复合早强剂对大掺量粉煤灰水泥性能的影响

针对粉煤灰等量替代在水泥基矿用封孔材料中导致水泥基材料早期强度不足、凝结时间长等问题,选取氟铝酸钙、氢氧化钙、三乙醇胺3种早强剂进行掺配得到大掺量粉煤灰掺合水泥,从早期强度、流动性、凝结时间等方面研究早强剂对OPC-FA早期性能的影响和激发粉煤灰活性效果。结果表明:当C_(11)·A_7·CaF_2质量比为2%、Ca(OH)_2质量比为0.5%、TEA质量比为0.02%时,样品的早强性能提升最高,相较于基准组1,3,7,14,28 d抗压强度分别提高121.3%、81.7%、52.3%、35.6%、25.5%。根据XRD、SEM、TG-DTG分析得C_(11)·A_7·CaF_2、CH、TEA 3种早强剂复配的协同作用有效地激发了粉煤灰活性,加快了浆体水化反应,使得C—S—H胶体、钙矾石的生成量上涨形成稳定的胶凝物质聚集,使OPC-FA封孔材料水化结构更加稳定,孔隙更为缩小,早期强度提升更大。     

吸水树脂复配铁氧体对煤矿封孔水泥早强性能的影响

针对煤矿用封孔水泥在井下复杂的工作环境中存在的早期强度不佳、凝结时间不稳定、封孔后期失效等问题,在水泥中引入高分子吸水树脂(SAP),同时复配亚纳米级镍锌铁氧体,通过抗压强度、流动度、凝结时间、XRD、电镜扫描(SEM)、热重(TG-DSC)等分析测试,研究SAP复配镍锌铁氧体对矿用水泥基封孔材料早强性能的影响。试验结果表明,当添加质量分数为0.3%SAP和1%镍锌铁氧体时,二者间产生较好的协同作用,对水泥试样早强效果的提升最为显著,其1, 3, 7, 28 d的抗压强度分别达到了9.31,24.63,30.59,42.82 MPa,较空白组分别提升了39.58%、29.56%、26.77%、29.68%,且凝结时间明显缩短。根据微观结构分析,亚纳米材料镍锌铁氧体在水化初期因SAP粒子电离作用可形成一种紧密的高能粒子结构,使水泥内部更加致密,铝酸三钙、硅酸三钙等物质转换成氢氧化钙的速度加快,SAP和镍锌铁氧体的复配有效提高了试样早期强度和自养护性能。     

适用于-5℃环境的灌浆材料制备及其性能研究

通过复掺硫铝酸盐水泥(CSA)、铝酸盐水泥(CAC)改进灌浆材料在负温环境下的性能,研究-5℃环境下CSA、CAC对灌浆材料流动性、凝结时间、抗压强度及竖向膨胀率的影响,结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段表征浆体微观结构变化。结果表明,掺入CSA、CAC能显著提高普通硅酸盐水泥(OPC)灌浆材料早期强度,CAC增强效果优于CSA;但砂浆试件后期强度发展仍主要由OPC水化提供。随着CSA、CAC掺量增加,灌浆材料流动性及竖向膨胀率呈降低趋势。微观分析表明,CAC能明显促进水泥试件早期水化程度,进而生成更多的钙矾石及氢氧化钙;随着CAC掺量的增加,钙矾石长径比增大,其形貌由六角柱状转变为细针状。在-5℃环境中,灌浆材料最佳配比为:普通硅酸盐水泥,58%;硫铝酸盐水泥,8%;铝酸盐水泥,16%;二水石膏,9%;矿粉,9%。     

电石渣掺量对矿用充填胶固粉性能影响研究

为了在矿用充填材料中更加合理的利用电石渣,本文在粉煤灰、水泥熟料、钢渣等掺量不变的情况下,研究电石渣掺量0%、0.5%、1%、1.5%、2%时对胶固粉浆体的凝结时间、抗压强度、流动性、微观结构、水化产物的影响。试验结果表明:在凝结时间方面,随着电石渣掺量的增加,凝结时间随之减少;在抗压强度方面,1%掺量的电石渣组相比较其他掺量组使胶凝材料的强度最高;能够生成更多的水化产物;通过SEM观测表明,胶凝材料的微观结构更加致密。     

