合池2的池身上固定有控温机构8；控温机构8包括温度控制器81、多个硅胶加热带82，多个硅胶加热带82从上到下依次固定在混合池2的池身上，多个硅胶加热带82与温度控制器81电连接，温度控制器81能够控制硅胶加热带82的加热温度。
50.如图1、图2所示，第一进料斗3、第二进料斗4分别固定在支撑座13的横板上；第一进料斗3、第二进料斗4为上下贯穿设置，第一进料斗3、第二进料斗4的底端开口处分别连接有第一旋转阀门31、第二旋转阀门41，第一进料斗3、第二进料斗4在旋转阀门的上方均固定有计量组件32，计量组件32包括重量传感器321、第一显示器323，重量传感器321分别固定在第一进料斗3、第二进料斗4内旋转阀门的上方，重量传感器321与第一显示器323电连接。
51.如图1、图2所示，搅拌机构5包括电机51、输出轴52、搅拌器53，电机51固定在支撑座13的横板上，电机51的输出端固定有输出轴52，输出轴52的底端固定有螺纹连接部521，输出轴52和螺纹连接部521之间固定有测扭机构9；测扭机构9包括扭矩传感器91、第二显示器92，扭矩传感器91固定在输出轴52和螺纹连接部521之间，扭矩传感器91与第二显示器92为无线连接，第二显示器92能够显示扭矩传感器91传输出来的扭矩数值；搅拌器53与输出轴52之间为可拆卸连接，本实施例示例搅拌器53与输出轴52之间为螺纹螺母连接，能够针对不同的材料选用不同的搅拌头；
52.如图2、图5、图6、图7所示，搅拌器53包括螺杆531、多个螺旋扇叶532和搅拌叶533，螺杆531的顶端固定有与螺纹连接部521相适配的螺母，螺杆531底部的杆身上间隔固定有螺旋扇叶532，螺杆531的杆身上沿高度方向开设有多个凹槽5312，本实施例示例螺杆531的
杆身上沿高度方向间隔开设有四个凹槽5312，各搅拌叶533分别转动连接在位于螺旋扇叶532间隙处的凹槽5312内，本实施例示例搅拌叶533上靠近螺杆531的一端通过销轴5331固定在凹槽5312内，搅拌叶533和销轴5331之间为铰接设置，搅拌叶533能够绕着销轴5331进行上下转动；搅拌叶533上靠近螺杆531的一侧固定有调节杆5332，通过下压调节杆5332能够带动搅拌叶533绕销轴5331向上转动，调节杆5332到螺杆531底端的距离与搅拌叶533转动的周长一致，调节杆5332的形状为倒l形，调节杆5332的横杆为伸出凹槽5312设置，螺杆531顶部套设有限位环5314，当搅拌叶533向上转动至90度后，能够通过限位环5314对调节杆5332进行限位防止搅拌叶533向下转动。
53.如图1、图2所示，推料机构6包括升降器61、联动杆62、刮料板63，升降器61设置有两个，分别固定在电机51的两侧的支撑座13横板上，升降器61的输出端固定有联动杆62，联动杆62的形状为倒u形，联动杆62横杆的底壁固定在升降器61的输出端上，联动杆62的两竖杆均贯穿支撑座13横板伸入混合池2内与刮料板63固定；刮料板63的形状和尺寸与混合池2的横截面相适配，刮料板63靠近搅拌器53处贯穿开设有与搅拌器53尺寸相适配的开口631，刮料板63外围靠近混合池2处为柔性材料制成，本实施例示例柔性材料为橡胶，刮料板63上靠近联动杆62两竖杆的底壁上均嵌设有压力传感器633，压力传感器633电连接有第三显示器634。
54.如图3、图4、图8所示，充填机构7包括安装架71、漏斗72，安装架71设置有两个，分别位于出料口21的左右两侧，安装架71的竖截面为l形，安装架71的竖杆固定在混合池2的底壁上，漏斗72上靠近安装架71处固定有搭板721，搭板721可拆卸连接在两个安装架71的横杆上，通过该设置，能够更换不同型号的漏斗72控制出料速度，漏斗72的输出端固定有流量控制器723，能够进一步控制出料速度。
