干湿循环对全尾砂固结体强度的影响研究

为探究干湿循环对全尾砂固结体强度的影响规律,选取不同水泥掺量的固结体为研究对象,进行干湿循环处理后的单轴压缩与扫描电镜试验,研究了不同水泥掺量及养护龄期下的固结体强度变化规律,并对不同干湿循环次数及水泥掺量下固结体微观结构变化规律进行分析。结果表明：养护3d与7d的固结体试件,随干湿次数的增加,强度呈先增加,后降低趋势,养护28d固结体试件强度呈逐渐下降趋势;不同养护龄期下,水泥掺量越大,固结体干湿循环后强度下降幅度越低。随干湿循环次数的增加,固结体微观结构呈先密实,后稀疏松散趋势。     

冻融循环对全尾砂固结体超声波特性的影响研究

在不同养护龄期(3,7,28d)和冻融循环次数(0,5,10,15,20次)条件下,对不同灰砂比(1∶4,1∶8,1∶10)的全尾砂固结体进行了超声波特性测试,对不同影响因素下超声波特性的变化规律以及冻融循环次数和超声波速度之间的关联性进行了研究。研究结果表明:冻融循环过程中,波速和波形有明显的变化规律,振幅特征较为杂乱;灰砂比、冻融循环次数相同时,养护龄期越长的固结体超声波波速越大;养护龄期、冻融循环次数相同时,灰砂比越大的固结体超声波波速越大;养护龄期为28d时,未进行冻融循环的固结体在各灰砂比条件下超声波波速相差不大;全尾砂固结体超声波波速与冻融循环次数呈负相关,基本遵循对数函数关系,随着冻融循环次数的增加,超声波波速不断减小,且前5次减小量较大。     

冻融循环对全尾砂固结体电阻率影响研究

冻融循环作用对全尾砂固结体造成一定损伤,电阻率作为固结体的重要物理参数必然发生变化,因此可以用电阻率的变化来衡量固结体的损伤。为研究冻融循环次数和固结体电阻率的定量关系,制作(灰砂比为1∶4,1∶8,1∶10共3种配比;每种配比包含3,7,28d三个养护龄期,)共九组18个试件。每组试件经过0,5,10,15,20次冻融循环后,测定固结体试件电阻率变化情况。建立了固结体电阻率与冻融循环次数的关系;基于三元导电模型建立固结体电阻率模型。研究结果表明:固结体试件电阻率与冻融循环次数呈明显的指数关系,且随着冻融循环次数的增加不断减小,前5次冻融循环过程中电阻率减小量最大,其后逐渐减小。通过电阻率模型,可以计算出经过不同冻融循环次数后固结体的电阻率。研究成果对固结体损伤探测有重要参考价值。     

击实对全尾砂固结体强度及渗透性影响

为了解决全尾砂固结体地面排放时堆排体稳定性的问题,提出通过击实来增大全尾砂固结体的稳定性.通过室内击实试验、无侧限抗压强度试验、常水头渗透试验和扫描电镜试验,研究了击实对全尾砂固结体无侧限抗压强度和渗透系数的影响以及微观层面上击实对固结体内部结构变化的影响.得到了不同击实功下的全尾砂固结体的最大干密度和最优含水率,并以此为基础研究了击实功(598.2 kJ/m3、1074.7 kJ/m3、1535.3 kJ/m3和2149.4 kJ/m3)、干密度、含水率和养护龄期对固结体无侧限抗压强度和渗透系数的影响.结果表明,无侧限抗压强度随击实功、干密度和养护龄期的增加而增大,随含水率的增加而减小;渗透系数随击实功、干密度和养护龄期的增加而增大.对固结体进行击实可以减少固结体内部结构的孔隙并提升固结体结构的密实度,从而提高了固结体的强度和抗渗性能.表明在全尾砂固结排放中,可以通过击实的手段提高全尾砂固结体的强度和抗渗性,进而提高全尾砂固结体的稳定性.     

