玻璃纤维改性煤基固废胶结充填材料性能研究

基于煤矸石、粉煤灰等煤基固废再生资源利用和胶结充填材料性能优化问题,研究了玻璃纤维掺量、长度和养护龄期对煤基固废胶结材料输送性能和力学性能的影响规律,探讨了玻璃纤维增强机理。实验结果表明:玻璃纤维改性煤基固废胶结材料坍落度随纤维长度和掺量的增大而减小,但均大于200 mm,满足输送性能要求;抗压强度和抗拉强度随纤维长度的增大呈先增高后降低,随纤维掺量的增加而增高的变化规律;当玻璃纤维长度为6 mm、掺量为0.3%时,质量分数为79%的煤基固废胶结材料的综合性能最佳;玻璃纤维改性煤基固废胶结材料水化反应后,生成的针状和团状产物填充了材料细小裂隙且附着于纤维表面,能够有效提高材料的力学性能。

超细全尾砂新型胶结材料最优配比研究及应用

针对超细全尾砂骨料物化特性,以钢渣、矿渣粉、脱硫石膏和复合碱性材料为原料,开展了新型胶结材料配方正交试验。通过极差结果分析,得出影响新型胶结材料28 d抗压强度的因素由主到次为矿渣粉、脱硫石膏、复合碱性料,并获得最优配方为60%矿渣微粉、8%复合碱性料、16%脱硫石膏和16%钢渣粉。因原料易磨性不同,复合碱性料、脱硫石膏和钢渣为一组,矿渣单独为另一组,以一级管磨机开路为核心工艺生产出最优新型胶结材料。通过工业生产及实践可知,该最优新型胶结材料对超细全尾砂具有较强的适应性,充填体高于室内试验强度值并达到井下采矿嗣后充填体设计强度的要求。

含混杂纤维尾砂胶结充填体静态力学性能试验研究

为探究钢纤维(SF)与聚丙烯纤维(PF)混杂后对尾砂胶结充填体静态力学性能及破坏模式的影响,采用电子万能试验机和扫描电镜分别对含混杂纤维尾砂胶结充填体进行单轴压缩试验和微观测试。结果表明:混杂纤维的掺入对充填体破坏模式有显著影响,无纤维充填体(CTB)最终以单斜面剪切破坏为主,呈明显的脆性破坏,而掺混杂纤维充填体(SP-FRB)因内部纤维的桥连和阻滞效应,最终破坏以较多的微小次生裂纹为主,试件整体裂而不断,表现出明显的延性变形;混杂纤维的掺入能够提高充填体的单轴抗压强度,但纤维含量存在最佳值;CTB及SP-FRB的应力-应变曲线均存在孔隙压密、线弹性变形、塑性屈服和破坏四个阶段。微观测试结果表明:充填体内部初始孔隙的数量和大小是破坏失稳的重要因素,钢纤维和聚丙烯纤维能够在充填体内保持较高的完整性,并分别通过与基体间的黏结力和自身疲劳断裂阻滞裂缝的扩展。

纤维增强复合材料胶接结构疲劳特性研究进展

纤维增强复合材料胶接结构的疲劳特性与纤维、环氧树脂以及胶黏剂的特性紧密相关,为了开展复合材料胶接结构的疲劳性能研究,本文提出适用于复合材料胶接结构的疲劳分析方法,完成复合材料胶接结构的抗疲劳设计,从复合材料层压板、层间以及胶接界面等研究对象的疲劳特性分析方法入手,全面综述了国内外学者在复合材料结构、金属胶接结构以及复合材料胶接结构的疲劳特性及寿命预测方法等方面的研究进展。结果表明:采用S-N曲线拟合得到寿命预测模型对复合材料胶接结构进行寿命预测是行之有效的,以此为依据开发基于物理机制的有限元寿命预测模型可以对疲劳裂纹扩展及疲劳特性进行分析,对于层间损伤和界面损伤,多采用粘聚区模型进行模拟分析,可以为复合材料胶接结构的疲劳失效分析方法的建立提供指导。

