快捷准确评价充填料浆在采场内抗离析特性的方法

1.本发明涉及一种充填料浆在采场内抗离析特性的评价方法。


背景技术：

2.充填料浆输送到采场内，很容易发生分层和泌水，即离析现象，离析后的料浆硬化形成的充填体强度降低，很难满足采空区对充填体强度要求，因此料浆的抗离析特性是充填体力学性能重要影响因素，在工业应用前需要对充填料浆抗离析特性在室内进行测定和评价。
3.针对充填料浆抗离析特性评价的方法有：跳桌试验法、流变特性试验法、元素检测法和超声波法。其中超声波法是由冯国瑞等学者(《超声波法评价矸石膏体的静态抗离析性能》)提出，该方法通过测定同一位置不同时间的超声波纵波波速变化率，即静态抗离率判断充填料浆抗离析特性，当静态抗离率较大时说明料浆中较多的粗骨料发生沉降，料浆抗离析性能较弱，当静态抗离率较小时说明料浆中有较少的粗骨料发生沉降，充填料浆抗离析特性较强度，因此超声波法较其他方法实施过程更快速，然而该评价技术方法也存在问题：(1)在评价充填料浆在采场内的抗离析特性的过程中忽略了胶凝材料水化产物对评价指标的影响，由于胶凝材料水化反应会生成大量水化产物，且水化产物随时间增加也会导致静态离析率增加，因此无法准确分辨充填料浆是否发生离析，即无法确定静态离析率的增加是由粗骨料沉降导致的还是由水化产物增加导致的，从而使充填料浆抗离析特性判断结果出现误差；(2)测试试块尺寸较大，试验开展较困难；(3)测点较多，为检测料抗离析特性，需要测试点数量较多，试验操作较复杂。


