砒砂岩抗剪强度与其结构特征关系

通过直剪试验、X射线衍射、电镜分析的方法,分析了红色砒砂岩和白色砒砂岩力学性能随含水率的变化规律,观测了砒砂岩的颗粒粒径分布、矿物组成及微观形貌,探讨了砒砂岩结构特征对抗剪强度的影响。结果表明,含水率对红色和白色砒砂岩抗剪强度的影响不同,红色砒砂岩抗剪强度随含水率增大先增大后减小,黏聚力起主导主用,白色砒砂岩抗剪强度随含水率增大而减小,摩擦力和咬合力起主导作用;红色和白色砒砂岩的主要矿物是石英、长石、蒙脱石和方解石,长石的易于风化,蒙脱石的遇水膨胀及方解石的易分解,导致砒砂岩力学性能较差;白色砒砂岩以粗砂为主,含少量细砂,颗粒有明显棱角,孔隙较大,导致颗粒间具有较强的摩擦力和咬合力,而红色砒砂岩细砂含量较多,结构连接较致密,导致滑动过程中以黏聚力为主导,咬合摩擦作用较弱。     

碱激发下砒砂岩钢渣粉水泥复合土强度及微观机理

为减少砒砂岩区土壤水土流失，实现钢渣粉和砒砂岩在实际工程中的有效利用，通过无侧限抗压、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜、超景深三维显微镜和压汞等试验，探究钢渣粉掺量、碱质量分数对砒砂岩钢渣粉水泥复合土宏观力学性能及细微观结构的影响。研究结果表明：在高温碱激发作用下，钢渣粉水化生成的凝胶和铝铁钙石对复合土的增强作用低于水泥对复合土的增强作用，导致钢渣粉替代水泥掺量增加，复合土的抗压强度降低；碱激发剂增加，可促进钢渣粉水化生成产物增多，更好地起到胶结土颗粒和填充内部孔隙的作用，使复合土表面结构更均匀，内部结构更密实，抗压强度提高，碱质量分数为2%时，效果最佳。研究成果可为砒砂钢渣粉水泥复合土在工程实际应用提供理论依据。     

改性黄河砒砂岩筑坝材料性能试验

为改变砒砂岩遇水溃散的特性,满足砒砂岩区淤地坝建设对建筑材料的需求,研究了砒砂岩改性技术。通过试样固结体积观测、抗剪强度测试、X射线衍射(XRD)、热重(TG-DTG)分析和扫描电子显微镜(SEM)分析,探讨了不同浓度改性剂对砒砂岩固结体积、抗剪强度、矿物组成和微观结构形貌的影响。试验结果表明,改性后砒砂岩的膨胀性得到显著抑制,材料体积稳定性及抗剪强度得到提高,试样的体积减小率及抗剪强度最大值分别为50%和138 kPa;改性后试样中蒙脱石晶层间距和试样质量损失明显减小,试样的水化膨胀特性得到有效控制;改性后试样的孔隙结构得到改善,裂隙数量及尺寸显著减小,试样更加均匀密实。     

砒砂岩侵蚀的物理特性试验研究

砒砂岩侵蚀较为强烈,研究其易蚀的岩性物理特性对于认识侵蚀岩性机理具有重要意义。利用现场灌砂法、粒度分析等方法,开展了砒砂岩原状样密度、微观结构和级配等物理特性试验研究。结果表明:砒砂岩干密度为1.36~1.58 g/cm~3,远小于一般砂岩的密度;砒砂岩孔隙率大、透水性强为砒砂岩易发生水蚀提供了结构条件;砒砂岩黏粒含量低,颗粒粒径小于0.500 mm的颗粒含量高,为砒砂岩易发生风蚀且风化速率快提供了几何条件;砒砂岩碱性较强,为砒砂岩在酸性雨水环境下发生水蚀提供了化学条件。因此,砒砂岩的物理特性是砒砂岩易发生强烈侵蚀的重要内因。     

砒砂岩风化特性试验

采用X射线衍射仪、超景深三维显微镜对不同深度的砒砂岩进行矿物成分检测及微观结构观测,研究了不同深度砒砂岩的风化特性,选取次生矿物总量、孔隙率作为评价指标,对不同深度砒砂岩的风化程度进行判定。试验结果表明:不同深度砒砂岩中所含的矿物种类相同,主要为石英、长石、绿泥石、方解石、伊利石、黑云母、高岭石等,但所含的次生矿物总量不同,随着深度的增加,次生矿物总量降低;随着深度的增加,砒砂岩表面粗糙度逐渐减小,微裂隙、孔隙的尺寸及数目逐渐减少,砒砂岩受外界环境影响减小,风化程度逐渐降低。     