纤维增强气凝胶复合材料高温结构转变及热稳定性研究

目的研究高温受热条件下纳米复合隔热材料的结构转变特征及热稳定性。方法采用扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪及热重仪等检测方法。结果纤维增强气凝胶材料从室温到650℃存在连续的质量损失,从室温到放热前,质量损失为1.66%;365℃开始出现放热,温度升至398℃时达到峰值,整个放热过程对应质量损失约为1.3%;从435℃放热结束开始到650℃的质量损失为1.46%。经过400℃热处理后,试样比表面积从268m^2/g增加到437m^2/g;当试样热处理温度达到600℃时,试样的比表面积明显随之降低至198m^2/g。结论SiO2气凝胶复合材料以无定形结构为主,存在少量的二氧化钛晶体。在400℃左右,SiO2气凝胶结构中硅甲基Si-CH3发生氧化,产生明显的放热峰,之后硅羟基Si-OH之间发生缩聚反应,使600℃热处理后气凝胶中Si-O-Si网络骨架强度有所提高。未处理的纤维增强气凝胶材料试样上气凝胶纳米颗粒构成的块体较为良好地包裹在玻璃纤维表面,而经过600℃的高温热处理1 h后,块体气凝胶脱离了光滑的纤维表面,气凝胶纳米粒子发生收缩,致使材料比表面积下降。

聚丙烯纤维增强尾砂胶结充填体力学及流动性能研究

针对聚丙烯纤维掺量、长度及矿渣掺量这三种因素对尾砂胶结充填体力学及流动性能的影响,进行正交试验设计。通过对试验结果进行极差和方差分析,得到了这三种因素对尾砂胶结充填体力学及流动性的影响程度和显著性影响因素,并借助扫描电镜(SEM)揭示了纤维对充填体力学性能的作用机理。研究结果表明:随着纤维掺量及长度的增加,充填料浆坍落度分别下降了8.7%和4.3%,说明纤维的掺入会对料浆流动性能产生不利的影响;充填体28 d抗压强度、抗拉强度均随着纤维掺量的增加呈先增加后减小的趋势,并在纤维掺量为0.6%时达到最大值,但纤维对充填体抗拉强度的改善效果明显优于对抗压强度的改善效果;矿渣的掺入对纤维增强尾砂胶结充填体流动性能无显著影响,但矿渣掺量的增加使得充填体抗压及抗拉强度分别降低了17.9%、19.7%,说明矿渣的掺入会对尾砂胶结充填体力学性能产生不利影响;纤维的掺入能够有效限制充填体裂纹的扩展,且随着纤维掺量的增加,充填体破坏特征由脆性向延性转变;纤维增强尾砂胶结充填体力学性能的关键在于纤维与砂浆基体界面存在粘结力,使得横跨于裂缝两侧的纤维能够形成“锚固”作用,从而提高充填体的整体力学性能。

玻璃纤维增强气凝胶复合材料厚度测试方法

文章旨在介绍玻璃纤维增强气凝胶复合材料厚度测试的方法。首先介绍了该材料的应用背景和重要性,然后讨论了不同的厚度测试方法,包括机械测试和非接触式测试,并比较了它们的优缺点。在测试步骤中,详细描述了样本准备、测量位置选择和测试仪器操作等内容。此外,还介绍了数据处理和分析的方法,以及如何正确利用测试结果。最后,总结了厚度测试的目标和方法,并强调了测试结果的准确性和可靠性对于材料品质和性能的重要性。