冻融循环对全尾砂固结体强度与微观孔结构的影响

通过实验室试验,对冻融循环作用下全尾砂固结体强度与孔结构演化规律进行了研究。以含有自制胶凝材料TC-Ⅰ的全尾砂固结体为试验对象,运用抗折抗压试验机与压汞仪分别对标准养护条件下与冻融20次后的试件进行了力学与压汞试验,并通过理论推导得出损伤量D。研究结果表明:养护3d时的强度低于其冻融20次的强度,7d后的强度有所反超;标准养护条件下的孔隙率、总孔隙量、孔总面积、平均孔径4个全尾砂固结体内部孔结构参数均随养护时间的增长而减小,冻融循环20次后的孔结构参数变化规律与之相反,且其推导出的损伤量D与强度关系为:D=-0.184σ+0.5479;从强度与孔结构参数变化规律可以看出,35g/L的防冻剂掺量降低了冻融循环对全尾砂固结体的破坏作用。     

冻融循环条件下人工冻结砂土力学特性试验研究

通过两淮地区人工冻结砂土在不同含水率和冻结温度(-5℃、-10℃、-15℃等3水平)下进行冻融循环单轴无侧限抗压强度试验。结果表明：在冻结温度较高(-5℃)的条件下,不同含水率的冻结砂土随着冻融循环次数的增加,无侧限抗压强度先减小后增大。当冻结温度较高(-10℃)时,随着冻融作用次数的增加,瞬时强度先增加后减小,但变化幅度很小。当冻结温度为-15℃时,冻融作用对人工冻土的单轴抗压强度影响不显著。在试验温度范围内,冻融作用使其强度变化范围为0.16～1.32MPa。试验结果对深部矿井冻结法设计和施工提供科学指导。     

不同应变率下冻融损伤大理岩的动态压缩特性研究

为研究不同自然条件下边坡岩石的动态力学性质受冻融循环的影响,对冻融处理后的寒区边坡大理岩在干燥、饱水和冻结条件下进行了一系列动态压缩试验.试验结果表明,相同的冻融循环次数和相同的冲击气压下,常温水对岩石有软化作用,低温冻结对岩石有强化作用,随着冻融循环次数增加,岩样状态对岩石强度的影响逐渐减弱,两种应力因子逐渐接近１;冻融循环对岩样动态强度的劣化作用集中在冻融前期,冻融循环后期岩样动态强度变化不大;随着冻融循环次数增加,岩样动态强度的应变率效应逐渐减弱,且冻融循环对应变率效应的弱化作用也集中在冻融前期.     

液氮作用下冻结态与融化态煤体力学特征及劣化机理研究

液氮可通过改变煤层内部结构从而影响煤体力学性能。为研究液氮作用下煤体劣化机理,以冻结态和融化态煤样为研究对象,采用扫描电镜观测煤体内部裂隙形态,通过开展巴西劈裂试验、单轴抗压试验测得其力学特征变化。研究结果表明：单次冻结50 min以上,煤体抗拉、单轴抗压强度增加,随着冻结时间增长,煤体强度、弹性模量呈先增后减趋势;冻融循环次数增加,煤体力学性能降低,初期(0～10循环)降幅较大,后趋于平缓;冻融循环造成的煤体损伤更严重,融化态煤样更易形成致密裂隙网格;为评价不同状态煤体冻融损伤,计算相对弹性模量E,拟合冻融次数和相对抗拉强度σ_s、相对抗压强度σ_u的关系,随着冻融次数增加,E、σ_s和σ_u均在冻融初期大幅下降,后趋于平缓,且融化态煤体后期降低幅度大于冻结态煤体。     

冻融循环条件下人工冻土力学特性试验研究

通过两淮地区深部人工冻土在不同含水率和温度(-5℃、-10℃、-15℃等3温度水平)下进行冻融循环单轴瞬时强度试验。结果表明:在温度-5℃条件下,不同含水率的冻土随着冻融循环次数的增加,瞬时强度先减小后增大。当试验温度为-10℃时,随着冻融作用次数的增加,强度先增加后减小,但变化幅度不大。当试验温度为-15℃时,冻融作用对人工冻土的强度影响不显著。在试验温度范围内,冻融循环使人工冻土强度变化范围为0.16~1.32 MPa。试验结果可以对深部矿井冻结法设计和施工提供科学指导。     

超低温冻融循环下灰岩抗压强度与孔隙率的演化特征及衰减模型

为探究超低温冻融循环下灰岩抗压强度演化特征,在 －１００℃温度下对灰岩试样冻融循环０~１２次,采用核磁共 振、电镜扫描和单轴抗压强度试验探究灰岩试样解冻前和解 冻后的孔隙率、抗压强度和微观结构.结果表明:①在超低 温冻融循环条件下,随着冻融次数的增加,解冻前岩石抗压 强度随冻融次数的增加呈线性降低,解冻后岩石抗压强度和 岩石孔隙率随冻融次数的增加呈非线性降低;②解冻前岩石 抗压强度来源于岩块自身强度与冰的强度,以及冰充当胶结 物与固体颗粒黏结产生的固结力,使得解冻前岩石抗压强度 始终大于解冻后岩石抗压强度;③Mutluturk衰减函数模型 能较准确地表征超低温冻融循环下灰岩孔隙率的变化特性, 但表征抗压强度特性的误差较大,基于此提出了改进模型, 相关系数达０．９９８８,能够更为准确地表征灰岩在超低温冻融 循环作用下的强度衰减特性.     

