矿用高水速凝材料结石体基本物理参数测定及微观结构分析
含水率是表征材料在自然状态下样品中水的质量所占的百分比，下面是小编搜集整理的一篇探究矿用高水速凝材料结石体基本物理参数测定的论文范文，供大家阅读参考。
【摘 要】了解材料的基本物理量，对评价该材料的使用价值及使用效果具有十分重要的意义，并且有助于分析材料的强度特征与力学参数。因此在研究高水速凝材料的强度特征与力学性质之前，有必要对其基本物理参数进行测定。高水速凝材料的基本物理参数包括结石体重度、浆液重度、含水率、孔隙率、渗透系数、初凝时间等，本次实验主要测定材料的重度、含水率以及初凝时间。
【关键词】高水速凝材料;结石体;物理参数;微结构分析;含水率;初凝时间
引言
由于高水材料广泛应用于采矿工程的充填支护，该技术主要是基于高水材料的速凝、早期强度高的特性，材料的物理力学特性越来越受到重视，因此，研究高水速凝材料的强度特征具有重要意义，不仅可以进一步了解材料的内部特性，而且为该材料在工程应用中奠定较强的理论基础，使材料的功用得到更充分的发挥。
1 实验室重度测试
材料单位体积的.重力称为材料的重度。重度作为材料的基本物理性质，可在一定程度上反映出材料的力学性质。通常情况下，材料的重度越大，则其力学性质越好，反之，则越差。高水速凝材料的重度分为浆液重度和结石体重度，其中浆液重度为刚加水搅拌后液体的重度，结石体重度为浆液凝固后的固体重度。分析高水材料从液体到固体的重度变化，可以初步了解材料内部的化学反应与成分变化。试验中重度测试采用量积法，分别测试三种水灰比的重度。
①浆液重度测试过程：
浆液重度测试分别测试水灰比为5：1 、6：1 、7：1 三种浆液(A浆液、B浆液、AB混合浆液)的重度，其测试结果如表1所示：
②量积法测试高水材料结石体重度：
测量时，先用数显式游标卡尺量测试件的直径d和高度H(精确到0.01mm)用测量值计算截面面积和试件体积。然后将试件放在感量为0.01g的天平上称量试件的质量(精确到0.01g)。
③重度对比分析：针对浆液重度和结石体重度测试结果，除去测量误差之外，可以看出，在加水质量相同情况下，A浆液重度都比B浆液重度高，并且当A、B浆液混合后，此时浆液重度更接近B浆液重度值，说明B浆液是影响混合浆液重度值的主要因素，并且随着水灰比的逐渐增大，三种浆液的重度都逐渐减小，说明原料能够很好的溶解于水，混合后能会发生化学反应。同时，三种浆液的重度值均在10.5～11.5之间，其数值大小比水的重度值稍大，且自身差别甚小，而水是影响重度的主要原因。可以猜想，如果当三种水灰比的结石体强度差别较大时，此时重度对强度的影响甚微，说明高水速凝材料的重度对力学性质的影响与一般普通的材料是有区别的。
针对浆液重度和结石体重度的对比，可以分别对比同一水灰比的浆液重度和浆液凝固7d的结石体重度。结石体是在水中养护7天后取出，测量并计算其重度值，从表1和表2中的重度值，可以列出三种水灰比情况下浆液重度和结石体重度的对照表，如表3所示。 随着水灰比的增大，重度值呈现均匀降低。结石体是浆液凝固后的固体物质，在此过程中，体积几乎保持不变，只有单位体积质量有所增加，由此可见，在浆液凝固过程中，材料内部发生发应，有新的物质生成，并且该物质的重度值比原料重度值稍大。同时，该物质可以大量吸附自由水，将自由水变成物质的结晶水。
2 实验室含水率测定
含水率是表征材料在自然状态下样品中水的质量所占的百分比。从制备材料时的水灰比可以看出，高水速凝材料内部含有大量的水分，这些水分是影响材料力学性质的因素之一。在分析材料力学性质之前，有必要知道结石体中含有水分的多少。针对不同水灰比的结石体，分别测试其含水率。测试过程中，将同一水灰比的结石体分为三组，取计算结果的平均值作为最终含水率。
根据岩石力学规范测定岩样含水率时，需将试样放入108℃的恒温烘箱中，置放24小时后取出，然后测量烘干后试样质量，并计算其含水率，实验过程严格按照规范操作。
由计算结果可以看出，高水速凝材料的含水率高达80%以上，其中水灰比为7：1的材料含水率接近90%。材料的含水率随着水灰比增大而增加。
3 初凝时间测定
由于高水速凝材料含水量很高，凝结问题一直是材料应用的关键环节。本次实验中，对材料的初凝时间进行了测试。根据《中华人民共和国煤炭行业标准》规定：作测定胶凝时间的试模从开始装模起，每隔1-5min人工将其轻微倾斜一次。随着混合浆体流动性的减小，可适当加大倾斜角度，缩短间隔时间。当试模倾斜至45°，混合浆体完全失去流动性时为胶凝。胶凝时间从两种单浆开始混合时计。
胶材料的初凝时间测试结果如表5所示，由表中数据可以看出，材料的水灰比是影响初凝时间的主要因素。在其他条件不变的情况下，水灰比愈大，初凝时间越长。与一般胶凝材料相比，材料确实具有速凝的特点。
4 材料微结构分析
随着水灰比的降低，材料内部结构逐渐致密，同一倍速下的图片，5：1的比7：1的结石体枝柱更为紧密。这也是水灰比较小时，材料的强度较低的原因。同时，结构之间的空隙也有可能被材料所含水占据，因而材料可以有很高的含水率。
5 结束语
(1)随着水灰比的增大，重度值呈现均匀降低。结石体是浆液凝固后的固体物质，在此过程中，体积几乎保持不变，只有单位体积质量有所增加，由此可见，在浆液凝固过程中，材料内部发生发应，有新的物质生成，并且该物质的重度值比原料重度值稍大。同时，该物质可以大量吸附自由水，将自由水变成物质的结晶水。
(2)材料的水灰比是影响初凝时间的主要因素。在其他条件不变的情况下，水灰比愈大，初凝时间越长。与一般胶凝材料相比，材料确实具有速凝的特点。
(3)随着水灰比的降低，材料内部结构逐渐致密，同一倍速下的图片，5：1的比7：1的结石体枝柱更为紧密。这也是水灰比较小时，材料的强度较低的原因。同时，结构之间的空隙也有可能被材料所含水占据，因而材料可以有很高的含水率。
【参考文献】
[1]过江，张钦礼，郑双春.矿用低成本高水速凝材料的开发及应用研究[J].有色金属(矿山部分).
[2]翟奎，林富潮.高水速凝材料的研制及充填试验[J].矿业快报，2000(23).
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