含硫全尾砂胶结充填体膨胀及强度特性研究

发布时间：2017-09-26 06:14

  本文关键词：含硫全尾砂胶结充填体膨胀及强度特性研究

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【摘要】：以含硫尾砂为骨料的胶结充填体随着养护龄期的延长会出现明显的膨胀现象,有时甚至会出现酥松或崩解,致使充填体强度急剧下降,直接导致充填体失稳,给安全生产带来巨大隐患。本文以含硫尾砂胶结充填体为研究对象,探究不同含硫量尾砂的充填体试件膨胀及强度特性,分析其膨胀的化学机理,并进行充填体荷载破坏的损伤本构模型研究,为含硫充填体膨胀灾害控制提供理论基础。具体研究内容如下:(1)基础试验与理论分析。全尾砂物理性质、化学成分和级配测试表明,尾砂含硫量约4%,粒度较细、渗透性差、级配良好。研究了硅酸盐水泥的水化机理、水泥基材料硫酸盐侵蚀机理,对比分析含硫充填体硫化侵蚀与其的异同,探究含硫充填体膨胀、开裂、崩解的化学机理和破坏模式。(2)室内配比试验,探究含硫充填体的膨胀及强度特性。以含硫量、料浆浓度、水泥用量、养护龄期4个参数为影响因素,并设置了5个水平,再以标准养护条件下的充填体膨胀率、单轴抗压强度为判别指标进行正交试验。(3)利用极差分析法获得充填体膨胀率影响因素优先级,养护初期(14d)为:水泥用量料浆浓度含硫量;养护28d至120d为:水泥用量含硫量料浆浓度。利用多元线性回归方法建立了充填体膨胀率的预测模型,描述充填体膨胀规律。为更高精度的预测充填体膨胀率,尝试支持向量机(SVM)方法并实现了对充填体膨胀率的有效预测。(4)含硫充填体膨胀化学机理分析,借助X衍射分析法(XRD)对不同硫含量、水泥用量、养护龄期充填体粉末进行对比分析。XRD衍射图谱显示,各对比组的石膏、钙矾石、水化硅酸钙等晶体衍射特征峰会有明显不同。揭示了含硫充填体膨胀的化学机理:因硫(化物)转化为硫酸根并形成侵蚀效应,生成石膏、钙矾石等膨胀晶体,致使充填体产生内应力,同时消耗部分水化硅酸钙降低骨料间的粘结程度,从而造成充填体的开裂崩解。(5)分析充填体强度数据,养护初期(14d)其强度值较低,与水泥用量、料浆浓度间呈正相关,与硫含量呈先降后增的趋势。养护28d及以后,部分充填体试件表面出现裂纹等明显缺陷,同配比的试件试验获得的抗压强度数据十分离散,已不能通过试验手段有效获得其抗压强度。(6)含硫充填体损伤本构模型研究,取试件规整、表面无明显缺陷试件的单轴抗压全应力——应变曲线为研究对象,推导基于Weibull强度理论的损伤本构模型并修正,使之更符合含硫充填体单轴荷载下变形破坏规律。
【关键词】：含硫 胶结充填 膨胀 强度 XRD分析 SVM预测 损伤本构
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD853.34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 选题背景10
• 1.2 含硫尾砂胶结充填研究的意义10-11
• 1.3 国内外含硫尾砂处置的研究现状11-12
• 1.4 充填体硫化物侵蚀的理论浅析12-13
• 1.5 本文研究的主要内容及关键问题13-15
• 1.5.1 含硫充填体侵蚀理论分析及试验研究13
• 1.5.2 充填体膨胀规律预测13
• 1.5.3 充填体膨胀化学机理分析13
• 1.5.4 含硫全尾砂胶结充填体损伤本构模型研究13
• 1.5.5 技术路线图13-15
• 第二章 含硫全尾砂物化性质及硫化侵蚀机理研究15-23
• 2.1 胶结材料15
• 2.2 充填骨料15-17
• 2.2.1 尾砂的基本物理性质15
• 2.2.2 主要试验方法及试验设备15-16
• 2.2.3 尾砂的粒级组成16
• 2.2.4 尾砂的基本化学成分16-17
• 2.3 水泥水化机理基础17-19
• 2.3.1 水泥的水化过程17-18
• 2.3.2 水泥的水化产物18-19
• 2.4 水泥基胶结材料侵蚀机理19
• 2.4.1 水泥基胶结材料硫酸盐侵蚀机理19
• 2.4.2 含硫水泥基胶结充填体侵蚀机理19
• 2.5 含硫水泥基胶结材料侵蚀破坏类型19-23
• 2.5.1 钙矾石结晶破坏20
• 2.5.2 石膏晶体破坏20
• 2.5.3 碳硫硅钙石晶体破坏20
• 2.5.4 膨胀晶体的生成过程20-23
• 第三章 充填体强度及膨胀规律试验23-36
• 3.1 试验设计方案23-25
• 3.2 试验实施25-26
• 3.3 试验结果分析26-35
• 3.3.1 充填体收缩、膨胀规律分析26-27
• 3.3.2 充填体膨胀率极差分析27-29
• 3.3.3 含硫量对充填体膨胀特性的影响29-30
• 3.3.4 料浆浓度对充填体膨胀特性的影响30-32
• 3.3.5 水泥用量对充填体膨胀特性的影响32-34
• 3.3.6 养护期对含硫充填体膨胀特性的影响34-35
• 3.4 结论35-36
• 第四章 充填体膨胀率预测分析36-44
• 4.1 充填体膨胀率的回归分析36-37
• 4.2 充填体膨胀率的支持向量机(SVM)预测37-42
• 4.2.1 SVM模型的参数寻优算法38-39
• 4.2.2 膨胀率预测流程39-40
• 4.2.3 数据处理40-41
• 4.2.4 三种算法结果的验证41-42
• 4.3 结论42-44
• 第五章 含硫充填体膨胀化学机理分析44-52
• 5.1 分析方法综述44
• 5.2 X衍射操作与数据测量44-47
• 5.2.1 衍射样品制备44-45
• 5.2.2 试验仪器及仪器参数设定45-46
• 5.2.3 试样操作流程46-47
• 5.2.4 试验数据处理方法47
• 5.3 实验结果分析47-51
• 5.3.1 尾砂XRD分析47-48
• 5.3.2 不同硫含量的充填体粉末XRD分析48-49
• 5.3.3 不同水泥用量的充填体粉末XRD分析49-50
• 5.3.4 养护龄期延长的充填体粉末XRD分析50-51
• 5.4 结论51-52
• 第六章 含硫充填体损伤本构模型研究52-62
• 6.1 含硫充填体强度试验结果分析52-54
• 6.2 含硫充填体损伤本构模型54-55
• 6.3 损伤本构模型构建55-58
• 6.4 损伤本构模型修正58-60
• 6.5 基于养护龄期影响的损伤模型构建60-62
• 第七章 结论及展望62-64
• 7.1 本文研究工作总结62
• 7.2 主要结论62-63
• 7.3 展望63-64
• 参考文献64-68
• 附录A68-71
• 致谢71-72
• 攻读学位期间的研究成果72

