黄土-矿渣基新型胶结充填材料强度特性试验研究

为探究黄土-矿渣基胶结充填材料在不同水胶比及养护龄期下的力学性能、破坏模式和能量演化特征,分别对黄土-矿渣基胶结充填材料在4组水胶比和5个龄期条件下进行坍落度试验和单轴压缩试验。结果发现:随着胶结材料水胶比的增大,充填材料的坍落度和扩展度增大;材料的峰值强度与水胶比呈负线性相关关系,与养护龄期呈指数型非线性相关关系;充填材料的破坏模式整体上为剪切破坏,且水胶比越小、养护龄期越长材料破坏程度越大;胶结材料破坏过程可分为压密、弹性、裂纹稳定扩展、裂纹持续扩展和峰后破坏5个阶段。

架间底板拖管充填采空区浆液流动特性试验研究

为解决矿山充填与煤炭开采之间时空干涉难题,实现矿井安全、高效充填开采。结合李家壕矿井生产系统和开采条件,提出采空区架间底板拖管非胶结膏体充填技术。为确保该技术可行及充填参数的有据可依,遂建立非胶结膏体架间底板拖管充填采空区物理模型,以矸石和粉煤灰为骨料制备非胶结膏体充填材料,分析最大粒径和质量浓度对浆液采空区内流动特性的交互影响。研究结果表明:①浆液充填量主要受矸石粒度的影响,质量浓度主要影响浆液在采空区内的扩散速度;②随着浆液充填量的增加,采空区内的空隙逐渐趋于饱和,且渗透方式呈现出以管口为球心的半球形扩散分布;③模拟试验揭示了浆液中矸石颗粒在采空区流动扩散阻塞机理;④沿管道走向依次剖开断面,浆液中矸石级配和质量浓度有明显的分选性。

基于某矿山固废处置的水泥和胶固粉选择初探

本文以某矿固废处置及露天坑回填综合治理为背景,由于该矿全尾砂为细粒级尾砂且尾砂内含有对充填体强度具有负面作用的硫及黏土类矿物,为了选择更适合该矿全尾砂的胶凝材料,选用水泥和胶固粉两种胶凝材料对充填料浆性能进行试验研究。研究结果表明:虽然泌水沉缩特性方面水泥胶结充填体较胶固粉更优,但在充填体强度及流动性两个关键性指标方面,胶固粉性能较水泥更优且成本更低,说明胶固粉更加适用于该矿固废处置及回填治理;通过敏感性分析可知,胶固粉胶结充填体强度对灰砂比最为敏感,其次为养护龄期,最后为料浆浓度。

红层泥岩水泥改良用作路基填料的粒径效应分析

针对红层泥岩水泥改良用作路基填料时,改良效果随颗粒粒径增大而减弱的问题,选取成达万铁路工程沿线典型红层泥岩风化物,进行不同控制粒径的红层泥岩水泥改良试验研究。结果表明:红层泥岩颗粒粒径越大改良效果越差,在水泥掺量为8%的条件下,最大粒径40 mm改良土的无侧限抗压强度约为最大粒径20 mm改良土的50%;考虑干湿循环作用,红层泥岩改良用作基床以下路堤填料的推荐水泥掺配比例为最大粒径5 mm时3%、最大粒径20 mm时4%、最大粒径40 mm时14%。

矸石粉基胶结充填材料析水特性试验研究

为了探明矸石粉基胶结充填材料的析水特性,运用正交试验设计了以矸石粉、高水材料、水泥、粉煤灰为组合的胶结充填材料,采用极差分析、方差分析等方法,研究了矸石粉基质量浓度(A)、水泥含量(B)、粉煤灰含量(C)、高水材料含量(D)4个因素对胶结材料的析水率的影响情况;得到各因素对矸石粉基胶结充填材料析水特性影响的拟合公式。结果表明:基于极差分析的矸石粉基胶结充填材料的析水率影响程度为D>A>B>C,基于方差分析的材料析水率影响程度为D>B>A>C,析水率随着矸石粉浆质量分数的升高呈现下降趋势,随着水泥含量的增加则呈现先减少后增大再减少的趋势,随着粉煤灰质量增加呈现先减少后平稳的趋势,随着高水的增加呈现下降的趋势;高水含量对材料析水率的影响程度最大,矸石粉基质量分数与水泥质量对材料析水率影响相当,粉煤灰含量对材料析水率影响较小。

