T_GRM 087-2023 胶结充填体室内制备与力学性能测试技术规范.docx

ICS 73.020CCS D15GRM中关村绿色矿山产业联盟团体标准T/GRM 0872023胶结充填体室内制备与力学性能测试技术规范Standard for cemented tailings backfill laboratory preparation and mechanicalproperties testing2023 - 12 - 29 发布2024 - 01 - 01 实施中关村绿色矿山产业联盟发 布T/GRM 0872023目次前言 . II1  范围 . 12  规范性引用文件 . 13  术语和定义 . 14  室内制备 . 25  试件养护 . 36  单轴抗压强度试验 . 37  直剪剪切强度试验 . 48  劈裂抗拉强度试验 . 49  三轴压缩强度试验 . 5IT/GRM 0872023前言本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则  第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由中关村绿色矿山产业联盟提出并归口。本标准起草单位：中国矿业大学（北京），生态环境部固体废物与化学品管理技术中心，中南大学，安徽马钢矿业资源集团有限公司，湖南有色新田岭钨业有限公司，江西铜业股份有限公司永平铜矿，柳州华锡有色设计研究院有限责任公司，江西理工大学。本标准主要起草人：徐文彬，陈伟，吴蔚律，赵康，陈秋松，周磊，孙永茂，何洪涛，刘彦军，胡天寿，蒋荣，张开盛，王石。IIT/GRM 0872023胶结充填体室内制备与力学性能测试技术规范1 范围本文件规定了胶结充填体室内制备与力学性能测试的室内制备、试件养护、单轴抗压强度试验、直剪剪切强度试验、劈裂抗拉强度试验和三轴压缩强度试验等。本文件适用于金属、非金属矿山细颗粒含量较高的全尾砂胶结充填体室内制备与力学性能测试。2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 39988 全尾砂膏体制备与堆存技术规范GB/T 50081 混凝土物理力学性能试验方法标准GB/T 50123 土工试验方法标准GB/T 51450 金属非金属矿山充填工程技术标准JG/T 237 混凝土试模3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1矿山充填 mine backfill采用砂、石以及其他物料，对地下采矿形成的空区回填的作业过程。3.2全尾砂 total tailings金属、非金属矿山矿石选别后排出的未经分选的全粒级尾砂。3.3胶凝材料 cementitious material在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体，并胶结其他物料，制成有一定机械强度复合固体的物质。3.4充填料浆 backfill slurry全尾砂、胶凝材料、水以及外加剂（依需要添加）充分拌合后的固液混合物。3.5胶结充填体 cemented tailings backfill以全尾砂为主要材料，根据设计需要添加胶凝材料和外加剂等材料，与水充分拌合，固化后具有强度的工程材料。3.6单轴抗压强度 uniaxial compressive strength试件在单向受压至破坏时，单位面积上承受的压力。3.7劈裂抗拉强度 splitting tensile strength圆柱体试件上下表面中间承受均布压力劈裂破坏时，压力作用的竖向平面内产生近似均布的拉应力。1项目技术要求试模内表面和上口面粗糙度 Ra不应大于 3.2m内部尺寸误差不应大于公称尺寸的 0.2%，且不应大于 1mm。夹角90°±0.2°平面度不应大于 0.03mm缝隙不应大于 0.1mm耐用性在正常使用情况下，试模应至少正常使用 50 次或当使用少于 50 次时，使用期应至少为 6 个月T/GRM 08720233.8直剪剪切强度 direct shear strength在固定垂直载荷作用下，试件受水平载荷破坏时承受的剪应力。3.9三轴压缩强度 triaxial compression strength试件在三向受压缩状态下抵抗的最大轴向应力。3.10内摩擦角 friction angle试件破坏极限平衡时剪切面上的正应力和内摩擦力形成的合力与该正应力形成的夹角。