低强度相似材料正交配比试验

为准确地配出满足相似模拟试验需求的低强度相似材料,以沙子为骨料,粉煤灰和石膏为胶结料,采用正交试验的方法进行配比试验研究.试验结果表明:不同配比相似材料的力学参数分布范围较大,能满足不同比例模拟试验对相似材料的要求;相似材料的抗压强度和弹性模量皆随砂胶比和胶结物比例的增加呈现明显的减小趋势,砂胶比与材料的抗压强度和弹性模量近似呈线性关系,胶结物比例与材料的强度和弹性模量近似呈现乘幂关系;采用极差分析法分析了砂胶比和胶结物比例的敏感度,并作出了其对相似材料力学参数影响的直观分析图,胶结物比例较砂胶比对材料的抗压强度和弹性模量的影响皆更为显著.该成果对相似模型材料配比的选取具有定的参考价值和指导意义.     

细观特征对混凝土力学特性影响试验研究

混凝土材料组分极为复杂,力学性质与其内部细观结构密切相关.为了研究不同细观特征对混凝土力学特性的影响,采用常规三轴压缩试验,对9组27个混凝土试样进行常规三轴压缩试验,对比了胶凝材料类型、骨料种类、骨料含量三种决定细观特征的因素对混凝土力学特性及变形破坏的影响.研究结果表明,水泥胶凝材料的胶结力远强于石膏的胶结力,P.O32.5水泥的胶结力低于P.O42.5水泥;不同类型粗骨料产生不同的混凝土强度,碎石骨料由于其棱角分明,胶结较好,故碎石混凝土拥有较高的强度.同时混凝土强度随粗骨料含量的增加而增加;研究结论可为深入探索混凝土的力学性质提供依据.     

大掺量冶金渣制备高强度人工鱼礁混凝土的试验研究

通过正交试验研究了用作制备高强度人工鱼礁的钢渣--矿渣--熟料--石膏体系胶凝材料的强度.净浆正交试验表明:钢渣∶矿渣的复合比为5∶3,并与10%的水泥熟料和10%的脱硫石膏复合的胶凝材料具有较高的强度.以优化后的胶凝材料代替水泥,并以热闷法稳定化的钢渣颗粒为骨料,可以制备出抗压强度达到50 MPa以上的人工鱼礁混凝土.利用X射线衍射和扫描电镜分析净浆的水化过程,发现体系在早期水化主要生成AFt相和C--S--H凝胶,在后期钢渣和矿渣的火山灰活性反应对强度的增长起主要作用.     

大尺寸工程模型试验中的相似材料配比试验研究

大型物理模型试验是研究复杂工程问题的重要方法，如何快速、准确地确定相似材料配比是试验中至关重要的一环.为降低试验成本、简化试验步骤、充分调用原料性能，采用河砂、水泥和石膏这三种最普通的原料，以骨胶比(河砂与水泥石膏的质量比)和水膏比(水泥与石膏的质量比)为变量，进行了45组对比试验，对相似材料的物理及动、静力学参数进行了研究.获得了以河砂、水泥和石膏为原料配制的相似材料各物理量的变化区间；探讨了骨胶比和水膏比对相似材料各物理量的控制作用，并对比了其敏感性；基于多元线性回归分析建立了各因素与物理量间的定量关系，得到的拟合公式能较好地描述相似材料的性质.     

不同黏土矿物对岩石相似材料性质的影响

岩石相似材料配比中水敏材料的合理选择是开展水岩劣化作用下岩体工程大型物理模型实验研究的重要基础与前提。从研制适用于开展水岩作用相关物理模型试验相似材料的角度出发,以石英砂、重晶石粉为骨料,水泥、石膏为胶结材料,分别添加膨润土、伊利石粉、高岭土作为水敏性调节剂来制作岩石相似材料,开展了单轴压缩、直剪以及水理性试验,获得了不同配比相似材料的物理力学参数和水理性质指标,并采用单因素控制法深入分析了不同黏土矿物类型与不同掺入量对相似材料试样物理力学性质与水理性质的影响。结果表明：(1)添加黏土矿物的相似材料,其物理力学参数分布范围广,能满足岩石相似材料的需求;(2)黏土矿物的添加显著改变了试样的物理力学性质,随着其掺入量的增加,试样密度、抗压强度、弹性模量以及黏聚力整体呈下降趋势,内摩擦角呈增大趋势,其中膨润土的影响程度强于伊利石粉和高岭土;(3)含有膨润土的相似材料相对于其他黏土矿物吸水率更大,更易于发生崩解,更适合作为研究水岩相互作用的物理模型试验相似材料的水敏性添加剂。该研究成果可为研制适用于开展水岩相互作用的物理模型试验相似材料提供参考。     

