基于正交设计的模型试验相似材料的配比试验研究

在前人相似材料研究的基础上,应用正交设计方法,以（铁粉+重晶石粉）/骨料、铁粉/（铁粉+重晶石粉）、黏结剂浓度、石膏含量为4个因素,每个因素设置5个水平,设计了25组材料配比方案,进行了称重、单轴压缩、劈裂和直剪试验,获得了不同配比相似材料的密度、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和黏聚力等物理力学性质指标。试验结果表明：不同配比相似材料的物理力学参数分布的范围较大,能够满足不同性质岩体模型试验对岩体相似材料的要求;采用极差分析法分析了各因素的敏感性,发现（铁粉+重晶石粉）/骨料对试件密度、内摩擦角起主要控制作用,黏结剂浓度对试件的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、黏聚力起主要控制作用;并作出了各因素对相似材料物理力学参数影响的直观分析图,分析了各因素对相似材料参数的影响规律。     

石灰岩相似材料力学性能试验研究

石灰岩分布广泛,是工程施工常见的岩石种类.针对石灰石相似模型试验的需要,采用水泥石膏材料,对石灰石相似材料开展了试验研究.相似材料试验的条件设置包括３种水泥石膏比、３种砂胶比以及３种水固比,总共有２７种配比.对不同配比的相似材料试件开展了单轴抗压试验、巴西劈裂法试验、直剪试验、霍普金斯杆试验,测得了不同配比相似材料的抗压强度、抗拉强度、内聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比及动态抗压强度等力学参数.基于试验数据,分析了水固比、砂胶比、水泥石膏比对水泥石膏相似材料的力学强度变化规律.结合实测的石灰岩力学参数,分析了石灰岩相似模型试验的材料适用配比.     

基于诱导冒落开采模型的相似材料配比试验研究

依据大石桥大岭西山菱镁矿的开采现状, 以模型试验相似理论为基础, 应用正交试验设计法, 设计了基于砂胶比、石膏与水泥质量比、松香酒精溶液占河砂百分比的3因素5水平材料配比方案模拟菱镁矿石, 对不同材料配比方案的试件进行了力学参数测试, 确定了一种能模拟菱镁矿石的最佳材料配比方案。采用极差分析法分析了各个因素对试件力学参数影响的主次关系, 发现影响试件强度参数的主要因素是松香酒精溶液占河砂的百分比, 影响试件变形参数的主要因素是砂胶比。绘制了各因素对试件力学参数影响的直观分析图, 分析了各因素对试件力学参数的影响趋势。     

基于响应面法的页岩相似材料配比试验研究

为高效选取页岩相似材料配比,使用水泥和石膏为胶结材料,河砂和重晶石粉为骨料配制页岩相似材料,采用响应面法进行试验设计及数据分析,以砂胶比(骨料质量/胶结材料质量)、水泥含量(水泥质量/胶结材料质量)、重晶石含量(重晶石粉质量/骨料质量)3个因素作为控制因素,以密度、单轴抗压强度和弹性模量作为目标响应,分别建立了相似材料密度、单轴抗压强度、弹性模量与各配比因素间的多元非线性回归模型。对因素进行了方差分析和响应面分析,研究表明,砂胶比、水泥含量、重晶石含量对相似材料密度、单轴抗压强度、弹性模量均有显著影响,且砂胶比和水泥含量对密度、单轴抗压强度、弹性模量有显著的交互影响,砂胶比和重晶石含量对密度有显著的交互影响,水泥含量和重晶石含量对单轴抗压强度、弹性模量有显著的交互影响。确定了用于页岩相似材料配比的经验方程,并进行了试验验证。研究证明,响应面法在相似材料配比试验应用中具有较好的适用性和有效性。     

基于正交试验的岩层相似材料配比研究

为获得不同密度和力学强度的相似材料配比,选用石膏、碳酸钙及河砂3种原材料配置低强度相似材料,设置水量为1/7、1/9,测试了试件的物理力学等指标参数。试件的破坏形态主要呈现剪切破坏和劈裂破坏;水量为1/9和1/7的试件抗压强度分别为30.7～357.3 kPa、46.4～426.2 kPa,可以满足不同配比下岩层相似材料的力学要求。当水量为1/9时,碳酸钙:石膏质量比是影响相似材料单轴抗压强度的主要因素;当水量为1/7时,砂胶比是影响相似材料单轴抗压强度的主要因素。实验结果为煤层开采相似材料模拟试验提供了理论依据。     