55.使用时，将粗、细石粉类物料倒入第一进料斗3，通过重量传感器321称量，重量传感器321与显示器323相连，当质量达到计算重量时，打开第一旋转阀门31，混合池2下部的活动封口打开，粗、细石粉落入混合池2；
56.同样将树脂材料(不饱和聚酯树脂、环氧树脂等)倒入第二进料斗4，通过重量传感器321称量，重量传感器321与显示器323相连，当质量达到计算重量时，打开第二旋转阀门41，树脂材料流入混合池2；
57.再用滴定管往混合池2内滴入一定质量比例的促进剂(二甲基苯胺)；
58.混合池2中材料配齐后，启动电机51带动搅拌器53对混合池2中的混合物料进行搅拌，该搅拌器53可控制搅拌速度；搅拌器53上方固定有扭矩传感器91，能够检测搅拌器53搅拌时的扭矩；
59.搅拌器53包括螺杆531、多个螺旋扇叶532和搅拌叶533，螺杆531上的搅拌叶533能够通过调节杆5332进行上下转动，搅拌叶533在非工作状态时为下垂设置，搅拌叶533在工作状态时为垂直于螺杆531设置，具体操作为：非工作状态时，搅拌叶533为下垂设置，能够穿过刮料板63上的开口631伸入混合池2内；工作状态时，将调节杆5332手动往下压，使得搅拌叶533撑起至垂直于螺杆531，然后通过限位环5314对调节杆5332进行限位防止搅拌叶533向下转动；搅拌叶533的长度大于螺旋扇叶532，通过搅拌叶533和螺旋扇叶532的配合能够对混合物料进行充分搅拌；当搅拌池中材料搅拌均匀后，停止电动搅拌，将限位环5314拆除，搅拌叶533下垂收起；
60.当材料中混入纤维类(钢纤维、或是细小的纳米碳纤维等)，可通过螺纹连接将搅拌器53换成超声震荡仪进行纤维分散；
61.将漏斗72通过搭板721卡到安装架71上，然后转动混合池2底部的挡片233，将栓塞22拔出；再次开启电机51，电机51带动螺旋扇叶532转动使物料下移，同时通过联动杆62下压刮料板63，可通过压力传感器633控制刮料板63的下压力，其中刮料板63靠近混合池2处为橡胶，能够将混合池2壁上的胶泥全部刮下，通过螺旋扇叶532和刮料板63的配合将树脂胶泥推入漏斗72及后续管道中，并通过流量控制器723控制其物料移动速度；这样就可以树脂锚固胶泥装入聚乙烯双管封装膜中；
62.同理，可通过该设备配制填充固化剂(由过氧化苯甲酰(bpo)、乙二醇、水、碳酸钙组成)，固化剂的配制填充与上述流程一致，最后将制备完成的固化剂填充到同一聚乙烯双管封装膜的另一封管中，得到树脂锚固剂。
63.稠度试验：稠度试验需要在相同的温度下进行(如固定(22
±
1)℃：通过控温机构8实现)，当进行配制试验时，固定树脂锚固胶泥(树脂、粗、细石粉)的量，使得混合池2中树脂锚固胶泥的体积为确定值，对固定高度的树脂锚固胶泥进行搅拌，检测搅拌时的扭矩(通过测扭机构9实现)，通过和前期不同树脂锚固胶泥稠度与转轴扭矩的标定数据进行对照，获得该树脂锚固剂胶泥对应的稠度。
64.热稳定性试验：控制树脂锚固胶泥量为标准高度，并将硅胶加热带82打开，保持树脂锚固剂胶泥在(80
±
2)℃的环境下放置20小时，然后通过温度控制器81控制硅胶加热带82降温至(22
±
1)℃以下后放置4小时，再次采用上述稠度试验流程测得此时的树脂锚固胶泥稠度，测试样品的稠度值若大于16mm则为合格。
65.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。