液体表面张力对混凝土断裂能及其应变软化的影响

为研究混凝土中水分含量及浸泡混凝土液体表面张力对混凝土断裂能的影响,通过切口梁三点弯曲试验测定混凝土的断裂能的方法对全干燥、半干燥、水浸泡和海水浸泡四组混凝土试件进行了测试,并用CONSOFT软件对试验曲线进行了拟合。试验表明混凝土随着所含水分的增加其断裂能减小;浸泡混凝土液体的表面张力越大,混凝土的表面能越小,其断裂能也越小。海水对混凝土断裂能的影响是最显著的。     

水分含量对PVA-SHCC断裂能及应变硬化的影响

为研究PVA-SHCC在不同水分含量下的断裂能及应变硬化,对全干燥、半干燥（RH=75％重新润湿）和水浸泡PVA-SHCC进行了三点弯曲与四点弯曲试验。实验表明：PVA-SHCC弯曲韧性受温度影响显著;随水分含量的增加开裂应力减小,变形增大;干燥后的PVA-ECC断裂能随着水分含量的增加逐渐增大。     

酸性环境下自燃煤矸石混凝土耐久性试验研究

为研究酸性环境作用对自燃煤矸石混凝土耐久性的影响,首先将自燃煤矸石混凝土试件分别放置在3种不同p H值的酸性溶液中进行腐蚀,然后参照ASTM C1585规范中的吸水试验方法,对自燃煤矸石部分替代传统粗骨料的混凝土试件水分传输能力进行试验,分析溶液p H值的变化规律,比较了酸性环境腐蚀和煤矸石掺量对试件吸水指标(累积吸水高度和两阶段吸水率)的影响。结果表明:随着浸泡时间的增长,酸性溶液的p H值逐渐增大;酸性环境腐蚀对自燃煤矸石混凝土的水分传输能力有明显影响,p H值越小,试件吸水指标增加越显著。另外,随着自燃煤矸石替代传统粗骨料量的增加,试件吸水指标亦不同程度提高。     

微波干燥褐煤复吸特性研究

为了研究干燥后褐煤的水分复吸情况及其影响因素,对蒙东褐煤进行了微波干燥试验,在300W、600W、900W的微波功率下对不同粒级的褐煤分别进行干燥,继而研究褐煤粒度和微波功率对干燥后褐煤复吸水分情况的影响,并与热风干燥进行对比。结果表明:与热风干燥相比,微波干燥后褐煤的水分复吸更少,并且相对湿度越高这种优势越明显;在微波干燥中,干燥后褐煤的复吸能力与颗粒粒度大小以及微波功率成正相关。     

褐煤负压干燥动力学研究

运用真空干燥箱,进行了不同压强、不同温度组合下的褐煤负压干燥试验研究,根据煤样含水率与干燥时间之间对映规律,提出一个简单数学模型,并引入干燥压强、干燥温度有关的系数k、m,得到褐煤负压干燥的动力学方程X=X_(0e)~(-kt)~m及干燥速率方程dX/dt=X_(0e)~(-kt)~m(-kmt~(m-1));另外,对干燥温度和压强对煤样终点含水率的影响进行了分析探讨,结果表明:使煤样水分能够彻底脱除的煤内孔隙半径均在纳米级,环境压强越小、温度越大,煤样最终含水率越小,说明煤中存在大量盲孔,小的外输能量(压力梯度、温度梯度)不足以使盲孔破裂。     

神东矿区金烽煤低温干燥脱水的研究

对煤干燥脱水工艺过程进行了研究,并对干燥过程进行优化,在降低金烽煤水分的同时,提高其发热量。研究结果表明,随着干燥时间的延长,煤样的水分降低值随之增加;热空气的温度越高,水分降低效果越明显,煤的发热量的提升越显著;不同湿度的空气对干燥效果的影响不大。该工艺可解决年轻烟煤含水量高、发热量低、难适合远距离运输的难题。     

水分对不同煤阶煤瓦斯放散初速度的影响

为提高矿井煤与瓦斯突出预测的准确性,对经过干燥处理的不同含水量的无烟煤、焦煤和长焰煤的瓦斯放散初速度进行了测定。结果表明:水分对无烟煤、焦煤和长焰煤的瓦斯放散初速度均有影响,同一煤阶煤样的水分越大,瓦斯放散初速度越小;且瓦斯放散初速度随水分增加呈指数式减小,水分减小了煤样的瓦斯吸附量是造成瓦斯放散初速度减小的根本原因;水分对无烟煤瓦斯放散初速度影响最大,长焰煤居中,焦煤最小,其原因为不同煤阶煤的孔隙特性不同。     