提钛炉渣-铁基全尾砂-水泥胶结充填体配比实验研究

为研究提钛炉渣替换水泥全尾砂胶结充填体的最佳配比及力学性能,以提钛炉渣(TBS)、铁基全尾砂(IFT)和水泥(P.O 42.5R)为实验材料,在分析该提钛炉渣的粒径级配组成、成分等物理化学特性的基础上,制备灰砂比1∶4、1∶6、1∶8和提钛炉渣掺入替换比为40%、50%、60%、70%、80%的充填体试样,测定了养护龄期分别为7 d、14 d和28 d时的充填体单轴抗压强度。实验结果表明:充填体的抗压强度与养护期龄正相关;相同养护时间下,充填体的单轴抗压强度随着灰砂比的增大而增大;随提钛炉渣替换比增大,充填体28 d强度先增大后减小;当提钛炉渣替换比为50%时,灰砂比1∶8、1∶6、1∶4的充填体28 d抗压强度分别为1.8 MPa、2.5 MPa、4.0 MPa,均超过未添加提钛炉渣的试块强度,表明掺入提钛炉渣对充填体的28 d强度具有明显的提升作用。研究结果表明,提钛炉渣可开发为矿山充填胶凝材料,从而降低矿山充填成本。

充填采矿用全尾砂胶结材料流变特性研究

充填料浆的流变特性是反映料浆流动性和稳定性的重要指标。为实现全尾砂胶凝料浆的自流稳定输送,在石人沟铁矿现场开展了水泥全尾砂料浆的试验研究。通过对水泥全尾砂料浆流变特性的分析,揭示影响全尾砂胶凝料浆流变性的因素,并建立砂浆流动性和稳定性分别与影响因素的关系,为充填工艺提供理论依据。

单轴压缩下尾砂胶结充填材料次声波特性试验研究

尾砂胶结充填体常作为地下矿山重要承载单元,其稳定性对矿山的安全开采十分重要。近年来,国内外学者对岩石变形破坏过程中的次声波信号开展了试验研究,但对尾砂胶结充填体变形破坏过程中次声波信号的研究却鲜有报道。为此,开展了尾砂胶结充填材料的次声波试验研究。制备了3种不同灰砂比的尾砂胶结充填材料试件,在RMT-150C岩石力学试验加载系统上进行了单轴压缩次声波试验。首先,研究了不同灰砂比尾砂胶结充填材料试件破坏过程力学特性;其次,着重研究了不同灰砂比的尾砂胶结充填材料试件破坏过程中的次声波信号能率、累计能率、能率关联分形维数、主要频率、频带能量等特征。试验结果分析表明:①随着灰砂比的增加,充填材料试件屈服强度点的相对应变水平和峰值应力呈增大趋势,屈服强度点的相对应力水平和峰值应变呈减小趋势;②不同灰砂比的充填材料试件在单轴压缩破坏全过程均有次声波信号产生,在屈服强度点附近次声波信号能率均出现明显的突增现象。灰砂比越小的试件,次声波信号能率突增点所对应的相对应力水平越高;③采用G-P算法得到不同灰砂比充填材料试件次声波信号能率的关联维数,表明进入屈服强度点后次声波信号能率的关联维数快速降低至最小值,灰砂比越小的试件,次声波信号能率关联维数最小值所对应的相对应力水平越高;④次声波信号的主要频率与灰砂比没有相关性,峰值应力前主要频率集中在0~4 Hz,不同灰砂比充填材料试件出现的次声波信号主要频段(0~1.25,1.25~2.50,2.50~3.75 Hz)能量占比变化规律具有一致性,峰值应力前,0~1.25 Hz频段次声波信号能量占比上升至最大值,2.50~3.75 Hz频段能量占比则降至最小值。