季冻区水泥土的强度预测模型与变形特征

为了研究季冻区水泥土的强度与变形特征,推动其在寒区设施农业与新农村建设中的应用,以内蒙古黄河灌区周边典型的粉砂土为主要骨料,以硅酸盐水泥为胶凝材料,采用机械压实和人工击实方法分别制作了高径比为1和2的圆柱体试件,利用WDW-50微机控制电子式万能试验机开展单轴抗压室内试验。对比研究了两种成型试件的强度变化规律,建立了相应的强度预测模型;并对其破坏形态、破坏应变和变形模量开展了分析。试验结果表明：两组成型试样具有相似的强度变化规律,强度预测模型的建立需要精细化研究;高径比与水泥掺量的变化对破坏形态、破坏应变影响很大,试样的变形模量与无侧抗压强度基本满足线性关系。     

新型“固-气”耦合相似材料渗透性影响因素

为研制出满足模拟低渗性岩石的相似材料,以砂子、普通水泥、玉米淀粉为原料.设计了水泥砂子质量比A、淀粉含量B两个因素,因素A设置5个水平、因素B设置6个水平,共30个实验配比方案,进行渗透速率实验,并经计算获得了不同配比相似材料的渗透率.实验结果表明:渗透率变化范围为2.704×10-11~6.146×10-10d-1,利用非线性回归法,对试件渗透速度随水泥沙子质量比及淀粉含量之间的变化规律的实验结果进行拟合,得到渗透率与水泥沙子及淀粉含量之间的定量关系式,发现"固-气"耦合相似材料试件渗透率随水泥沙子质量比的增大,呈负指数反比例函数的变化;随淀粉含量的增加,呈线性单调递增变化,这说明淀粉具有降低材料渗透性的功能,同时反映出岩石组成结构越致密,所对应的原型岩石强度越大,岩石本身的渗透性越低,反之渗透性越高,相似实验材料渗透性的变化规律与岩石的渗透性变化规律相似度很高.     

水泥增强磷石膏-膨润土强度及污染物固定的验证

膨润土作为磷石膏吸附剂,具有较好的磷(氟)固定效果,但其混合物作为道路填筑材料时,通常无法满足力学性能要求,为探究水泥能否提高磷石膏-膨润土混合物的力学性能,以及能否协同膨润土固定磷石膏中的磷(氟)污染物,制备了掺水泥、不掺水泥以及不同掺量水泥的混合料,压制试样,并分别进行雨水淋滤模拟试验和无侧限抗压强度测试.结果表明：掺加水泥后,试样的无侧限抗压强度以及磷(氟)污染物固定效果均有所提高,在同一养护期下,水泥添加量越多,试样无侧限抗压强度越高,磷(氟)污染物固定效果越好,添加量达到5%时,试样的无侧限抗压强度可达到5.31 MPa,满足《公路路面基层施工技术规范》(JTJ 034—2000)中的要求.本文探究结果成功验证了水泥增强磷石膏-膨润土混合物强度性能及其磷(氟)污染物固定效果的可行性,为磷石膏在道路填筑材料的应用提供了一定的参考价值.     

