天然硅石材料在制作透明岩石和透明岩体中的应用的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了天然硅石原料在制作透明岩石和透明岩体中的应用，通过选用杂质含量低的天然硅石材料并依次经一次熔融、一次破碎后，再经过二次挑选、清洗、二次破碎、二次熔融，然后在模具中浇注、拆模制作而成；在熔融过程中在锅炉中间布置可以吸附杂质的活性碳棒、在锅炉四周布置活性氧化铝杂质吸附性材料。通过本发明制备的透明岩石和透明岩体具有很好的透明效果，可有效地用于岩土工程模型试验中，实现岩石和岩体内部变形的可视化，能广泛代替天然岩石和岩体，用来模拟复杂的地质条件。同时本发明的方法操作简便、易于实现、成本低廉、适用性广泛。
【专利说明】天然括石材料在制作透明岩石和透明岩体中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于±木工程可视化模型试验【技术领域】，主要应用于±木工程室内模型试 验的教学与科研工作中，具体地设及一种透明岩石和岩体，更具体地设及天然娃石材料在 制作透明岩石和透明岩体中的应用。
【背景技术】
[0002] 在岩±工程方面的模型试验中，研究岩石（体）内部变形规律和机理，对探索岩± 工程问题本质具有重要意义。目前常规的岩石（体）的室内模型试验技术，通过利用石膏 等材料人工制作试样W模拟天然岩石（体），并在试样内部埋设位移、应力W及温度等测量 元器件；岩石（体）内部的变形，通过测量元器件测得到某些离散点的位移，但是传感器容 易受外界环境扰动的影响，测量结果往往不够准确，同时不能给出±体内部连续变形的整 个位移场。总之，传统的岩石（体）试验技术只能测定岩石（体）的宏观或边界变形，不 能实现对±体内部变形的可视化。声发射技术通过连续监测岩石（体）内部破裂的产生和 破裂面之间的摩擦滑动所福射的超声波信息，分析岩石（体）内部微破裂的动态演化和岩 石（体）变形、破坏的微观机制。尽管该技术方法可W获得岩石（体）内部裂缝信息，但是 无法实现岩石（体）内部裂纹的可视化观测，且声发射试验结果精度受试验噪音和试样不 均匀性的影响较大。随着试验技术的发展，计算机层析扫描（CT扫描）及磁共振成像技术 (MRI)等试验方法可W用来测量岩石（体）内部的连续变形，但是，其昂贵的费用限制了该 些技术的广泛应用。
[0003] 利用人工合成透明±结合光学观测和图像处理技术可W实现±体内部变形的可 视化，其费用低廉，操作简便，可W广泛应用在岩±工程方面的模型试验中，研究±体内部 规律和机理，对探索岩±工程问题本质具有重要意义。其前提是获得透明度较高，且性质 与天然±体相似的人工合成透明±。在本发明专利之前，申请中国发明专利"一种人工合 成透明上材料的制配方法"（申请号；201410178910. 9)，公开了一种利用烘烤石英砂和相 同折射率的孔隙液体（正12烧与15号白油的混合液）制配透明砂±的方法。申请中国 发明专利"含氣聚合物在配制透明冻±中的应用及所制的透明冻±和生产方法"（申请号； 201410177674. 9)，公开了一种利用含氣聚合物和纯净水制配透明冻±的方法；含氣聚合物 为美国杜邦公司生产的Teflon AF 1600,折射率1. 31，密度2. Ig/cm3?2. 3g/cm3;具有耐 高温、耐低温、耐化学腐蚀、无粘性、无毒、无污染的特性，还具有气体渗透性结构、疏水性、 化学惰性等特性，与天然±体性质的相似性好。TeflonAF 1600材料的高透明度、折射率与 冰相同的特性，使其可W和纯净水一起在冻结状态下形成透明冻±。然而，±体属于散粒体 材料，与相对密实的岩石（体）存在明显的差异。