固废基充填胶凝材料配比分步优化及其水化胶结机理

充填体强度对安全高效采矿至关重要,而胶凝材料是获得高强度充填体的关键.本文以工业固废为原料,首先借助D-optimal设计方法通过建立强度回归模型和因素影响分析得到矿渣激发剂最佳配比,然后通过矿渣掺量优化试验获得最佳矿渣掺量,进而获得胶凝材料完整配比;并以水泥为参照,借助X射线衍射仪和扫描电镜从水化产物和充填体微观结构揭示充填体强度形成机制.结果表明:(1)激发剂各组分对矿渣敏感顺序为:氢氧化钠﹥熟石灰﹥脱硫石膏﹥硫酸钠,且相互之间存在不同程度的交互作用;(2)在最佳质量配比(矿渣85.00%,熟石灰8.03%,硫酸钠3.96%,脱硫石膏1.85%,氢氧化钠1.16%)下,可获得超过单一水泥3.5倍的早期(1~3 d)强度和2倍的后期(7~28 d)强度;(3)高强度充填体的形成主要与水化产物钙矾石(AFt)和C–S–H有关,钙矾石在早期快速成核与生长,形成有效物理填充作用是形成较高早期强度的主要原因,后期强度则得益于不断累积的C–S–H的包裹黏结作用,使充填体结构进一步致密化.使用该固废基胶凝材料有助于矿山安全采矿;工业固废质量占比86.85%,协同解决了尾砂、矿渣、脱硫石膏等固废;D-optimal设计方法可用于激发剂等多物料混合物的配比设计和因素作用分析.

全尾砂胶结充填材料配合比及性能研究

以矿渣、水泥、半水石膏、脱硫石膏与生石灰作为胶凝材料,并且加入少量萘系高效减水剂,制备全尾砂胶结充填材料。采用正交试验,进行极差分析和方差分析,分析出影响3 d抗压强度与膨胀性能的最主要因素为半水石膏与脱硫石膏的比例,影响流动性最主要因素为生石灰掺量,其次为半水石膏和二水石膏比例和石膏总掺量,确定出最佳配合比为A3B2C3。结果表明,采用最佳配合比,全尾砂胶结充填材料3 d抗压强度可达到0.75 MPa,28 d抗压强度可达到2.92 MPa,料浆流动性为173 mm,充填体高度为64.47 mm。

基于正交试验的全尾砂胶结充填材料配比优化

以某矿山全尾砂为骨料、水泥和粉煤灰为胶凝材料制作胶结充填材料,采用正交试验探讨了料浆质量浓度、灰砂比和掺灰量对充填材料泌水率、7 d和28 d抗压强度的影响程度,并确定了最佳的全尾砂胶结充填材料配比方案。研究结果表明:料浆质量浓度是影响充填料浆泌水率的主要因素,料浆质量浓度为71%和74%时泌水率小于15%可满足工艺要求;灰砂比对充填材料7 d和28 d抗压强度的影响最大,掺灰量次之,料浆质量浓度最小;确定的最佳配比方案为料浆质量浓度74%、灰砂比1∶4、掺灰量10%。

L形碳纤维增强复合材料/铝合金胶接复合构件剥离应力建模与分析

针对承受剥离载荷的L形碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastic/polymer,CFRP)/铝合金胶接复合构件,以微元受力平衡方程为基础,建立胶层平均剥离应力的二维分布方程。在方程中引入基材的弯曲刚度系数,描述背材与基材均为刚性材料的情况下胶层剥离应力的分布规律。其应力分布曲线为拉压应力交替作用的阻尼调和函数,周期与峰值由胶接件构型尺寸与材料性能参数决定。通过CFRP/铝合金剥离试验及三维有限元模拟对理论模型进行对比验证,结果的总体趋势与数值吻合程度较好,并分析不同方法获得的剥离应力分布状态之间的差异及其产生的原因。基于胶接复合构件的理论模型与三维有限元模型,研究基材厚度改变对剥离应力分布的影响,发现伴随着CFRP板厚度的增加,剥离应力的峰值明显下降,在剥离前沿的应力集中现象得到改善。