矿渣-脱硫灰基固结剂的尾砂固结效果

为开发利用矿渣和脱硫渣,以矿渣和脱硫灰为主要原料,掺入少量石灰石和活性激发剂后,粉磨制得矿渣脱硫渣基固结剂（矿渣、脱硫灰、石灰石、激发剂的配合比为81∶13∶2.5∶3.5）,并以该固结剂为胶凝材料,以2种不同性质的尾矿为固结对象,对比了固结剂料浆和32.5#水泥料浆的流动度、保水性以及不同养护龄期固结体的无侧限抗压强度。结果表明：固结剂的基本性能指标达到,甚至优于32.5#水泥;固结剂料浆的流动度、保水性均略高于相同条件下的32.5#水泥料浆;提高固结剂的掺量、延长养护时间,其固结体的无侧限抗压强度越高;相同条件下,固结剂固结尾矿的能力明显优于水泥,固结剂掺量为5%时固结体的无侧限抗压强度和水泥掺量为10%的固结体的强度相当。因此,矿渣-脱硫渣基固结剂可以替代32.5#水泥用于尾矿的固结。微观分析表明,随着养护龄期的延长,胶凝材料的水化反应越来越充分,凝胶逐渐充填尾矿颗粒间隙,固结体越来越密实,抗压强度越来越高。     

高温干燥养护时间对铁尾矿基水泥胶砂力学性能的影响

为探究高温干燥养护时间对铁尾矿基水泥胶砂强度的影响,研究了不同铁尾矿粉磨时间下干燥养护时间对试件力学性能的影响,并结合XRD、SEM及EDS等微观手段分析水化产物种类、数量及结构特征。结果表明：①60 ℃干养可激发铁尾矿的火山灰活性,试件的力学性能与养护时间成正比。掺加粉磨时间1 h的铁尾矿,在60 ℃的温度下干养16 h可得到抗折、抗压强度达9.29 MPa、40.46 MPa的铁尾矿基水泥胶砂。②高温干养时长不影响铁尾矿基水泥净浆的水化产物种类,但是对水化产物的结构与数量以及水化产物覆盖程度有影响。随着高温干养时间的延长,净浆内部C—S—H纤维长度增加、数量增多,钙硅摩尔比减小,Ca(OH)2消耗更剧烈,水化产物明显变密实,表面几乎不含有害孔。     

钒钛矿渣制备全固废胶凝材料的初步研究

为大宗利用钒钛冶金渣，减少废弃物堆存及资源浪费。现利用承德钒钛矿渣、钢渣和脱硫石膏制备全固废胶凝材料，研究不同钒钛矿渣掺量、不同养护温度对胶砂试块抗压强度的影响，阐述钒钛矿渣-钢渣基胶凝材料的水化机理。结果表明：当水胶比为0.38，钒钛矿渣、钢渣、脱硫石膏分别占胶凝材料的58%、30%、12%时，制备的胶砂试块抗压强度最高。养护温度对胶砂试块早期抗压强度有明显影响，养护温度30 ℃时胶砂试块3 d抗压强度为养护温度45 ℃时3 d抗压强度的1.85倍。XRD、SEM、IR等分析表明：水化产物主要为钙矾石（AFt）和C-S-H凝胶；随着水化反应的进行，水化产物不断增多，C-S-H凝胶与AFt交错生长，结构致密，从而保证了胶砂试块抗压强度的增长。     

硫铁矿尾矿矿渣改良混凝土力学性质与耐久性

为了研究黔北地区的硫铁矿矿渣在代替混凝土骨料后混凝土的力学性能，采用X衍射仪对黔北地区的硫铁矿尾矿进行物相和矿物成分的分析，用硫铁矿尾矿矿渣来制备硫铁矿尾矿矿渣改良混凝土，并对其力学性质和冻融特性进行研究。结果表明:硫铁矿尾矿矿渣掺量的增大可以延长了改良混凝土的凝结时间，而在硫铁尾矿矿渣掺量为20%以及混凝土的水灰比为0.40时，改良混凝土的7 d抗压强度和28 d抗压强度较大。在同一水化时间下，混凝土的水化放热速率、水化放热量以及DTA值随着硫铁尾矿矿渣掺量的增大不断降低。同时，随着冻融次数的不断增大，混凝土的抗压强度不断减小，且抗冻性指标也不断减小，这说明了冻融循环作用可以削弱水泥固化土抵抗变形能力和降低承载力的作用。      

