掺纤维加筋水泥基充填材料力学性能及流动性能研究

针对深部开采复杂地下环境带来的充填体质量低、易开裂、稳定性差等问题,利用矿渣微粉、镁渣、脱硫石膏开发低成本胶凝材料,采用玻璃纤维作为改性材料调控充填体力学性能。首先,对试验材料开展物化特性研究;其次,采用正交试验法设计25组配比组合进行试验,综合极差分析和方差分析,探讨纤维掺量、纤维长度、镁渣掺量对充填料浆流动性能及力学性能的影响规律。试验结果表明：单位体积内纤维掺量和纤维长度的增加,提升了纤维与骨料颗粒间的接触面积,阻滞了颗粒的正常流动,增加了料浆黏度和屈服应力,充填料浆流动性呈不断降低趋势。随着纤维掺量、纤维长度和镁渣掺量的增加,充填体强度呈先上升后降低的趋势,当纤维掺量0.6%、纤维长度9 mm、镁渣掺量15%时,充填体的抗压强度达到最大值。极差分析和方差分析表明,各试验因素对充填体1 d、3 d和7 d抗压强度影响的主次排序为纤维掺量>纤维长度>镁渣掺量;纤维掺量是影响充填体28 d抗压强度的主要因素,镁渣掺量次之,纤维长度的影响最小。     

聚丙烯纤维增强半水磷石膏人工土壤的研究

以天然土壤为骨架,β半水磷石膏为胶凝材料,掺入粉煤灰和泥炭土制备人工土壤。研究了聚丙烯纤维长度、掺量对人工土壤强度、收缩率及抗冲刷性能的影响。结果表明:聚丙烯纤维长度和掺量对人工土壤强度、收缩率和侵蚀系数有一定影响。当聚丙烯纤维长度为12 mm时,抗折、抗压强度最大,侵蚀模数和收缩率最小。当纤维长度为12 mm时,随着纤维掺量的增加,人工土壤14 d、28 d和绝干抗折、抗压强度先增后减,侵蚀模数先减后增,收缩率先降后升。当聚丙烯纤维掺量为0.3%时,人工土壤抗折、抗压强度最大,侵蚀模数和收缩率最小。     

全尾砂固废基充填材料胶凝特性与纤维强化效应研究

针对某金矿全尾砂超细颗粒含量高导致充填体强度不足的问题,选用矿山固废制备碱激发胶凝材料,加入不同长 度聚丙烯纤维(3~18 mm)作为增强剂,研究其对充填材料流动性和抗压强度的影响,并借助SEM 从微观结构揭示材 料胶凝特性和纤维强化效应.结果表明:(1)全尾砂中超细颗粒表面极易形成水膜,导致黏结力下降,这是造成充填体 强度偏低的主要原因;(2)随着纤维长度增加,充填料浆坍落度、流动度、稠度均降低,泌水率先降低再增大;(3)充填体抗压强度随纤维长度增加先升高后降低;当纤维长度为12 mm 时,3 d抗压强度和28 d抗压强度达最大值,分别为3.12 MPa和8.05 MPa,较同龄期未掺纤维试块分别增加了254.55％和41.48％;(4)纤维在基体中发挥桥接和锚固作用,有效抵抗和传递外界荷载,增加充填体抗压强度,但纤维过长易造成团簇和缠结而形成弱面,导致其强度削减.     

粉煤灰—石膏—钢渣复掺充填料浆制备与性能研究

针对水泥作为胶结材料会增大充填采矿成本的问题,采用钢渣、粉煤灰及石膏作为材料开展粉煤灰—石膏—钢渣基胶结材料研究,并对充填体强度进行了分析。研究表明:充填体强度随着粉煤灰掺量增加表现出先增大后减小的趋势,并且都在粉煤灰掺量为15%时达到最大值,说明单掺粉煤灰存在最佳掺量现象;充填体的强度随着钢渣掺量增加也表现出先增大后减小趋势,并且都在钢渣掺量为30%时达到最大值,说明单掺钢渣也存在最佳掺量值;当石膏掺量从0增加至8%时,单掺粉煤灰或钢渣下的充填体抗压强度随着石膏掺量增加表现出不断增大趋势,并且石膏掺量增加更有利于提高充填体的早期抗压强度;复掺粉煤灰和钢渣情况下,充填体的抗压强度得到了显著提高,并且复掺粉煤灰和钢渣的充填体强度均要高于单掺粉煤灰或钢渣的充填体强度。     