废弃烧结砖制备植被型渗蓄生态材料

采用不同粒级的废弃烧结砖为骨料,谷壳灰为掺合料,研制适用于植被生长的新型渗蓄生态材料。探索骨料粒级、水泥用量及谷壳灰掺量等因素对材料吸水率、抗压强度、渗透系数、表观密度及植被生长的影响规律;并确定渗蓄材料的最优骨料粒级和合理配合比,以制备强度较高、渗蓄性好、植物种植良好的渗蓄生态材料。研究表明:最优骨料粒级为2.36~4.75mm;未掺谷壳灰时,合理水泥用量为283 kg/m~3,材料吸水率为24%,强度大于4.5 MPa,渗透系数为5.4 cm/s,表观密度为1 210 kg/m~3;掺谷壳灰时,较优的水泥与谷壳灰总质量为346 kg/m~3,谷壳灰掺量为10%,吸水率大于27%,强度大于4.5MPa,渗透系数为4.4 cm/s,表观密度为1 250 kg/m~3,且植被生长情况最优。以谷壳灰为掺合料不仅可提高材料的渗蓄性能,还可为植物生长提供养分,促进植被生长。     

低强度相似材料参数敏感性正交试验研究

用相似模拟试验进行低强度相似材料参数敏感性试验,选择铁矿粉、重晶石粉、砂及石膏用量4因素5水平进行正交试验。结果表明,铁矿粉和石膏用量分别对相似材料的容重和抗压强度有显著影响,随铁矿粉用量增大,相似材料容重呈增大趋势,随石膏用量增大,相似材料抗压强度逐渐增大;模拟铁矿体合理配比为:m(重晶石)∶m(铁矿粉)∶m(砂)∶m(石膏)=21∶78∶40∶8。     

沥青砂混合料新型软岩相似材料的试验研究

在地质力学模型材料研究的基础上,根据相似理论,通过大量的力学试验和数据分析,最终研制出一种模拟软岩特性的相似材料.该相似材料是用硬质沥青作为胶结剂,砂和锌粉作为骨料,橡胶粉作为调节剂混合而成的.对相似材料进行了常规的单轴压缩、劈裂拉伸和直剪试验,测定了该相似材料在不同配比下的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内聚力、摩擦角等参数;并研究了养护时间对相似材料力学性能的影响.结果表明：该相似材料能很好地满足相似材料的选材要求,其物理力学参数变化范围大,破坏现象与软岩的非常相似,是模拟软岩的理想材料.     

隧道爆破力学模型相似材料配比的正交试验

以砂岩作为模拟对象,研究满足隧道爆破力学模型试验要求的相似材料配比问题.基于正交试验法,选取石英砂、重晶石粉、石膏、水泥和水为相似材料,设置以石英砂/固体、水泥/石膏、重晶石粉/(重晶石粉+石英砂)的质量比为3个因素,每个因素3个水平,共9组配比的正交试验方案.通过室内试验,得到相似材料的密度、单轴抗压强度、弹性模量和声波波速的实测数据.试验结果表明:相似材料的物理力学参数分布范围较广,可满足不同隧道模型试验对相似材料的配比要求.利用极差敏感分析法分析各因素对相似材料参数的敏感性,并通过各因素对相似材料参数影响的直观分析图,分析各因素对相似材料物理力学参数的影响规律.对试验数据进行多元线性回归分析和室内试验,发现最优配合比下的相似材料与原型砂岩的单轴应力-应变曲线具有相似的脆性破坏特征;相似材料物理力学参数的设计值和实测值误差较小.     

改性脱硫石膏基混凝土物理力学性能试验研究

为了验证改性脱硫石膏替代水泥的可行性,采用实验方法,对改性脱硫石膏和水泥及其混凝土的物理力学性能进行了对比试验研究。结果表明:改性脱硫石膏基混凝土抗压强度达到44 MPa,抗折强度达到9.5 MPa,明显高于水泥基混凝土。抗拉强度、抗剪强度与水泥基混凝土较为接近;因此,改性脱硫石膏替代水泥作为胶凝材料是可行的。养护条件的差异会对混凝土强度增长产生影响,低湿度的常温养护条件更适宜改性脱硫石膏基混凝土后期强度的发展;所以在煤矿巷道的喷射混凝土支护施工后无需洒水养护,从而减少施工工序,提高施工效率。另外,还给出了改性脱硫石膏基喷射混凝土配合比的三种优化方案,在满足其施工所需强度的条件下能够方便灵活地选用其最优配合比。     

