基于RSM-BBD的混合骨料胶结充填体强度增长规律分析

为研究棒磨砂-全尾砂混合骨料胶结充填体强度形成过程中水泥掺量、料浆质量浓度及棒磨砂占比对充填体强度的影响,在对充填材料进行物化性能分析的基础上,基于最大密实度理论确定了棒磨砂-全尾砂配比;随后基于响应面法研究了水泥掺量、料浆质量浓度及棒磨砂占比对不同龄期充填体抗压强度的影响规律,并建立了各养护龄期胶结充填体强度响应面回归模型,为矿山的混合骨料充填配比设计提供了科学的方法。研究结果表明:胶结充填体抗压强度不仅受单一因素影响,因素间的交互作用对抗压强度也有显著的影响。料浆质量浓度与棒磨砂占比的交互作用对早期强度具有显著影响,水泥掺量与棒磨砂占比对中期强度影响显著,而水泥掺量与质量浓度的交互作用对充填体后期强度具有显著影响。以金川二矿区为工程背景进行混合骨料胶结充填体配比参数优化,得到一组最佳充填配比参数,经试验验证其满足二矿区对充填体强度的需求。     

低浓度全尾砂充填材料泌水及其调控机理

针对低浓度全尾砂充填过程中的泌水造成输送堵管充填体强度不均匀和体积沉缩等问题,进行尾砂级配、胶凝材料用量、料浆浓度、固水材料掺量的正交实验,分析了各种因素对泌水率的影响,根据电阻率(ER)测试、SEM-EDS和XRD探讨了固水材料的作用机理。结果表明,充填料浆的泌水率随着尾砂细颗粒、胶砂比、浓度和固水材料掺量的增加而降低,料浆的浓度和固水材料掺量对泌水率的影响最显著。添加5%的固水材料可使充填材料泌水率降低10%,初始粘度降低30%,2 h粘度降低53%,28 d抗压强度提高20%。固水材料可改善充填材料的孔隙率,提高充填材料水化体系的SO₄^2-浓度和pH值,生成钙矾石、斜方钙沸石以及C-S-H凝胶和硅铝酸盐凝胶的混合物,消耗大量自由水,高分子聚合物通过分子缠绕提高了体系的稳定性,改善了充填材料的泌水现象。     

含粗骨料超高性能混凝土力学性能研究及机理分析

为探索含粗骨料超高性能混凝土的各项力学性能,研究了粗骨料体积掺量(0kg/m~3、280kg/m~3、400kg/m~3、480kg/m~3、560kg/m~3)、纤维掺量(2%、2.5%)以及纤维形态(平直型、端钩型)对超高性能混凝土抗压强度、弹性模量以及四点弯曲强度的影响,并引入纤维取向系数和纤维有效长度,探索粗骨料掺量对弯曲强度影响的微观机理。结果表明,粗骨料体积掺量对含粗骨料超高性能混凝土抗压强度的影响不大(0.4%~4.5%);对弹性模量的提高效果显著,最高可提高7.8%;对抗弯强度具有不利影响,并且随着粗骨料掺量增大,纤维取向系数下降,纤维有效长度减小,负面影响扩大。当粗骨料体积掺量为560kg/m~3时,弯曲强度下降了21.2%。增加纤维掺量或者掺入端钩型纤维可提高弯曲强度,掺入端钩型钢纤维可显著增大纤维有效长度,从而大幅度提高弯曲强度。     

纤维加筋固化黄土浸水强度试验研究

为探究水泥、石灰以及多种纤维复合固化黄土的水稳定性能,进行了浸水无侧限抗压强度试验和浸水无侧限劈裂抗拉强度试验。试验结果表明:加砂对复合固化黄土的水稳定性能不利;水泥固化效果优于其他固化剂;纤维可以提高浸水水泥固化土的浸水抗压强度和浸水劈裂抗拉强度,其中0.15%和0.30%纤维掺量的水泥固化黄土浸水抗压强度较高,但继续提高纤维掺量会导致抗压强度降低;纤维长度越长则复合固化黄土浸水抗压强度和劈裂抗拉强度越高,两种及两种以上的纤维混杂掺入会导致固化黄土浸水抗压强度和劈裂抗拉强度降低;水泥可以大幅提升固化土浸水劈裂抗拉强度,19mm聚丙烯纤维加筋固化土浸水劈裂抗拉强度较高,提高纤维掺量可以提高浸水劈裂抗拉强度,两种及两种以上的纤维混杂不能提高浸水劈裂抗拉强度。     

矿冶固废基胶结充填料的制备及性能研究

以钢渣、钒钛矿渣为主要原料制备胶结剂,再将其与钒钛铁尾矿制成矿井充填料,通过力学性能、XRD、SEM、FTIR等测试,研究了胶结充填料的性能及胶结剂水化产物的组成和结构。结果表明：当钢渣、钒钛矿渣的质量比为13∶12,胶结剂中钢渣/钒钛矿渣、磷石膏、双氰胺废渣、复合磷酸、水泥熟料的质量比为84∶3.6∶5.4∶4.2∶2.8,充填料胶砂比为1∶4,料浆浓度为80%,减水剂含量为0.178%时,充填料坍落度为214 mm,充填料28 d抗折和抗压强度分别达到4.04 MPa、8.31 MPa,满足GB/T 39489-2020《全尾砂膏体充填技术规范》要求。XRD和SEM分析表明,胶结剂水化产物主要为钙矾石(AFt),磷石膏的存在促进了AFt的形成,而AFt又进一步促进了钒钛矿渣和钢渣中[AlO₄]^5-和[SiO₄]^4-沿桥氧的断裂。     