纤维掺量对钢渣薄板碳化固结特性的影响研究

钢铁行业CO2排放量大,钢渣等冶金固废资源化利用困难。钢渣碳化材料安定性和耐久性良好,但抗拉强度低、易开裂,限制了其在建筑领域的应用。本文采用钢渣为碳化原料、聚丙烯纤维为增强材料、碳化养护为手段开发制备纤维增强钢渣碳化材料。以钢渣碳化材料抗压强度、抗折强度和碳酸化程度为判断依据,结合热重、压汞法等微观分析方法,研究聚丙烯纤维掺量对钢渣碳化材料力学性能、碳化固结性能的影响规律。研究发现聚丙烯纤维的加入会降低钢渣碳化材料的抗压强度,但适量的纤维掺入对于提高钢渣碳化材料抗折强度是有利的,随着纤维掺量的增加,钢渣碳化材料抗折强度呈现出先不变,后增加,再减小的变化趋势,在纤维掺量为7 kg/m3时达到最大值。此外,聚丙烯纤维的加入会促进钢渣的水化反应,降低钢渣的碳化反应,提高钢渣碳化材料的密度,降低钢渣碳化材料的孔隙率,但会提高碳化反应生成的碳酸钙的热稳定性。本文的研究结果对其它高钙镁含量材料制备碳化纤维薄板提供参考。     

纤维掺量对钢渣薄板碳化固结特性的影响北大核心

钢铁行业CO_(2)排放量大,钢渣等冶金固废资源化利用困难。钢渣碳化材料安定性和耐久性良好,但抗拉强度低、易开裂,限制了其在建筑领域的应用。本文采用钢渣为碳化原料、聚丙烯纤维为增强材料、碳化养护为手段开发制备纤维增强钢渣碳化材料。以钢渣碳化材料抗压强度、抗折强度和碳酸化程度为判断依据,结合热重、压汞法等微观分析方法,研究聚丙烯纤维掺量对钢渣碳化材料力学性能、碳化固结性能的影响规律。结果表明:聚丙烯纤维的加入会降低钢渣碳化材料的抗压强度,但适量的纤维掺入对于提高钢渣碳化材料抗折强度是有利的,随着纤维掺量的增加,钢渣碳化材料抗折强度呈现出先不变,后增加,再减小的变化趋势,在纤维掺量为7 kg/m^(3)时达到最大值。此外,聚丙烯纤维的加入会促进钢渣的水化反应,降低钢渣的碳化反应,提高钢渣碳化材料的密度,降低钢渣碳化材料的孔隙率,但会提高碳化反应生成的碳酸钙的热稳定性。研究结果可为其他高钙镁含量材料制备碳化纤维薄板提供参考。     

不同纤维调控水泥基胶结充填体强度性能研究

为了提高充填体稳定性和采空区充填质量,采用聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维和玻璃纤维作为增强剂,探讨了3种纤维不同掺量对尾砂胶结充填体力学性能的影响规律,比较了掺纤维和无纤维作用下胶结充填体的破坏模式,采用扫描电子显微镜揭示了掺纤维尾砂胶结充填体水化机理。试验结果表明,胶结充填体抗压强度随着纤维掺量的增加呈先上升后降低的趋势,当纤维掺量为0.6%时,充填体抗压强度达最大值,从强度增益效果来看,聚丙烯纤维最好,聚丙烯腈纤维次之,玻璃纤维最差。纤维对充填体抗折强度增益效果优于抗压强度的增益效果,当聚丙烯纤维掺量为0.9%,聚丙烯腈纤维掺量为1.2%,玻璃纤维掺量为1.2%时,胶结充填体抗折强度达最大值,掺纤维胶结充填体3 d、7 d、14 d和28 d最大抗折强度增幅为157.89%、216.00%、217.86%、143.40%。在单轴荷载破坏作用下,无纤维充填体试块出现多条长且宽的贯穿性裂纹,边角部位伴有较多碎块脱落,而掺纤维充填体试块仅出现细短微裂纹,试块保持较高的完整性。掺纤维充填体水化产物以钙矾石、C—S—H凝胶和Ca(OH)₂为主,纤维与充填体基体交界处被大量水化...     