基于三鑫金铜矿的相似材料配比试验

为确定物理模拟试验相似材料的配比,以砂子、水泥和石膏为相似材料,通过正交表L9(34)分别对模拟矿石、模拟围岩进行正交配比试验,并由多元线性回归分析得出相似材料配比与物理力学指标的回归方程。结果表明:(1)砂胶比、水石比、水料比3个因素中,砂胶比对模拟材料的影响程度最大,水石比次之,水料比最弱;(2)3个因素对密度均有一定影响但不明显,单轴抗压强度随砂胶比的增大而显著减小,随水石比和水料比的增大而缓慢增大;弹性模量随砂胶比的增大而显著减小,随水石比的增大而增大;(3)回归方程能较好地适用于用砂子、水泥、石膏制备的模拟材料的单轴抗压强度和弹性模量的计算。试验结果可为确定其他模拟矿体、围岩等相似材料的配比提供参考。     

石墨矿尾矿制备路面砖面层的试验研究

简单介绍了石墨矿尾矿的组成及物理性质,石墨矿尾矿砂浆制备及性能研究,石墨矿尾矿砂浆与胶磷矿尾矿基层复合后的力学性能,混凝土路面砖的性能测试等方面.利用胶磷矿尾矿作为基层骨料,石墨尾矿砂代替天然砂制备水泥砂浆附在道路砖面层,以及普通硅酸盐水泥(32.5R)作为胶凝材料制备彩色路面砖.砖的面层厚度8～ 10mm,原料配合比:灰砂比0.33(水泥含量占原料25％)、水灰比0.18、减水剂占水泥的0.8％、颜料占原料的5％,经砂浆制备、基层与面层复合、振动成型、抹平表面、标准养护等一系列工艺步骤制成彩色路面砖.经测定,该砖3d抗压强度达11MPa,7d抗压强度达17MPa,28d抗压强度达30MPa,符合路面砖国家标准,为矿山企业综合利用胶磷矿尾矿资源和石墨矿尾矿资源提供了可靠的技术依据.     

某铁矿胶固粉与水泥胶结充填体强度对比试验

针对某铁矿的充填胶凝材料选择和配比参数设计,开展了全尾砂胶固粉胶结充填体与水泥胶结充填体的强度对比试验。先考察全尾砂的基本物理力学特性,并在此基础上采用全面试验法设计试验,测试了不同灰砂比、不同质量浓度全尾砂充填体试块单轴抗压强度。结果显示：该铁矿山全尾砂的加权平均粒径为d_av=0.21 mm,大于0.074 mm的尾砂占53.82%,全尾砂较粗;灰砂比1∶10、浓度70%、28 d养护龄期的水泥胶结试块抗压强度为1.13 MPa,相同条件下胶固粉胶结试块抗压强度是水泥胶结试块的2.33倍即2.63 MPa;胶固粉胶结试块强度平均是水泥胶结试块的2.93倍即2.79 MPa。水泥胶结试块不仅强度相对较低,而且增大灰砂比,其强度增长率小于胶固粉胶结试块;降低灰砂比,水泥胶结试块强度不稳定。以上结果表明胶固粉的胶结强度高,成本也低于水泥,是较优的胶凝材料。     

深部岩体地质力学模型试验相似材料脆性的调整和表征

峰后脆性是深部岩体岩爆、分层断裂等变形破坏的决定性因素之一,因此深部岩体地质力学模型试用相似材料必须要重点考虑峰后脆性。在分析无机材料脆性机理的基础上,提出通过调整骨料粒径和水泥矿物组成以及使用掺合料等技术手段来调整水泥基相似材料的脆性;以石英砂—水泥—硅灰—水体系相似材料的破坏变形特征参数为基础,采用表观弹性模量来描述相似材料变形阶段的脆性,该参数具有数据处理简单、物理意义直观等优点。     