石膏对矿用充填胶固粉性能的影响

研究了石膏对矿用充填胶固粉性能的影响,借助X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了胶凝材料的物相组成和微观结构。实验结果表明,4%掺量的石膏对粉煤灰基胶固粉的激发效果最好,该胶凝材料的3 d和28 d抗压强度相比未添加石膏的胶固粉分别提高了23.8%、25.2%。随着石膏掺量的增加,凝结时间随之增加。添加4%石膏后胶固粉的水化产物相比其他组明显增加。添加4%石膏的胶固粉的微观形貌更加密实。     

充填开采复合胶结材料理化与力学性能试验研究

根据水泥复合化原理,采用试验配比的方法,选取常用的复合硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和二水石膏进行配比试验,研究复合胶结材料的水化机理、水化产物特征和主要指标性能,得到复合胶结材料的最优配比。研究结果表明,复合胶结材料水化早期生成钙矾石,起到早强快凝作用,中期及后期产物以水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙凝胶为主,且与钙矾石交织成致密结构,增加材料抗压性能;复合胶结材料的标准稠度用水量随硫铝酸盐水泥和石膏掺量的增加而增加,凝结时间随硫铝酸盐水泥掺量的增加而缩短,其抗压强度均高于基础组分复合硅酸盐水泥的强度;复合胶结材料最优配比为硫铝酸盐水泥掺量不宜超过15%,二水石膏掺量不宜超过10%。采用复合胶结材料制成的膏体材料各项指标满足工程的需要。     

封孔注浆材料的试验研究

通过实验室对普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复配的注浆水泥的性能研究,介绍了主要外加剂和水灰比对注浆水泥性能的影响,探讨了注浆水泥的凝结时间、流动性、膨胀性、强度等之间的关系,制备出了即具有早强、高强特性,又具有可操作、微膨胀、凝结时间可调的注浆水泥。     

水泥浆速凝早强剂掺量研究

水泥浆是一种常用的注浆材料,由于凝结时间较长,需要掺入速凝早强剂,以改善其性能。通过测试水泥水化热的研究方法,得出水泥浆速凝早强剂的合理掺量(0.5%NaCl+0.05%三乙醇胺掺量,即可满足水泥浆早强要求。4%水玻璃+0.5%NaCl+0.05%三乙醇胺掺量,即可满足水泥浆速凝早强要求),对指导注浆施工有重要意义。     

钨尾矿粉对水泥基材料性能和微观结构的影响

以钨尾矿粉等质量取代0~40%水泥,研究其对复合水泥浆体标准稠度用水量和凝结时间的影响,采用X射线衍射(XRD)仪和扫描电镜(SEM)等表征硬化浆体的水化产物、微观形貌,并测量抗压强度。结果表明,钨尾矿粉作为混合材能增大复合水泥浆体的标准稠度用水量,延长复合水泥浆体的凝结时间,钨尾矿粉掺量在40%范围内,复合水泥浆体凝结时间均可满足普通硅酸盐水泥标准要求。硬化水泥浆体抗压强度随钨尾矿粉掺量的增加而降低,降低幅度随钨尾矿粉掺量的增加而增大,随龄期的发展有所减缓。钨尾矿粉掺量高于20%时,水化活性贡献率急剧降低。XRD测试结果表明,随着龄期的增长,钨尾矿粉-水泥硬化浆体中氢氧化钙增多,石英减少,钨尾矿粉活性逐渐被激发,水化程度提高。     

粉煤灰少熟料水泥的制备和水化机理研究

以粉煤灰为原料,添加少量水泥熟料,并以电厂脱硫石膏和NaOH为激发剂研制出一种少熟料水泥,物理性能实验和XRD分析表明,粉煤灰在硫酸盐和强碱叠加等多重激发手段下活性大大提高,充分参与了水化反应,其主要水化产物为无定形三维网状聚合铝硅酸盐凝胶、钙矾石以及水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,该水泥中粉煤灰掺量为65％,28 d抗压强度可达到53.9 MPa,凝结时间和安定性均符合通用硅酸盐水泥现行规范,为粉煤灰的高效利用找到了新途径.     

