200MPa级高强岩体制作技术研究

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随着机械破岩技术在地下工程中的广泛应用,岩石破碎机理研究迅速成为国内外研究热点。由于现场大体积岩块取样困难,室内人造围岩的研制亟待解决。为此,本文开展了高强人造岩体的制作技术研究,解决了现场大体积岩样难取的问题。首先,通过试样试验对比分析,确定了活性粉末混凝土(简称“RPC”混凝土)最优配合比及最佳的养护制度。其次,利用数值模拟方法,通过研究大体积岩体内部温度应力场分布规律,得到可以减小大体积岩体内部拉应力的有效措施。本文的主要研究成果如下:  (1)常压养护条件下试样试验。分别对RPC混凝土配合比设计过程中石英砂的细度模数、减水剂掺量、硅灰与粉煤灰掺量比、砂胶比、水胶比、复合型矿物掺和料掺量和膨胀剂掺量等7个因素进行单因素分析,得到各因素对RPC混凝土的流动性和抗压强度的影响规律。基于上述两种指标,得到常压养护条件下RPC混凝土的最优配合比。  (2)不同养护条件下的试样试验。通过研究了4种不同的养护条件下RPC混凝土抗压强度与孔隙率的变化规律得知,高温高压较高温养护条件下,RPC混凝土的抗压强度增长更大(其中水胶比越低,效果越明显),孔隙率减小更多。这说明高温高压养护可以改善了RPC混凝土的微观结构,提高了RPC混凝土的致密性,进而提高自身的抗压强度,据此提出了高温高压的养护制度,并获得了强度可达200MPa的RPC混凝土。  (3)数值模拟研究结果表明:  1)对比不同尺寸的岩体内部的温度场分布规律,结果表明中等体积岩体无论给定何种外边界,其内部的温度场接近均匀的温度场;而大体积岩体内部存在较大的温度梯度。  2)通过对比大体积岩体在升温、温度保持和降温阶段其内部的温度应力场分布规律,得出大体积岩体在降温阶段外表面产生较大的拉应力。  3)通过对比分析三种不同的降温降压方式,结果表明先降温后降压方式能够有效减小大体积岩体内部的最大拉应力值。  4)通过对降温降压速率进行控制,得出同时降低降温降压速度可有效减小大体积岩体内部的温度应力的结论。  综合全文研究,通过试样实验研究给出了最佳的RPC混凝土配合比,提出了最佳的养护制度,通过数值模拟得到了最优的降温降压路径,对制作大体积无宏观缺陷的高强人造岩体具有指导意义,为实验室开展机械破岩研究提供了前提条件。
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