全尾砂充填新型胶凝材料在铜山铜矿的应用研究

根据铜山铜矿的充填胶凝材料选择和充填料配比参数设计,开展了全尾砂新型胶凝材料胶结充填体和水泥胶结充填体的强度对比试验。在研究全尾砂基本物理力学性质的基础上,采用全面试验法测试了不同灰砂比、不同料浆浓度全尾砂充填体试块单轴抗压强度。结果表明:新型胶凝材料不仅成本低于水泥,而且胶结强度高,在灰砂比1:8、浓度68%、28 d养护龄期的条件下,新型胶凝材料胶结试块抗压强度是水泥胶结试块抗压强度的8.2倍。因此,推荐充填料浆浓度68%～70%,新型胶凝材料与全尾砂比为1:8进行工业充填试验。采场充填体现场钻孔取样表明,新型胶凝材料充填体试样平均抗压强度为2.85 MPa,满足矿山对充填强度和充填质量的要求。     

基于核磁共振的铀尾砂固化体孔隙特征与氡析出率的试验研究

为了研究不同掺合料及掺量铀尾砂固化体孔隙特征与氡析出率之间的关系,分别采用15%、20%和25%的粉煤灰、矿渣粉或矿渣粉+粉煤灰对铀尾砂进行固化处理。采用核磁共振技术测量固化体试样的孔隙特征,并采用RAD7测氡仪测量试样的累积氡浓度,得出不同固化体试样的氡析出率。结果表明,随着掺合料掺量增加,核磁共振T₂分布曲线向左偏移,峰值幅度降低,试样内部孔隙逐渐演化为小孔径孔隙;固化体试样的氡析出率与孔隙度均随掺合料掺量增加而逐渐降低,氡析出率与孔隙度之间呈正相关关系,25%掺量矿渣粉固化体试样的氡析出率与孔隙度最低,分别为0.136 Bq/(m²·s)和9.83%;掺量相同时,孔隙度与氡析出率最低的为矿渣粉固化体试样,其次为粉煤灰+矿渣粉固化体试样,最后为粉煤灰固化体试样。研究结果可为实际工程中的铀尾砂固化处理提供理论参考依据。     

不同掺合料及掺量下铀尾矿水泥固化体力学性能及氡析出率测量实验研究

铀尾矿水泥固化过程中，经常会遇到混合不均匀而导致强度较低、氡析出率高等问题。为了改善固化体的性能，在固化体中掺入一些其他固化材料，例如粒化高炉矿渣、粉煤灰和生石灰等。通过调整固化体中掺合料的种类、掺量和养护龄期，测试铀尾矿水泥固化体的饱和含水率、力学强度和氡析出率等性能。实验结果表明：单掺粒化高炉矿渣、粉煤灰和生石灰时，铀尾矿固化体7 d、14 d和28 d龄期抗压强度、抗拉强度和抗剪强度均有所提高；从力学性能考虑，效果最好的是养护28 d掺量为25%粒化高炉矿渣固化体，其饱和含水率也最低；掺量越大氡析出率越低，但是效果最好的是掺入25%的粒化高炉矿渣，其次是掺入25%的粉煤灰。该研究成果可为今后铀尾矿库退役治理提供理论参考和决策依据。     

膏体—地聚物协同效应的铀尾矿井下充填处置体系构建

铀尾矿井下充填处置是铀矿“协同开采”理念的重要技术支撑,但铀尾矿复杂的物理化学性质影响了胶结充填体的固结固化特性,进而制约了铀尾矿骨料胶结充填技术的应用。基于膏体和地聚物特性的协 同效应,针对铀尾矿地表堆置和常规井下充填处置存在的问题,提出了基于地聚物分割包裹—膏体稳固协同固化的铀尾矿井下充填设想。铀尾矿井下胶结充填体的技术指标包括机械强度、化学稳定、抗浸出性、氡析 出率和增容特性,物料组成包括铀尾矿骨料、地聚物基材、矿黏合剂、外加剂、功能矿物和水等,制备与充填过程的关键工艺为铀尾矿颗粒级配重构、充填材料多元复配以及充填质量的原位监测与动态调整技术。以 某铀尾矿库尾砂、复配冶炼矿渣等材料为研究对象进行了验证试验,当水固比为0.25、灰砂比为1:4时,充填体试件在（20±1）℃、湿度≥95%条件下养护28 d后,试件的最大单轴抗压强度为17.65 MPa,表明基于地 聚物的铀尾矿膏体充填体制备具备可行性。该充填体系的构建对于促进膏体充填技术在低或极低放射性固体废弃物处置领域的应用具有一定的意义。     

Experimental study on similarity materials for soft rock of deep-buried tunnels

When every parameter is properly scaled down in accordance with some similarity coefficients, it is possible to study the physical-mechanical properties of rock mass with a scale model. To identify the key mechanisms of soft rock in deep buried tunnels, the proper sand, binder and ratio were selected. During the process, the model manufacture technology was introduced and typical tests were done and the results were presented. The physical and mechanical properties effects caused by each composition were discussed. It is shown that the physical and mechanical properties of chosen ratio material such as uniaxial compressive strength tests, elasticity modulus, tensile strength, internal frictional angle, and Poisson’s ratio meet with similarity relationship well. The physical and mechanical properties of deep soft rock are simulated successfully.     