高活性粉煤灰注浆材料性能和应用

高活性粉煤灰注浆材料是以工业废料粉煤灰为主体,配合其它具有胶凝增强和提高早期强度的外掺料,以及能改善浆液性能使之满足注浆施工作业要求的外加剂,经特殊加工而成的一种新型注浆材料。该材料与普通硅酸盐水泥用于注浆工程相比有流动性好、凝结时间适当、抗压强度较高、结石率高的特点,经在静压注浆和高压旋喷注浆工程中的初步应用,取得了较好的效果。     

不同粒径组合对煤矸石基充填材料性能的影响

为解决胶结充填成本高、煤矸石和低品质粉煤灰等固废堆存占用大量土地及污染环境等问题,在充分利用煤矿固体废弃物、满足工程实际需求的前提下,制备了煤矸石基充填材料。根据不同胶凝材料的水化特性,研究了高活性辅助胶凝材料和低活性辅助胶凝材料的颗粒级配。通过组分筛选、配比优化、性能测试分析,获得了材料抗压强度、泌水率和流动度3项性能指标;利用XRD、SEM和压汞研究了不同粒径组合对充填材料性能的影响机理。研究表明:水泥熟料30%、煤矸石40%、粉煤灰20%、脱硫石膏10%为最优配比,此时早期强度发展较快,3 d强度达到0.83 MPa,后期强度最高,28 d强度达到9.92 MPa;煤矸石粒径变化对材料性能起主要作用,粉煤灰和脱硫石膏粒径变化起次要作用,并且存在最优的粒径组合,即煤矸石粒径0.075~0.106 mm、粉煤灰和脱硫石膏粒径0.053~0.075 mm的组合性能最优,材料的3 d抗压强度为0.78 MPa,28 d抗压强度达到12.1 MPa,流动度大于320mm,泌水率低。     

铝酸盐水泥掺入量对瓦斯抽采封孔注浆材料性能影响

针对水泥基注浆材料流动性低、凝结时间长、无法对孔壁提供主动支护力以及材料性能之间存在的互变关系不明确等问题,通过试验改变铝酸盐水泥的掺入量,探究铝酸盐水泥掺入量对材料流动性、凝结时间、膨胀量和抗压强度的影响,分析铝酸盐水泥在材料固化机理和膨胀机理中的作用,研究材料膨胀量与抗压强度之间的互变关系,通过试验配比优选3组材料进行工业性试验,得到适用于瓦斯钻孔封孔的注浆材料。结果表明:铝酸盐水泥通过参与材料水化反应,降低材料流动度、缩短材料凝结时间;铝酸盐水泥通过改变浆体的碱性环境和水化产物的生成量,控制材料膨胀量、提高材料强度;材料膨胀源主要来自于气相膨胀、钙矾石膨胀、氧化钙和氧化镁水化膨胀;材料的滞留气体能力是材料膨胀量与抗压强度之间的关系纽带。     

新型爆破封孔材料的制备与应用

针对目前煤矿井下爆破封孔材料凝结时间长,流动性差、早期强度低等不足,基于普通硅酸盐水泥与常用外加剂进行复配,通过全面试验的方法筛选和分析最优组分,并进行力学性能测试和现场试验。结果表明,当NaAlO_2为2.5%,CaCl_2为1.5%,TEA为0.03%,减水剂为0.5%时,水泥复合材料初凝时间为33 min,终凝时间为62 min,2 h静态抗压强度达到0.81 MPa,动态抗压强度达3.12 MPa;同时复合水泥封孔材料具有更好的封孔质量和爆破封孔适应性,将封孔材料凝结时间由普通水泥浆液的10 h缩短至2 h,且爆破后瓦斯抽采纯量相比普通水泥封孔提高了8.6%,提高了爆破作业进度和生产效率。     

