[發明專利]一種基于功率超聲強化膏體充填材料早期力學特性的方法

在審

• 申請號: 202210086041.1
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114349433A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 尹博;賈曉磊;薛昊天;李新影
• 申請（專利權）人: 內蒙古工業大學
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;C04B40/00
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 張舉

本發明公開了一種基于功率超聲強化膏體充填材料早期力學特性的方法，包括：將多種膏體充填原材料按一定比例混合后攪拌至漿體稠度均勻，倒入改性槽內在外加功率超聲作用下構成超聲改性試驗系統，通過改變超聲改性試驗系統的超聲頻率、超聲功率和作用時間等因素構成五組3因素5水平正交試驗，待膏體充填材料改性后，放入標準養護箱內分別養護1、3、7、14、28天，其中，養護溫度模擬煤礦井下工作面溫度，分別測試和計算試件的強度和變形特性，分析不同超聲頻率、超聲功率和作用時間等因素對膏體充填材料早期力學特性的影響規律，為膏體充填材料改性的工程應用提供理論和技術支持。

技術領域

本發明涉及煤礦綠色開采技術領域，更具體的涉及一種基于功率超聲強化膏體充填材料早期力學特性的方法。

背景技術

充填采煤技術作為煤炭綠色開采中的重要組成部分，是我國未來實現煤炭資源科學開采的必由之路，同時也是解決因采煤導致的多種地質災害問題和推行西部生態脆弱礦區生態環境低損害開采的良好途徑。其中，膏體充填開采技術因其具有料漿流動性好、充填體密實度高和大規模利用固體廢棄物等優勢愈來愈受到關注。但是，膏體充填材料在其早期具有強度低、變形量大等缺陷，直接影響到地表沉陷的控制效果。膏體充填材料的早期物理力學特性對于限制頂板垮落、控制上覆巖層移動以及減小地表沉陷至關重要。膏體充填材料在其早期強度低的原因是水化反應速率低、變形量大的原因是界面粘結強度低、泌水率嚴重的原因是漿體粘聚力低。因此，改變充填材料結構的形成過程及提高水化速率是改善膏體充填材料性能的有效方法。

目前，對膏體充填材料進行改性的方法有堿激發、高溫煅燒、高壓蒸養等?；瘜W激發劑在常溫常壓下的激發效果仍有待改善；高溫煅燒、高壓蒸養等改性方法，是在極端條件下進行的，失去了充填開采的可行性。

因此，如何開發出一種低成本、綠色環保的膏體充填材料改性方法，以解決其早期強度低、變形量大的缺陷，成為亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明實施例提供一種基于功率超聲強化膏體充填材料早期力學特性的方法，包括：

將多種膏體充填原材料按一定比例混合后攪拌至漿體稠度均勻；

將攪拌均勻的膏體充填材料倒入改性槽內，在外加功率超聲作用下構成超聲改性試驗系統；

通過改變超聲改性試驗系統的超聲頻率、超聲功率和作用時間因素構成五組3因素5水平正交試驗；

待膏體充填材料變性后，放入標準養護箱內分別養護1、3、7、14、28天，其中，養護溫度模擬煤礦井下工作面溫度；

通過線性切割機將膏體充填材料加工成抗壓、抗拉、抗剪標準試件，按照普通混凝土力學試驗方法標準與煤和巖石物理力學性質測定方法分別測試和計算試件1、3、7、14、28天的強度與變形特性；

通過對比未改性與不同改性條件下膏體充填材料的強度與膏體充填材料的變形特性試驗結果，分析不同超聲頻率、超聲功率和作用時間因素對膏體充填材料早期力學特性的影響規律。

進一步，多種膏體充填原材料主要有粉煤灰、煤矸石、風積沙、水泥、水、堿性激發劑和減水劑。

進一步，將多種膏體充填原材料按照一定比例混合，包括：

由粉煤灰、煤矸石、水泥為主要材料構成的膏體充填材料中，選用水泥：粉煤灰：煤矸石為1：3：5，質量濃度為78％-80％的配比；

由粉煤灰、風積沙、水泥為主要材料構成的膏體充填材料中，配比設計時選取不同質量濃度、粉煤灰摻量、風積沙摻量、水泥摻量、減水劑摻量影響因素構成5因素4水平L16(4⁵)正交試驗，根據試驗結果確定優勢配比。