岩爆相似材料的最优配比试验研究

为了对云南某矿山深部白云岩进行相似材料优选,以细砂、水泥、石膏、硼砂和减水剂为原料,采用正交试验原理确定了以石膏水泥比、掺砂率、掺水率、硼砂含量为影响因素的4因素4水平正交设计方案。对试件模型进行单轴抗压和巴西劈裂试验,得到相似材料抗压及抗拉强度、抗压抗拉比、弹性模量,通过方差和极差分析研究了各影响因素对研究指标影响的显著性。研究结果表明:掺砂率对单轴抗压强度和抗拉强度的影响较显著,单轴抗压强度随石膏水泥比和掺砂率的增大逐渐降低,抗拉强度随掺砂率的增大逐渐降低;抗压抗拉比随着掺水率的增加逐渐增加;弹性模量随着石膏水泥比的增加逐渐下降。通过多元线性回归分析得出白云岩相似材料配比的经验方程,经计算得出该矿山深部白云岩相似材料的最优配比为:石膏水泥比3. 1∶1,掺砂率59%,掺水率20%,硼砂含量0. 4%,减水剂含量0. 3%。     

低强度胶结充填体相似材料配比试验研究

针对采用物理相似模拟试验模拟充填采矿法时,低强度胶结充填体相似材料配比参数选取问题,以石灰、高岭土、石膏、水和尾砂等作为相似材料,采用回归正交设计试验方法进行了充填体相似材料配比试验,开展了单轴压缩试验,获得了不同配比试样的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比等力学试验指标。在此基础上总结了单轴抗压强度、弹性模量和泊松比3个试验指标关于石灰、高岭土、石膏和水4因素的回归方程,并分析了各因素对各试验指标的影响特征。通过物理相似模拟试验的实际应用证明了采用该配比方案总结的回归方程的有效性及相似充填体的良好相似性,该成果对胶结充填体相似材料配比的选取具有一定的参考价值和指导意义。     

活性粉末混凝土双向拉压强度试验研究

活性粉末混凝土具有超高强度、高韧性、高耐久性及高温度适应性等特点,为一种新型的混凝土材料。通过科学的方法建立一套处于平面应力状态的活性粉末混凝土构件(如受弯构件的弯剪段)的安全设计,双向拉压应力状态下的强度准则是必需的。采用15个“8”字形试件,选取了5个不同拉压应力比工况,进行了强度试验,其试验结果表明不同拉压应力比工况的试件,其破坏形态均为拉断型破坏;随着拉应力的增大,活性粉末混凝土的抗压强度随之减小。依据试验结果,建立了活性粉末混凝土双向拉压应力状态下的实用强度准则,对于处于平面应力状态的活性粉末混凝土构件的安全设计具有较强的实用价值。     

工业建筑可靠性检测鉴定技术讲座(九)——第五讲 材料强度检测(续)

4.1.5 砌体强度评定 根据砌筑砂浆和砖的测试强度评定等级,按《砌体结构设计规范》可得到砌体的抗压、抗拉和抗剪强度计算值。 当砌筑砂浆不饱满时,应按表5-13考虑因砂浆不饱满造成的设计强度折减。 4.2 砖砌体强度的直接测定法 4.2.1 取样抗压强度测定法 4.2.1.1 原理 取样抗压强度测定法是从砌体中截取标准尺寸的试件(按GBJ3—88的要求,试件的尺寸为240×370mm,高厚比一般宜≤3),将取出的试件加工至规定的尺寸(用钢锯锯去多余部分),上、下加载面用水泥砂浆抹平,养护7天后,在压力机上进行轴压试验。     

