高强度低黏度注浆材料配比试验研究

为满足微裂隙岩体注浆加固要求,需研究一种强度高、黏度低的高性能注浆材料。选用超细水泥、硅粉、超细粉煤灰、聚羧酸系减水剂为原料,结合单因素试验和正交试验,对浆液进行改性。试验结果表明：在水泥中掺加4%～12%的硅粉,浆液的结石体强度可以提高8%～34%|用超细粉煤灰替代一定量的水泥,可以降低浆液的黏度,当粉煤灰替代量超过20%后,浆液黏度不再降低,达到作用极限值|聚羧酸系减水剂对于降低水泥浆液的黏度有着显著效果,掺加0.1%～0.5%的减水剂,浆液的黏度可以降低25%～90.6%,减水剂掺量越高,浆液析水率越大,浆液越不稳定|当水灰比为0.8、硅粉掺量为10%、粉煤灰代替量为20%、减水剂掺量为0.3%时配置的浆液性能最优,新型浆液结石体28d抗压强度为22.98MPa,比纯水泥浆液结石体的抗压强度提高13.6%,黏度为21.83s,比纯水泥浆液黏度降低89%。     

废弃蒸压砌块与煤矸石在煤矿采空区地基加固中的试验研究

随着社会发展，大量的废弃蒸压砌块与煤矸石对周边环境造成不良影响，为了保护环境和资源再利用，这些固体废弃物在注浆加固领域得到了有效利用。提出以废弃蒸压加气混凝土砌块和废弃煤矸石2种固体废弃物为主要材料，分别与水泥混合制成2种不同的黏土采空区地基处理充填注浆浆液。试验采用混料配比方式，在凝结时间、黏度、析水率和结石率、流动性和抗压强度方面进行分析，最终选择配比最适宜采空区地基处理的注浆浆液。研究结果表明：废弃蒸压加气混凝土砌块-水泥浆液各组的凝结时间、黏度、析水率和结石率均符合作为采空区地基处理的注浆浆液标准，但在抗压强度标准上只能选择50%和60%的质量替代率；煤矸石-水泥浆液中煤矸石含量为70%和80%的质量替代率浆液在析水率、结石率和抗压强度不符合标准，故只能选择50%和60%的质量替代率的浆液配比；再从经济角度分析，2种浆液都应优选60%的质量替代率的浆液配比。最后，通过对2种浆液的凝结时间、黏度、析水率和结石率、流动性和抗压强度方面对比分析，宜选择煤矸石-水泥浆液用于煤矿采空区地基处理。     

氧化石墨烯改性黏土水泥浆性能试验研究

黏土水泥浆作为应用广泛的矿山注浆材料,注浆加固初期抗渗滤能力差、结石体强度低且易发生脆性破坏,影响注浆加固效果。以氧化石墨烯(hGO)为改性剂,掺入普通黏土水泥浆,制备了新型黏土水泥浆。通过室内试验,在对比分析h GO掺入量对黏土水泥浆的黏度、稳定性、塑性强度及结石体力学性能等主要性能参数影响的基础上,结合扫描电镜(SEM),从微观形貌角度对h GO的作用机理进行分析,提出了h GO改性黏土水泥浆结石体的生长模型。研究结果表明:hGO改性黏土水泥浆液固结后,结石体内部形成了以h GO片层为核心的黏土—水泥团聚物空间骨架,黏土颗粒填充其中,形成浆液体系架构,这是h GO改性黏土水泥浆性能优于传统黏土水泥浆的主要原因;随着h GO掺量的增加,黏土水泥浆液的黏度最大提高163%,浆液流动性下降;hGO改性黏土水泥浆的稳定性和塑性强度明显增强,同一养护时间塑性强度最大提高7.11倍;浆液结石体的单轴抗压强度和抗剪强度均提高,最大增幅分别为23.94%和25.27%,对浆液耐久性的优化作用明显。     

煤体注浆材料优选及加固煤体单轴压缩试验

为了在瓦斯抽采钻孔施工过程中对帷幕注浆加固材料进行优选,通过黏度和抗压强度,确定高延性水泥基复合材料的基本水灰比。采用粉煤灰、微硅粉以及聚乙烯醇作为掺合剂,研究了不同掺合剂配比对注浆加固材料性能的影响,包括浆液黏度、凝结时间及固结煤体渗透率和抗压强度。试验结果表明:高延性水泥基复合材料的基本水灰比为0.75∶1;水灰比对注浆材料的黏度和抗压强度影响显著,注浆材料黏度与固结煤体渗透率、抗压强度、弹性模量受掺合剂配比影响明显;与其它体系相比,体系1(粉煤灰、微硅粉以及聚乙烯配比分别为(5%、15%、3%)注浆材料黏度适中,固结煤体渗透率较低,抗压强度最高,其注浆效果最优。     