3.11黏聚力 cohesion同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力。4 室内制备4.1 材料胶结充填体制备主要材料可包括全尾砂、胶凝材料、水及外加剂。全尾砂宜为矿山采选后的产物，胶凝材料宜使用水泥等具有胶结性能的物料，水可选用蒸馏水，也可根据试验要求，选用自来水。4.2 制作流程4.2.1制作时，应按试验配比分别称取定量的全尾砂、胶凝材料、水和外加剂；材料用量应以质量计，全尾砂称量精度应为±0.5%，胶凝材料、水及外加剂称量精度均应为±0.2%。4.2.2全尾砂和胶凝材料应干式拌合均匀，然后加入水，混合料浆用量应为搅拌容器容量的30%70%，用电动搅拌机搅拌均匀，时间不应少于5min，待拌合料浆无明显固液分离现象方可停止搅拌。4.2.3模具尺寸应检查核对，确认模具合格后方可使用；可参照JG/T 237执行，试模技术要求应符合表1的规定。表1 试模技术要求4.2.4   模具内部宜均匀涂抹一薄层矿物油。4.2.5充填料浆搅拌均匀后应沿内壁缓慢倒入模具内，应去除料浆内部气泡，可用振动台振实、人工插捣或插入式振捣等方法。4.2.6胶结充填体室内制备工艺流程宜按图1实施。2T/GRM 0872023图1 胶结充填体室内制备工艺流程图5 试件养护5.1 制备环境试件制作完成，宜在温度20±5的环境下，静置24h，待充填体成型后可脱模，放置在标准养护环境中。5.2 养护设备5.2.1养护箱内应具备温度和湿度传感器，实时监测箱内环境变化。5.2.2养护箱上下层板应采用多孔刚性硬质材料。5.2.3养护箱内温度应为20±2，相对湿度应为95%±5%。5.2.4养护箱内各区域温度湿度宜一致，差值不应超过恒定温度湿度的0.5%。5.3 养护技术5.3.1试件拆模后应对试件编号，试件表面应有明显和持久的标记，且不应破坏试件。5.3.2试件表面不应有直径或深度超过1mm的孔洞，否则应按废件处理。5.3.3试件应放在养护箱内的架子上，彼此间隔距离不应少于20mm。5.3.4从搅拌加水开始计时，测试试件的养护龄期可设置为3d、7d、28d，也可根据设计龄期或需要确定。对于超细全尾砂胶结充填体，宜测试56d及以上龄期强度。6 单轴抗压强度试验6.1 试件尺寸与数量6.1.1试件应为70.7mm×70.7mm×70.7mm 的立方体，也可采用圆柱体，高度与直径之比应为2.02.5，直径可取39.1mm或50mm。6.1.2每组测试试件应至少为3个。6.2 压力设备6.2.1刚性压力板应光滑平整，定期更换。6.2.2试件破坏载荷宜为量程的20%80%。6.2.3示值相对误差应为±1%。6.2.4加载方式应采用应变控制。6.2.5加载速率不宜大于0.6mm/min。6.3 试验步骤6.3.1试件到达养护龄期后，应从养护箱中取出及时试验，应将试件表面擦拭干净，测量尺寸，对外观检查。3T/GRM 08720236.3.2试验前，应将试验机上下承压板面擦拭干净。6.3.3试件应置于上下承压板之间，试件轴心应与承压板中心对准，在两者间均匀涂抹耦合剂。6.3.4启动试验机，试件表面与上下承压板应均匀接触。6.3.5加载时应按本文件6.2.5的规定，持续加载直至试件破坏，应记录破坏载荷。6.4 单轴抗压强度试件单轴抗压强度应按下式计算：c=FS ···························································(1)式中：为单轴抗压强度，kPa；F 为轴向压力，kN；S 为试件横截面积，m2。6.4.1试件强度值应取3个试件测量值的算数平均值，应精确到10kPa。6.4.2当3个测量值中的最大值或最小值中有一个与中间值的差值超过中间值的15%时，应将最大及最小值剔除，取中间值作为该组试件的抗压强度值。6.4.3当最大值和最小值与中间值的差值均超过中间值的15%时，该组试件的试验结果应无效。7 直剪剪切强度试验7.1 试件尺寸与数量7.1.1试件应为70.7×70.7×70.7mm的立方体。7.1.2每组测试试件应至少设置4种不同垂直压力进行剪切试验，根据试件的强度施加各级垂直压力，垂直压力的各级差值应相等，也可取垂直压力梯度为100kPa、200kPa、300kPa、400kPa。7.2 压力设备7.2.1试件破坏载荷宜为水平载荷量程的20%80%。7.2.2位移示值相对误差应为±0.2%，压力示值相对误差应为±1%。