风积砂质高浓度胶凝充填材料性能与粉煤灰掺量关系分析

充填材料是决定煤炭充填开采效益、效率、效果的最主要因素。为了掌握风积砂质高浓度胶凝充填材料的性能变化规律,本文以粉煤灰的质量掺入比作为变量,试验研究和理论分析了粉煤灰对该充填材料性能的影响规律。结果表明,粉煤灰的适量添加可以提高充填材料的强度,大掺量导致强度相对降低; 泌水率随着粉煤灰掺量的增大总体上呈减小趋势,较大掺量试样泌水速率相对较低; 分层度随着粉煤灰掺量的增大线性降低; 凝结时间随着粉煤灰掺量增大呈现指数增大; 坍落度总体上随粉煤灰掺量的升高而增大,但大掺量会使其出现相对降低。分析认为,适量粉煤灰的掺入,使风积砂质高浓度胶凝充填材料的颗粒粒度、水分分布和水泥分散均匀,而使材料的强度和输送性能适度改变,但掺量过大会稀释胶结料和改变颗粒相对级配而导致性能下降。     

考虑间歇充填和浓度效应的充填体长期强度试验研究

为探究不同充填间隔时间(FTS)和料浆浓度对胶结充填体长期强度影响机制,配制70%、72%、75%三个浓度、充填间隔时间为12、24、36、48 h的两分层胶结充填体试件,开展单轴抗压强度(UCS)试验并探究其力学特性及其破坏形式。试验结果表明,（1）胶结充填体峰值抗压强度随充填间隔时间增大而呈递减趋势,充填间隔时间一定时胶结充填体抗压强度随料浆浓度增大而增大,且峰值抗压强度与充填间隔时间呈多项式函数规律;（2）胶结充填体试件加载过程中表现为压密阶段、线弹性阶段、裂纹扩展阶段和破坏发展4个阶段,随充填间隔时间延长,胶结充填体的破坏形式可能表现为张拉破坏–拉剪破坏过渡–拉剪混合破坏的损伤模式。研究结论能够为后期充填体强度设计和稳定性控制提供有益参考。     

尾砂胶结含盐冻结充填体力学特性研究

矿山充填开采正逐步向寒区甚至永久冻土区发展,这些区域含盐地下水分布非常广泛。同时,极端寒冷条件下往往需要向充填材料中加入一些防冻盐以防止料浆在输送过程中发生冻结。通过室内测试分析了?6 ℃环境下不同盐分（NaCl）膏体充填体力学特性（强度和初始弹性模型）随时间演化特征。利用单轴压力机测得了龄期为7、28、90 d膏体充填体的强度和初始弹性模量,结果表明NaCl的加入会降低冻结充填体的强度,其影响程度取决于胶结料类型。试样的强度随着养护时间的增加而增大。此外,不论盐分浓度、养护时间和胶结料类型,试样的强度与初始弹性模量之间存在显著的线性关系。该研究结果可以为寒区含盐膏体充填技术的开展提供一些依据。     

新型酸性水玻璃-碳酸钙注浆材料试验研究

研究水玻璃-碳酸钙注浆材料随着碳酸钙加入量的变化胶凝时间的变化规律发现,随着碳酸钙加入量的减少,溶胶胶凝时间随之增加,但并非均匀增加,当碳酸钙的量减少到一定量时,溶胶的胶凝时间会有一个突增点,溶液对碳酸钙的加入量非常敏感,凝胶时间不易准确控制。这是因为碳酸钙在整个反应体系中充当碱性反应剂,与溶液体系中的H+反应,降低了硫酸的浓度,提高了溶胶的pH值,从而改变了溶胶的胶凝时间。选择胶凝时间适宜的胶体测定其本身的强度以及对应的固砂体强度,得出两种强度的变化规律：在硫酸用量一定的条件下,一般随碳酸钙的增加,纯胶体强度会相应增加,但加入到一定量后,其强度不再增加。而固砂体强度随碳酸钙的变化并不明显。选择较优配比浆液作为新型注浆材料,并根据浆液的性能,建议相应的注浆工艺。为后续工程应用作了较好的铺垫。     

粉磨方式对矿渣-粉煤灰基复合胶凝材料的影响

<正>我国每年排放的矿渣、粉煤灰固态工业废弃物达数亿吨,大部分矿渣、粉煤灰具有潜在的活性和胶凝性,经过激发活化可以变成极好的活性矿物掺和料或者胶凝材料。本实验采用不同粉磨方式对矿渣-粉煤灰基胶凝材料的影响进行研究,拟探寻出一种最佳的粉磨矿渣-粉煤灰基胶凝材料的工艺。     