煤气化细渣的恒温干燥特性研究

煤气化细渣的高持水性严重影响了其资源化利用。本文通过研究煤气化细渣的表观形貌(SEM)、主要元素分布(EDS)和孔隙结构(BET),明确了其持水性强(64.64%)的根本原因。通过不同温度下的恒温干燥实验，研究了煤气化细渣恒温干燥过程中的干燥动力学，构建了各干燥温度下的Logarithmic恒温干燥动力学模型。干燥温度从80～120℃,样品恒温干燥过程中的等效水分扩散系数D_e值介于0.0025～0.0048。温度越高，D_e值越大，水分越容易从颗粒内部扩散到外部，干燥越易进行。     

内蒙古扎赉诺尔褐煤低温热处理提质研究

通过对华能扎赉诺尔煤业公司生产的褐煤的恒温干燥、显微红外试验、X射线光电子谱(XPS)、热重及扫描电子显微(SEM)试验,表征和展现了褐煤煤样的基础性能,从而得出褐煤干燥可分为升速干燥提质阶段和降速干燥提质阶段,煤样颗粒表面与内部温差越大,颗粒水分扩散驱动力越强,有效水分扩散系数越大,越有利于干燥的进行。并且褐煤干燥时应尽可能在氮气流中进行,温度控制在361℃内,以防止褐煤热解;干燥后煤样表面失去原有的平整和致密结构,出现大量不规则且大小不等的团块和颗粒,孔隙和裂隙明显增多,因此在一定程度上将会增大干燥后褐煤的复吸现象,不利于后期干燥褐煤的储存、运输。     

低强度抗冻抗渗混凝土配合比设计及其力学特性

通过对低强度混凝土配合比进行优化设计，并开展混凝土的抗冻、抗渗和力学等性能的试验研究。分别研究了最优水灰比、引气剂掺量等因素对混凝土抗冻性能的影响，并在上述条件下研究了其对强度和抗渗等性能的影响，以及饱和与自然养护条件下混凝土抗压强度变化特点。结果证明：在严寒地区，在满足工程结构混凝土强度和抗渗要求的情况下，即使配制低强度混凝土，通过掺适量引气剂和选用适当的水灰比能显著提高低强度混凝土在高寒干燥地区的抗冻耐久性。     

含水率对红砂岩抗拉强度及形貌特征的双线性曲线影响研究

为探究含水率对红砂岩抗拉强度及断面形貌的影响,对不同含水率的红砂岩试样进行巴西劈裂试验,并利用Talysurf CLI2000三维表面激光形貌仪对劈裂后试样断面进行扫描,分析并定量描述形貌参数的变化趋势。结果表明,含水率低于临界含水率时,抗拉强度受含水率影响微弱,含水率超过临界含水率时,抗拉强度受含水率影响强烈。当含水率趋于饱和(约4.67%)时,红砂岩抗拉强度降低20%左右;随着含水率的增加,形貌特征参数变化反映断面总体呈现由凸凹不平到缓和平稳的趋势,断面分形维数值减少直至趋向于2(断面趋近二维平面),高度直方图和Abbott-Firestone曲线变化趋势表明断面高度分布变集中且均匀、断面起伏趋于平缓。     

清洁压裂液与水对煤层渗透率影响对比试验研究

针对煤矿井下采用不同压裂液增加煤层透气性的工程问题,开展了多组有效应力作用下烘干、含水与含清洁压裂液3种煤样的渗透率对比试验,并利用多孔介质和流体力学理论分析了压裂液影响煤层渗透率的机理。研究结果表明：饱和清洁压裂液煤样渗透率比饱和水煤样渗透率平均高出177.83%,随着有效应力增加,煤样渗透率均呈指数关系降低;压裂液对煤层渗透率的影响受表面张力影响,表面张力大,液体会在煤体内占据更多瓦斯运移通道,从而降低煤层透气性,与清水相比,清洁压裂液有效降低了煤体内部孔隙表面液体张力,增大了瓦斯运移通道,提高了煤层渗透率,有利于煤层气的抽采。     