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。     

一种石膏复合氡屏蔽涂层的制备

以石膏为主要原料,制备石膏水泥复合涂层和氡屏蔽涂料复合涂层。结果表明,石膏水泥复合涂层的抗压强度为5.26 MPa,抗折强度为2.12 MPa,符合GB/T 28627-2012中底层、轻质底层及保温层的要求;石膏水泥复合涂层的氡屏蔽率为87.63%,可使氡浓度从1200 Bq/m³降低至150 Bq/m³,符合民用建筑GB 50325-2020规定;氡浓度从3200 Bq/m³降低至400 Bq/m³,符合地下建筑WS/T 668-2019规定。氡屏蔽涂料复合涂层的氡屏蔽率为98.72%,使氡浓度为11700 Bq/m³的民用建筑和30000 Bq/m³的地下建筑降低至相应标准规定的安全水平;获得致密的石膏复合涂层,屏蔽性能优越。本试验为石膏的利用开发提供了新途径,具有广阔的应用前景。     

某新型矿用胶结剂对尾砂胶结充填体强度的影响研究

某铁矿采用空场嗣后胶结充填采矿法开采厚大矿体,为控制充填水泥用量以降低充填成本,选用了一种原料来源广、成本低的新型矿用胶凝材料。为对比分析该矿用胶凝材料与原用水泥对充填体强度影响,首先测试了充填尾砂、充填用水的基本物理化学性质,对比了该新型胶凝材料、原矿用水泥PC 32.5标准水泥的物理力学性质,并利用该新型胶凝材料和原矿用水泥与充填尾砂进行了配比试验,测试了不同砂灰比(4、6、8、10、12)、充填料浆浓度(66%、68%、70%、72%、75%)和养护龄期(7、28、60 d)条件下胶结充填体的单轴抗压强度,确定了该低成本的胶凝材料可完全替代原矿用水泥获得同等的充填体强度。此外,利用扫描电镜(SEM)分析了不同配比参数胶结充填体的微观结构,从水化产物的微观组成方面解释了该新型矿用胶凝材料的适用性。     

细粒铁尾矿制备再生骨料的工艺研究

为解决工业固废铁尾矿难以利用的问题,开展了细粒铁尾矿制备再生骨料的工艺研究。以水泥为凝胶材料,通过水化反应粘结细粒铁尾矿和黄砂,并优化物料配比、养护方式和搅拌工艺,得到合格的骨料。结果表明,再生骨料的最佳制备条件为：铁尾矿75%、黄砂10%、水泥15%,三乙醇胺用量为水泥的0.01%。在成型压力为20 MPa、成型水分为13%的条件下,采用高速混合机的二次搅拌、覆膜养护,试样的28 d抗压强度可达33.760 MPa;再生骨料的坚固值、压碎值、有机物含量达到国家相应标准。     

激发剂对金川水淬二次镍渣胶结料强度的影响

以脱硫石膏和电石渣为主激发剂、硫酸钠和水泥熟料为辅助激发剂,与金川公司镍冶炼渣熔态还原提铁后产生的水淬二次镍渣制成胶凝材料,再按胶砂比为1∶4与棒磨砂制成质量分数为79%的胶结料,着重考察激发剂用量对胶结料强度的影响。结果表明,当胶凝材料中二次镍渣、脱硫石膏、电石渣、硫酸钠、水泥熟料的质量分数分别为85%、5%、5%、3%、2%时,胶结料的28 d抗压和抗折强度分别达到3.42 MPa和1.96 MPa,满足井下充填用胶结料的强度要求。XRD、SEM分析结果显示,在激发剂作用下,二次镍渣胶凝材料中的玻璃相和结晶态物质均可发生水化反应,水化产物主要为钙矾石和含Ca²⁺、Mg²⁺的硅（铝）酸盐凝胶。