超细尾砂胶结充填体强度计算模型及应用

超细尾砂已成为充填材料的主要来源。为了便于充填料浆配合比设计与强度预测,基于超细料浆微观结构,提出用固体填充率表征充填料浆结构密实程度。选用某矿山超细尾砂进行了63组配合比强度试验。研究结果表明：固体填充率和水灰比与充填体无侧限强度分别呈指数函数和负幂函数关系。采用Pearson理论对试验样本进行相关性分析,结果表明：固体填充率与水灰比相互独立。在此基础上,建立了超细尾砂胶结充填体双变量强度计算模型,模型计算值与试验值的误差在7%以内。进行了超细尾砂胶结体强度随养护时间增长的试验,基于试验数据拟合规律,提出了强度龄期数学模型,建立了三变量强度计算公式。模型能准确预测矿山充填体强度,且能有效指导矿山充填料浆设计。     

超细全尾砂材料胶凝成岩机理试验

矿山充填是保护土地资源、生态环境,实现矿山无废开采和消除重大安全隐患的理想途径。以某矿全尾砂为试验材料,在分析该矿全尾砂材料的化学成分、粒径级配组成等基本物理、化学特性基础上,借助XRD能谱分析和电镜扫描（SEM）方法,得到不同条件下的超细全尾砂材料胶凝成岩微观规律。对比以水泥、固结剂1#和固结剂2#分别为胶结剂时充填体的强度结果表明,在灰砂配比、浓度和龄期相同的条件下3种胶结材料充填体的强度大小为：固结剂1#＞固结剂2#＞水泥;固结剂1#可替代水泥作为矿山全尾砂胶结充填的胶结剂,且价格比水泥便宜,有利于降低矿山充填成本。对不同条件下的充填体强度曲线进行拟合,得到充填体的单轴抗压强度增长规律：在养护龄期28 d之内,充填体单轴抗压强度增长规律随龄期变化基本相同,皆遵循指数函数曲线增长规律;当以固结剂1#、2#分别作为胶结材料时,强度增长规律与水泥为胶结剂时相同;强度增长曲线趋势与灰砂配比、料浆浓度以及养护龄期正相关。     

充填料浆流动沉降规律与充填体力学特性研究

采场中充填体的几何结构和力学特性是影响充填体质量的控制性因素。通过开展充填料浆流动沉降相似模拟试验及充填体单轴和常规三轴压缩试验,揭示采场充填体的结构特征与强度分布规律,研究不同围压下不均匀充填体的变形特征与破坏模式。结果表明,(1)采场内充填体存在两个分界面和粗骨料、细骨料及灰砂3个不同区域,沿充填料浆流动方向,充填体的强度呈减小–增加–减小的"S"型分布;(2)充填体三轴压缩轴向应力–应变曲线包括压密、弹性、屈服、应变软化、残余强度5个阶段,相同区域充填体的强度随围压增加而上升,相同围压下不同区域的充填体强度大小依次为灰砂区域细骨料区域粗骨料区域。不同区域充填体的黏聚力大小依次为灰砂区域细骨料区域粗骨料区域,内摩擦角大小依次为粗骨料区域细骨料区域灰砂区域;(3)随围压的增大,充填体宏观破坏裂纹呈增多的趋势,宏观破坏主要为单斜面剪切破坏、张剪复合破坏和"Y"型破坏3种破坏形态。研究成果能为采场的充填钻孔数量与位置设计及稳定性分析提供理论依据。     

岩石相似材料水理性质研究

以水泥和石膏作为胶结剂,石英砂作为骨料的相似材料在一定配比情况下遇水不会发生崩解,而是产生类似岩石的软化现象。通过不同砂胶比和水膏比的相似材料配比试验,总结了相似材料软化系数和吸水率随砂胶比和水膏比的变化规律,即软化系数随砂胶比的增大而降低,随水膏比的增大而升高,变化范围与原型岩石相似;吸水率随砂胶比的增大而升高,随水膏比的增大而降低,变化范围大于原型岩石。     