钢渣对碱激发偏高岭土材料强度影响分析

在水玻璃激发偏高岭土胶凝体系中,加入不同掺量的磨细钢渣,考察不同钢渣掺量对碱激发偏高岭土基复合胶凝材料的7 d抗折、抗压强度的影响,并对其影响机理进行分析。结果表明:随着钢渣掺量的增大,碱激发偏高岭土基复合胶凝材料的7 d抗折、抗压强度呈先增大后减小的趋势;当钢渣掺量在5%时,复合材料的7 d抗折强度达到最大值8.59 MPa,相较于空白组提高了10.2%;当钢渣掺量在7.5%时,复合材料的7d抗压强度达到最大值54.81 MPa,相较于空白组提高了20.9%;钢渣中的游离氧化钙与水反应生成氢氧化钙,对偏高岭土有一定的激发效果,进而提高碱激发偏高岭土基复合胶凝材料的力学强度。     

掺无机纤维的钢渣胶凝材料的理化特性分析

本文研究了玻纤和矿纤分别掺人钢渣、水泥复合胶凝材料时对胶砂强度和膨胀性的影响.结果表明随着钢渣掺量的提高,各龄期胶砂强度下降;随着纤维掺量的提高,胶砂试件各龄期强度下降,相比纤维掺量为0时,玻纤掺量为0.1％、0.5％时,28 d抗压强度分别提高2.36％、降低10.6％,矿纤掺量为0.1％、0.5％时,28 d抗压强度分别提高7.4％、降低17.2％.沸煮和压蒸试验结果表明,钢渣与水泥配比相同时,玻纤掺量高的试件其压蒸膨胀率低;掺入质量分数0.3％的6 mm玻纤时,试件压蒸膨胀率比纤维掺量为0时降低18.87％;掺入混合玻纤的试件其压蒸膨胀率较单掺时低.SEM显示,随着水化的进行,纤维表面生长C-S-H凝胶以及Ca(OH)2晶体,纤维与基体的粘结程度提高,矿纤与基体的表面粘结程度较玻纤高.     

纤维增韧补强磷石膏基胶凝材料

在磷石膏-矿渣基胶凝材料中加入纤维对胶凝材料增韧补强.用不同龄期样品的抗冲击功、抗折强度、抗压强度、孔隙率和受压样品外貌及断口形貌分析等表征纤维对胶凝材料的增韧补强效果.结果表明:BF型化纤可显著对磷石膏基胶凝材料增韧,BM型玻纤可显著对磷石膏基胶凝材料补强.在20℃(湿度大于90％)条件下,BF型化纤掺量为0.7％时,样品28 d的抗冲击功和抗折强度分别较净浆提高了389.5％和50.4％;BM型玻纤掺量在1.0％时28d抗压强度较同龄期的净浆提高了10.4％;BF型化纤穿插于硬化体内部,具有桥联搭接作用;BM型玻纤降低孔隙率.     

钢渣——矿渣复合胶凝材料的制备及胶凝活性激发试验研究

为了提高钢渣和矿渣的高附加值利用率以及钢渣在胶凝材料中的掺量,研究了钢渣与矿渣掺量、质量比和胶凝活性激发方式对复合胶凝材料抗折、抗压强度的影响,并采用X射线衍射、扫描电镜和热重分析等检测手段探究了钢渣—矿渣复合胶凝材料的水化机理。结果表明:钢渣矿渣掺量为80%、钢渣矿渣质量比为5∶5、钢渣粉磨时间为80 min(比表面积为509 m²/kg)时,钢渣—矿渣复合胶凝材料的28 d抗折强度为7.3 MPa、抗压强度为31.3MPa;选取Na OH、Na₂CO₃、Na₂SO₄和水玻璃为激发剂对胶凝材料活性进行激发,只有水玻璃提高了复合胶凝材料的活性,且当水玻璃模数为2、Na₂O当量为4%时,其28 d抗折强度为8.4 MPa、抗压强度为43.0 MPa。分析水玻璃激发胶凝材料的水化产物发现:其微观形貌紧实致密,生成的C—S—H凝胶、Ca(OH)₂和Aft相互交织,提高了胶凝材料的强度。     

矿渣粉掺量对高水材料物理力学性能的影响研究

为了降低高水材料充填体成本、提高充填体强度,并有效开发利用矿山工业固体废弃物,开展了掺入有活性成分的矿渣粉对高水材料浆液和充填体物理力学性能及晶体微观结构影响的试验研究。结果表明,随着矿渣粉掺量增加,浆液初凝时间缩短,试件的含水率降低、容重增大,且含水率与峰值抗压强度及容重与峰值抗压强度均具有较好的二次相关关系;随着矿渣粉掺量的增加,试件的峰值抗压强度与残余强度均先减小后增大,掺量为10%时,峰值抗压强度与残余强度均达最小值;从材料的微观结构可以看出,矿渣粉的掺入促进了钙矾石晶体和硅酸钙凝胶的生长发育,改变了晶体发育形貌及网状结构形态。在试验掺量范围内,掺加20%的矿渣粉可使试件晶体空间网状结构最为致密,在宏观上表现为峰值抗压强度达最大值。     

