酸性環(huán)境下全尾砂膠結(jié)充填體力學(xué)性能研究.pdf

1、酸性腐蝕環(huán)境下，充填體內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)、礦物成分和孔隙率將會發(fā)生改變，嚴(yán)重劣化充填體的力學(xué)性能，影響充填體的穩(wěn)定性。本文總結(jié)了國內(nèi)外受腐蝕條件下材料力學(xué)試驗的相關(guān)研究成果，配置灰砂比為1∶4，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75％，齡期為28d的全尾砂膠結(jié)充填體，分別浸泡在pH為1、3、5的硫酸溶液中，在室內(nèi)實驗基礎(chǔ)上，研究了受腐蝕后全尾砂膠結(jié)充填體物理、化學(xué)、力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律，主要研究內(nèi)容和結(jié)果包括：
　　(1)酸性環(huán)境下充填體物理化學(xué)性質(zhì)研究。本文

2、制備了19組的50mm×100mm充填體試件285個，配置pH值分別為1、3、5的硫酸溶液，將全尾砂膠結(jié)充填體浸泡在不同的硫酸溶液中，研究其物理化學(xué)性質(zhì)的改變規(guī)律。通過核磁共振試驗得到充填體微觀孔隙變化規(guī)律，用聲波檢測儀測試了腐蝕后充填體縱波波速變化，pH計測試腐蝕后浸泡溶液的pH值變化情況，借助X衍射分析法（XRD）研究充填體成分變化情況，探討了充填體微觀損傷機理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：首先從外觀上，p1（pH=1，下同）環(huán)境下，充填體表面變化較

3、為明顯，隨著時間的增加，充填體表面膠凝損失越來越嚴(yán)重，坑蝕空洞逐漸增大，細骨料外露，用手觸摸充填體，細骨料即可脫落，p3、p5環(huán)境下，充填體表觀形貌沒有明顯的改變；腐蝕前30天，充填體質(zhì)量出現(xiàn)先增加后減小的周期性規(guī)律，30天后，隨腐蝕時間的增加，都表現(xiàn)出明顯的下降趨勢，p1環(huán)境下，充填體質(zhì)量下降最快；腐蝕前30天，充填體縱波波速隨腐蝕時間的增加而增加，且變化幅度較大，30天后，p3、p5充填體波速增長幅度較小，40天后，p1充填體的波速

4、開始下降；充填體的體積隨著腐蝕時間的增加，表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)性；充填體體積隨腐蝕時間的延長，有增加的趨勢；不論初始溶液是強酸還是弱酸性，溶液的pH值均有趨于中性的趨勢，即硫酸溶液-充填體系統(tǒng)會隨時間演化呈現(xiàn)酸堿度自平衡的趨勢；p5環(huán)境下的試樣，腐蝕10 d時，除了水化產(chǎn)物，還能夠發(fā)現(xiàn)鈣礬石的衍射峰，此時鈣礬石生成量有限，對試件微孔隙起到填充作用，優(yōu)化了孔結(jié)構(gòu)，隨著腐蝕時間的增加，Ca(OH)2和Aft衍射峰的數(shù)量減少，CaS04·2H2

5、0衍射峰的數(shù)量增多；p1環(huán)境下的試樣Ca(OH)2已很微少，Aft衍射峰的數(shù)量減小，CaS04·2H20衍射峰的數(shù)量增多。
　　(2)酸性環(huán)境下充填體力學(xué)性質(zhì)研究。采用50mm×100mm圓柱體充填體試件，對不同腐蝕時間的試件分別測試力學(xué)參數(shù)，研究充填體抗壓強度、彈性模量、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角在不同腐蝕條件下隨腐蝕時間的變化規(guī)律，并用損傷力學(xué)相關(guān)知識探討酸性腐蝕充填體機制。結(jié)果表明：充填體的抗壓強度、彈性模量、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角都表現(xiàn)出

6、類似的規(guī)律，都是先增后減；充填體的損傷變量D隨著腐蝕時間的增加，表現(xiàn)出增長的趨勢，即腐蝕損傷越來越嚴(yán)重；孔隙率的增加對充填體的力學(xué)性質(zhì)將產(chǎn)生不利影響；如果只研究抗壓強度、彈性模量、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角的下降階段，可以發(fā)現(xiàn)充填體抗壓強度、彈性模量、內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角和損傷變量D存在負相關(guān)性；腐蝕受荷環(huán)境下，充填體材料的損傷劣化程度隨著應(yīng)變的增加而增大，在受荷初期，充填體內(nèi)部微孔隙、缺陷被“壓密”，稱之為壓密階段，之后隨著應(yīng)變的逐步增加，充填體內(nèi)

7、部微孔隙、微裂縫不斷擴展貫通，損傷加速，直到出現(xiàn)宏觀裂縫，試件強度達到峰值，產(chǎn)生破壞。
　　(3)酸性環(huán)境下充填體的強度預(yù)測分析。采用隨機森林模型對浸泡不同天數(shù)的充填體強度進行預(yù)測，主要考慮pH值、天數(shù)兩個影響因素，結(jié)合實驗測試數(shù)據(jù)，建立充填體強度的隨機森林模型，并使用模型對充填體強度進行預(yù)測。在影響充填體強度影響因子中，溶液pH值是影響充填體單軸抗壓強度預(yù)測精度的重要因素；腐蝕時間是影響充填體單軸抗壓強度的重要因素，其次是pH值