砒砂岩物质组成及其对养分含量的影响

对不同颜色(紫色、白色、粉色和灰色)的35个砒砂岩样品的矿物成分、化学成分及养分含量进行了分析,并在此基础上对砒砂岩物化特性对其肥力的影响进行了探讨。结果表明:1砒砂岩矿物成分主要为石英、长石、蒙脱石、方解石,含量分别为13%~55%、23%~56%、5%~28%、1%~25%,石英含量相对较低,说明岩石发育不够成熟,长石易风化,蒙脱石遇水膨胀,方解石易分解,导致砒砂岩抗蚀能力较弱,养分易流失;2砒砂岩化学成分中不稳定组分Na_2O、K_2O、CaO性质活泼但含量低,三组分含量总和为3.4%~15.0%,组分流失严重,砒砂岩持水保肥能力低;3受砒砂岩矿物组成、化学成分及当地降雨条件影响,砒砂岩总体养分含量非常低,按全国统一划分的六级制土壤养分含量分级表,砒砂岩pH值、有机质、全氮、全磷、全钾和速效磷含量为六级,速效氮含量为五级,速效钾含量为四级。     

砒砂岩膨胀溃散及抑制机理研究

对砒砂岩的颗粒、结构、物理及几何组成进行了研究,重点研究了砒砂岩的水蚀溃散机理及过程,分析了影响砒砂岩吸水膨胀和胶结稳定的主要因素,在此基础上构建了砒砂岩的膨胀–胶结二元力学模型。研究结果表明,砒砂岩的组成可划分为颗粒物、胶结物和填充物3部分,砒砂岩的溃散主要是胶结物难以约束填充物中的黏土矿物吸水膨胀导致的,控制砒砂岩溃散需从控制填充物的吸水膨胀和增强胶结物的胶结能力着手。基于砒砂岩溃散和抑制机理的研究,提出了砒砂岩膨胀溃散的改性方案。     

基于CT扫描试验的砒砂岩孔隙分布特征研究

岩石的孔隙分布特征是影响相关地质条件下岩质边坡稳定性的潜在因素。为了研究分布于黄河中游地区砒砂岩的微观结构特点,开展X射线断层CT扫描,获取砒砂岩的孔隙模型,提取图像信息并进行孔隙尺寸分布和分形特征研究。结果表明:砒砂岩试样的孔隙率达9.451%,连通孔隙占总孔隙的比例超过了60%,说明砒砂岩孔隙的连通性很强;砒砂岩孔隙的尺寸范围较大,将孔隙划分为大、中、小3类,其中大孔隙虽然数量只占1.50%,但其孔隙体积占比超过了52%,故大孔隙是决定砒砂岩孔隙发育程度的主要因素;试样不同高度处孔隙图像的分形维数在1.298～1.735之间波动,表明不同高度处的孔隙不规则度存在较大差异,反映了砒砂岩内部孔隙分布的不均匀性,这对力学指标的确定有较大影响,因而易导致砒砂岩边坡渗透和力学设计参数选取不准确。     

砒砂岩分布及岩性特征

砒砂岩是一种发育不完全,矿物成分主要为石英、钙蒙脱石及方解石的泥岩、泥沙岩,主要分布在晋陕蒙交界地区。通过对现有砒砂岩文献资料进行分析,归纳总结了砒砂岩的分布类型及分布面积、主要矿物组成及含量、化学成分、力学性能以及胶结、侵蚀机理。结果表明:砒砂岩分布区面积在1.2万²万km2之间,分布区内不同地点的砒砂岩主要矿物及化学成分相同,含量相近;砒砂岩力学强度较低,研究者得出的力学性能数据较为离散。结合砒砂岩研究现状,提出了几点关于砒砂岩未来研究方向的建议。     

凝灰岩粉掺和料的助磨剂类型和掺量优选研究

天然火山灰质凝灰岩有作为混凝土掺和料应用于西部地区水电工程建设的前景，而粉磨是凝灰岩粉掺和料生产和加工的关键环节。通过计算凝灰岩的粉磨功耗指数，分析了粉磨过程中凝灰岩物理参数的变化情况，同时利用X射线衍射(XRD)分析、X射线荧光(XRF)分析和扫描电子显微镜(SEM)等方法，研究了助磨剂类型和掺量对凝灰岩粉粉磨细度、化学成分和物相组成的影响。结果表明，凝灰岩粉的粉磨功耗指数为19.42 kW·h/t。随粉磨时间的延长，凝灰岩粉密度、烧失量和需水量比稍有增加，但细度先降低后趋于稳定。凝灰岩粉磨过程中伴随有颗粒的团聚和吸附效应，助磨剂能够提升凝灰岩粉颗粒的分散程度，从而提高粉磨效率，并且对凝灰岩粉的化学成分和物相组成没有影响。助磨剂按作用效果由强到弱依次为：三乙醇胺>乙二醇>丙三醇，其中三乙醇胺的饱和掺量范围是0.04%～0.05%。     