某多金属矿新型充填胶凝材料性能及微观结构研究

采用矿渣新型胶凝材料为胶结剂,细尾砂为骨料,开展充填料浆流动度、泌水率和充填配比试验,研究浓度、灰砂比对料浆流动性、泌水率、充填体抗压强度的影响,以及不同养护龄期下充填体抗压强度的发展规律。结果表明:充填浓度对料浆流动度、泌水率的影响较大,随着浓度的提高,料浆流动度和泌水率显著降低;灰砂比的影响相对较小,随着灰砂比的降低,料浆流动度、泌水率略有提高;充填体抗压强度随浓度的增加而提高,随灰砂比的减小而降低,新型胶凝材料充填体在养护早期3 d强度发展较为缓慢,7 d后强度开始明显提高,28 d后强度仍能持续增长,且养护60 d强度相比28 d提高约20%;矿渣微粉在水泥、石膏等激发作用下生成纤维状C-S-H、针棒状钙矾石等水化产物是充填体产生强度的主要原因。

复掺纤维水泥改良风积沙抗压强度试验研究

和若铁路(和田—若羌)DK111+500—DK111+800段的风积沙为C3间断级配细沙,不能直接用作铁路路基基床填料。为了对风积沙进行改良,考虑在其中单独掺加聚丙烯纤维,以及将聚丙烯纤维分别与玄武岩纤维、玻璃纤维、聚酯纤维按质量比1∶1复掺。不管单掺还是复掺,纤维掺量(质量分数)均分别取6‰、8‰、10‰,水泥掺量(质量分数)为5%,养护龄期7 d。通过无侧限抗压强度试验,研究不同纤维单掺和复掺对水泥改良风积沙应力、应变、无侧限抗压强度和割线模量的影响。结果表明:与相同掺量的单掺试样相比,掺量为6‰、8‰时复掺聚丙烯纤维与玻璃纤维试样峰值应力小幅增大,其他复掺试样峰值应力均减小;不同纤维复掺对水泥改良风积沙无侧限抗压强度增强效果不明显,但对水泥改良风积沙割线模量影响明显;掺量8‰时复掺聚丙烯纤维与玻璃纤维试样无侧限抗压强度比单掺试样增大6.53%,而其他复掺试样无侧限抗压强度均比相同掺量单掺试样减小0.21%~11.73%;不同掺量下复掺试样割线模量均比单掺试样大,掺量6‰时复掺聚丙烯纤维与玄武岩纤维试样割线模量比单掺试样增加了1.12倍。研究结果可为沙漠地区铁路路基基床表层填料改良设计及施工提供参考。

浙西南山区填方边坡加固措施及稳定性分析

以浙西南山区填方边坡区为研究对象,结合室内试验分析水泥土的力学性质;采用有限差分软件的强度折减法和极限平衡法,研究搅拌桩结构参数变化对加固边坡的影响规律,分析搅拌桩加固后边坡的稳定性。结果表明,水泥可提高土体的强度,但效果有限;增加围压,水泥土由脆性破坏逐渐转为塑性破坏;改变桩水平分布数量,对提高边坡稳定性效果不显著;改变桩加固位置对边坡稳定性的影响较大,选取合适的加固位置是加固边坡的关键。

低强度流态填筑材料配合比设计方法比较

低强度流态填筑材料具有匀质性较好、施工性能优异、强度低且可控、经济成本较低等特点,因组成材料与现场情况结合紧密、变化多样、表现形式较多,通过对流态粉煤灰水泥混合料和预拌流态固化土两种低强度流态填筑材料配合比设计方法的研究,可以发现配合比设计思路和方法的灵活性与多样性。

晶鑫煤业综放工作面过空巷充填加固技术应用

为防止晶鑫煤业3217工作面在过空巷期间出现冒顶、压架等问题,综合运用理论计算、实验室实验、市场调研等方法,进行空巷注浆充填技术研究,结果表明:空巷充填体凝固强度不应小于0.75MPa,以发泡水泥为基础的充填材料合理配置比例为水:A料:B料:发泡剂质量比为1:1.5:0.12:0.1,充填后回采过程中运输顺槽矿压显现不突出,围岩稳定,实现了工作面的安全开采。

