本文關鍵詞：含硫全尾砂膠結充填體膨脹及強度特性研究

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【摘要】：以含硫尾砂為骨料的膠結充填體隨著養(yǎng)護齡期的延長會出現明顯的膨脹現象,有時甚至會出現酥松或崩解,致使充填體強度急劇下降,直接導致充填體失穩(wěn),給安全生產帶來巨大隱患。本文以含硫尾砂膠結充填體為研究對象,探究不同含硫量尾砂的充填體試件膨脹及強度特性,分析其膨脹的化學機理,并進行充填體荷載破壞的損傷本構模型研究,為含硫充填體膨脹災害控制提供理論基礎。具體研究內容如下:(1)基礎試驗與理論分析。全尾砂物理性質、化學成分和級配測試表明,尾砂含硫量約4%,粒度較細、滲透性差、級配良好。研究了硅酸鹽水泥的水化機理、水泥基材料硫酸鹽侵蝕機理,對比分析含硫充填體硫化侵蝕與其的異同,探究含硫充填體膨脹、開裂、崩解的化學機理和破壞模式。(2)室內配比試驗,探究含硫充填體的膨脹及強度特性。以含硫量、料漿濃度、水泥用量、養(yǎng)護齡期4個參數為影響因素,并設置了5個水平,再以標準養(yǎng)護條件下的充填體膨脹率、單軸抗壓強度為判別指標進行正交試驗。(3)利用極差分析法獲得充填體膨脹率影響因素優(yōu)先級,養(yǎng)護初期(14d)為:水泥用量料漿濃度含硫量;養(yǎng)護28d至120d為:水泥用量含硫量料漿濃度。利用多元線性回歸方法建立了充填體膨脹率的預測模型,描述充填體膨脹規(guī)律。為更高精度的預測充填體膨脹率,嘗試支持向量機(SVM)方法并實現了對充填體膨脹率的有效預測。(4)含硫充填體膨脹化學機理分析,借助X衍射分析法(XRD)對不同硫含量、水泥用量、養(yǎng)護齡期充填體粉末進行對比分析。XRD衍射圖譜顯示,各對比組的石膏、鈣礬石、水化硅酸鈣等晶體衍射特征峰會有明顯不同。揭示了含硫充填體膨脹的化學機理:因硫(化物)轉化為硫酸根并形成侵蝕效應,生成石膏、鈣礬石等膨脹晶體,致使充填體產生內應力,同時消耗部分水化硅酸鈣降低骨料間的粘結程度,從而造成充填體的開裂崩解。(5)分析充填體強度數據,養(yǎng)護初期(14d)其強度值較低,與水泥用量、料漿濃度間呈正相關,與硫含量呈先降后增的趨勢。養(yǎng)護28d及以后,部分充填體試件表面出現裂紋等明顯缺陷,同配比的試件試驗獲得的抗壓強度數據十分離散,已不能通過試驗手段有效獲得其抗壓強度。(6)含硫充填體損傷本構模型研究,取試件規(guī)整、表面無明顯缺陷試件的單軸抗壓全應力——應變曲線為研究對象,推導基于Weibull強度理論的損傷本構模型并修正,使之更符合含硫充填體單軸荷載下變形破壞規(guī)律。
【關鍵詞】：含硫 膠結充填 膨脹 強度 XRD分析 SVM預測 損傷本構
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD853.34
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 選題背景10
• 1.2 含硫尾砂膠結充填研究的意義10-11
• 1.3 國內外含硫尾砂處置的研究現狀11-12
• 1.4 充填體硫化物侵蝕的理論淺析12-13
• 1.5 本文研究的主要內容及關鍵問題13-15
• 1.5.1 含硫充填體侵蝕理論分析及試驗研究13
• 1.5.2 充填體膨脹規(guī)律預測13
• 1.5.3 充填體膨脹化學機理分析13
• 1.5.4 含硫全尾砂膠結充填體損傷本構模型研究13
• 1.5.5 技術路線圖13-15
• 第二章 含硫全尾砂物化性質及硫化侵蝕機理研究15-23
• 2.1 膠結材料15
• 2.2 充填骨料15-17
• 2.2.1 尾砂的基本物理性質15
• 2.2.2 主要試驗方法及試驗設備15-16
• 2.2.3 尾砂的粒級組成16
• 2.2.4 尾砂的基本化學成分16-17
• 2.3 水泥水化機理基礎17-19
• 2.3.1 水泥的水化過程17-18
• 2.3.2 水泥的水化產物18-19
• 2.4 水泥基膠結材料侵蝕機理19
• 2.4.1 水泥基膠結材料硫酸鹽侵蝕機理19
• 2.4.2 含硫水泥基膠結充填體侵蝕機理19
• 2.5 含硫水泥基膠結材料侵蝕破壞類型19-23
• 2.5.1 鈣礬石結晶破壞20
• 2.5.2 石膏晶體破壞20
• 2.5.3 碳硫硅鈣石晶體破壞20
• 2.5.4 膨脹晶體的生成過程20-23
• 第三章 充填體強度及膨脹規(guī)律試驗23-36
• 3.1 試驗設計方案23-25
• 3.2 試驗實施25-26
• 3.3 試驗結果分析26-35
• 3.3.1 充填體收縮、膨脹規(guī)律分析26-27
• 3.3.2 充填體膨脹率極差分析27-29
• 3.3.3 含硫量對充填體膨脹特性的影響29-30
• 3.3.4 料漿濃度對充填體膨脹特性的影響30-32
• 3.3.5 水泥用量對充填體膨脹特性的影響32-34
• 3.3.6 養(yǎng)護期對含硫充填體膨脹特性的影響34-35
• 3.4 結論35-36
• 第四章 充填體膨脹率預測分析36-44
• 4.1 充填體膨脹率的回歸分析36-37
• 4.2 充填體膨脹率的支持向量機(SVM)預測37-42
• 4.2.1 SVM模型的參數尋優(yōu)算法38-39
• 4.2.2 膨脹率預測流程39-40
• 4.2.3 數據處理40-41
• 4.2.4 三種算法結果的驗證41-42
• 4.3 結論42-44
• 第五章 含硫充填體膨脹化學機理分析44-52
• 5.1 分析方法綜述44
• 5.2 X衍射操作與數據測量44-47
• 5.2.1 衍射樣品制備44-45
• 5.2.2 試驗儀器及儀器參數設定45-46
• 5.2.3 試樣操作流程46-47
• 5.2.4 試驗數據處理方法47
• 5.3 實驗結果分析47-51
• 5.3.1 尾砂XRD分析47-48
• 5.3.2 不同硫含量的充填體粉末XRD分析48-49
• 5.3.3 不同水泥用量的充填體粉末XRD分析49-50
• 5.3.4 養(yǎng)護齡期延長的充填體粉末XRD分析50-51
• 5.4 結論51-52
• 第六章 含硫充填體損傷本構模型研究52-62
• 6.1 含硫充填體強度試驗結果分析52-54
• 6.2 含硫充填體損傷本構模型54-55
• 6.3 損傷本構模型構建55-58
• 6.4 損傷本構模型修正58-60
• 6.5 基于養(yǎng)護齡期影響的損傷模型構建60-62
• 第七章 結論及展望62-64
• 7.1 本文研究工作總結62
• 7.2 主要結論62-63
• 7.3 展望63-64
• 參考文獻64-68
• 附錄A68-71
• 致謝71-72
• 攻讀學位期間的研究成果72

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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本文編號：921903