花岗岩物性和细观结构与冲击式破碎效果的实验研究

论文摘要

随着建筑行业的发展和混凝土的广泛使用,天然砂作为一种不可再生资源,日益短缺。机制砂的出现很好的解决了因天然砂短缺而出现环境问题以及建筑发展不均衡的问题。传统的工业制砂行业常选用石灰岩为机制砂母岩,因为花岗岩的含量多分布广,且岩性基本满足工业砂的要求。但是以石灰岩为母岩的机制砂特性不完全满足高性能混凝土等的要求,部分高性能混凝土对机制砂的硬度和强度也有一定的要求。所以,本课题试图采用高硬度的花岗岩部分替代石灰岩作为机制砂的母岩,从母岩自身的性质进行机制砂破碎的相关研究。研究花岗岩母岩自身的物性参数和细观结构对破碎效果之间的关系,对提高破碎机的生产品质具有重要的意义。本课题采用室内岩石力学实验,X射线衍射分析实验,扫描电镜(SEM)实验,单颗粒破碎实验测得实验数据。通过理论分析研究花岗岩的物性和细观结构对冲击式破碎效果的影响,具体包括对破碎评价指标的选取、花岗岩物性参数和破碎效果的关系探究、花岗岩细观结构与破碎效果的关系探究。以上研究得出的相关相关结论如下:(1)通过室内岩石基本物理特性实验以及岩石力学实验,对研究的花岗岩的矿物组成和力学特性进行测试。分析得花岗岩的主要矿物组成为:石英、钾长石、斜长石和云母等矿物组成。采用SEM观察分析了花岗岩的细观结构,得出了不同矿物晶体在细观结构下有明显的差异,不同矿物晶体间的连接方式也不尽相同;使用Matlab的图像处理程序对SEM采集到的细观结构的图片进行量化分析研究,提取细观结构中的孔裂隙损伤特征,以此作为量化指标表征不同种类的花岗岩对应的面孔率。(2)通过单颗粒冲击破碎实验平台,研究了花岗岩的单颗粒破碎,结合破碎效果的评定方法得出不同种类花岗岩单颗粒的破碎效果。将花岗岩的矿物组份、力学参数和细观结构结合单颗粒冲击破碎的结果分析得出相关结论:矿物组份对破碎有影响,实验结果表明:石英含量的增加会降低破碎程度,钾长石、斜长石和云母含量的增加会增大破碎程度;抗压强度和弹性模量越高对应的破碎程度越低。根据矿物学理论,四种矿物晶体的解理程度是不同的,细观结构中不同矿物晶体的细观损伤以及不同矿物晶体之间的接触也不同,能进一步详细解释不同矿物晶体对破碎程度的影响。细观结构中的面孔率会降低破碎效果。(3)石英、斜长石、弹性模量和面孔率会对破碎后粒形有一定的影响,其他参数对粒形的影响不明显。本论文的工作有助于了解机制砂中高硬度母岩的破碎规律,对于实际生产中选取高硬度岩类作为机制砂母岩具有实际的参考意义。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 选题的依据、背景及研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 机制砂的研究现状
•     1.2.2 单颗粒冲击破碎实验
•     1.2.3 岩石细观结构观测的扫描电镜方法
•   1.3 主要研究思路和研究内容
•     1.3.1 研究思路
•     1.3.2 研究内容
•     1.3.3 论文框架
• 第2章 实验设备和实验方法
•   2.1 X射线衍射实验
•     2.1.1 实验样品制备
•     2.1.2 X 射线全岩分析（XRD）实验
•   2.2 单轴压缩实验
•     2.2.1 花岗岩试件的制备
•     2.2.2 单轴压缩实验方法
•   2.3 扫描电镜实验（SEM）
•     2.3.1 试件制备
•     2.3.2 扫描电镜实验方法
•   2.4 单颗粒冲击破碎实验
•     2.4.1 单颗粒冲击破碎实验平台
•     2.4.2 单颗粒冲击破碎实验方法
•   2.5 破碎后颗粒的筛分实验
•     2.5.1 破碎后细颗粒的机械筛分法
•     2.5.2 破碎后粗颗粒的筛分方法-图像检测法
•   2.6 本章小结
• 第3章 冲击破碎的评价指标研究
•   3.1 单颗粒破碎实验参数的研究
•   3.2 单颗粒冲击破碎效果表征参数
•     3.2.1 颗粒破碎程度的表征参数选取
•     3.2.2 颗粒破碎程度的表征参数的计算
•   3.3 破碎后机制砂粒形参数提取
•     3.3.1 破碎后颗粒粒形的表征参数
•     3.3.2 颗粒粒形的数字图像处理
•   3.4 本章小结
• 第4章 花岗岩物性参数与破碎效果的关系探究
•   4.1 花岗岩的矿物含量与冲击破碎效果的关系探究
•     4.1.1 XRD实验结果分析
•     4.1.2 矿物含量与冲击破碎程度的关系探究
•     4.1.3 矿物含量与破碎后集料粒形的关系探究
•   4.2 花岗岩矿物含量与破碎粒度分布的关系探究
•   4.3 力学参数与冲击破碎效果的关系探究
•     4.3.1 力学参数的计算
•     4.3.2 单轴抗压强度对破碎难易的影响
•     4.3.3 弹性模量对破碎难易的影响
•     4.3.4 力学参数与破碎后集料粒形的关系
•   4.4 本章小结
• 第5章 花岗岩细观结构与破碎效果的关系探究
•   5.1 花岗岩矿物晶体在细观结构的差异性
•     5.1.1 细观情况下矿物晶体间的差异性
•     5.1.2 矿物晶体间连接的差异性
•   5.2 细观结构的孔裂隙损伤量化研究
•   5.3 细观结构与冲击破碎效果的关系探究
•     5.3.1 细观结构损伤对破碎难易的影响
•     5.3.2 细观结构与冲击破碎后集料粒形的关系探究
•   5.4 破碎机理分析
•   5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 支涛

导师: 郭桦,黄文景

关键词: 机制砂,破碎程度,单颗粒破碎,细观结构

来源: 华侨大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 华侨大学

分类号: TU45

总页数: 86

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