改性钢渣水泥基材料早强性能研究与应用

“实现碳达峰、碳中和”作为国家的重大战略决策,各行业都要为节能减排事业做出贡献,钢渣作为一种可再利用材料备受青睐。本文设计试验采用控制变量法和正交试验法,以改性钢渣粉末(以下称MSP)和普通硅酸盐水泥为主要原料,添加粉煤灰、硅灰、膨胀剂和减水剂等材料制备试样,并测量其1d力学性能。通过对试验结果进行对比分析,了解MSP掺入对水泥基材料早期和晚期强度发展的影响规律。试验结果表明,掺加MSP可以加快水泥基材料凝结速度,显著提高水泥基材料的早期强度。通过正交试验结果筛选出的最优早强水泥基材料,MSP最佳掺量为11%,粉煤灰最佳掺量为4%,减水剂最佳掺量为0.3%,最佳水灰比为0.20,1d抗折强度和抗压强度最大可以达到6.47 MPa和36.64 MPa。用于某钢结构支护体系中,可以满足早强性能要求和实际工程需要。

冻融作用下高填方黄土抗剪强度劣化特性分析

以延安新区高填方黄土为研究对象,开展了冻融作用下高填方黄土抗剪强度试验研究,分析了冻融作用对高填方黄土抗剪强度指标影响规律及其劣化特性。结果表明,冻融作用下高填方黄土黏聚力随冻融循环次数增加而逐渐减小,第4次冻融后黏聚力损伤增量达到最大,之后随着冻融继续进行,黏聚力损伤增量逐渐减小;干密度相同时,含水率越小黏聚力越大,且在冻融作用下含水率越小,黏聚力劣化幅值和速率越大,冻融作用下内摩擦角没有明显规律性变化。给出了冻融作用下高填方黄土黏聚力损伤劣化模型,并利用独立试验数据进行了验证,结果表明该模型能较好地描述冻融作用下高填方黄土黏聚力劣化特征。

肖家河磷矿碎石胶结充填体强度及变形破坏特征试验研究

为实现宜昌市肖家河磷矿规模化碎石胶结充填,开展碎石胶结充填体单轴抗压试验,研究不同灰砂比、料浆质量浓度和养护龄期下充填体的抗压强度、变形特性以及破坏特征。研究结果表明:养护龄期相同时,随着灰砂比和料浆质量浓度增加,碎石颗粒之间的胶结效果更好,充填体的抗压强度也更高;当灰砂比相同时,随着料浆质量浓度的增大,充填体试样的弹性模量增大,峰值应力对应的应变率降低,充填体的抗变形能力增强;当料浆质量浓度相同时,随着灰砂比的减小,胶结效果减弱,充填体的形变量增大;随着养护龄期的增加,充填体试样的破坏形态由拉伸破坏逐渐转变为剪切破坏,且养护龄期越长,充填体表面的裂纹数量和块体剥落面积均减少,破坏程度也越小。通过试验研究确定了肖家河磷矿碎石胶结充填体强度灰砂比的最佳配比为1∶8、料浆质量浓度为86%、养护龄期为28 d,可满足矿山充填方案的技术经济要求。

庙岭金矿分级尾砂胶结充填性能试验研究

为研究庙岭金矿分级尾砂的胶结充填性能,分析了分级尾砂的矿物组成、化学成分、粒级组成等,并进行了分级尾砂的坍落度试验、沉降性能试验、单轴抗压强度试验、压滤试验和L型管道试验。试验结果表明:庙岭金矿分级尾砂充填料浆在灰砂比1∶4、料浆浓度70%~74%时具有良好的抗压强度和流动性、可泵性,可用于矿山充填作业。

新型胶凝材料充填配合比优化研究

随着选矿工艺的进步,选矿厂生产的尾砂细粒级占比逐渐升高,井下充填体强度降低,为了满足矿山对井下充填体强度要求不得不增加胶凝材料掺量,这使得充填成本升高,影响了矿山效益。针对锦丰金矿胶结充填体存在的问题,提出对所用胶凝材料进行优化,用胶固粉代替水泥作为胶凝材料,并对胶固粉和水泥开展了充填配合比试验,验证了胶固粉代替水泥作为胶凝材料的可行性,在此基础上又单独对胶固粉开展了配合比优化试验,得到了料浆浓度65%时,5.5%胶固粉掺量即可达到锦丰金矿充填体7 d单轴抗压强度0.35 MPa的要求;从经济效益方面进行分析发现,用胶固粉代替水泥作为胶凝材料,每年可节约充填成本约950万元。