暖水乡砒砂岩地球化学分类类型与物源区特征

探究砒砂岩的地球化学分类类型与物源区特征是揭示砒砂岩成因的重要途径。基于暖水乡附近中三叠统二马营组砒砂岩的全岩地球化学分析数据,确定了该砒砂岩的地球化学分类类型、物源区母岩类型和风化强度,初步揭示了白色砒砂岩的成因。研究表明:研究区砒砂岩的地球化学分类类型主要为杂砂岩和长石砂岩,其次为石质砂屑砂岩;物源区母岩类型包括中基性和酸性火成岩以及沉积岩,物源区风化弱,并遭受了渐进风化作用;白色砒砂岩遭受了一定程度的还原性流体的影响,还原性流体可能为煤层气。     

砒砂岩的三轴强度特性及微观结构研究

为深入认识黄土高原地区砒砂岩干燥时坚如磐石、遇水后溃散泥化的微观机理,对不同粒度砒砂岩原状试样进行三轴剪切试验和CT扫描,获取不同粒度砒砂岩的强度特征和微结构特征,并分析了砒砂岩孔径的分布特点。结果表明:砒砂岩试样的抗剪强度随粒度增大而降低,试样的峰值强度与固结围压存在良好的线性关系;由CT扫描得到的砒砂岩二维图像显示不同粒度试样的孔隙形态非常复杂;从三维重构模型的统计结果发现砒砂岩平均孔隙半径随砒砂岩粒径的增大而升高;砒砂岩的强度存在明显的粒度效应,砒砂岩粒度大小决定了内部孔隙的分布情况,进而引起强度的改变。     

改性砒砂岩复合材料力学性能研究

为了进一步优化砒砂岩改性技术,探讨激发剂及掺合料对砒砂岩的改性激发效果,利用多种碱性激发剂混合激发砒砂岩,通过抗压强度测试及扫描电镜观察,系统研究了粉煤灰、矿粉和激发剂掺量及养护龄期对改性砒砂岩强度的影响。试验结果表明:掺加矿粉对砒砂岩试件抗压强度的增强作用比掺加粉煤灰的更显著;改性砒砂岩试件抗压强度随激发剂掺量的增加而提高,激发剂掺量为3%时改性试件28 d抗压强度较未改性试件提高了477%;在激发剂掺量为3%、用水量为10%、矿粉掺量为40%时,改性试件28 d强度达18.16 MPa;试件抗压强度随龄期延长而增强,龄期对改性砒砂岩试件早期抗压强度影响显著,对28 d后的影响相对较小。     

黄河砒砂岩中蒙脱石的基本特征

黄河砒砂岩是一种复杂的松散岩石,其含有黏土矿物蒙脱石是砒砂岩遇水膨胀溃散的主因,分析蒙脱石基本特性对于认识砒砂岩易膨胀溃散的机理非常必要。采用湿法提纯,从砒砂岩中分离出蒙脱石,通过XRF、XRD、ICP、Zeta电位、TG/DTG测试,对蒙脱石的类型、吸蓝量、层间离子交换容量及分子结构式等进行了分析。试验结果表明:砒砂岩中的蒙脱石为钙基蒙脱石;白色和红色砒砂岩中蒙脱石的吸蓝量分别为32.72、28.21 g/100 g,膨胀容分别为5.4、5.1 m L/g,离子交换容量(CEC)分别为112.72、104.91 mmol/100 g,Zeta电位分别为-24.5、-22.9 m V;红色、白色砒砂岩中蒙脱石的分子结构差别不大。     

橡胶混凝土抗冲磨性能试验研究

为对橡胶混凝土的抗水冲磨性能开展研究,试验分别以C40和C50普通混凝土为基准,将3种不同粒径的橡胶颗粒以6种不同的掺量等体积取代砂配制成橡胶混凝土,研究了橡胶颗粒以及改性剂对混凝土抗冲磨性能的影响。试验结果表明:掺加橡胶颗粒后,混凝土强度降低,抗冲磨强度提高9.57倍,且橡胶颗粒掺量越大、粒径越大,橡胶混凝土抗冲磨强度越高,但存在一个最优掺量,推荐15%为最优掺量;改性剂处理橡胶颗粒后,与不处理的相比,在一定程度上提高了橡胶混凝土的抗压强度,更为明显地提高了橡胶混凝土的抗冲磨强度,最大值提高了60%。研究结果为应对水工混凝土的冲磨破坏问题提供一种新材料和新方法。     