不同养护条件对铁尾矿混凝土性能的影响

以未磨的鞍钢齐大山铁尾矿为骨料,以铁尾矿、高炉矿渣、水泥熟料和天然石膏3级梯级混磨产品为胶凝材料制成铁尾矿混凝土试块,对直接标准养护、先56 ℃蒸汽养护再标准养护、先90 ℃蒸汽养护再标准养护的混凝土试块进行了强度、水化产物及微观结构分析。结果表明：与直接标准养护比较,先56 ℃蒸汽养护可以提高试块不同龄期的强度,但先90 ℃蒸汽养护仅能提高试块的早期强度、对后期强度有负面影响;不同养护方式都形成由石英,未水化的C₃S和C₂S,水化产物CH、钙矾石和C-S-H凝胶组成的致密的铁尾矿高强结构材料,但对铁尾矿混凝土的水化硬化过程有重要影响。     

寒区尾矿力学特性的环境响应试验

通过室内冻融循环后的直剪试验, 研究了不同次数冻融循环对寒区干堆尾矿物理力学特性的影响。在相同冻融循环条件下, 分别设置了开放和密封的试验环境以研究试样在不同冻融循环次数后的表面龟裂、含水率、抗剪强度、粘聚力和内摩擦角的环境响应。运用数学拟合函数获取了干堆尾矿力学特性对环境的响应关系。试验结果表明: 开放组试样表面在经历6次冻融循环后开始出现龟裂, 而密封组试样表面无明显变化; 开放组和密封组试样的含水率分别在12次和9次冻融循环后趋于稳定; 随着冻融循环次数的增加, 开放组试样的抗剪强度、粘聚力和内摩擦角均增大, 而密封组试样的抗剪强度、粘聚力和内摩擦角均减小。     

裂隙岩石冻融循环下裂纹扩展特征研究

高寒山区工程岩体往往在水和温差作用下，受到往复的冻融荷载作用，导致岩体裂纹扩展甚至破坏。通过开展-20～20 ℃范围内4类含裂隙岩石冻融循环试验，分析了不同岩性裂纹扩展类型和原因、裂纹扩展随冻融循环增加的全过程，并讨论了20次冻融循环下灰岩和红砂岩的裂纹扩展机理。结果表明：含裂隙岩石裂纹扩展可分为3种类型：沿上部裂隙尖端贯通岩桥、沿上部裂隙尖端环向扩展和无明显裂纹破坏；板岩的水平板理导致裂纹沿环向扩展，灰岩局部发育的软弱面使裂纹反倾下部裂隙扩展，花岗岩高强度和低孔隙率的特征使其难以在此次试验条件下产生宏观裂纹。断裂力学分析揭示了灰岩和红砂岩呈Ⅰ型裂纹扩展的原因，表明初始裂纹扩展方向与上部裂隙走向近似，裂纹扩展长度与岩石抗拉强度和断裂韧度有关。     

利用钼尾矿制备胶凝材料的水化反应机理研究

以钼尾矿为主要原料,辅以高炉渣、石膏等原料,制备多固废胶凝材料,研究了钼尾矿掺量、养护工艺对净浆试样力学性能的影响,并利用XRD、DTA-TG和SEM等方法对钼尾矿胶凝材料的水化反应机理开展了基础研究。结果表明,当m(钼尾矿)∶m(矿渣)∶m(熟料)∶m(石膏)为30∶50∶10∶10时,60 ℃养护试样的性能相对较好,28 d抗压强度可以达到48.4 MPa。钼尾矿废渣胶凝材料的水化产物主要是AFt和C-S-H凝胶,随着龄期的增加,其水化产物也逐渐增多。多种水化产物相互交织、穿插和填充,促进试样强度的不断增长。      

水泥改良铁尾矿砂路基填料的力学特性研究

以辽宁省鞍山地区的铁尾矿砂为研究对象,采用水泥固化剂对其进行改良,研究改良后尾矿砂的力学特性、冻融循环后试样性能以及水稳定性。结果表明：在相同水泥固化剂用量的条件下,随着养护周期不断增长,改良后铁尾矿砂的无侧限抗压强度逐渐非线性增大,但是在养护初期材料的强度增长幅度较大,随着养护时间的增大强度增长速率有所减缓;在同一水泥固化剂用量的条件下,随着养护周期不断增大,改良后铁尾矿砂的水稳定系数变化规律呈现出先减小后增大的趋势;随着压实度的增大,改良后铁尾矿砂的强度损失率逐渐减小。