铁尾砂基胶结剂制备及其性能研究

针对充填采矿法存在充填体强度较低、充填成本过高的问题,采用鞍钢某选矿厂铁尾砂作为原料,开展了新型铁尾砂基充填胶凝材料的研究。通过测定不同养护龄期、灰砂比和料浆浓度条件下的充填体抗压强度和料浆的流动性,对比分析P·S 32.5水泥和新型胶凝材料的充填体力学强度和流动性。结果表明:在相同条件下新型胶凝材料充填体强度略高于水泥,且在灰砂比和料浆浓度一定的条件下,铁尾砂基胶结剂料浆流动性高于水泥。同时利用SEM从微观层面对两种胶凝材料进行了对比分析,结果显示新型胶凝材料密实度更高。得出结论:采用鞍钢选矿尾砂制备的新型胶凝材料,其力学强度和流动性均满足矿山充填要求,可以替代水泥用于矿山充填,降低矿山充填成本。

湿陷性黄土-红砂岩集成水泥土填筑材料冻融循环试验研究

在湿陷性黄土地区,基槽回填区常因回填土自身沉降和湿陷等问题产生区域大面积沉降,对建筑正常使用和居民正常生活造成了严重影响。根据区域工程实际,提出湿陷性黄土–红砂岩集成水泥土填筑材料,并通过设置湿陷性黄土、红砂岩、水泥及水的不同占比进行正交试验,得到了利用黄土、红砂岩开发新型基槽回填材料的最佳配合比。通过对集成水泥土试件与素水泥土试件进行冻融循环试验,发现集成水泥土的抗冻性能明显优于素水泥土,具有更好的力学性能与使用耐久性。本研究为湿陷性黄土地区填筑材料的工程应用提供了一定的参考。

掺土充填材料力学特性研究及数值反分析

针对充填开采需要研制清洁、高效、经济的充填材料,使用黄土、粉煤灰与一定量矸石混合制备掺土膏体充填材料(Loess-based cemented paste backfill,LCPB),通过一系列室内试验及数值模拟研究了LCPB的流变特性、流动特征、单轴抗压强度及破坏演化规律。结果表明:不同配比LCPB料浆均符合H-B流变模型,屈服应力随黄土掺量的增加而增大(92.41→155.42 Pa),黄土掺量大于15 wt%时满足矸石沉降要求;坍落度随黄土掺量的增加先增加后降低(LF-1→LF-4→LF-6:219→276→258 mm);28 d抗压强度随黄土掺量的增加而降低(4.09→2.14 MPa),坍落度及抗压强度均满足矿山充填开采要求;充填体的破坏模式随黄土掺量的增加由张拉破坏主导转向由剪切-张拉破坏主导,破坏阶段均表现出峰前弹性能积聚峰后转变为耗散能急速上升的特性。

一种全尾砂充填新型胶凝材料的研制

利用高炉炉渣研制了一种新型全尾砂充填胶凝材料。该新型胶凝材料由矿渣、石灰、石膏和水泥组成,并且加入少量外加剂。采用正交试验,对新型胶凝材料进行影响因素研究,然后通过DPS数据处理软件建立强度与配方的回归公式,最后确定最优配方。试验表明,采用最优配方的新型胶凝材料,全尾砂充填体强度是32.5#水泥全尾砂充填体强度的3倍,同时新型胶凝材料成本与水泥成本相当或略高,由此可以降低全尾砂充填采矿成本达40%～50%。开发的新型胶凝材料已经在石人沟铁矿现场试验和应用,从而进一步验证了该胶凝材料的可行性与可靠性,为提高石人沟铁矿的充填采矿经济效益奠定了基础。

黄土的结构性及其结构强度特性研究

对黄土的结构性及其形成机理进行分析 ,并通过人工方法制备了水泥结构性黄土试样 ,研究了原状黄土及水泥结构性黄土的结构强度特性。