祝贤忠 周 智 邱正勇 陈立虎 李正安
（北方民族大学 化学与化学工程学院，宁夏 银川750021）
0 引言
高水速凝材料作为一种广泛应用于各种工程实践，特别是矿山采空区充填、巷道支护、隧道塌方充填的新型材料，其物理力学性质越来越受到人们的重视，当其作为充填支护材料时，对其强度特征的研究显得至关重要。同时，当该材料用于采空区充填防止地表沉陷时，由于服务时间长，可能导致材料的长时流变问题，因此研究高水材料结石体强度特征的时间效应是十分必要的。通过研究高水速凝材料强度特征的研究，确切掌握强度特征与水灰比等参数之间的关系。
1 强度测试过程
1.1 试验方法及原理
单轴压缩是材料强度测试的基本方法，该方法测试速度快，数据准确，变形特征明显。 高水速凝材料的强度测试主要采用单轴压缩实验方法。 材料在承受逐渐增大的单轴轴向荷载作用下，其轴向变形随荷载逐渐升高而增大，在与轴向垂直的横向上产生随之增大的横向变形。当轴向荷载增加到试件承受荷载极限时，试件发生破坏。在此过程中，通过数据采集，得到轴向荷载、轴向变形和横向变形，通过这三组数据计算处理后可以得到应力—应变关系曲线。 从曲线上可以分析出，曲线的直线段斜率即为弹性模量，与之对应的横向应变与纵向应变之比为泊松比。 材料加载破坏时的轴向荷载为材料的极限荷载，破坏时的最大轴向应力值为材料的单轴抗压强度。 抗压强度、弹性模量和泊松比是材料的主要力学参数。 此外，工程上常将50%的抗压强度值与对应的应变之比称为材料的割线模量。 同时，针对高水速凝材料的单轴压缩试验，由于材料的高含水率，在进行加载过程中，材料会出现失水现象，因此，也将材料的抗压失水率作为测试过程中的主要参数。
高水速凝材料的单轴压缩实验是在充分考虑材料的特点与性质下进行的，其测试原理与方法均按照岩石力学测试进行，分析过程中，也将岩石力学分析方法结合应用起来。实验中考虑测试结果的不均匀性，每组测试取三个试件，将三个试件的测试结果平均值作为该组试验数据。由于该材料的强度较低，在实验加载过程中会有水珠流出，因而在测试时，应对设备进行一定的保护。
1.2 设备及加载方式
本次试验北方民族大学化工学院岩石与混凝土力学实验系统进行测试。 该系统设备精良，确保了实验的准确性与按时进行。单轴压缩实验加载控制方式：首先安装试件至试验机上，手动控制加载至40N～50N 使试样与压头接触，然后正式开始实验：开始以力控制100N/min 的速度加载，中间转成力控制200N/min 的速度加载至峰值，试件变形急剧增大，为保证试验机安全，在位移达到2.5mm～3mm 时转换为位移控制，直至时间破坏，停止加载，取消试验机保护。
1.3 试验过程
试验中依次按照 5：1、6：1、7：1、的水灰比进行测试，测试时严格按照步骤进行操作。首先将试件至于实验机上下压头中心，调整球形座，使试件均匀受力，连接好应变片与位移计，调整好应变仪后测读初值。然后按照加载方式进行加载，并测度记录加载过程中的荷载及去对应的变形量。 最后记录试件破坏方式、形态和特征。
从加载过程中可以看出，刚开始加载时，未能观察出明显变化，随着加载的进行，试件表面开始变得湿润，出现水珠并逐渐汇集到底部流出，表面未出现明显裂纹。直至加载后期，荷载达到峰值，试件破坏，底部大量出水。部分试件表面出现明显裂纹，端部破裂成散状或隆起，直径明显增大；部分试件表面出现细微裂纹，裂纹沿轴向逐渐向端部扩张；还有部分试件表面未观察到裂纹及明显的破坏现象。
图1 试件加载后破坏情况
2 数据成果整理
三种水灰比的结石体在不同养护时间的单轴抗压强度值如表1所示：
表1 结石体的单轴抗压强度
三种水灰比的结石体在不同养护时间的弹性模量值如表2 所示。
表2 结石体的弹性模量
三种水灰比的结石体在不同养护时间的泊松比值如表3 所示。
表3 结石体的泊松比
结合抗压强度和弹性模量分析时发现， 当养护时间在7 天以前时，抗压强度、弹性模量都比较大，随着养护时间的增加，强度参数都趋于稳定。 抗压强度和弹性模量受水灰比影响较大，而水灰比对泊松比的影响较小。
3 结束语
结合抗压强度和弹性模量分析时发现， 当养护时间在7 天以前时，抗压强度、弹性模量都比较大，随着养护时间的增加，强度参数都趋于稳定。 抗压强度和弹性模量受水灰比影响较大，而水灰比对泊松比的影响较小。
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