技术实现要素：

4.本发明为了解决针对充填料浆抗离析特性评价的方法中存在胶凝材料水化产物对评价指标影响的问题。
5.一种快捷准确评价充填料浆在采场内抗离析特性的方法，首先获得充填料浆中胶凝材料的溶解期范围；然后利用超声设备获得超声波抗离析能指数ck：
[0006][0007]
式中：ck为超声波抗离析特性指数；v1为初拌充填料浆下层纵波波速；v2为料浆溶解期结束后下层纵波波速；
[0008]
通过超声波抗离析能指数ck对充填料浆在采场内抗离析特性进行评价；
[0009]
进一步地，获得充填料浆中胶凝材料的溶解期范围的过程包括以下步骤：
[0010]
首先对胶凝材料净浆的电导率和含水率进行监测；然后根据电导率与电阻率的关系，将电导率转换成电阻率；最终根据实验结果确定胶凝材料溶解期时间范围；
[0011]
进一步地，所述利用超声设备获得超声波抗离析能指数ck时，针对浇注完的试模，将换能器固定在单试块模具最下端；
[0012]
进一步地，利用超声设备获得超声波抗离析能指数ck的过程包括以下步骤：
[0013]
针对连接纵波换能器的超声波检测仪进行零读数修正，零读数是纵波在换能器外壳和耦合剂传播时间，用t0表示，根据t0值对在料浆中的传播时间进行修正；
[0014]
利用的超声波检测仪检测时，先获得首个测定超声波最大初始值，然后料浆静置到胶凝材料溶解期结束后再测定原位置溶解期末的波速变化，进而根据实验结果计算充填料浆超声波抗离析特性指数。
[0015]
进一步地，利用的超声波检测仪检测前，将低通滤波设置为60khz，高通滤波设置为10khz，采样间隔为1us。
[0016]
进一步地，利用的超声波检测仪检测前，还要设置采样长度为512个点。
[0017]
有益效果：
[0018]
本发明主要目的在于提供一种快捷准确的采场内充填料浆抗离析特性评价方法，利用该方法可快速准确的评价采场内充填料浆抗离析特性，消除水化产物对抗离特性评价指标的影响。
附图说明
[0019]
图1为换能器位置示意图。
[0020]
图2为电阻率检测实验装置图。
[0021]
图3为200min电阻率和含水率曲线特征图。
[0022]
图4为1440min电阻率和含水率曲线特征图。
[0023]
图5为ck指数与泌水率曲线图。
具体实施方式
[0024]
根据胶凝材料水化机理可知，胶凝材料水化过程主要分为溶解期、诱导形成期与诱导期和凝结期，其中在溶解期内，胶凝材料不发生水化反应生成水化产物，因此为消除胶凝材料水化产物对抗离析特性的评价影响，本发明以溶解期内粗骨料沉降的变化为标准，评价充填料浆抗离析特性。下面结合具体实施方式对本发明进行进一步说明。
[0025]
具体实施方式一：本具体实施方式为一种快捷准确评价充填料浆在采场内抗离析特性的方法。所述方法包括以下步骤：
[0026]
s1、为确定胶凝材料溶解期时间范围，采用decagon公司生产的em50数据采集器和teros12传感器对胶凝材料净浆的电导率和含水率进行监测。将teros12传感器与em50数据采集器连接插入净浆中，数据采集间隔设置为5min。根据电导率与电阻率互为倒数关系，将电导率转换成电阻率。根据实验结果确定胶凝材料溶解期时间范围。
[0027]
s2、评价充填料浆在采场内的抗离析特性，由于超声波是指频率大于20khz的声波，根据声源与介质相对位置，常见的超声波类型有纵波和横波，其中横波只能在固体介质中传播，而纵波可在固体、液体和气体介质中传播，且在固体中传播的速度大于液体和气体传播速度。充填料浆是固体和液体混合物，有时可能还有微小的气泡，根据纵波传播规律，采用超声波纵波可准确表征料浆底部质量分数变化，即当充填料浆发生离析时，料浆底部固体质量分数应该大于初始值，所以料浆底部纵波波速必大于离析前的波速，由此推断离析后与离析前的波速差越大，说明料浆离析越严重，抗离析特性越弱，波速差越小说明料浆
离析越小，抗离析特性越强。但由于胶凝材料在遇水后会发生水化反应，生成大量的固体钙矾石和硅酸盐凝胶，会导致料浆底部波速增加。因此，为避免水化反应对波速的影响，利用胶凝材料溶解期范围内料浆底部纵波波速的变化表征充填料浆抗离析特性更合理和科学，本发明提出超声波抗离析能指数(ck)，公式为：
[0028][0029]
式中：ck—超声波抗离析特性指数；v1—初拌充填料浆下层纵波波速，m/s；v2—料浆溶解期结束(本实施方式中静置15min)后下层纵波波速，m/s。当ck＝0说明料浆具有较优的抗离析特性，当ck》0时说明充填料浆抗离析特性较低；ck值越接近0且为正数时，抗离析特性越强。根据理论分析，ck不小于0，如果小于0说明超声波抗离析特性指数无意义。
[0030]
进一步的为确定超声波抗离析特性指数，评价采场内充填料浆抗离析特性指数，将一对纵波换能器与rsm-sy6超声波检测仪连接，并对仪器进行零读数修正，零读数是指纵波在换能器外壳和耦合剂传播时间，通常用t0表示，在接收和发射换能器表面涂抹耦合剂并紧密对接，根据波形图读取t0，本次试验t0＝3us。将t0值输入设备对超声纵波在料浆中的传播时间进行修正。设置低通滤波为60khz，高通滤波为10khz，采样间隔为1us，采样长度为512个点。在浇注完试模(磨具尺寸为70.7mm*70.7mm)时，将一组换能器利用加压设备固定在单试块模具下部位置，测点位置如图1所示，以首个测定超声波最大初始值，料浆静置到胶凝材料溶解期结束后再测定原位置溶解期末的波速变化，位于模具底部。最后根据实验结果计算充填料浆超声波抗离析特性指数，评价充填料浆在采场内的抗离析特性。
[0031]
实施例：
[0032]
1、确定胶凝材料溶解期时间范围，按照胶凝材料配制胶凝材料净浆，用45r/m转速搅拌5分钟后倒入三连模中，将teros12传感器插入净浆中，对电导率和含水率进行监测，如图2所示，测试环境温度为25℃。
[0033]
将em50中采集的电导率转化成为电阻率，分析试验结果发现电阻率1d(1天)内的电阻率和含水率变化范围较大，且总体呈先减小后增加的趋势，具有特殊性，而1d后变化较稳定不具备代表性，为此，以时间为x轴，电阻率和含水率为y轴分别绘制200min和1440min电阻率和含水率特征曲线图3和图4。根据电阻率特征曲线可知，全固废灰渣基胶凝材料水化过程共经历了三个阶段：
[0034]
第一阶段为溶解期，即传感器插入试块后至a点(t＝15min，电阻率为0.0196，含水率为0.5387)。在这段时期内，含水率保持不变，而电阻率呈下降趋势，说明胶凝材料未发生水化反应，而电阻率变化是由于胶凝材料中离子的溶解引起的，当胶凝材料遇水后，迅速溶解出大量钙离子，硫酸根和硅酸根离子，因此随着液相离子浓度快速增加，电阻率逐渐降低，直到液相中的溶液达到饱和时(a点)电阻率才会降至最低点如图3和图4。
[0035]
第二阶段为诱导形成期和诱导期，即由a点经b点至c点的这段时间，其中a至b点(t＝18min，电导率为0.02，含水率为0.5387)为诱导形成期，这段时间内含水率未发生变化，而电阻率上升趋势，说明此阶段胶凝材料开始生成了少量的水化产物。第三阶段为凝结硬化期，即由c点开始，含水率随时间加速下降，电阻率则呈上升趋势，随着水化产物的生成量不断上升，系统中的水相则不断被消耗，导致电阻率增加，含水率下降，使料浆流动性逐渐下降，最终使水化反应进入了凝结硬化期。
[0036]
2、验证并确定该充填料浆超声波抗离析特性指数，为验证超声波抗离析特性指数(ck)，采用本发明评价方法，以响应面实验设计理论为基础分别开展不同质量分数和胶砂比的超声波抗离析特性指数测定实验和充填料浆泌水率测定实验，实验方案和结果见表1。
[0037]
表1充填料浆抗离析试验结果
[0038][0039][0040]
根据试验结果，以试验序号为横坐标，以泌水率和ck指数为纵坐标，分别绘制ck曲线图和泌水率曲线见图5，由此可知，当泌水率最大值为14％时，充填料浆ck指数为19.7％同样也为最大值，且ck指数变化趋势与泌水率变化趋势相同，充分说明ck指数可表征充填料浆抗离析特性。又由于6号实验组泌水率和ck指数均为最小值，说明该配比充填料浆抗离析特性较强。
[0041]
本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。