[0004] 在本发明专利之前，中国发明专利"便于预置内置裂隙的非饱和树脂脆性材料及 制备试件方法"（专利号；200810016784. 1)公开了一种利用非饱和树脂材料、过氧化甲己 酬和异辛酸钻混配，然后冷冻制备透明岩体的技术方法；申请中国发明专利"高脆性透明 类岩石材料试件制备方法"（申请号；201410036721. 8)公开了一种利用CY-39型树脂和 YS-T31型固化剂混配，然后冷冻制备透明岩体的技术方法。该方法制备成的透明岩体试样， 具有脆性好、透明度高、易于成型、且便于预置内置裂隙等优点；但是，该技术方法制配岩体 所采用的原材料主要为非饱和树脂，而天然岩体材料为长石、石英等矿物质组成，两者材料 特性差异显著。因此，寻找与岩石（体）材料物质组成相近，且物理力学性质与天然岩石 (体）相似，透明度高的透明岩石（体），开展制作透明岩石（体）的方法和应用研究显得 尤为迫切。
【发明内容】
[0005] 发明目的；本发明的目的是提出天然娃石材料在制作透明岩石和透明岩体中的应 用，制备的透明岩石或透明岩体可W很好的模拟天然岩石或岩体的性质。
[0006] 技术内容；为实现上述技术目的，本发明提出了天然娃石材料在制作透明岩石中 的应用。
[0007] 具体地，所述透明岩石的利记博彩app包括如下步骤：
[000引 （1)选料；取天然娃石材料块体，清洗，剔除杂质含量高的天然娃石材料块体；
[0009] (2) -次烙融；在第一锅炉中间布置用于吸附杂质的活性碳椿、在第一锅炉四周 布置活性氧化侣材料，然后将备好的天然娃石材料块体填放入第一锅炉中，在160(TC? 2000°C下锻烧第一锅炉使其内部的天然娃石材料烙融，得到烙融天然娃石材料；一般地，锻 烧时间为6?她；
[0010] (3) -次破碎；待步骤（2)中的烙融天然娃石材料冷却后，倾倒出整块状材料，破 碎，使其粒径在2cm?5cm之间；
[0011] (4)二次挑选：剔除步骤做处理后的天然娃石材料中含杂质的颗粒，挑选出纯度 高的透明颗粒材料；
[001引 妨清洗：先利用将挑选出来的纯度高的透明颗粒材料在盐酸中浸泡24?48小 时，再用纯净水将上述浸泡过盐酸的透明颗粒材料进行3?5遍反复清洗，除去附在颗粒表 面上的杂质，其中，所述的盐酸的质量浓度为5%?10% ;
[0013] (6)二次破碎；对步骤（5)清洗过的纯度高的透明颗粒材料进行二次破碎，使其材 料粒径小于2mm?3mm ；
[0014] (7)二次烙融；先在第二锅炉的中间布置用于吸附杂质的碳椿、在第二锅炉四周 布置活性氧化侣材料，再将步骤（6)得到的透明颗粒材料填入第二锅炉中，在3000°C? 350(TC下锻烧第二锅炉使其内部材料二次烙融，得到烙融状态的浆液，一般地，锻烧时间为 6?她；
[0015] (8)模具制作；根据试验设计需要制作相应尺寸的模具；
[0016] (9)诱注与拆模；将步骤（7)中烙融状态的浆液诱注在设计模具中，待模具中的烙 融状态浆液冷却后成型，然后拆模，得到透明岩石试样。
[0017] 上述第一锅炉和第二锅炉的尺寸可W根据实际的投料量进行选择。一般通用地， 所述的一次烙融采用的第一锅炉为高2m?3m、内径2m?2. 5m的圆柱形，容积为6. 3m3? 14. 7m3;二次烙融采用的第二锅炉为高0. 5m?1. Om、内径0. 5m?0. 8m的圆柱形，容积为 0. Im3?0. 5m3。通过第一次的烙融和去杂，进入二次烙融工序的纯度高的透明颗粒材料的 量要少于一次烙融中的量，因此，第二锅炉可W小于第一锅炉的容积。
[0018] 更为优选地，所述的第一锅炉和第二锅炉通过支架悬挂并可在0?90°范围内旋 转，从而可W方便填料、出料W及底部锻烧。
[0019] 具体地，所述的模具为研究岩石试样室内试验的直径50mm、高度100mm的标准试 件尺寸，或者边长50mm、高度100mm的标准试件尺寸，或者是模拟岩石块体的非规则形状。
[0020] 本发明同时提出了天然娃石材料在制作透明岩体中的应用。
[0021] 具体地，所述透明岩体的利记博彩app包括如下步骤：
[0022] (1)选料；取天然娃石材料块体，清洗，剔除杂质含量高的天然娃石材料块体；
[0023] (2) -次烙融；在第一锅炉中间布置用于吸附杂质的活性碳椿、在第一锅炉四周 布置活性氧化侣材料，然后将备好的天然娃石材料块体填放入第一锅炉中，在1600°C? 2000°C下锻烧第一锅炉使其内部的天然娃石材料烙融，得到烙融天然娃石材料；
[0024] (3) -次破碎；待步骤（2)中的烙融天然娃石材料冷却后，倾倒出整块状材料，破 碎，使其粒径在2cm?5cm之间；