不同含水状态砂岩分级加载蠕变变形特性研究

针对矿山开采过程中矿柱在长期地应力作用下发生的蠕变破坏受其含水状态影响的问题,利用岩石蠕变-冲击试验机,开展了干燥、饱水和浸水状态下的砂岩分级加载蠕变试验。超声波特性能够反映岩石 内部结构和力学特性,因此基于超声波测试分析含水岩石蠕变过程中的声学特性,探索水对岩石力学特性弱化作用机理;研究含水状态对岩石蠕变破坏特性的影响,揭示含水矿柱蠕变破坏前兆和时间规律。基于干燥 和饱水砂岩分级加载蠕变过程超声波测试,讨论了加载过程中超声波波速、主频和幅值的变化规律。结果表明：随着应力水平增加,干燥和饱水砂岩的主频及幅值都在降低,出现“频率漂移”现象,砂岩饱水后表现 出低通滤波特性;与干燥状态下的砂岩相比,饱水状态使其损伤量增大。初始含水状态影响蠕变变形量和变形速率,浸水砂岩和饱水砂岩破坏的时间和应力水平低于干燥试样;试样破坏前都有蠕变应变从缓慢增大到 急剧增大的一个拐点,蠕变应变过了拐点后0.5 h之内试样破坏。干燥、浸水和饱水岩石蠕变破坏模式分别为X型破坏、整体破碎为多块和沿轴向张拉破坏。     

含水煤样动态拉伸能量演化与破坏特征试验研究

为研究不同含水煤样动态拉伸变形破坏过程的能量耗散规律,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对不同含水煤样进行冲击加载下的动态劈裂试验,并结合超高速数字图像相关(DIC)试验系统对煤样动态拉伸破坏过程进行观测。基于试验结果分析,获得了煤样破坏过程能量耗散特性随含水率的变化规律,分析了含水率对破碎煤样分形维数的影响。研究结果表明,冲击载荷下应力波是煤样内部大量微损伤结构及原生孔隙、空隙损伤演化的主控因素,煤岩体破碎是一个能量吸收与耗散的过程,随着冲击载荷的增加煤样耗散能密度呈线性增大,但当入射能较小时煤样耗散能密度值相差不大;试样分形维数随加载气压的增加而增加,且增加速率有减小趋势,同种加载气压下,饱和煤样的分形维数最大,干燥煤样的最小;煤样破坏主要以拉伸劈裂为主,破坏裂纹沿加载方向发育,率先在圆盘中部起裂,随后萌生多条次生裂纹,次生裂纹随加载气压的增大而增多,低加载气压下,劈裂裂纹在煤样中的扩展时间较长,扩展速度较慢;基于数字图像技术发现冲击载荷下饱和煤样中部出现多个主应变集中域,且范围逐渐扩大最终沿径向发育贯通。     

铁尾矿砂掺量对混凝土力学性能、耐久性及水化特性的影响研究

为探究铁尾矿砂掺量对铁尾矿砂混凝土力学性能及耐久性的影响,以唐山某铁尾矿砂为骨料,考察了不同铁尾矿掺量下混凝土的抗压抗折强度、抗冲击性能、抗渗性能以及水化特性。结果表明：①随着铁 尾矿砂掺量的增加,混凝土抗压强度与抗折强度均呈现先增大后减小的趋势,铁尾矿砂掺量为10%时抗压强度最大,铁尾矿砂掺量为20%时抗折强度最大;混凝土的冲击功及断裂吸收能量呈现先增大后减小的趋势,铁 尾矿砂掺量为20%时冲击功及断裂吸收能量取得最大值。②随着铁尾矿砂掺量的增加,混凝土的吸水率逐渐降低,而混凝土的碳化深度及渗透深度先减小后增大,当铁尾矿砂掺量为20%时混凝土的抗碳化性能及抗渗性 能最佳。③随着水化反应的持续进行,水化放热速率呈现增、减、增、减的变化趋势,但同一水化时间下混凝土的水化放热速率随着铁尾矿砂掺量的增大而减小;随着水化时间的延长,混凝土的水化放热量呈现不断 增大的趋势;铁尾矿砂掺量增加,同一水化时间下混凝土的水化放热量越小。     

含水对泥质粉砂岩I型断裂的影响机理及试验研究

张性断裂是工程岩体一种常见的致灾破坏形式,而工程现场中普遍的水环境增加了探究张性断裂的复杂性。利用TAW-3000电液伺服岩石试验机及PCI-2型全数字化声发射监测系统,对三种不同含水状态的泥质粉砂岩进行巴西圆盘劈裂试验,得到干燥状态、自然状态及饱水状态下岩石的力学曲线和声发射特征。试验结果表明,三种含水状态的泥质粉砂岩均发生了纯I型断裂,受泥质胶结成岩方式的影响,该岩石受水的软化作用效果明显,饱水状态岩石的平均抗拉强度仅为干燥状态下的39.71%。岩石I型断裂演化过程中,饱水岩样的声发射活动受到抑制,加载过程中能量释放微弱。此外,在岩石临近破裂前,干燥状态有高频主频值出现,饱水状态下有低频主频值出现。随着含水量增加,100kHz附近主频带逐渐减少,分布逐渐向中低主频带集中。值得注意的是,20 kHz和50 kHz的中低主频带“分布极少→集中出现→逐渐消失”的演化规律可作为本次泥质粉砂岩I型断裂试验的敏感频段。     