低黏度超细水泥浆液配比试验研究

为配制1种高效注浆的低黏度超细水泥浆液,以超细水泥,减水剂和超细粉煤灰为试验材料,采用正交试验方法,通过SPSS软件处理试验数据,分析水灰比、粉煤灰和减水剂对浆液的黏度、结石体强度、析水率和密度的影响规律,从而得到最优的浆液配比。结果表明:水灰比是影响考核指标的主要因素;随着减水剂掺量的增加,28 d强度和浆液密度无显著变化,但黏度持续降低,7 d强度增强,析水率增高;随着粉煤灰掺量的增加,黏度下降,7 d强度增强,但对28 d强度、析水率和密度的影响不显著;当水灰比、减水剂掺量和粉煤灰掺量分别为1∶1、0.25%、25%时为浆液最佳配比。     

纳米碳酸钙改性超细水泥注浆材料研究

研制了一种低粘度超细水泥复合浆液,以满足深井井筒微裂隙注浆堵水的要求。以超细水泥,纳米碳酸钙,减水剂和超细粉煤灰为试验材料,采取正交试验,研究了在不同水灰比,纳米碳酸钙掺量,减水剂和超细粉煤灰掺量的条件下,浆液的黏度、析水率、凝结时间和结石体抗压强度的变化规律。结果表明:随着水灰比增大、超细粉煤灰和减水剂掺量增加,黏度降低;随着纳米碳酸钙掺量增加,黏度先降低后小幅度升高;随着水灰比增大、超细粉煤灰和减水剂掺量增加,析水率有不同程度的增加;随着纳米碳酸钙掺量增加,析水率先增大后减小;随着纳米碳酸钙掺量增加,初凝和终凝时间都是先增大后减小,随着水灰比增大、超细粉煤灰和减水剂掺量增加,初凝和终凝时间都有不同程度的增大;水灰比增大,结石体28d抗压强度减小,随着纳米碳酸钙掺量增加,结石体28d抗压强度先增大后减小,超细粉煤灰掺量增加使28d抗压强度略有减小,减水剂对28d抗压强度影响很小,可忽略不计。     

掺粉煤灰水泥基浆液性能关系模型研究

水泥基浆液在地下、采矿以及水害治理等工程中的应用非常广泛,常常被用来堵漏和加固。超细粉煤灰有助于加强水泥基浆液的流动性,因此采用在水泥基浆液中使用超细粉煤灰替换部分水泥的方法,改变水灰比、水泥掺量和水玻璃体积掺量,研究了水泥基浆液的黏度、1 h析水率、结石率以及28 d抗压强度随之变化的关系,并使用origin对试验结果进行处理,得出各个因素与试验结果之间的经验公式。试验结果和拟合的经验公式表明,水泥基浆液的各项参数与水灰比、水泥掺量和水玻璃体积掺量之间存在一定的关系模型。     

矿渣粉掺量对高水材料物理力学性能的影响研究

为了降低高水材料充填体成本、提高充填体强度,并有效开发利用矿山工业固体废弃物,开展了掺入有活性成分的矿渣粉对高水材料浆液和充填体物理力学性能及晶体微观结构影响的试验研究。结果表明,随着矿渣粉掺量增加,浆液初凝时间缩短,试件的含水率降低、容重增大,且含水率与峰值抗压强度及容重与峰值抗压强度均具有较好的二次相关关系;随着矿渣粉掺量的增加,试件的峰值抗压强度与残余强度均先减小后增大,掺量为10%时,峰值抗压强度与残余强度均达最小值;从材料的微观结构可以看出,矿渣粉的掺入促进了钙矾石晶体和硅酸钙凝胶的生长发育,改变了晶体发育形貌及网状结构形态。在试验掺量范围内,掺加20%的矿渣粉可使试件晶体空间网状结构最为致密,在宏观上表现为峰值抗压强度达最大值。     

粉煤灰水泥注浆材料主要性能试验研究

粉煤灰水泥注浆材料在采空区治理方面应用广泛,其主要性能直接关系到注浆充填实施和效果。通过室内试验,探讨了不同水固比、固相比、水玻璃掺量与浆液黏度、浆液初凝时间、浆液结石率、浆液结石体抗压强度之间的相互关系。试验表明,水固比1∶1.2～1∶1.5、固相比3∶7、水玻璃占水泥含量2%或3%情况下,注浆体凝结后,结石率均在75%以上,7d单轴抗压强度均在2MPa以上,满足工程需要。     

