本文關(guān)鍵詞：腐蝕環(huán)境中水泥基富水充填材料劣化機(jī)理研究　出處：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 充填材料 腐蝕環(huán)境 硫鋁酸鹽 鈣礬石 劣化機(jī)理

【摘要】：采空區(qū)充填開采是礦山綠色開采技術(shù)的重要組成部分,具有節(jié)能減排、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),已在金屬礦山及有“三下”壓煤的煤礦開采造成的地下采空區(qū)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于地下礦井水環(huán)境十分復(fù)雜,充填體因此處在含有大量腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中,在富水充填材料水化硬化過程中會(huì)受到有害離子的影響,導(dǎo)致其穩(wěn)定性和耐久性降低,硬化結(jié)晶體發(fā)生分解,最終造成膠結(jié)充填體的主體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞或失穩(wěn)�，F(xiàn)有研究多集中在富水充填材料的基本力學(xué)性能、水化機(jī)理、風(fēng)化性能等方面,需要對(duì)腐蝕環(huán)境中富水充填材料的劣化機(jī)理進(jìn)行研究。本文制備了滿足快硬速凝要求的富水充填材料,并在此基礎(chǔ)上對(duì)材料基本組分進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),研制出摻有復(fù)合礦物摻合料的新型富水充填材料。通過宏觀性能檢測(cè)以及SEM、XRD、紅外光譜等微觀試驗(yàn)手段,對(duì)腐蝕環(huán)境中富水充填材料的劣化機(jī)理進(jìn)行分析,主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：(1)富水充填材料包括甲料(硫鋁酸鹽水泥)、乙料(二水石膏和石灰)兩種基本組分,對(duì)外加劑的種類和摻量進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),需摻加復(fù)合緩凝劑和早強(qiáng)劑、懸浮劑及硫鋁酸鹽水泥專用速凝劑,當(dāng)甲乙料組分比例為10:(5+2)時(shí)制備出膠凝時(shí)間為10min,28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.61MPa的富水充填材料。在此基礎(chǔ)上,優(yōu)化基本組分,在甲料中摻加粉煤灰與礦粉,兩基本組分比例為(90+6+4)：(40+15)時(shí),制備出新型富水充填材料,水固比為3.5時(shí)其28d強(qiáng)度可達(dá)1.22MPa。將富水充填材料養(yǎng)護(hù)至360 d的過程中,抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期增長(zhǎng)呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后下降再增長(zhǎng)的趨勢(shì),其中新型富水充填材料的第一個(gè)強(qiáng)度峰值出現(xiàn)的時(shí)間較晚。富水充填材料的主要水化產(chǎn)物為鈣礬石,可形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為其提供強(qiáng)度。水養(yǎng)條件下的富水充填材料抗壓強(qiáng)度整體上出現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì),材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)逐漸變得疏松,孔隙增多。(2)富水充填材料在pH值為1的酸性溶液中浸泡后表面受到較大影響,出現(xiàn)軟化掉角現(xiàn)象,隨pH值增大,材料外觀受到的影響逐漸減弱。材料抗壓強(qiáng)度隨浸泡時(shí)間延長(zhǎng)、pH值減小逐漸降低,甚至完全喪失；溶液濃度、水固比及養(yǎng)護(hù)齡期相同的條件下硫酸溶液中的材料抗壓強(qiáng)度均低于鹽酸溶液。酸溶液中的充填材料隨浸泡時(shí)間及溶液濃度的增加內(nèi)部水化產(chǎn)物形貌及種類逐漸發(fā)生變化,主要水化產(chǎn)物鈣礬石數(shù)量大大減少,硬化體結(jié)構(gòu)逐漸疏松；其中鹽酸溶液中的材料生成水化氯鋁酸鈣(Friedel's鹽),水化氯鋁酸鈣的產(chǎn)生說明材料對(duì)氯離子存在固化作用,但作用較弱,材料主要受到由H+中和作用引起的硬化體溶解腐蝕；硫酸溶液中的材料內(nèi)部則產(chǎn)生大量的二水石膏,材料在硫酸溶液中主要受到硬化體溶解腐蝕和二水石膏引起的膨脹腐蝕。(3)氯鹽溶液中富水充填材料的抗壓強(qiáng)度隨浸泡時(shí)間延長(zhǎng)、溶液濃度增大及水固比的增大逐漸降低,各種浸泡條件下,氯化鎂溶液中的材料強(qiáng)度均低于氯化鈉溶液；對(duì)氯化鎂溶液中的材料進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)其存在0.8cm左右的層狀剝落現(xiàn)象。氯化鈉溶液中的充填材料隨浸泡時(shí)間延長(zhǎng)、水固比增大、溶液濃度增大逐漸生成水化氯鋁酸鈣,并發(fā)現(xiàn)不同數(shù)量的氯化鈉晶體,硬化體結(jié)構(gòu)逐漸疏松；氯化鎂溶液中材料的微觀結(jié)構(gòu)變化與氯化鈉溶液中相同,不同的是其在浸泡過程中逐漸生成水滑石及石膏。除氯離子滲透造成的腐蝕作用外,氯化鎂溶液中浸泡的材料同時(shí)受到Mg~(2+)的交叉腐蝕,對(duì)充填材料產(chǎn)生的腐蝕更為嚴(yán)重。(4)富水充填材料在碳酸鈉溶液中浸泡后發(fā)生由表及里的泥化現(xiàn)象,抗壓強(qiáng)度受到嚴(yán)重的影響,降低幅度很大,2.0水固比的充填材料在15%濃度的溶液中浸泡90 d后抗壓強(qiáng)度喪失；除5%濃度溶液中的充填材料,其他浸泡條件均在180 d時(shí)喪失強(qiáng)度。隨浸泡時(shí)間延長(zhǎng)水化產(chǎn)物鈣礬石逐漸減少,并生成單碳型水化碳鋁酸鈣及碳硫硅鈣石；由于材料處在含大量C0_3~(2-)離子的環(huán)境中,由鈣礬石轉(zhuǎn)化生成大量的碳硫硅鈣石,對(duì)材料造成嚴(yán)重破壞。(5)在pH值為3的酸性溶液及濃度為10%的可溶性鹽溶液(氯鹽溶液、碳酸鹽溶液)中浸泡后,富水充填材料水固比為1.7時(shí),其在相同浸泡時(shí)間下的抗壓強(qiáng)度損失率最低。建議富水充填材料在酸性環(huán)境、氯鹽環(huán)境及可溶性碳酸鹽環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)用時(shí),采用1.7：1(水體積分?jǐn)?shù)83%)的水固比。(6)新型富水充填材料在腐蝕性溶液中浸泡后表現(xiàn)出不同的變化,材料在各溶液中浸泡后強(qiáng)度損失率并非全部增長(zhǎng),整體呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后下降的趨勢(shì),第一個(gè)強(qiáng)度峰值幾乎全部出現(xiàn)在浸泡180 d時(shí)；酸性環(huán)境下隨浸泡時(shí)間延長(zhǎng)抗壓強(qiáng)度反而有所增長(zhǎng)。除在碳酸鈉溶液中發(fā)生泥化現(xiàn)象,其他溶液中浸泡的材料外觀均較為完整。酸性環(huán)境中的材料在整個(gè)浸泡周期內(nèi)主要水化產(chǎn)物均為鈣礬石,氯鹽溶液中生成水化氯鋁酸鈣,其中氯化鈉溶液中出現(xiàn)氯化鈉結(jié)晶,氯化鎂溶液中生成石膏,碳酸鈉溶液中生成碳硫硅鈣石。對(duì)比原富水充填材料,新型材料抵抗侵蝕性溶液腐蝕的能力得到了很大提高。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD80;TB304