[002引 （4)二次挑选：剔除步骤做处理后的天然娃石材料中含杂质的颗粒，挑选出纯度 高的透明颗粒材料；
[0026] (5)清洗；先用将挑选出来的纯度高的透明颗粒材料在盐酸中浸泡24?48小时， 再用纯净水将上述浸泡过盐酸的透明颗粒材料进行3?5遍反复清洗，除去附在颗粒表面 上的杂质，其中，所述的盐酸的质量浓度为5%?10% ;
[0027] (6)二次破碎：对（5)中清洗过的纯度高的透明颗粒材料再次进行破碎，使其材料 粒径小于2mm?3mm ；
[002引 （7)二次烙融：先在第二锅炉的中间布置用于吸附杂质的活性碳椿、在第二锅 炉四周布置活性氧化侣材料，再将步骤做得到的透明颗粒材料填入第二锅炉中，在 3000°C?3500°C下锻烧第二锅炉使其内部材料二次烙融，得到烙融状态的浆液；
[0029] (8)模具制作：根据试验设计需要制作相应尺寸的模具并确定模拟解理或裂隙材 料的尺寸、走向W及数量，然后按照设计位置在模具内部布置模拟解理或裂隙材料；
[0030] (9)诱注与拆模；将步骤（7)中烙融状态的浆液诱注在设计模具中，待模具中的烙 融状态浆液冷却后成型，然后拆模，得到透明岩石试样。
[0031] 优选地，所述的模拟解理或裂隙材料为耐高温的彩色、片状石英；或者耐高温的彩 色、片状黏±;或者娃藻±;或者陶瓷布。
[0032] 上述第一锅炉和第二锅炉的尺寸可W根据实际的投料量进行选择。一般通用地， 所述的一次烙融采用的第一锅炉为高2m?3m、内径2m?2. 5m的圆柱形，容积为6. 3m3? 14. 7m3;二次烙融采用的第二锅炉为高0. 5m?1. Om、内径0. 5m?0. 8m的圆柱形，容积为 0. Im3?0. 5m 3。
[0033] 更为优选地，所述的第一锅炉和第二锅炉通过支架悬挂并可在0?90°范围内旋 转，W方便填料、出料W及底部锻烧。
[0034] 有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0035] (1)天然娃石材料来源广泛，无污染、无毒性；利用天然娃石材料一次烙融、破碎 之后形成的烙融石英砂具有纯度高、性质稳定，强度、硬度较高，具有良好的光学性质，且和 天然砂±性质具有很大的相似性；在高纯度透明烙融石英砂的基础上，二次烙融，并在模具 中诱注、拆模成型的透明岩石或透明岩体试样，透明度高、均匀性好、试样性质与天然岩石 或岩体相似性高。
[0036] (2)所选择的材料和设备，均为市场上常见产品，价格低廉，来源广泛，无毒无害， 在岩±技术和岩±环境研究中需要的费用最低。
[0037] 做本发明的制配透明岩石或岩体的利记博彩app，操作简便，易于实现，能达到很好 的透明效果，成本低廉，制成的透明岩石或岩体可有效地用于岩±工程中的模型试验，所选 择的材料和设备，均容易获得，有效地节约了资源，避免了不合理的浪费。
[003引 （4)所制作的透明岩石或岩体适用性广泛，可应用岩±工程许多方面的研究，如： 嵌岩粧变形、隧道开挖与支护变形、渗流和滑坡问题；实现岩石或岩体内部变形的可视化， 能广泛代替天然岩石或岩体，用来模拟复杂的地质条件，提高对岩±工程问题本质的认识。
【专利附图】
【附图说明】
[0039] 图1为利用天然娃石原料制配透明岩石和岩体的制作流程示意图；
[0040] 图2为模具结构装置示意图；其中，1为圆柱体模具，2为长方体模具，3为解理或 裂隙。
【具体实施方式】
[0041] 本发明提出了天然娃石材料在制作透明岩石和透明岩体中的应用，具体步骤如图 1所示。W下结合附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。本发明的保护范围并不仅仅局限 于本实施方式的描述。
[0042] 实施例1透明岩石的制备。
[0043] 本发明提出的一种利用天然娃石原料制作透明岩石的方法，包括W下步骤：
[0044] (1)选料；取天然娃石材料块体，清洗天然娃石材料表面污溃，并根据目测剔除杂 质含量高的天然娃石材料块体，天然娃石材料粒径大小不一，可W进行适当人工破碎W方 便填料和剔除含杂质高的部分；