纳米硅溶胶-超细水泥基浆液性能研究

工程实践表明,深井煤矿的渗水问题难以解决,亟需研发一种适用于微裂隙环境的新型低粘度超细水泥基浆液。为获得一种能够较长时间保持低粘度状态且稳定性良好的超细水泥浆液,使用纳米硅溶胶对超细水泥浆液进行改性处理。以浆液粘度、析水率、抗折抗压强度为评价浆液性能的指标,选取纳米硅溶胶掺量、超细粉煤灰掺量、减水剂掺量、水灰比4个因素为浆液性能的影响因素,开展正交试验。结果表明:纳米硅溶胶掺量与水灰比对浆液性能影响显著,水灰比上升,浆液粘度降低,抗折抗压强度降低,析水率升高。纳米硅溶胶掺量增加,浆液粘度会有所增高,但结实体抗折抗压强度降低,析水率也会降低。     

矿渣-粉煤灰注浆材料的性能与微观结构研究及优化

为研究矿渣-粉煤灰注浆材料的宏观性能与微观结构,利用正交试验和极差分析方法对矿渣-粉煤灰注浆材料进行了测试,研究了水玻璃模数、碱固比、水灰比、矿渣粉煤灰比等因素对浆液流动度、表现黏度、析水率、凝胶时间、28 d抗压强度等物理和力学性能的影响规律。通过扫描电子显微镜(SEM)分析了注浆材料微观结构和宏观性能之间的联系。结果表明：水灰比对浆液的物理力学性能有明显的影响,水灰比与浆液流动度、凝胶时间、析水率呈正相关,与表现黏度、抗压强度呈负相关;水玻璃模数主要影响凝胶时间,二者呈正相关;碱固比主要影响析水率,二者呈负相关;矿渣与粉煤灰的比值对流动度和强度有较大的影响,随着比值的提高,浆液流动度和强度升高。利用矩阵分析法得到了料浆配比的优选方案：矿渣∶粉煤灰为7∶3、水玻璃模数2.0、碱固比4%、水灰比0.9。矿渣-粉煤灰注浆材料充分利用工业废渣,现场工程应用效果良好,研究结果为该材料的工程应用提供了参考。     

低碱性外掺剂对帷幕注浆浆液性能的影响

某矿山在实施帷幕注浆过程中,为应对地下水pH值过高问题,研制了一种低碱性外掺剂,并对加入外掺剂的黏土水泥混合浆液结石体的抗压强度、抗剪强度及耐久性进行了相关试验,试验结果表明,低碱性外掺剂对注浆浆液性能基本无影响,能够满足现场施工需求.     

胶结剂性质对全尾砂胶结充填材料抗压强度的影响

针对胶凝材料性质对全尾砂胶结充填材料抗压强度的影响进行了试验研究,采用压汞测孔仪（Autopore Ⅳ9500）测定了固化体的总孔隙率和孔径分布。试验结果表明：当料浆固体浓度分别为70%、78%和86%并且胶凝材料掺量10%（以总固体质量计）时,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体抗压强度分别提高了151%、127%和90%;当料浆固体浓度为86%并且胶凝材料掺量5%、养护龄期分别为7、14和28 d时,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体抗压强度分别提高了68%、97%和141%;当料浆固体浓度为86%并且胶凝材料掺量分别为5%、10%、20%、30%和40%时,掺矿渣水泥比掺水泥的28 d固化体抗压强度分别提高了127%、89%、10%、-12%和-21%。结合压汞测孔数据和固化体抗压强度结果,得出结论：在高水胶比材料（即水胶比大于065）中,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体中孔径更细（即水化产物更多或更分散）,导致固化体中骨料（包括填料）的黏结面积增加而增加固化体抗压强度;在低水胶比材料中,掺矿渣水泥比掺水泥的固化体中总孔隙率大幅度增加,导致固化体中骨料的黏结强度降低而降低固化体抗压强度。     

大掺量粉煤灰充填材料优化配比及性能研究

为获得一种经济、环保、高性能的浆体充填材料,以粉煤灰作主要材料,水泥、矿渣、石灰为辅助材料,采用正交试验方案,进行粉煤灰充填材料优化配比试验,探讨了水泥掺量、粉煤灰掺量、料浆质量浓度、石灰掺量对充填体流动性、凝结时间、抗压强度的影响,并对测试结果进行极差分析,结果表明:当水泥∶矿渣∶粉煤灰=6∶4∶90,石灰掺量为2%,质量浓度为62%时,充填材料各项性能指标均达到最优。     