高分子乳液对水泥基充填材料性能的影响

为解决水泥基充填材料存在的流动性差、强度低的问题，提出以高分子乳液改性其性能。对比研究了苯丙乳液、纯丙乳液、VAE乳液3种乳液对充填料浆流动性能和力学性能的影响，采用SEM扫描电镜观测微观结构形貌。结果表明：2%掺量的苯丙乳液和6%掺量的纯丙乳液对浆体流动度具有促进作用；VAE乳液则增加了浆体黏度，但对充填体抗压强度和抗折强度的改性效果优于苯丙乳液和纯丙乳液，当VAE乳液掺量为10%时，充填体3 d、7 d抗压强度和抗折强度达最大值为12.82 MPa、16.55 MPa和4.37 MPa、5.63 MPa;当VAE乳液掺量为6%时，28 d抗压强度和抗折强度达最大值为16.25 MPa和5.63 MPa。苯丙乳液对充填体的抗拉强度改性效果最好，当苯丙乳液掺量为10%时，充填体3 d、7 d和28 d抗拉强度达最大值为1.77 MPa、2.55 MPa、2.91 MPa。随着水化龄期的延长，聚合物乳液改性充填体微观结构形貌由细针状钙矾石和絮状C-S-H凝胶发育为短棒状和团聚状，水化产物与乳胶颗粒构筑成紧密结合的有机-无机三维互穿网状结构，填充至骨料基体孔隙之间，使充填体具备良好的宏观力...     

掺无机纤维钢渣胶凝材料的理化特性分析

本文研究了玻纤和矿纤分别掺入钢渣、水泥复合胶凝材料时对胶砂强度和膨胀性的影响。结果表明随着钢渣掺量的提高,各龄期胶砂强度下降;随着纤维掺量的提高,胶砂试件各龄期强度下降,相比纤维掺量为0时,玻纤掺量为0.1%、0.5%时,28 d抗压强度分别提高2.36%、降低10.6%,矿纤掺量为0.1%、0.5%时,28 d抗压强度分别提高7.4%、降低17.2%。沸煮和压蒸试验结果表明,钢渣与水泥配比相同时,玻纤掺量高的试件其压蒸膨胀率低;掺入质量分数0.3%的6 mm玻纤时,试件压蒸膨胀率比纤维掺量为0时降低18.87%;掺入混合玻纤的试件其压蒸膨胀率较单掺时低。SEM显示,随着水化的进行,纤维表面生长C-S-H凝胶以及Ca(OH)2晶体,纤维与基体的粘结程度提高,矿纤与基体的表面粘结程度较玻纤高。     

新型胶凝材料对充填体强度的影响

为使充填体达到所需强度,采用胶固粉代替水泥作为胶凝材料,以克服传统水泥在充填过程中表现出的早期强度低、成本高等缺点。利用吉林某铁矿的全尾砂进行了一系列的充填配合比试验。试验分别采用水泥及胶固粉单独作为充填胶凝材料,改变其掺量,并测量充填体的28 d单轴抗压强度。试验结果表明:采用胶固粉代替水泥作为充填胶凝材料可使充填体的28 d单轴抗压强度提高3~5倍,且胶固粉掺量每增加3%可使充填体的28 d单轴抗压强度提高4~9 MPa。充填体强度与胶固粉掺量和料浆浓度成正比,可通过适度减少胶固粉掺量而提高浓度的方法优化充填体力学性能,并有效降低生产成本,提高经济效益。     

硅粉对沙漠风积沙水泥基材料性能的影响

为研究硅粉掺量对沙漠风积沙水泥基材料性能的改善效果,设计不同硅粉掺量的单因素试验进行稠度测试和抗折抗压强度测试,分析了硅粉掺量对材料稠度和力学性能的影响。结果表明:沙胶比为3,硅粉掺量为6%时,材料3 d、7 d抗压强度较基准组分别提高了61.9%、47.1%,28 d抗压强度较基准组提高了38.2%,此时折压比较大,为0.33,沙漠风积沙水泥基材料的抗压性能显著提高,且脆性较小。前期水泥基材料抗压强度增长率随硅粉掺量的增加先增大后减小,后期抗压强度增长率随硅粉掺量的增加而增大;水泥基材料抗折强度增长率随硅粉掺量的增加先增大后减小,当硅粉掺量大于10%时,材料抗折强度增长率为负,掺入过量硅粉会降低沙漠风积沙水泥基材料的抗折强度。     