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;充填材料的性質(zhì)[J];有色礦山;1974年02期

2 王世寬;電纜接線盒的新型充填材料[J];煤礦安全;1976年04期

3 ;利用粉煤灰作礦井采煤工作面充填材料的試驗(yàn)研究[J];電力建設(shè);1985年12期

4 陳深;;蘇聯(lián)有色、稀有、貴重金屬采礦技術(shù)操作規(guī)程(績(jī)) 第六篇 充填作業(yè)[J];有色金屬(冶煉部分);1954年04期

5 ;古遠(yuǎn)部礦山的下向開采和充填材料[J];有色礦山;1974年05期

6 ;電廠粉煤灰作井下充填材料[J];四川電力技術(shù);1981年02期

7 戴魁文;;新型壁后充填材料的試驗(yàn)研究[J];煤炭科學(xué)技術(shù);1988年06期

8 王彩根;利用矸石粉作巷道支架壁后充填材料的研究與應(yīng)用[J];江蘇煤炭;1993年02期

9 黃國綱;黃伯儒;;高水充填材料護(hù)巷技術(shù)在平一礦的試驗(yàn)及經(jīng)濟(jì)效果分析[J];煤炭科學(xué)技術(shù);1993年09期

10 孫恒虎，宋存義;高水充填材料熱焓分析[J];中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1994年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前6條

1 麥穗;凌均h，

本文編號(hào)：1334196