钢渣矿渣掺合料对水泥性能的影响

研究了钢渣的掺入量对水泥浆体性能的影响,以及钢渣单掺和钢渣与矿渣复掺对水泥胶砂强度的影响。结果表明:钢渣的掺入可以改善水泥浆体的流动性,凝结时间随钢渣掺量增加而延长。单掺钢渣时,水泥胶砂强度下降明显。钢渣与矿渣复掺会相互激发、相互促进水化,水泥胶砂强度变化不大,且钢渣在复合粉中的比例为20%,替代水泥量为50%时,28 d强度已超过基准样。     

九龙煤矿深部岩体注浆浆液配比优化研究

为改善九龙煤矿-850m胶带大巷破碎围岩注浆加固效果,通过实验室析水率和单轴抗压试验,对不同水灰比和膨润土比例的以PO42.5普通硅酸盐水泥和细度800型超细水泥为主要材料的注浆浆液配比进行了优化研究;采用自主研发的MYZJ-2型实验室液压注浆系统对三轴压力试验破坏后的胶带大巷泥岩标准试件进行注浆试验,并对比分析了注浆试验效果。研究结果表明:水灰比1∶0.6,膨润土比例为水泥重量4%的超细水泥浆液,析水率为6%,养护28d后单轴抗压强度为8.87MPa,满足实验室对标准尺寸破坏试件的注浆要求;优化配比浆液对三轴压力试验破坏后的泥岩试件注浆加固后,试件单轴强度恢复值为试件原单轴抗压强度的14.7%,注浆效果较好。     

化学激发剂对铜渣粉基胶凝材料性能的影响

为研究化学激发剂对铜渣粉-水泥复合胶凝材料性能的影响,测试了铜渣粉掺量为30%、45%,激发剂掺量为0.5%、1.0%、2.0%时铜渣粉复合水泥胶体的抗压强度,采用抗压强度比定量分析激发剂对铜渣粉复合水泥胶体的激发效果,利用扫描电镜观察激发剂作用下铜渣粉复合水泥胶体水化产物的微观形态。结果表明,随着铜渣粉掺量的增加,水化产物量减少,浆体结构孔隙含量更多,抗压强度降低,但激发剂的激发效果更显著。随着Na_2SO_4掺量的增加,激发效果呈现先减小后增大的趋势,最佳掺量均为0.5%。铜渣粉掺量为30%时,Ca(OH)_2最佳掺量为2%;铜渣粉掺量为45%时,Ca(OH)_2最佳掺量为1%。Ca(OH)_2对铜渣粉水泥体系的激发效果较优,且随着龄期延长效果更明显。     

化学激发酸性矿渣粉胶砂性能试验研究

以28天最优配方激发酸性矿渣粉为胶凝材料进行试验,分析了质量浓度、灰砂比、减水剂掺量、搅拌时间4个因素对砂浆流动度、失水率、干缩率、抗压强度的影响规律,并且针对灰砂比这一因素将水泥与矿渣粉胶凝材料浆液性能进行了对比。最后选取了合适的比例进行正交试验来优化各因素组合,使砂浆综合性能达到最优。     

胶结剂种类及掺量对尾砂胶结膏体充填材料性能的影响

对三种胶结剂的不同掺量对粗、细尾砂胶结膏体充填材料性能的影响规律进行了试验研究,并对部分硬化体进行了扫描电镜分析。试验结果表明,无论尾砂是粗或细,均随胶结剂外掺量增加,硬化体7d和28d抗压强度增加,但对料浆析水率影响不大;对于细尾砂,在5%胶结剂掺量下,矿渣基复合胶结剂的胶结强度比纯硅酸盐水泥(包括复合硅酸盐水泥)强;对于粗尾砂,在30%胶结剂掺量下,矿渣基复合胶结剂的胶结强度比硅酸盐水泥弱。扫描电镜分析表明,在胶结膏体充填材料中矿渣基复合胶结剂水化产物比纯硅酸盐水泥水化产物分布均匀,前者比后者显微结构更密实。对胶结膏体充填材料的增强机理分析表明,增加充填集料之间的胶结连结、晶体连结能有效提高充填硬化体强度。结论是要制备低胶结剂掺量的胶结膏体充填材料,分散胶结剂水化产物是有效措施。     

纳米材料改性水泥浆液凝结与流动特性试验研究

为解决深部地下岩体微裂隙难以注浆的难题,通过物理试验与正交试验相结合的方法,综合研究超细粉煤灰掺量、纳米硅溶胶掺量、减水剂掺量和水灰比4个因素对浆液凝结特性及流动特性的影响规律。试验结果表明:水灰比对于改性水泥浆液性能的影响较大,水灰比的增大会使浆液凝结时间增长,黏度、结石率明显下降。减水剂和超细粉煤灰能够有效提升浆液的流动特性。纳米硅溶胶对于浆液的凝结特性有着显著影响,纳米硅溶胶掺量增多,浆液的凝结时间减少,结石率上升,黏度略微上升。