纤维增强水泥-尾砂基复合充填材料力学及流变特性研究

针对水泥-尾砂基复合充填体脆性高、强度低、质量差等问题,以聚丙烯纤维作为增强剂,探究纤维掺量和纤维长度对复合充填料浆流变行为的影响,采用Hershel-Bulkey模型(简称H-B模型)进行非线性回归拟合分析,获得充填料浆流变特性参数,借助正交设计的试验方法,考察纤维掺量、纤维长度和粉煤灰掺量对充填体养护龄期1 d、3 d、7 d和28 d抗压强度的影响。研究结果表明：随着纤维掺量的增加,充填料浆初始表观黏度和屈服应力不断增大。纤维掺量从0.2%增加至0.8%的过程中,屈服应力增加了60.19%；纤维长度从3 mm增加至12 mm的过程中,屈服应力增加了35.3%。不同养护龄期下充填体抗压强度随着纤维长度和纤维掺量的增加均表现为先上升后降低的趋势,纤维掺量0.6%和纤维长度9 mm是其临界点,适宜的纤维能在充填体内部均匀分散,形成致密的网络结构以承载外界荷载,从而改善充填体力学性能。     

聚丙烯纤维对煤矸石混合料性能影响研究

在水泥粉煤灰稳定煤矸石混合料中掺加聚丙烯纤维改善其性能,在室内进行了混合料无侧限抗压强度、间接抗拉强度、抗弯拉强度及干缩性能实验,并与未掺入纤维组进行对比分析。结果表明：掺加聚丙烯纤维能够显著提高混合料后期无侧限抗压强度,但持续增加聚丙烯纤维掺量及纤维长度对提高混合料抗压强度的贡献性不大;混合料的间接抗拉强度随着纤维长度的增加呈先增后减趋势,抗弯拉强度随着纤维长度的增加呈半抛物线增长趋势,且在纤维长度一定的情况下,纤维掺量越大,抗拉强度提高效果越明显;聚丙烯纤维的掺入能够降低混合料的干缩系数及干缩应变,且在同一龄期,纤维掺量越大,混合料的干缩性能改善越明显。这为水泥粉煤灰稳定煤矸石混合料应用于路面基层提供了试验依据。     

碱激发粉煤灰基胶凝材料的水化过程及力学性能

为分析碱激发粉煤灰胶凝材料的力学性能,在实验室开展了不同碱激发条件下粉煤灰胶结充填体的抗压强度试验,系统分析了激发剂类型、激发剂掺量及粉煤灰掺量对充填体强度的影响规律。结果表明:当粉煤灰掺量为10%～20%时,粉煤灰基胶结充填体抗压强度均随着粉煤灰含量增加而不断增大,并且添加碱性激发剂能有效提高强度指标;添加了激发剂的粉煤灰基胶结充填体强度在各龄期段的增长速率明显高于未添加激发剂的充填体强度增长速率;粉煤灰基胶结充填体抗压强度随着激发剂掺量增加均表现出先增大后减小的趋势,并且在激发剂掺量为3%时达到最大值;此外,添加Na OH的充填体强度明显高于添加Na2Si O3的充填体抗压强度,并且对28 d抗压强度的改善效果优势更为突出;随着养护时间增加,水化反应生成的凝胶物质也逐渐增多,水化产物填充了孔隙结构从而促使充填体具有较好的承载性能。     

聚丙烯纤维对水泥基充填复合材料强度性能及破坏形态的影响

为提高某金矿尾砂胶结充填体稳定性,以聚丙烯纤维作为增强剂,开展了以纤维掺量、纤维长度、矿粉掺量为研究对象的三因素四水平正交试验,考察充填料浆流动性、充填体力学性能及充填体破坏形态的变化规律。研究结果表明：充填料浆流动性与纤维掺量和长度呈负相关,随着纤维掺量的增加,充填料浆塌落度和流动度分别降低8.19%和17.79%;纤维长度从3 mm增加至9 mm的过程中,充填料浆塌落度和流动度分别降低2.49%和7.21%。充填体抗压强度随着纤维掺量和长度的增加表现为先升高后降低的趋势,纤维掺量0.6%是其临界点,此时,养护龄期1 d、3 d、7 d、28 d充填体抗压强度分别为3.87 MPa、9.32 MPa、10.27 MPa、11.88 MPa。掺入纤维的尾砂胶结充填体能够形成较为完整的网络结构,均匀分散外界荷载,阻滞裂纹扩展,微裂纹多且小,使充填体保持较高的整体性。