石膏种类对富水充填材料凝结硬化性能与机理的影响

针对富水充填材料的凝结性能受石膏种类影响的问题,采用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等微观实验,分析富水充填材料硬化体的组成,探讨二水石膏和半水石膏对富水充填材料性能影响的机理. 结果表明:以硫铝酸盐水泥-石膏-石灰为主的富水充填材料体系中,为保证正常的凝结硬化,石膏应为二水石膏;如以半水石膏为原材料,在7d龄期时仍不具有强度;二水石膏充足时生成的钙矾石晶体呈细针状,二水石膏不足时生成的钙矾石晶体为六棱短柱状;富水充填材料的强度主要来源于硫铝酸盐水泥-石膏-石灰反应生成的钙矾石,而不是水泥自身水化的水化硫铝酸钙、铝胶和氢氧化钙.     

水泥生料组分混凝土设计理论及试验研究

以混凝土材料的可循环利用为目标,提出了全新的水泥生料组分混凝土的概念,并研究了水泥生料组分混凝土的配合比设计方法--在配合比设计中引入硅砂率和钙砂率的概念,将混凝土的配合比设计与水泥生产的三率值联系起来,使混凝土的化学成分与水泥生料相同,进而在废弃后可直接作为水泥生料,无需或只需添加少量校正原料.试验表明:相同配比的水泥生料组分混凝土,除流动劣于普通河砂混凝土外,其他力学性能均优于河砂混凝土;废弃后的水泥生料组分混凝土氧化物成分与设计水泥生料基本一致.水泥生料组分混凝土概念的提出解决了废弃混凝土的再生回收利用率低、造价高的问题,同时避免了水泥生产中对天然矿物的过度开采和空气污染问题.     

基于连云港海相软土的新型土工材料强度试验研究

以连云港港区海相淤泥为原料,发泡聚苯乙烯EPS颗粒为轻质掺料,水泥为主固化材料,粉煤灰、矿渣、砂、石灰、石膏等为辅助固化材料,制备出满足一定强度的新型轻质土工材料.通过一系列的强度试验,分析了各固化剂掺量与固化后的淤泥无侧限抗压强度的影响,探讨了各掺料的固化机理.结果表明,在最佳配合比范围内,该新型土工材料的无侧限抗压强度远大于单一材料的强度值.     

卵石、石灰岩机制砂对水泥胶砂流动度和强度影响

用机制砂替代天然砂是目前缓解天然砂极度短缺的有效途径之一。为探索卵石、石灰岩机制砂应用潜力,本研究测试了两种机制砂的基本材料性能;并控制两种机制砂为相同且较低的石粉掺量,测试其对胶砂性能的影响;同时分别测试两种机制砂在不同石粉掺量下对胶砂性能的影响。结果表明:不同岩性机制砂的基本材料性能各不相同,其中石粉掺量和级配的差异较大;在石粉掺量相同的情况下,卵石机制砂砂浆的抗折强度与抗压强度均高于石灰岩机制砂,但二者相差不大,且随着龄期的增加增幅逐渐减小;随着石粉掺量的增加,两种机制砂的流动度、抗折强度和抗压强度都呈现先增加后下降的趋势,且在石粉掺量为5%时抗折强度达到峰值,均在石粉掺量为10%时抗压强度达到峰值,石粉掺量在5%~10%时为最佳。     

不同骨料固结粉胶结充填体强度试验与对比分析

为了将固结粉新型胶凝材料在金川矿山推广应用,针对目前矿山采用的4种充填骨料,开展固结粉胶结充填体强度试验研究.首先,针对龙首矿充填系统以及工业技术参数,进行4种充填骨料、3种胶凝材料和5种充填料浆浓度的试验方案设计.然后,针对4种充填骨料开展不同料浆浓度的充填体强度试验,获得了不同配比条件下胶结充填体强度.最后,针对固结粉胶凝材料进行4种骨料胶结充填体强度分析和对比研究.结果显示,除了戈壁粗砂骨料的胶结充填体3d和28d强度低于矿山设计强度外,其他3种骨料胶结充填体强度均满足金川矿山充填体设计强度.由此可见,固结粉新型胶凝材料可以替代水泥在金川矿山推广应用.