[0045] (2) -次烙融；一次烙融在第一锅炉内实现。本实施例的第一锅炉高为2m、内径为 2m、高为2m的圆柱形，容积约6. 3m3,在该第一锅炉中间布置可W吸附杂质的活性碳椿、四周 布置活性氧化侣用于吸附杂质，再将步骤（1)中备好的天然娃石材料块体填放入第一锅炉 中，然后在1750°C下锻烧第一锅炉直至第一锅炉内部的天然娃石材料烙融；第一锅炉通过 支架悬挂并且可W旋转90°，从而方便填料、出料W及底部锻烧；
[0046] (3)待步骤（2)中的烙融天然娃石材料冷却后，倾倒出整块状材料，破碎，使其粒 径在2cm?5cm之间；
[0047] (4)二次挑选：剔除步骤做处理后的天然娃石材料中含杂质的颗粒，挑选出纯度 高的透明颗粒材料；
[0048] 妨清洗；先利用5wt%盐酸将挑选出来的纯度高的透明颗粒材料浸泡24小时，再 用纯净水将浸泡过5wt%盐酸的透明颗粒材料进行4遍反复清洗，除去附在颗粒表面上的 杂质；
[0049] (6)二次破碎；对清洗过的纯度高的透明颗粒材料进行二次破碎，使其材料粒径 小于2mm?3mm ;
[0化0] (7)二次烙融；二次烙融在第二锅炉中实现。本实施例选用的第二锅炉高为0. 5m、 内径为0.5m、容积约为0. Im3。在第二锅炉的中间布置可W吸附杂质的碳椿、四周布置杂质 吸附性材料；再将步骤（6)得到的透明颗粒材料填入第二锅炉中，在350(TC下锻烧第二锅 炉使其内部材料二次烙融，锻烧6小时得到烙融状态的浆液；锅炉通过支架悬挂并且可W 旋转90°，W方便填料、出料W及底部锻烧；
[0化1] (8)模具制作；本实施例的模具选用直径为50mm、高度为100mm的圆柱形模具；
[005引（9)诱注与拆模；将步骤（7)中烙融状态的浆液诱注在设计模具中，待模具中的烙 融状态浆液冷却后成型，然后拆模，得到透明岩石试样。
[0053] 本实施例所述的透明岩石可用来模拟均匀性好、透明度高的岩石材料。制备成的 岩石材料密度为2. 7g/cm3,150mm厚度试样可W达到完全透明状态。
[0化4] 制备成的直径为50mm、高度为100mm的圆柱形岩石材料可W用于可视化研究加载 条件下岩石内部裂纹扩展试验过程。
[0055] 实施例2?5透明岩石的制备。
[0化6] 制备方法基本同实施例1，不同的是，在一次烙融中锻烧温度T1、二次烙融锻烧温 度T2分别如表1所述，均制备成的直径为50mm、高度为100mm的圆柱形岩石材料，用于可视 化研究加载条件下岩石内部裂纹扩展试验过程。所制备的透明岩石的性能参数同样列于表 1中。
[0057]表 1 [005引
【权利要求】
1. 天然硅石材料在制作透明岩石中的应用。
2. 根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述透明岩石的利记博彩app包括如下步骤： (1) 选料：取天然硅石材料块体，清洗，剔除杂质含量高的天然硅石材料块体； (2) -次熔融：在第一锅炉中间布置用于吸附杂质的活性碳棒、在第一锅炉四周布置 活性氧化铝材料，然后将备好的天然硅石材料块体填放入第一锅炉中，在1600°C?2000°C 下煅烧第一锅炉使其内部的天然硅石材料熔融，得到熔融天然硅石材料； (3) -次破碎：待步骤（2)中的熔融天然硅石材料冷却后，倾倒出整块状材料，破碎，使 其粒径在2cm?5cm之间； (4) 二次挑选：剔除步骤（3)处理后的天然硅石材料中含杂质的颗粒，挑选出纯度高的 透明颗粒材料； (5) 清洗：先利用将挑选出来的纯度高的透明颗粒材料在盐酸中浸泡24?48小时，再 用纯净水将上述浸泡过盐酸的透明颗粒材料进行3?5遍反复清洗，除去附在颗粒表面上 的杂质； (6) 二次破碎：对步骤（5)清洗过的纯度高的透明颗粒材料进行二次破碎，使其材料粒 径小于2mm?3mm ； (7) 二次熔融：先在第二锅炉的中间布置用于吸附杂质的碳棒、在第二锅炉四周布置 活性氧化铝材料，再将步骤（6)得到的透明颗粒材料填入第二锅炉中，在3000°C?3500°C 下煅烧第二锅炉使其内部材料二次熔融，煅烧6?8小时得到熔融状态的浆液； (8) 模具制作：根据试验设计需要制作相应尺寸的模具； (9) 浇注与拆模：将步骤（7)中熔融状态的浆液浇注在设计模具中，待模具中的熔融状 态浆液冷却后成型，然后拆模，得到透明岩石试样。
