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礦用高水速凝材料結石體基本物理參數測定及微觀結構分析
含水率是表征材料在自然狀態下樣品中水的質量所占的百分比，下面是小編搜集整理的一篇探究礦用高水速凝材料結石體基本物理參數測定的論文范文，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度特征與力學參數。因此在研究高水速凝材料的強度特征與力學性質之前，有必要對其基本物理參數進行測定。高水速凝材料的基本物理參數包括結石體重度、漿液重度、含水率、孔隙率、滲透系數、初凝時間等，本次實驗主要測定材料的重度、含水率以及初凝時間。
【關鍵詞】高水速凝材料;結石體;物理參數;微結構分析;含水率;初凝時間
引言
由于高水材料廣泛應用于采礦工程的充填支護，該技術主要是基于高水材料的速凝、早期強度高的特性，材料的物理力學特性越來越受到重視，因此，研究高水速凝材料的強度特征具有重要意義，不僅可以進一步了解材料的內部特性，而且為該材料在工程應用中奠定較強的理論基礎，使材料的功用得到更充分的發揮。
1 實驗室重度測試
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，可在一定程度上反映出材料的力學性質。通常情況下，材料的重度越大，則其力學性質越好，反之，則越差。高水速凝材料的重度分為漿液重度和結石體重度，其中漿液重度為剛加水攪拌后液體的重度，結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部的化學反應與成分變化。試驗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，其測試結果如表1所示：
�、诹糠e法測試高水材料結石體重度：
測量時，先用數顯式游標卡尺量測試件的直徑d和高度H(精確到0.01mm)用測量值計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量(精確到0.01g)。
�、壑囟葘Ρ确治觯横槍{液重度和結石體重度測試結果，除去測量誤差之外，可以看出，在加水質量相同情況下，A漿液重度都比B漿液重度高，并且當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，混合后能會發生化學反應。同時，三種漿液的重度值均在10.5～11.5之間，其數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，如果當三種水灰比的結石體強度差別較大時，此時重度對強度的影響甚微，說明高水速凝材料的重度對力學性質的影響與一般普通的材料是有區別的。
針對漿液重度和結石體重度的對比，可以分別對比同一水灰比的漿液重度和漿液凝固7d的結石體重度。結石體是在水中養護7天后取出，測量并計算其重度值，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，重度值呈現均勻降低。結石體是漿液凝固后的固體物質，在此過程中，體積幾乎保持不變，只有單位體積質量有所增加，由此可見，在漿液凝固過程中，材料內部發生發應，有新的物質生成，并且該物質的重度值比原料重度值稍大。同時，該物質可以大量吸附自由水，將自由水變成物質的結晶水。
2 實驗室含水率測定
含水率是表征材料在自然狀態下樣品中水的質量所占的百分比。從制備材料時的水灰比可以看出，高水速凝材料內部含有大量的水分，這些水分是影響材料力學性質的因素之一。在分析材料力學性質之前，有必要知道結石體中含有水分的多少。針對不同水灰比的結石體，分別測試其含水率。測試過程中，將同一水灰比的結石體分為三組，取計算結果的平均值作為最終含水率。
根據巖石力學規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量，并計算其含水率，實驗過程嚴格按照規范操作。
由計算結果可以看出，高水速凝材料的含水率高達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，凝結問題一直是材料應用的關鍵環節。本次實驗中，對材料的初凝時間進行了測試。根據《中華人民共和國煤炭行業標準》規定：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，可適當加大傾斜角度，縮短間隔時間。當試模傾斜至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。
膠材料的初凝時間測試結果如表5所示，由表中數據可以看出，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，材料確實具有速凝的特點。
4 材料微結構分析
隨著水灰比的降低，材料內部結構逐漸致密，同一倍速下的圖片，5：1的比7：1的結石體枝柱更為緊密。這也是水灰比較小時，材料的強度較低的原因。同時，結構之間的空隙也有可能被材料所含水占據，因而材料可以有很高的含水率。
5 結束語
(1)隨著水灰比的增大，重度值呈現均勻降低。結石體是漿液凝固后的固體物質，在此過程中，體積幾乎保持不變，只有單位體積質量有所增加，由此可見，在漿液凝固過程中，材料內部發生發應，有新的物質生成，并且該物質的重度值比原料重度值稍大。同時，該物質可以大量吸附自由水，將自由水變成物質的結晶水。
(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，材料確實具有速凝的特點。
(3)隨著水灰比的降低，材料內部結構逐漸致密，同一倍速下的圖片，5：1的比7：1的結石體枝柱更為緊密。這也是水灰比較小時，材料的強度較低的原因。同時，結構之間的空隙也有可能被材料所含水占據，因而材料可以有很高的含水率。
【參考文獻】
[1]過江，張欽禮，鄭雙春.礦用低成本高水速凝材料的開發及應用研究[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[J].礦業快報，2000(23).
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