|
文献速读 Constr. Build. Mater. ：高径比对纤维增强尾砂胶结充填体动态特性的影响  题目 Effect of height to diameter ratio on dynamic characteristics of cemented tailings backfills with fiber reinforcement through impact loading 高径比对纤维增强尾砂胶结充填体动态特性的影响 关键词 尾砂充填；纤维；尺寸效应；动态特征；微观结构 来源 出版年份：2022年 来源：Construction and building materials 课题组：北京科技大学土木与资源环境工程学院曹帅课题组 研究背景 随着近地表矿石的减少，矿业公司试图通过深部开采来满足矿产资源需求，从而带来了岩爆、顶板坍塌、地震、操作昂贵和尾矿处理不当等问题。因此，有必要寻找替代方法来解决深部采矿引起的问题。尾砂胶结充填体（CTB）是一种高效、绿色和先进的尾矿处理系统，可有效地用于可持续采矿/充填作业，具有矿石回收率高、安全性和可靠性高、地表尾矿储存率低等优点。CTB中选矿厂尾矿、水泥和水的比例与其强度密切相关。目前，大量学者对CTB静态特性进行了大量实验室工作，集中在矿物/化学添加剂、工业废料、砂子添加剂和纤维增强的影响方面，以及CTB力学性能。然而，充填体耐久性和破坏特性会受到地震、岩爆、爆破等动力扰动的影响。这些动力扰动容易引起充填体裂缝扩展，从而导致CTB坍塌。因此，充填体的极限强度设计必须考虑动荷载扰动。已有研究表明，在CTB中加入适量纤维，可提高其强度和变形能力。其中，聚丙烯纤维具有高机械阻力、低稳定性、渗透性、抗冷冻、抗冲击性等优点，广泛应用提高于纤维增强CTB（FRCTB）强度。目前，已有文献对FRCTB的静态强度特性进行了一些研究。然而，关于FRCTB动力性能的研究较少。因此，从不同角度研究FRCTB试件在冲击荷载作用下的响应和破坏至关重要。 研究出发点 由于对矿山充填体进行动载较为困难，高径（H/D）比对FRCTB动力特性影响的研究极少。但是，这一因素对确定充填体开采设计特性至关重要，因而需对此展开深入研究。 研究内容 本文研究了在冲击载荷作用下，不同H/D比FRCTB的动态试验。具体为：采用分离式霍普金森压杆（SHPB）研究了聚丙烯纤维对CTB强度的影响，并对等效CTB试件的应力-应变曲线进行了评述；采用工业电子计算机断层扫描（CT）和扫描电镜（SEM）从微观和细观两方面研究了不同H/D比FRCTB（试件直径固定为50 mm、高度在25-50 mm之间）在动载作用下的破坏、变形、强度、内部裂纹和能耗特性等。  图1 FRCTB样品的应力-应变曲线图  图2 具有不同H/D比FRCTB试样的动态强度与应变率图  图3 不同H/D比FRCTB试样应变率变化  图4 不同H/D比FRCTB试样的失效模式  图5 不同H/D比FRCTB试样失效模式（通过CT系统） 主要结论 本文制作了一种含长12 mm聚丙烯纤维的混合水泥砂浆，用6种不同的模具（高径（H/D）比分别为：25×50、30×50、35×50、40×50、45×50、50×50 mm），通过分离式霍普金森压杆（SHPB）装置进行冲击荷载实验，采用工业电子计算机断层扫描（CT）和扫描电镜（SEM）观察纤维增强尾砂胶结充填体（FRCTB）内部裂纹形成情况。主要结论如下： （1）当H/D比变小时，最大应变变大。在相同应变速率下，H/D比为0.8，峰值应力和峰值应变与其他H/D比相比显著增加。结果表明，FRCTB试件响应峰值应力随试件H/D比变化规律为：0.8>0.9>1.0>0.7>0.6>0.5； （2）随着H/D比激增，动态强度和峰值应变之间存在倍增连通性，而FRCTB动态强度随特定回填配方下平均应变率的增加而下降； （3）从不同H/D比FRCTB试件的断口形貌和CT图像分析可知，随着H/D比增加，断口总数明显下降，断口路径减少，断口发展由丰富变为单一，试件损伤逐渐减小； （4）裂纹周围纤维表明，纤维可改善FRCTB试件界面特性，抑制其受力后裂纹发展。聚丙烯纤维与周围分布的孔壁骨架形成良好贯通连接。聚丙烯纤维增强了FRCTB试样胶结作用，大量水化产物附着在纤维表面。此外，试样表面主要元素是氧、硅和钙。 |
|
|