低碱度生态型人工鱼礁材料的实验研究

利用矿渣-CaO-脱硫石膏为胶凝材料、海砂为骨料,制备出了较高强度的新型人工鱼礁。借助力学性能测试、X射线衍射、热重分析和扫描电镜考查了脱硫石膏对新型人工鱼礁材料的抗压强度和水化产物的影响。结果表明：适量脱硫石膏的掺加能够显著提高CaO激发矿渣胶凝材料的胶结强度,促进钙矾石(AFt)在水化过程的优先生成,较佳石膏掺量条件下3 d强度可提高51.4%,7 d强度提高35.7%,28 d强度提高25.2%;重金属离子溶出检测结果表明,浸泡试样的海水水质符合国家一类海水水质标准;表面浸出液pH值检测显示,人工鱼礁材料试块海水浸泡初期,表层有少量OH-溶出,使浸泡液pH值由新鲜海水的8.0升至8.5,但60 d后恢复到正常值;此外,海域实地挂板实验表明,制作出的鱼礁海水相容性良好,有大量水生生物附着。低碱度生态型人工鱼礁能够满足鱼礁的基本性能要求,具有广阔的应用前景,为矿渣及海砂的资源化综合利用提供了一条新的途径。     

含水率对红砂岩瞬时和蠕变力学性质影响的试验研究

水是影响岩体工程稳定性的重要因素。为了全面分析水对岩石瞬时及蠕变力学特性的影响,设计了两类试验：单轴压缩强度试验和蠕变试验。通过吸水试验分析红砂岩的吸水特征,并以此为依据制备不同含水率的标准试件。首先对9组不同含水率的试件进行单轴压缩强度试验。利用体积应变法和LSR法(Lateral Strain Response)确定红砂岩在单轴压缩条件下的4个特征应力：闭合应力、启裂应力、损伤应力和破坏应力, 从而得到了含水率与红砂岩力学参数的定量关系。结果表明,应力应变曲线上各阶段特征应力随含水率增大而服从负指数规律衰减,并且当试件达到饱和后,各特征应力趋于稳定。由于高孔隙率的特性,导致红砂岩的特征应力在短时间内显著降低。启裂应力σi与闭合应力σc之差随着含水率的增加而减小。这说明水的增加导致红砂岩非线性特征增强。强度和弹性模量损失系数随含水率呈指数函数增长的趋势,饱和红砂岩的强度和弹模总损失系数分别是0.484和0.334。此外,将5组不同初始含水率的试件持续浸在充满水的环境试验箱中,开展荷载与水共同作用下的蠕变试验,从而得到长期水环境对红砂岩蠕变力学特征的影响。结果表明,试件的瞬时应变和稳态应变率随含水率增加呈指数形式增大,蠕变应变和破坏时间随含水率增加而减小。当含水率趋于稳定时,红砂岩的蠕变特性仍然有显著的变化,其原因在于环境中的水沿蠕变新生成的裂缝进一步运移到裂缝尖端,初始裂纹进一步扩展。实验结果不仅强调了短时间内水对高孔隙率岩石瞬时力学性质的急剧弱化作用,而且强调了环境中的水对饱和岩石蠕变力学性质的持续影响作用。此外,实验数据和拟合方程将为岩体工程长期稳定性的评估提供一定的参考价值。     

齐大山铁尾矿制作人工鱼礁材料的研究

以齐大山铁尾矿为主要原料制备了人工鱼礁混凝土,并进行了性能与机理研究。结果表明,铁尾矿掺加量为70%的鱼礁混凝土,标准养护28 d的抗压强度达到47.3 MPa,抗折强度达到8.6 MPa;比表面积达到720 m²/kg的铁尾矿球磨细粉具有一定的火山灰活性,在人工鱼礁混凝土中能起到良好的活性粉末填充作用;人工鱼礁材料试块海水浸泡初期,表层有少量OH-溶出,使浸泡液pH值由新鲜海水的8.0升至8.5,但69 d后恢复到正常值;重金属离子溶出检测结果表明,浸泡试样的海水水质符合渔业水质国家标准。因此,大比例掺加齐大山铁尾矿制备的人工鱼礁混凝土不仅具有良好力学性能,还能满足人工鱼礁所要求的低碱、无污染要求,表现出了良好的海洋适应性,使大规模综合利用铁尾矿和海洋渔业增殖成为可能。