礦用高水速凝材料結(jié)石體基本物理參數(shù)測定及微觀結(jié)構(gòu)分析

　　含水率是表征材料在自然狀態(tài)下樣品中水的質(zhì)量所占的百分比，下面是小編搜集整理的一篇探究礦用高水速凝材料結(jié)石體基本物理參數(shù)測定的論文范文，供大家閱讀參考。

　　【摘 要】了解材料的基本物理量，對評價該材料的使用價值及使用效果具有十分重要的意義，并且有助于分析材料的強(qiáng)度特征與力學(xué)參數(shù)。因此在研究高水速凝材料的強(qiáng)度特征與力學(xué)性質(zhì)之前，有必要對其基本物理參數(shù)進(jìn)行測定。高水速凝材料的基本物理參數(shù)包括結(jié)石體重度、漿液重度、含水率、孔隙率、滲透系數(shù)、初凝時間等，本次實(shí)驗(yàn)主要測定材料的重度、含水率以及初凝時間。

　　【關(guān)鍵詞】高水速凝材料;結(jié)石體;物理參數(shù);微結(jié)構(gòu)分析;含水率;初凝時間

　　引言

　　由于高水材料廣泛應(yīng)用于采礦工程的充填支護(hù)，該技術(shù)主要是基于高水材料的速凝、早期強(qiáng)度高的特性，材料的物理力學(xué)特性越來越受到重視，因此，研究高水速凝材料的強(qiáng)度特征具有重要意義，不僅可以進(jìn)一步了解材料的內(nèi)部特性，而且為該材料在工程應(yīng)用中奠定較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)，使材料的功用得到更充分的發(fā)揮。

　　1 實(shí)驗(yàn)室重度測試

　　材料單位體積的重力稱為材料的重度。重度作為材料的基本物理性質(zhì)，可在一定程度上反映出材料的力學(xué)性質(zhì)。通常情況下，材料的重度越大，則其力學(xué)性質(zhì)越好，反之，則越差。高水速凝材料的重度分為漿液重度和結(jié)石體重度，其中漿液重度為剛加水?dāng)嚢韬笠后w的重度，結(jié)石體重度為漿液凝固后的固體重度。分析高水材料從液體到固體的重度變化，可以初步了解材料內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)與成分變化。試驗(yàn)中重度測試采用量積法，分別測試三種水灰比的重度。

　　①漿液重度測試過程：

　　漿液重度測試分別測試水灰比為5：1 、6：1 、7：1 三種漿液(A漿液、B漿液、AB混合漿液)的重度，其測試結(jié)果如表1所示：

　�、诹糠e法測試高水材料結(jié)石體重度：

　　測量時，先用數(shù)顯式游標(biāo)卡尺量測試件的直徑d和高度H(精確到0.01mm)用測量值計(jì)算截面面積和試件體積。然后將試件放在感量為0.01g的天平上稱量試件的質(zhì)量(精確到0.01g)。

　　③重度對比分析：針對漿液重度和結(jié)石體重度測試結(jié)果，除去測量誤差之外，可以看出，在加水質(zhì)量相同情況下，A漿液重度都比B漿液重度高，并且當(dāng)A、B漿液混合后，此時漿液重度更接近B漿液重度值，說明B漿液是影響混合漿液重度值的主要因素，并且隨著水灰比的逐漸增大，三種漿液的重度都逐漸減小，說明原料能夠很好的溶解于水，混合后能會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。同時，三種漿液的重度值均在10.5～11.5之間，其數(shù)值大小比水的重度值稍大，且自身差別甚小，而水是影響重度的主要原因。可以猜想，如果當(dāng)三種水灰比的結(jié)石體強(qiáng)度差別較大時，此時重度對強(qiáng)度的影響甚微，說明高水速凝材料的重度對力學(xué)性質(zhì)的影響與一般普通的材料是有區(qū)別的。

　　針對漿液重度和結(jié)石體重度的對比，可以分別對比同一水灰比的漿液重度和漿液凝固7d的結(jié)石體重度。結(jié)石體是在水中養(yǎng)護(hù)7天后取出，測量并計(jì)算其重度值，從表1和表2中的重度值，可以列出三種水灰比情況下漿液重度和結(jié)石體重度的對照表，如表3所示。 　　隨著水灰比的增大，重度值呈現(xiàn)均勻降低。結(jié)石體是漿液凝固后的固體物質(zhì)，在此過程中，體積幾乎保持不變，只有單位體積質(zhì)量有所增加，由此可見，在漿液凝固過程中，材料內(nèi)部發(fā)生發(fā)應(yīng)，有新的物質(zhì)生成，并且該物質(zhì)的重度值比原料重度值稍大。同時，該物質(zhì)可以大量吸附自由水，將自由水變成物質(zhì)的結(jié)晶水。