基于W-OH的砒砂岩抗蚀促生机理研究

砒砂岩区是黄河中游粗沙的主要来源区之一,而化学—植物措施对保护砒砂岩免受降雨和风力侵蚀具有较为明显的效果。从砒砂岩侵蚀机理、表面浸润性、抗蚀性、微观结构、红外光谱、保水性和植生等方面研究了一种新型亲水性聚氨酯复合材料(W-OH)对砒砂岩的抗侵蚀和促生机理。结果表明,砒砂岩易受侵蚀主要是组成和内部结构造成的,而W-OH溶液能够包裹在砒砂岩表面,形成一层具有保护作用的固结层,且可以很好地渗透入砒砂岩颗粒内部,增加颗粒间的黏结性,从而可以防止砒砂岩的进一步侵蚀。另外,W-OH为高分子材料,与水迅速反应可以形成网状的弹性凝胶体。该凝胶体具有保水保肥的作用,可以反复缓慢吸收和释放水分为植物生长所需,延长植物的生长期,起到促生的效果,从而为砒砂岩区综合治理提供理论依据。     

原状砒砂岩坡面产流产沙规律试验研究

为深入了解砒砂岩坡面的侵蚀产沙特征,在野外建立了人工原状砒砂岩坡面,通过放水冲刷试验对比研究了白色和红色原状砒砂岩坡面的产流、产沙过程。结果表明:白色砒砂岩坡面水分入渗率为18.9 mm/h,小于红色砒砂岩坡面的47.0 mm/h;白色和红色原状砒砂岩坡面水流平均流速与流量呈幂函数关系,相同冲刷流量条件下红色砒砂岩较白色砒砂岩产沙量及坡面水流含沙量大、抗侵蚀性弱;受水分入渗率和砒砂岩颗粒分离速度的控制,两种坡面土壤剥蚀率与单宽流量之间呈向下弯曲的二次曲线关系;两种砒砂岩坡面土壤剥蚀率与水力学参数的相关关系相似,说明其侵蚀产沙的水力学机制是一致的。     

安徽省·淮委水科院科研成果——机制砂高性能混凝土研究与应用

<正>河砂是短时期内不可再生的天然资源,市场供不应求,且砂子偏细。机制砂(Manufactured sand)是经除土处理,由机械破碎、筛分制成的,粒径小于4.75mm的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒,但不包括软质、风化的颗粒,俗称人工砂。机制砂在生产过程中不可避免地产生一些粒径小于0.075mm的石粉颗粒,约占机制砂总量的10%~15%。     

干湿循环下不同风化程度泥质粉砂岩崩解特性试验研究

为了研究干湿气候环境的变化对泥质粉砂岩崩解特性的影响,以新疆肯斯瓦特水利枢纽工程泥质粉砂岩为研究对象,通过室内模拟干湿淋水状态变化,对风化作用下的泥质粉砂岩进行崩解性和力学特性试验研究,结果发现:随着风化程度的加剧,泥质粉砂岩耐崩解性逐步减弱;循环崩解后,各粒径含量都呈现增加趋势,强风化的崩解速度和崩解含量高于风化程度低的岩石;风化作用促使泥质粉砂岩原生结构发生了改变,泥质物含量增加,使其强度和抵抗变形的能力降低。从崩解的微观机制上分析,黏土矿物含量、胶结物类型等对崩解的发生起了主导作用;风化作用促进了黏土矿物含量的增加,加速了崩解,不同风化类型导致崩解特性也出现差异性。     

粉磨作用对火山灰凝灰岩性能的影响

火山灰凝灰岩有作为掺合料应用于西部地区水利工程建设的前景。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)和X射线荧光分析(XRF)等手段，研究了粉磨作用对凝灰岩物理性能、化学成分和物相组成的影响，分析了凝灰岩活性指数与粉磨时间、养护龄期的相关关系。结果表明：凝灰岩细度随粉磨时间的延长而减小，但密度、烧失量和需水量比则略有增加。粉磨过程伴随有机械力化学作用，可对凝灰岩发挥物理活化的效果，但对凝灰岩的化学成分、元素分布和物相组成没有影响。凝灰岩活性指数与粉磨时间、养护龄期之间均呈对数关系。建议掺用凝灰岩时复配粉煤灰、矿渣等其他掺合料。