水泥和石膏胶结相似材料配比的确定方法

对以水泥和石膏为胶结材料、石英砂和重晶石粉为骨料的相似材料,规范了其制作原料与工艺,以砂胶比（骨料与胶结材料质量比）、水膏比（水泥与石膏质量之比）和重晶石含量（重晶石质量占骨料百分比）为控制因素,设计了一个正交试验,开展了称重、单轴压缩试验,获得了不同配比相似材料的密度、单轴抗压强度和弹性模量等物理力学性质指标。采用极差分析法分析了各因素的敏感性,研究了各因素对相似材料参数的影响规律。研究表明：重晶石含量对相似材料密度有明显的控制作用,而砂胶比和水膏比对密度也有明显的影响;砂胶比对相似材料单轴抗压强度和弹性模量影响最大,水膏比和重晶石含量的影响次之。相似材料密度随砂胶比的增大而降低,随水膏比和重晶石含量的增大而增大;抗压强度随砂胶比的增大而显著降低,但随着水膏比和重晶石含量的增大而缓慢增大;弹性模量随砂胶比的增大而显著降低,随重晶石含量增大而增大,随水膏比增大而缓慢升高。采用MATLAB程序对试验数据进行多元线性回归分析,得到确定相似材料配比的经验方程。工程应用证明,采用经验方程计算得到相似材料配比,并按规范的制作工艺,可以得到满足试验要求的相似材料。     

煤矿空洞型采空区高浓度浆液充填扩展机制及控制措施

高浓度浆液在采空区内的充填扩展机制及控制措施是空洞型采空区充填治理需要解决的难题之一。基于此,结合高浓度浆液输送及流变学理论,构建高浓度浆液充填过程模型,揭示其扩展机制,研究充填扩展过程的动力及阻力计算方法,确定充填堆积体形态主要影响因素及控制方法,并通过室外充填试验验证理论成果。结果表明:高浓度浆液充填阻力计算值与实验值相对误差约为5%;浆液的流变参数屈服应力及黏度与管道输送阻力成正比;凝结特性影响浆液堆积体强度增长趋势,凝结过程使浆液在堆积体与顶板间流动时阻力增大;当充填材料及流量不变时,管道输送沿程阻力主要受管道直径及长度影响;局部阻力与管道直径、弯头、变径形式及数量相关,数量越多局部阻力越大;浆液性质、充填路径及注浆工艺是影响充填堆积体形态的主要因素,缩短充填距离、减少管道变径及弯头数量、降低浆液屈服应力及黏度、增大注浆流量及压力有助于浆液扩展至更大范围,反之可使浆液扩展范围减小。成果为空洞型采空区高浓度浆液控制性充填提供依据。      

冻土切削力学特性的试验的理论分析

利用笔所研制的冻土切削试验台，在室内对不同冻土在不同温度、含水量、切削速度、切削深度和切刀前角下进行了一系列切削试验。结果表明，切削时，冻土主要呈脆性断裂破坏，其切削过程被认为刀刃切入和撕裂冻土的结果，切削阻力随着冻土温度降低而非线性性增加，随切削速度提高而略有增加，随切削深度增加而近似线性增加，最佳切刀前角随切削深度增大有增大趋势。但平均切削阻力与最大切削阻力，随切削深度增大有增大趋势。但平均     

环保型无铬盐木素类新化灌材料的探索研究

分析丁木素类化灌材料的胶凝机理，并对硫木素、糠脲木素、酚醛木素等化灌材料进行了探索研究，给出了这几种浆材的配方、抗压强度、胶凝时间等参数，并分析了其影响因素。     

钻孔后压浆技术在苏通大桥基础工程中的应用

钻孔灌注桩后压浆技术,使水泥浆液在高压下渗透、充填和挤密,与沉渣、泥皮、桩周和桩端土体发生物理化学固结,增大了土体和桩端的强度,改变了桩的受力类型,提高了桩侧摩阻力和端阻力,从而提高了单桩的承载力。在苏通大桥超长大直径桩中应用了桩底后压浆技术。通过试桩静载试验,决定在工程施工中采用U型压浆管方案。试桩结果表明,压浆后极限承载力测试值是压浆前的1.48～2.0倍,压浆后端阻力是压浆前的2.46～7.21倍,表明利用后压浆技术达到了节约工程投资、提高工程施工质量及可靠性的目的,并产生了较大的技术经济效益和良好的社会环境效益,这将促进我国公路桥梁建设的桩基技术迈向一个新台阶。     

掺硅粉及粉煤灰的水泥胶砂抗腐蚀性能研究

通过试验研究硫酸盐溶液侵蚀前后水泥胶砂的强度、质量损失率和中性化深度,揭示了掺矿粉及粉煤灰的水泥胶砂抗腐蚀性能。试验表明：在硫酸盐侵蚀环境下,随粉煤灰掺量增加水泥胶砂的质量损失率总体减小,随硅粉掺量增加则表现出先减小后增大的变化趋势,单掺粉煤灰或硅粉的掺量越高则中性化深度越大,掺10%粉煤灰或5%硅粉时对改善抗腐蚀性能最优;按最优掺量混掺硅粉和粉煤灰时则抗腐蚀性能的超叠加效应不明显,其中胶凝材料组成是决定掺加掺合料水泥砂浆抗腐蚀性能的主要因素。     