不同粒径含氯盐尾矿砂固化的配比优化

针对冀北风沙地区交通干线附近尾矿堆积、大风吹蚀影响交通等问题,将风沙区5种不同粒径的含氯盐铁尾矿作为骨料,以水泥和工业废料矿渣、离子固化剂、氧化钙制备尾矿固化试件,探究其最优配比。基于无侧限抗压强度试验,设计6因素5水平的正交试验,从宏观角度分析固化剂、含水率、尾矿粒径对试件固化效果的影响,借助数据分析软件对其进行配比优化;结合数码显微镜(USB)、电镜扫描试验(SEM)和X射线衍射试验(XRD),从细微观角度对试件进行了固化机理分析。结果表明,影响固化试件强度最显著性的因素为颗粒粒径,其次由大到小为水泥、矿渣、氧化钙、离子固化剂、水;含氯盐尾矿固化试件最优配比为m(铁尾矿)∶m(水泥)∶m(离子固化剂)∶m(矿渣)∶m(氧化钙)∶m(水)=1∶0.12∶0.022∶0.14∶0.08∶0.10,最佳尾矿粒径范围是0.075～0.3 mm;最优配比试件28 d强度可达18.29 MPa。微观分析表明试件内部生成了大量纤维状、片状、针棒状水化产物和连续褶皱状、团簇状C—S—H凝胶体,结构致密、孔隙率低;铁尾矿砂总体活性偏低,其主要起骨架支撑和物理填充作用。固化含氯盐铁尾矿砂作为制备机械沙...     

硅粉对低强度再生混凝土抗压强度影响试验研究

再生混凝土材料是对以往建筑材料使用过程中剩余废料和材料的再利用，具有良好的力学特性，为社会资源的可持续发展与循环利用提供良好的条件。为研究外掺硅粉对低强度再生混凝土抗压强度的影响规律，以硅粉掺量为控制参数，对不同掺量硅粉的再生混凝土进行了无侧限抗压强度试验。试验结果表明：硅粉可以显著改善再生混凝土的力学性能，随硅粉掺量的增加，再生混凝土的抗压强度呈现出递增的趋势。硅粉填充了混凝土内部较大孔隙，引起其孔隙率降低，改善了混凝土的密实度，宏观表现为抗压强度随硅粉掺量的增加而增大。     

不同瓦斯压力下煤体力学特性试验研究

为研究瓦斯对煤体力学特性的影响,设计不同瓦斯压力条件下煤体单轴压缩试验,研究煤样力学参数及变形特征随瓦斯压力的变化趋势,探讨瓦斯对煤体力学性质的影响机制,得出单轴压缩下煤样力学参数,并记录煤样的破坏形态.研究结果表明:随瓦斯压力增大,应力-应变曲线压实阶段增大,弹性阶段缩小,失稳破坏后曲线缓慢下降,抗压强度和弹性模量单...     

胡敏酸对水泥土强度的影响及机理

针对实际工程中胡敏酸造成水泥土搅拌桩强度降低的问题,利用室内试验研究不同胡敏酸掺入量、不同水泥掺入比制备的水泥土试样以及在不同养护龄期下水泥强度的变化规律,基于扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)的检测结果,分析胡敏酸对水泥土试样强度的影响机理.结果表明,1)水泥土试样的无侧限抗压强度随着胡敏酸质量分数的增大而减小,其峰值应力处的应变也随着胡敏酸质量分数的增大而降低;水泥土试样的无侧限抗压强度随着养护龄期的增大而增大;水泥土试样的无侧限抗压强度随着水泥质量分数的增加而增大,但随着胡敏酸质量分数的增大,低水泥质量分数的无侧限抗压强度增幅较小.2)通过对扫描电镜观察和能谱结果的分析,添加胡敏酸制备的水泥土试样,微观结构变松散,土颗粒周围的胶结物质减少;水泥质量分数较低时孔隙较多且较大,孔隙随着水泥掺入比的增大而减少,水泥结构变得更为密实;水泥土试样中水泥的水化产物即水化硅酸钙(C-S-H)与水化铝酸钙(C-A-H)随着胡敏酸质量分数的增大而减少,其微观结构中水泥的水化产物减少,能谱分析中水泥土的Ca质量分数减小,其宏观上表现为水泥土无侧限抗压强度降低.     