　　2 實(shí)驗(yàn)室含水率測定

　　含水率是表征材料在自然狀態(tài)下樣品中水的質(zhì)量所占的百分比。從制備材料時的水灰比可以看出，高水速凝材料內(nèi)部含有大量的水分，這些水分是影響材料力學(xué)性質(zhì)的因素之一。在分析材料力學(xué)性質(zhì)之前，有必要知道結(jié)石體中含有水分的多少。針對不同水灰比的結(jié)石體，分別測試其含水率。測試過程中，將同一水灰比的結(jié)石體分為三組，取計(jì)算結(jié)果的平均值作為最終含水率。

　　根據(jù)巖石力學(xué)規(guī)范測定巖樣含水率時，需將試樣放入108℃的恒溫烘箱中，置放24小時后取出，然后測量烘干后試樣質(zhì)量，并計(jì)算其含水率，實(shí)驗(yàn)過程嚴(yán)格按照規(guī)范操作。

　　由計(jì)算結(jié)果可以看出，高水速凝材料的含水率高達(dá)80%以上，其中水灰比為7：1的材料含水率接近90%。材料的含水率隨著水灰比增大而增加。

　　3 初凝時間測定

　　由于高水速凝材料含水量很高，凝結(jié)問題一直是材料應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本次實(shí)驗(yàn)中，對材料的初凝時間進(jìn)行了測試。根據(jù)《中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：作測定膠凝時間的試模從開始裝模起，每隔1-5min人工將其輕微傾斜一次。隨著混合漿體流動性的減小，可適當(dāng)加大傾斜角度，縮短間隔時間。當(dāng)試模傾斜至45°，混合漿體完全失去流動性時為膠凝。膠凝時間從兩種單漿開始混合時計(jì)。

　　膠材料的初凝時間測試結(jié)果如表5所示，由表中數(shù)據(jù)可以看出，材料的水灰比是影響初凝時間的主要因素。在其他條件不變的情況下，水灰比愈大，初凝時間越長。與一般膠凝材料相比，材料確實(shí)具有速凝的特點(diǎn)。

　　4 材料微結(jié)構(gòu)分析

　　隨著水灰比的降低，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸致密，同一倍速下的圖片，5：1的比7：1的結(jié)石體枝柱更為緊密。這也是水灰比較小時，材料的強(qiáng)度較低的原因。同時，結(jié)構(gòu)之間的空隙也有可能被材料所含水占據(jù)，因而材料可以有很高的含水率。

　　5 結(jié)束語

　　(1)隨著水灰比的增大，重度值呈現(xiàn)均勻降低。結(jié)石體是漿液凝固后的固體物質(zhì)，在此過程中，體積幾乎保持不變，只有單位體積質(zhì)量有所增加，由此可見，在漿液凝固過程中，材料內(nèi)部發(fā)生發(fā)應(yīng)，有新的物質(zhì)生成，并且該物質(zhì)的重度值比原料重度值稍大。同時，該物質(zhì)可以大量吸附自由水，將自由水變成物質(zhì)的結(jié)晶水。

　　(2)材料的水灰比是影響初凝時間的主要因素。在其他條件不變的情況下，水灰比愈大，初凝時間越長。與一般膠凝材料相比，材料確實(shí)具有速凝的特點(diǎn)。

　　(3)隨著水灰比的降低，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸致密，同一倍速下的圖片，5：1的比7：1的結(jié)石體枝柱更為緊密。這也是水灰比較小時，材料的強(qiáng)度較低的原因。同時，結(jié)構(gòu)之間的空隙也有可能被材料所含水占據(jù)，因而材料可以有很高的含水率。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1]過江，張欽禮，鄭雙春.礦用低成本高水速凝材料的開發(fā)及應(yīng)用研究[J].有色金屬(礦山部分).

　　[2]翟奎，林富潮.高水速凝材料的研制及充填試驗(yàn)[J].礦業(yè)快報(bào)，2000(23).

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