不同掺料对磷石膏基胶凝材料影响的研究进展

磷石膏作为磷肥生产过程中的废弃物,目前主要被利用于建材和农业等方面,但其利用率都很低。在建材方面利用率低的主要原因是磷石膏中含有磷、氟等元素使其强度变低,制品耐水性变差,使磷石膏制品的性质不稳定,特别是在潮湿环境下容易吸水变形。另一主要原因是有些国家和地区的磷石膏放射性较高,因超出相关标准而被限制其在建材方面的应用。针对上述问题,在综合前人已有研究的基础上,首先对磷石膏基复合胶凝材料做了分类并总结,并确定了磷石膏基复合胶凝材料的主要掺料,然后论述了不同掺料对磷石膏基胶凝材料的耐水性及强度的影响,分析了不同掺料对磷石膏建材制品的影响机理,并且在此基础上给出了各掺料的建议掺量及最佳掺量范围区间。     

聚氨酯固化海砂的静力特性试验研究

聚氨酯是一种高聚物,可以通过填充孔隙、胶结土颗粒的作用达到提高强度和整体性的目的。采用聚氨酯对海砂进行固化处理,设计无侧限抗压强度试验和三轴剪切试验,分析不同胶凝时间和不同固化剂含量下固化海砂的强度特性和变形特性。试验结果表明,随着胶凝时间的增加,固化海砂的强度提高,在固化时间3 h时就可达到稳定强度的80%以上,并且在试验所采取的质量比范围内,质量比越高,固化效果越好;聚氨酯泡沫填充到孔隙中使颗粒之间的咬合力增大,增强了黏聚力;颗粒重排列的阻力增大,使得海砂抵抗变形的能力增加,峰值强度提高,静力特性发生明显变化。     

堆石料动力特性大型三轴试验研究

采用大型高压多功能静动三轴试验机,对某面板堆石坝闪长岩类堆石料进行了动弹性模量与阻尼比试验和动残余变形试验,研究了主堆石料、过渡料和垫层料3种坝料在循环荷载下的动应力-应变特性和动残余变形特性及其主要影响因素。试验结果表明,材料的动应力-应变关系受剪应变水平的影响较大,各种材料的动弹性模量随剪应变的增加发生衰减,而阻尼比则相应增大;围压的增加引起材料的最大动弹性模量的增加,但围压力对材料动弹模增长的影响是有限的;固结主应力比的增大,会引起有效球应力的增加,从而使材料的最大动弹性模量增大。此外,从试验结果和模型参数来看,各种材料的动应力-动应变变化规律以及动变形随振次的发展规律均可以用修正等价黏弹性模型和沈珠江残余变形经验公式进行描述     

酸性矿渣粉活性激发剂配方试验研究

采用工业废弃物——酸性矿渣粉取代水泥作为胶凝材料,以激发酸性矿渣粉活性、提高砂浆综合性能、降低矿山充填成本为目的而进行试验研究,以抗压强度为指标,通过单一激发剂、复合激发剂激发酸性矿渣粉制成胶凝材料的试验,确定了激发酸性矿渣粉活性较好的激发剂,然后选取了4种激发剂进行正交试验,得出了3个不同龄期的最优激发配方。解决了酸性矿渣粉难被激发利用的问题。     

连续级配废石胶结充填体强度及变形特性试验研究

采用MTS815岩石力学试验系统与自制的胶结充填体制作装置,对骨架颗粒满足Talbol级配理论的废石胶结充填体进行单轴抗压试验研究,分析了Talbol幂指数、初始孔隙度、胶结材料种类及含量对充填体强度及变形特性的影响规律。结果表明:充填体单轴抗压强度、弹性模量、变形模量均随Talbol指数n呈先增大、后减小的趋势;采用2次多项式拟合充填体单轴抗压强度与骨架颗粒Talbol指数的关系,得到了使充填体强度及变形特性达到最优的Talbol指数n=0.45。充填体单轴抗压强度基本上随其初始孔隙度的增大而减小,但当孔隙分布均匀性较差时,其试验结果具有一定差异。满足Talbol分布的充填体强度随其胶结材料胶结性能的提高而逐渐增大,其中水泥胶结充填体单轴抗压强度可以达到黏土胶结充填体的6倍以上。另外,胶结材料含量的提高同样可以增大充填体的强度,并能够相应地缩短其应力-应变曲线中的孔隙压密阶段。