掺废陶瓷粉对碱激发矿渣早期反应、硬化体强度及收缩性能的影响

碱激发矿渣(Alkali activated slag—AAS)水泥具有强度发展快、胶结性能好的特点，但大收缩和高成本限制了其工程应用。本研究探索了废陶瓷粉作为新的原材料，其用量对AAS体系早期反应、硬化体的抗压强度和收缩性能以及微观结构的影响。研究表明，废陶瓷粉因活性较低，其掺入会延缓AAS凝结时间；碱激发100%废陶瓷粉甚至不能在常温下正常凝结硬化。掺10%～50%废陶瓷粉的碱激发净浆强度7 d前发展慢，但到90 d时抗压强度提高且超过碱激发100%矿渣的抗压强度；更高掺量会导致碱激发净浆及砂浆强度的显著下降。AAS中掺废陶瓷粉可有效降低砂浆的自收缩，但会不同程度地增加干缩，掺量低于20%时对碱激发水泥砂浆的干缩影响小。综合考虑净浆和砂浆的各项性质，认为废陶瓷粉在AAS中具有应用价值。     

钢纤维和碳纤维的混合效应对高性能混凝土力学性能的影响

通过在混凝土基体中加入一种纤维和混合纤维,制备了高性能混凝土试件和混合纤维高性能混凝土试件。通过劈裂抗拉强度试验和落锤冲击试验,研究了单掺钢纤维、单掺碳纤维和混合纤维对高性能混凝土试件劈裂抗拉强度和抗冲击性能的影响,分析了混合效应对试件力学性能的增强作用。劈裂抗拉强度试验结果表明,只掺入碳纤维,且碳纤维掺入量为1%时,试样劈裂抗拉强度的提升系数最多增加了50%;只掺入钢纤维时,钢纤维的掺入量越多,试样劈裂抗拉强度的提升系数越小,而且减小了基体高性能混凝土的劈裂抗拉强度;当钢纤维掺量为4.0%、碳纤维掺量为0.5%时,试样的混合效应系数最大为1.35,此时产生正混合效应,提升了高性能混凝土试样的劈裂抗拉强度。抗冲击性能试验结果表明,单掺碳纤维减弱了高性能混凝土试件的抗压强度,单掺钢纤维虽然可以加强试件的抗压强度但试件的延性比提升率不高,而混合纤维比单一纤维有优势,更能够增强高性能混凝土试件的抗冲击性能。因此,钢纤维与碳纤维的混合效应提升了试件的劈裂抗拉强度与抗冲击性能,明显提升了高性能混凝土的力学性能。     

粉煤灰-矿渣再生混凝土抗压强度及尺寸效应研究

以粉煤灰和矿渣掺入方式和掺量为变量,设计24组C30再生粗骨料混凝土,对再生混凝土的抗压强度进行了研究。试验结果表明,粉煤灰或矿渣单掺时,再生混凝土的抗压强度随矿物掺料的掺量增加呈现先上升后下降趋势,同等掺量下矿渣单掺优于粉煤灰单掺;双掺时保持粉煤灰或矿渣掺量20%不变,再生混凝土立方体和轴心抗压强度随另一种微细矿物掺量的增加同样呈现先上升后下降趋势,双掺较单掺方式对再生混凝土抗压强度的提升效果更佳,且再生混凝土的抗压强度存在明显的尺寸效应。单掺粉煤灰或矿渣时再生混凝土轴心抗压强度和立方体抗压强度换算系数随其掺量增加而增大,双掺则稳定保持在0.85±0.02。此外,论文还建立了不同微细矿物掺料条件下再生混凝土抗压强度换算系数的修正公式,验证结果表明公式预测误差较小。建议实际工程再生混凝土配制采用粉煤灰和矿渣双掺方式,且掺量控制在25%以内。     

玄武岩纤维增韧三元地质聚合物的制备

制备了玄武岩纤维强化增韧的碱激发粒化高炉矿渣-粉煤灰钢渣三元地质聚合物胶凝材料.当矿渣∶粉煤灰∶钢渣为7∶2∶1,玄武岩纤维掺量为0.6％(wt)时,所形成的地质聚合物表现出最佳力学性能,其抗折强度为10.8MPa,抗压强度为95.4MPa； XRD分析结果表明,玄武岩纤维的掺入对地质聚合物的物相无明显影响,SEM微观...     

超细矿渣粉对硅酸盐水泥性能和微观结构的影响

通过掺入不同量的超细矿渣粉,研究其对普通硅酸盐水泥凝结时间、标准稠度用水量以及水泥胶砂流动性和强度的影响。结果表明,水泥浆体的初凝、终凝时间在矿渣粉掺量为5%(质量分数,下同)时有所缩短,而随着超细矿渣粉掺量的增加,初凝时间都有所延长,在掺量为20%时初凝时间最长。然而终凝时间的变化不大,只有掺量为30%时稍有延长;水泥的标准稠度用水量先减少后增加,在掺量为20%时最小;随着超细矿渣粉掺量的增大,水泥胶砂的各龄期抗折强度、3d抗压强度不断提高,7d、28d抗压强度在掺量为20%时达到最大值,之后有所降低。掺入超细矿渣粉后,能通过填充以及与水泥水化产物氢氧化钙发生反应,使水泥中氢氧化钙含量明显降低,水泥微观结构更加密实。