矿物掺合料对建筑石膏的改性及机理研究

研究了粉煤灰、矿粉-粉煤灰、水泥-粉煤灰三种体系矿物掺合料对建筑石膏的强度、凝结时间、流动度等工作性能的影响,同时通过XRD、扫描电镜(SEM)两种测试手段对水化产物进行微观机理分析,得出了由于矿物掺舍料的活性及形貌的不同,从而对建筑石膏的物理性能和工作性能产生了不同影响.粉煤灰的加入具有一定的缓凝作用,且随着掺量的增加,凝结时间有所延长;一定量矿粉的加入也具有缓凝作用,而水泥的加入则对建筑石膏具有促凝作用.28d龄期时,建筑石膏的活化激发作用不大,粉煤灰与矿粉主要起填充作用,粉煤灰与矿粉的加入会降低建筑石膏胶凝材料的强度,水泥的加入则可以提高体系的强度;水泥、矿粉的加入可提高石膏胶凝材料的流动度,而粉渫灰则降低胶凝材料的流动度.     

含C4A3S矿物硅酸盐水泥充填性能研究

矿山充填胶凝材料对充填效果有重要影响.以普通硅酸盐水泥为基础,结合硫铝酸盐的水化特征,研究开发含C4A3(S-)矿物的硅酸盐水泥.其生产成本低于普通硅酸盐水泥,且水化速度快、早期强度高,尤其是对含水细物料有较好的胶结作用,C4A3(S-)矿物对粉煤灰还有很好的激发作用.它是一种很有前途的充填胶凝材料.     

新型水泥基封孔灌浆料的研制

介绍了一种新型水泥基封孔灌浆料的制备与性能试验,通过普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复配,优化水泥浆体的矿物组分,配制出既具有早强、高强特性,又具有可灌性好、微膨胀、凝结时间可调的灌浆材料。     

Zn-BTC改性水泥基复合材料的微观结构及力学性能

利用Zn-BTC对传统水泥基材料进行改性,制备具有规整结构的Zn-BTC改性水泥基复合材料,通过傅里叶红外光谱(FTIR)仪、X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)仪进行结构表征,并对抗折强度、抗压强度等性能进行测试。结果表明,当Zn-BTC的质量分数为2.0%时,改性水泥基复合材料28 d抗压强度和抗折强度分别为57.5 MPa和11.6 MPa,较未改性水泥基材料分别提高38.55%和75.75%。利用Zn-BTC改性后,水泥基材料水化产物构成未发生变化,Zn-BTC含有的活性-COOH能够诱导水化产物形成生长位点,水化产物以Zn-BTC生长过程为模板,形成具有大面积规整花簇状结构的微观形貌。Zn-BTC能对水泥基材料的微观结构进行模板化调控,并改善其力学性能。     

石粉对矿用充填胶固粉性能的影响研究

借助于XRD和SEM测试,并利用凝结时间、抗压强度、化学结合水量和Ca(OH)2含量等实验参数,定性和定量研究不同掺量(0%、2%、4%、6%、8%)的石粉掺入对矿用充填胶固粉性能的影响。结果表明:石粉的掺入能够减少胶固粉的凝结时间,6%石粉掺入抗压强度比其他各组都高,而且化学结合水的量最多,水化产物更多;SEM结果可以看出,加6%石粉胶固粉对比其他组,胶固粉的微观结构更加密实;XRD测试结果可以看出,掺入6%石粉组与其他组相比,C2S和C3S的量降低的更多。     

激发剂对复合胶凝材料微观结构和性能的影响

比较NaOH、NaOH+Na₂SiO₃溶液、NaOH+纳米二氧化硅溶液3种碱激发剂对碱活化磷渣基复合胶凝材料(AAPGF)性能的影响规律。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和红外光谱测试(FTIR)等手段,研究了AAPGF的流动性、凝结时间、力学性能、水化产物形貌等变化。结果表明,不同的激发剂对胶凝材料的性能产生不同的影响。NaOH溶液作为激发剂,胶凝材料凝结时间最长。NaOH+Na₂SO₃溶液作为激发剂时,胶凝材料能够获得较高的强度,28 d抗压强度达到72.7 MPa。NaOH+纳米二氧化硅溶液作激发剂时,抗折强度最高,28 d抗折强度可达12.11 MPa。在3种激发剂激发下的水化产物均以水化硅酸钙(C-S-H)、水化硅铝酸钙(C-A-S-H)为主。NaOH+纳米二氧化硅(NS)溶液中NS不仅能够提供活性物质,而且能够产生微填充效应。