钢筋套筒灌浆接头抗拉性能影响因素试验研究

通过对54根钢筋半套筒灌浆接头进行单向拉伸试验,分析灌浆料强度、钢筋锚固长度及钢筋直径对套筒灌浆接头抗拉性能的影响。在此基础上,寻找满足安全使用条件下抗拉性能最弱的接头试件,分析早期振动荷载中振幅和频率变化对接头试件抗拉性能的影响。结果表明:同一钢筋直径灌浆接头试件,抗拉性能随灌浆料强度和钢筋锚固长度的提高而增强;钢筋直径越大,接头抗拉性能越强;早期振动荷载中振幅的增大对试件极限承载力及钢筋与灌浆料之间的锚固性能产生不利影响;频率的变化对试件抗拉性能影响很小;由振动荷载引起的钢筋偏心情况对接头抗拉性能影响微弱。     

粉煤灰-煤矸石基胶结充填材料制备与性能研究

为了解决我国煤矿采空区地表沉陷以及"三下"压煤资源浪费的问题,提出以粉煤灰-水泥熟料-脱硫石膏复合胶凝材料为胶结材,原状粉煤灰为细骨料,破碎后的煤矸石为粗骨料制备新型煤矿开采胶结充填材料。依据正交试验结果和各因素影响规律趋势图,确定充填材料的优化配合比。研究结果表明,适当增大水泥熟料掺量可缩短材料初凝时间,减小水胶比能使材料强度显著提高,而材料坍落度可通过选取适宜的浆体中的固体质量分数和灰矸比来有效调节,当胶凝材料中水泥含量为15%,脱硫石膏含量为8%,水胶比为2,灰矸比为2∶3,浆体中的固体质量分数为70%时,充填材料性能可达到最佳。通过试验优选材料各项参数,工业废弃物可以用来制备高质量的胶结充填材料。     

硫氧镁水泥/聚苯乙烯复合材料燃烧性能研究

针对聚苯乙烯易燃、易产生有毒气体的问题,以硫氧镁水泥、聚苯乙烯颗粒制作硫氧镁水泥/聚苯乙烯复合材料,通过氧指数(LOI)测试试验、UL-94垂直燃烧试验、烟密度测试试验、热重分析(TGA)等试验方法,研究不同配比的轻烧氧化镁和七水硫酸镁对聚苯乙烯颗粒燃烧性能的影响。结果表明:保持硫酸镁含量不变,聚苯乙烯复合材料失重幅度随轻烧氢氧化镁含量增加而降低,失重速率随轻烧氢氧化镁增加而减小;最大质量损失率随轻烧氢氧化镁增加而降低,700℃时残炭率随轻烧氢氧化镁含量增加而增大,最大残炭率可达80.73%。硫氧镁水泥包覆的聚苯乙烯颗粒LOI最高可达37.2%,且轻烧氧化镁含量不变,LOI随硫酸镁含量增加而增大;硫酸镁含量不变,LOI随轻烧氧化镁含量增加而增大;硫氧镁水泥包覆聚苯乙烯颗粒的UL-94等级均能达到V-0级别,相比纯聚苯乙烯颗粒烟密度降低约30倍。硫氧镁水泥对聚苯乙烯的阻燃性能和抑烟效果有显著的提高作用。     

高流态封孔注浆材料力学性能及水化机制

为提高深部矿井煤层气抽采效率,针对目前常见的封孔注浆材料存在的高分子封孔材料价格昂贵易燃、普通水泥材料渗透性差、粉煤灰等膏体材料强度不足等问题,采用超细水泥为基料研发一种高流态封孔注浆材料。通过对高流态封孔注浆材料开展力学性能试验研究、结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等一系列试验的结果,揭示新型高流态封孔注浆材料水化机制。结果表明：高流态封孔注浆材料在水化初期就生成大量的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶和钙矾石(AFt)晶体;随着水化反应的持续,水化产物的凝胶粒子充填材料中的孔隙。与普通水泥封孔注浆材料相比,材料的水化反应更迅速、更充分、整体结构致密,比普通水泥封孔注浆材料抗压强度提高3.68%,更有利于保持瓦斯抽采钻孔的稳定性,提高瓦斯抽采效率。     