【参考文献】

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1 饶运章;邵亚建;熊睿;袁博云;刘剑;陈斌;艾树贤;;某铜矿全尾砂胶结充填料配比实验研究[J];化工矿物与加工;2015年10期

2 吴千亮;乔登攀;张修香;;尾砂沉缩性与相关影响因素的研究[J];黄金;2015年09期

3 孙光华;魏莎莎;刘祥鑫;卢宏建;;胶结充填体受压性能的非均质细观损伤研究[J];化工矿物与加工;2015年05期

4 徐善华;王友德;李安邦;李钰茹;;冻融损伤混凝土重复受压本构关系[J];哈尔滨工业大学学报;2015年04期

5 秦洪懋;孙嘉兵;孙宁;;基于Winger分布和奇异值分解的轴承故障诊断[J];机械强度;2015年01期

6 李佳;;混合杂草算法优化支持向量机的网络入侵检测[J];计算机应用与软件;2015年02期

7 苏建宁;赵慧娟;王瑞红;张书涛;;基于支持向量机和粒子群算法的产品意象造型优化设计[J];机械设计;2015年01期

8 牛清宁;周志强;金立生;刘文超;于鹏程;;基于眼动特征的疲劳驾驶检测方法[J];哈尔滨工程大学学报;2015年03期

9 王怀勇;张爱民;贺茂坤;;高硫极细全尾砂充填料配比及输送特性试验研究[J];中国矿山工程;2014年06期

10 赵春吉;赵红华;常艳;龚壁卫;;水泥改性强膨胀土理化试验研究[J];大连理工大学学报;2014年06期

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本文编号：921903