温度和盐侵蚀耦合作用下再生微粉胶结石墨尾砂充填材料劣化机制研究

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单位辽宁工程技术大学土木工程学院;
来源复合材料学报
摘要
为探究矿区复杂环境下再生微粉胶结石墨尾砂充填材料(GCTB)的长期服役性能,研究了不同浸泡温度、盐溶液种类及干湿循环次数下GCTB试样的质量(MS)、抗压强度(UCS)及相对动弹模量(RDM)的变化规律,并利用SEM-EDS和XRD测试,揭示了GCTB试样的劣化机制。研究结果表明:随着干湿循环次数增加,GCTB的MS、UCS和RDM均呈现先升高后降低的变化趋势。在NaCl和Na2SO4复合盐溶液中,循环初期SO4凭借较低的热力学平衡常数,优先与体系中Al相反应生成钙矾石(AFt),有效填充材料内部孔隙,从而提高其宏观性能。循环后期,Clˉ因较高的渗透速率在试样内部累积,通过离子平衡作用促使Friedel’s盐生成,抑制AFt的形成,同时过量的SO4转化为石膏(CaSO4·2H2O);Friedel’s盐、CaSO4·2H2O和AFt等侵蚀产物不断积累共同引发膨胀性损伤,导致GCTB试样内部产生裂纹,宏观性能下降。高温促进了离子迁移与反应速率,使GCTB的MS、UCS和RDM峰值提前至10次循环,同时加速了损伤的发展,进一步降低其耐久性能。

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