热电厂炉渣作为煤矿膏体充填材料的配比试验研究

为了寻求既满足充填工艺要求又能够降低成本的新型充填材料,通过一系列试验,研究了热电厂粉煤灰/炉渣比例、膏体质量浓度和水泥含量等因素对膏体充填材料性能的影响规律,据此确定了材料最优配比。结果表明:随着粉煤灰/炉渣比例的增加,坍落度、扩展度和充填体强度均呈现先较大幅度增加然后又缓慢减小的变化趋势,料浆泌水率呈近似负指数规律降低;随着质量浓度的增加,坍落度、扩展度及泌水率均随之显著变小,充填体强度近线性增大;随着水泥含量的增加充填体强度随之显著增大,坍落度、扩展度和泌水率均呈现缓慢减小的变化趋势;材料的最优配比为粉煤灰、炉渣和水泥的质量比为 20∶48∶6,质量浓度为 74%,此时料浆流动性和充填体强度完全符合充填开采基本要求。     

动载下高密度全尾砂胶结充填体稳定性试验研究

为研究动载下高密度全尾砂胶结充填体(HTB)的稳定性,制备直径为50 mm×25 mm的HTB试件,进行静态单轴压缩试验。首次采用分离式霍普金森杆(SHPB)装置研究HTB的动态力学性质,通过观察冲击试验后试件的破坏程度,来评判高应变率下试件的稳定性。结果表明:HTB试件波阻抗较小,对弹性应力波传播有较强的阻尼作用;在冲击载荷下,试件最大应变率可达305 s-1,动态抗压强度随着应变率的增加而增大,最大动态抗压强度为17 MPa;HTB试件的稳定性与应变率密切相关,当应变率低于10 s-1时,试件稳定性较好;当应变率为10~39 s-1时,试件产生一定的损伤裂纹,但尚有一定的残余强度;当应变率大于39 s-1时,试件完全失稳。     

污泥灰-水泥胶凝体系的力学性能及微观分析

利用造纸污泥灰和生活污泥灰替代部分水泥制备胶凝材料,研究了污泥灰掺量对污泥灰-水泥胶凝体系力学性能的影响,采用X射线衍射、红外光谱、扫描电镜和能谱分析手段对胶凝体系水化产物的矿物组成、化学结构及微观形貌进行研究。结果表明,随着污泥灰掺量增加,胶凝体系抗压强度不断降低,当污泥灰掺量超过40%,试样3 d抗压强度比小于5%。当水泥掺量一定,提高造纸污泥灰的掺加比例有利于胶凝体系早期强度的增长,生活污泥灰可有效提高试样后期强度,但掺量不宜过多。随造纸污泥灰掺量提高,水化产物中氢氧化钙和C—S—H凝胶生成量增大,氢氧化钙晶体由片状发育为板状,紧紧包裹于C—S—H凝胶层状结构中,造纸污泥灰中含有的文石型Ca CO3晶体具有较高的力学强度,可桥接于水化试样微观裂隙两侧,阻碍裂隙的扩展,进而提高胶凝体系的力学强度。     

放射性环境中优势细菌对水泥砂浆的腐蚀影响

微生物腐蚀是指由微生物或其代谢产物所引起的材料破坏和恶化。为了研究放射性环境土壤中优势微生物对水泥砂浆腐蚀的影响,以湖南铀尾矿场址土壤中富集培养筛选的优势细菌菌群作为砂浆试件的腐蚀质,采用浸泡腐蚀的方式,通过测试特定腐蚀龄期砂浆试件的质量损失、强度损失、碳化深度,并采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪进行微观分析,来研究微生物对砂浆的腐蚀作用。结果表明:随腐蚀龄期增长,细菌试验组的试件抗压强度明显低于无菌对照组,腐蚀龄期为168 d时,细菌试验组的抗压耐腐蚀系数降到0.86,而无菌对照组在0.9以上;细菌试验组质量损失率和碳化深度均高于无菌对照组,腐蚀龄期为168 d时,细菌试验组碳化深度达2.0 mm,是无菌对照组的2倍;微观结构显示,有细菌存在的条件下更易生成钙矾石晶体,从而影响砂浆的力学性能及耐久性。研究表明,优势细菌的存在能加速水泥砂浆的腐蚀。     