胶结剂性质对全尾砂胶结充填材料抗压强度的影响

针对胶凝材料性质对全尾砂胶结充填材料抗压强度的影响进行了试验研究,采用压汞测孔仪(AutoporeⅣ9500)测定了固化体的总孔隙率和孔径分布。试验结果表明:当料浆固体浓度分别为70%、78%和86%并且胶凝材料掺量10%(以总固体质量计)时,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体抗压强度分别提高了151%、127%和90%;当料浆固体浓度为86%并且胶凝材料掺量5%、养护龄期分别为7、14和28 d时,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体抗压强度分别提高了68%、97%和141%;当料浆固体浓度为86%并且胶凝材料掺量分别为5%、10%、20%、30%和40%时,掺矿渣水泥比掺水泥的28 d固化体抗压强度分别提高了127%、89%、10%、-12%和-21%。结合压汞测孔数据和固化体抗压强度结果,得出结论:在高水胶比材料(即水胶比大于0.65)中,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体中孔径更细(即水化产物更多或更分散),导致固化体中骨料(包括填料)的黏结面积增加而增加固化体抗压强度;在低水胶比材料中,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体中总孔隙率大幅度增加,导致固化体中骨料的黏结强度降低而降低固化体抗压强度。

新型尾砂胶结材料在应用中的几个问题

对焦家新型尾砂胶结材料在矿山充填中所存在的几个问题进行了探讨,指出了新型尾砂胶结材料在充填中与传统胶结剂的不同特点,提出了解决建议。

溶胶-凝胶法Al_2O_3涂层碳纤维增强铝基复合材料的研制

以异丙醇铝为原料，经乙酰丙酮改性，通过水解缩合制得Ａｌ２Ｏ３溶胶，研究溶胶－凝胶法在碳纤维上涂覆氧化铝陶瓷和制备（涂层）碳纤维增强铝基复合材料预制丝的连续工艺。采用了ＩＲ、ＴＧ－ＤＴＡ、ＸＲＤ、ＳＥＭ等手段对溶胶－凝胶产物、涂层纤维、碳纤维增强铝预制丝进行了分析表征。结果表明：γ－Ａｌ２Ｏ３涂层有效的阻止了氧分子渗入，与原纤维相比，涂层纤维的耐高温性能明显提高。涂层后纤维与熔融铝的润湿性和相容性明显改善，涂层有效的阻止了碳／铝界面反应，使预制丝强度明显提高。

胶结剂对全尾砂固结材料孔隙结构的影响

通过掺入一定比例粉煤灰和矿渣代替水泥,用AutoPoreⅣ9500型全自动压汞测孔仪测量不同胶结剂、不同龄期的全尾砂固结材料孔结构,表征胶结剂的胶结性能。结果表明,15%掺量的矿渣的孔结构参数比15%掺量的粉煤灰的孔结构参数更优。水泥、矿渣、粉煤灰三者水化活性活依次降低。随着养护龄期的增加,三种全尾砂试块的孔隙率、平均孔径、孔隙量均减小,分形维数、孔总面积均增大,抗压强度增加。工业试验验证,掺入一定量矿渣与粉煤灰的胶凝剂对水泥的可替代性,且具有成本优势。

基于活性材料的全尾砂胶结充填技术

为解决尾砂地表堆积危害,全尾砂充填细泥含量多、水泥离析严重及NPA药剂絮凝成团所造成的全尾砂胶结充填采场脱水难、固结体强度偏低、水泥单耗大、充填成本较高等难题,将粉煤灰和炉渣(活性材料)应用于全尾砂胶结充填,研究了其物化性能、胶结作用机理、优化配比及全尾砂胶结充填系统。结果表明,粉煤灰、水淬炉渣胶凝活性明显,大大减少水泥离析,提高充填强度;推荐水泥:活性材料:全尾砂配比为1:2:8充填料充填,1:2:6的充填料胶面,质量浓度均为70%;充填材料胶结过程包括水化期、水硬期和强度期;设计的全尾砂胶结充填系统简便、灵活,采场充填效果理想,尾砂利用率达100%。

短纤维增强橡胶复合材料在轮胎中应用的研究概况

本文介绍了短纤维增强橡胶复合材料(SFRC)的性能以及在轮胎中应用的理论研究概况,并重点介绍短纤维在胎面胶、带束层边部胶、胎侧胶、气密层胶等轮胎各部件中的使用情况及影响,指出我国在短纤维应用于轮胎中存在的一些问题和发展方向。