3. 根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的一次熔融采用的第一锅炉为高 2m?3m、内径2m?2. 5m的圆柱开$，容积为6. 3m3?14. 7m3;二次恪融采用的第二锅炉为高 0. 5m?1. Om、内径0. 5m?0. 8m的圆柱形，容积为0. lm3?0. 5m 3。
4. 根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的第一锅炉和第二锅炉通过支架悬 挂并可在0?90°范围内旋转。
5. 根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的模具为研宄岩石试样室内试验的 直径50mm、高度100mm的标准试件尺寸，或者边长50mm、高度100mm的标准试件尺寸，或者 是模拟岩石块体的非规则形状。
6. 天然硅石材料在制作透明岩体中的应用。
7. 根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述透明岩体的利记博彩app包括如下步骤： (1) 选料：取天然硅石材料块体，清洗，剔除杂质含量高的天然硅石材料块体； (2) -次熔融：在第一锅炉中间布置用于吸附杂质的活性碳棒、在第一锅炉四周布置 活性氧化铝材料，然后将备好的天然硅石材料块体填放入第一锅炉中，在1600°C?2000°C 下煅烧第一锅炉使其内部的天然硅石材料熔融，得到熔融天然硅石材料； (3) -次破碎：待步骤（2)中的熔融天然硅石材料冷却后，倾倒出整块状材料，破碎，使 其粒径在2cm?5cm之间； (4) 二次挑选：剔除步骤（3)处理后的天然硅石材料中含杂质的颗粒，挑选出纯度高的 透明颗粒材料； (5) 清洗：先利用将挑选出来的纯度高的透明颗粒材料在盐酸中浸泡24?48小时，再 用纯净水将上述浸泡过盐酸的透明颗粒材料进行3?5遍反复清洗，除去附在颗粒表面上 的杂质； (6) 二次破碎：对（5)中清洗过的纯度高的透明颗粒材料再次进行破碎，使其材料粒径 小于2mm?3mm ； (7) 二次熔融：先在第二锅炉的中间布置用于吸附杂质的活性碳棒、在第二锅炉四周 布置活性氧化铝材料，再将步骤（6)得到的透明颗粒材料填入第二锅炉中，在3000°C? 3500 °C下煅烧第二锅炉使其内部材料二次熔融，得到熔融状态的浆液； (8) 模具制作：根据试验设计需要制作相应尺寸的模具并确定模拟解理或裂隙材料的 尺寸、走向以及数量，然后按照设计位置在模具内部布置模拟解理或裂隙材料； (9) 浇注与拆模：将步骤（7)中熔融状态的浆液浇注在设计模具中，待模具中的熔融状 态浆液冷却后成型，然后拆模，得到透明岩石试样。
8. 根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的模拟解理或裂隙材料为耐高温的 彩色、片状石英；或者耐高温的彩色、片状黏土；或者硅藻土；或者陶瓷布。
9. 根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的一次熔融采用的第一锅炉为高 2m?3m、内径2m?2. 5m的圆柱开$，容积为6. 3m3?14. 7m3;二次恪融采用的第二锅炉为高 0. 5m?1. 0m、内径0. 5m?0. 8m的圆柱形，容积为0. lm3?0. 5m 3。
10. 根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的第一锅炉和第二锅炉通过支架悬 挂并可在0?90°范围内旋转。
【文档编号】G01N1/44GK104502180SQ201410747627
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】孔纲强, 李辉, 任连伟, 曹兆虎, 傅钧义 申请人:河海大学