瓦斯抽采PC-CAS基封孔材料优化及其膨胀作用分析*

为了研制以硅酸盐/铝酸盐水泥、生石灰、生石膏为主的PC-CAS基封孔材料,采用正交试验优化材料配比、开展膨胀力研究,并用扫描电镜观测料-煤胶结形貌。研究结果表明:材料的最优配比为A2B2C4,其具备优良的流动性、强度及致密性,造浆量达2 100 mL/kg;PC-CAS基材料具有显著的膨胀性,其膨胀力随时间先增大而后趋于稳定,并且该膨胀力随着径向约束的提高而增大;相比于FP材料,PC-CAS基材料产生的膨胀力能够显著降低材料-煤岩界面的空隙并在一定程度上压密煤体内部的裂隙;该材料产生的膨胀力可压密封孔段围岩、提高封孔质量,并为后期“二次注浆”提供保压条件。工业试验结果表明,采用PC-CAS基材料进行封孔可显著改善抽采效果,将原有平均浓度10.11%提升至20.08%。     

松软煤层瓦斯突出模拟试验相似材料研究

为探究松软煤层瓦斯突出规律,基于正交试验以腐殖酸钠溶液为胶结剂、不同粒径煤粉为骨料,配制不同配比的相似材料,采用极差分析、数据拟合等方法研究腐殖酸钠溶液质量分数、成型水分等对相似材料的力学特性及吸附解析等特性的影响。结果表明:腐殖酸钠溶液质量分数对相似材料力学特性起主要控制作用。成型水分和腐殖酸钠溶液质量分数均显著影响相似材料瓦斯吸附解析等特性,累计解吸量和瓦斯吸附量随着腐殖酸钠溶液质量分数的增加;累计解吸量随水分含量的增加而减小,瓦斯吸附量随平衡压力增大而增大。材料渗透率随着腐殖酸钠溶液质量分数呈负指数函数变化。     

有约束应力高温全过程后混凝土轴压力学性能试验研究

采用高温抗压试验炉进行了有约束应力作用下混凝土在经历升温、降温及冷却全过程作用后的轴压力学性能试验研究,主要研究约束应力水平和温度等级对升降温及冷却全过程中的混凝土高温变形特性与高温后混凝土强度、弹性模量和应力-应变关系等性能的影响规律。结果表明:约束应力使混凝土产生明显的残余压缩变形,且对高温后混凝土抗压强度和弹性模量有显著影响;无约束应力高温后混凝土的抗压强度随着温度的升高经历低温衰退、强度恢复、高温衰退3个阶段,n≤0.4时有约束应力混凝土也表现出相同的规律;约束应力可提高高温后混凝土的弹性模量,但其值仍明显低于常温弹性模量;有约束应力高温全过程后混凝土破坏突然,明显变脆。     

磷石膏基保温砂浆的制备与性能研究

为了实现磷石膏的高附加值资源化利用,研究了CaO掺量、细度与砂浆性能之间的关系,利用预处理后的磷石膏,对磷石膏基保温砂浆进行配合比设计,分析胶凝材料组成、轻质骨料掺量、外加剂种类等因素对磷石膏基保温砂浆性能的影响规律,制备磷石膏基保温砂浆,并测试其性能.结果表明:通过在磷石膏中加入CaO及粉磨处理,可以提升磷石膏砂浆的强度,减少礴石膏中可溶性磷、氟对磷石膏砂浆的不良影响;磷石膏基保温砂浆的强度主要来源于磷石膏的硬化和水泥的水化;制备的磷石膏基保温砂浆的抗折强度达到2.1 MPa,抗压强度达到6.5 MPa,导热系数达到0.073 W/(m· K),满足保温砂浆的使用要求.