7.2.3加载方式应采用应变控制。7.2.4水平加载速率宜为0.8mm/min1.2mm/min。7.3 试验步骤7.3.1试验时，应取出剪切容器的加压盖，将上下盒对准，插入固定销。7.3.2养护好的试件应放入剪切盒，并在上方依次放好加压盖、钢珠和加力框架。7.3.3垂直载荷应按本标准7.1.2的规定施加。7.3.4拔出固定销，按本标准7.2.4规定的加载速率剪切，试件宜在3min5min内剪损。7.3.5剪切结束后，应卸除压力，取下加力框架、钢珠和加压盖板等，取出试件，清理干净剪切盒。7.4 直剪剪切强度试件直剪剪切强度应按下式计算：=TA ··························································· (1)式中：为直剪剪切强度，kPa；T 为水平载荷，kN；A 为试件的初始面积，m2。8 劈裂抗拉强度试验8.1 试件尺寸与数量8.1.1试件可采用圆柱体，高度与直径之比应为2.02.5，直径可取39.1mm或50mm。8.1.2每组测试试件应至少为3个。4T/GRM 08720238.2 压力设备压力设备应符合本标准6.2的规定。8.3 试验步骤8.3.1试件到达养护龄期后，应采用游标卡尺测量试件高度和直径，并记录测量结果。8.3.2标出试件的两条承压线，两条线应位于同一轴向平面，两线末端应在试件端面上相连，明确表示承压面。8.3.3试件应置于试验机中心，在上下承压板与试件承压线之间各放一条垫条，垫条尺寸应为宽3mm5mm，厚3mm的钢条。试件轴线应在上下垫条之间保持水平，垫条位置应上下对准并固定。8.3.4加载时应按本文件8.2.5的规定，持续加载直至试件破坏，同时记录破坏载荷。8.4 劈裂抗拉强度胶结充填体上下表面中间承受均布压力劈裂破坏时，试件劈裂抗拉强度应按下式计算：T=2F ´ D ´ H ····················································· (1)式中：T 为劈裂抗拉强度，kPa；F 为轴向载荷，kN；D、H 分别为圆柱体试件的直径和高度，m。9 三轴压缩强度试验9.1 试件尺寸与数量9.1.1试件可采用圆柱体，高度与直径之比应为2.02.5，直径可取39.1mm或50mm。9.1.2每组测试试件应至少设置4种周围压力，周围压力可根据工程的实际受力情况确定，也可取周围压力梯度为100kPa、200kPa、300kPa、400kPa。9.2 压力设备9.2.1试件破坏载荷宜为轴向载荷的20%80%。9.2.2位移示值相对误差应为±0.2%，压力示值相对误差应为±1%。9.2.3加载方式应采用应变控制。9.2.4加载速率不宜大于0.6mm/min。9.3 试验步骤9.3.1试件到达养护龄期后，应采用游标卡尺测量试件高度和直径，并记录测量结果。9.3.2试验时应将试件套入橡皮膜中，并由下往上轻推橡皮膜，排除橡皮膜与试件表面内的空气。9.3.3压力室罩安装时应先将活塞提升，安装后，应将活塞对准试件帽中心，并均匀旋紧螺丝。9.3.4打开排气孔，向压力室注水，当压力室内注满水时，应降低进水速度，水从排气孔溢出时，应关闭排气孔。9.3.5周围压力施加时，应打开周围压力阀，按本文件9.1.2的规定执行。9.3.6上升升降台，当轴向负荷传感器有微读数时可表示活塞已与试件帽接触。然后应将轴向负荷传感器和轴向位移传感器读数调整到零位。9.3.7施加载荷应按本文件9.2.4的规定执行，当出现峰值后，应再继续加载3%5%的轴向应变。轴向载荷无明显降低时，应继续加载至轴向应变的10%15%。9.4 三轴压缩强度试件三轴压缩强度应按下式计算：1-3=FA ························································ (1)式中：(1-3)为偏应力，kPa；F 为轴向载荷，kN；A 为试件的初始面积，m2。5T/GRM 08720239.5 黏聚力与内摩擦角绘制数据线性拟合时，应以(1+3)/2)为横坐标，(1-3)/2)为纵坐标拟合，根据莫尔库伦强度准则，黏聚力与内摩擦角应按下式计算： +321 -32= 1sin +c × cos ··········································· (1)式中：c为试件的黏聚力，MPa；为试件的内摩擦角，°；1为最大主应力，MPa；3为最小主应力，MPa。6