纤维种类及橡胶含量对矿用水泥基材料性能影响研究
作者：
张俊文, 吴少康, 宋治祥, 范文兵, 董续凯, 张杨, 贾毅超, 吴旭坤, 陈志松, 张际涛, 肖兵
作者单位：
1. 中国矿业大学(北京) 能源与矿业学院, 北京 100083;
2. 太原理工大学 原位改性采矿教育部重点实验室, 山西 太原 030024;
3. 安徽理工大学 矿业工程学院, 安徽 淮南 232001;
4. 贵州大学 矿业学院, 贵州 贵阳 550025;
5. 贵州黔诚力锦科技有限公司, 贵州 贵阳 550081;
6. 湖南科技大学 资源环境与安全工程学院, 湖南 湘潭 411201
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摘要
为研究纤维及橡胶含量对矿用水泥基材料性能的影响, 采用水灰比0.34及不同种类纤维、橡胶含量制备的水泥砂浆, 制作试验试件。利用MTS压力试验机对养护好的试件进行单轴压缩试验。试验结果表明: 无纤维及掺入纤维14 d龄期试件抗压强度均可达到30 MPa, 28 d时有少许上升; 随着橡胶取代率的增加, 试件抗压强度均明显减小; 无纤维试件峰值应变在28 d时随着橡胶取代率的增加总体呈先减小后增大再减小的趋势; 掺入2%聚乙烯纤维的试件, 韧性明显增加; 掺入2%钢纤维的试件, 抗压强度明显增加; 试件输入能、弹性能及耗散能增长率同橡胶取代率及纤维掺量的增加分别呈弱化和增强效应; 随着橡胶取代率的增加或钢纤维的掺入, 耗散能步长存在不同程度的增长, 弹性能释放率显著降低, 试件抗裂性能更佳; 按材料性能将水泥基材料划分为高延性、高强度、高韧性、防冲击性及耐久性等5种类型研究, 且对材料性价比进行了分析。研究结果可为改进水泥基材料性能、优化材料配方提供参考, 为煤矿现场使用高韧性材料工程实践和可持续发展提供技术支持。
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图 1 试验设备及步骤
图 2 14 d 龄期试件应力–应变曲线
图 3 28 d 龄期试件应力–应变曲线
图 4 不同龄期的试件抗压强度
图 5 不同龄期的试件抗压强度下降幅值
图 6 不同龄期的试件峰值应变
图 7 试件在 14 d 龄期的韧性指数
图 8 28 d 龄期试件应力–应变及能量曲线
图 9 14 d 龄期 3 类试件的应变–能量曲线
图 10 28 d 龄期试件宏观破坏形态
图 11 14 d 龄期试件的微观断裂照片
图 12 水泥基材料破坏示意
图 13 不同水泥基材料适用工况及配比
图 14 巷道顶底板收敛
作者简介
通讯作者简介：
吴少康（1996—），中共党员，中国矿业大学（北京）在读博士研究生。主要研究方向包括冲击地压防治、巷道支护及材料研发等方面。主持博士拔尖创新人才培育基金项目1项，参与国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金企业创新发展联合基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划子课题等科研项目 8 项。以第一/通讯作者在《Construction and Building Materials》、《Rock Mechanics and Rock Engineering》、《Journal of Central South University》、《Scientific Reports》、《采矿与岩层控制工程学报》、《煤炭科学技术》、《采矿与安全工程学报》等期刊发表SCI/EI论文累计10余篇。以第一发明人申请发明专利6项，参与编制团体标准3项。
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