粉煤灰对三山岛金矿充填体强度影响的试验研究

为了研究和提高三山岛金矿分级尾砂胶结充填体的抗压强度,在充填体中加入粉煤灰及粉煤灰活化剂(CaO)以提高充填体的早期强度。设计了不同粉煤灰掺量替代胶结剂的充填体强度试验和最优粉煤灰掺量条件下不同CaO掺量的充填体强度试验,研究了粉煤灰掺量和CaO掺量与充填体强度之间的关系,并对出现这种关系的原因进行了理论分析。试验结果表明,当粉煤灰掺量为5%时,充填体试样的强度最大,充填用水中的Na+、Ca2+、Cl-离子对提高充填体的早期强度起了关键作用。当CaO掺量为最优粉煤灰掺量的20%时,各养护龄期的充填体强度最大。最终确定三山岛金矿分级尾砂胶结充填体粉煤灰掺量为5%,粉煤灰活化剂(CaO)的掺量为20%。     

改性镁渣基充填材料的性能评价及其孔结构演变规律研究

工业产生的固废所造成的环境污染问题是实现清洁生产的主要阻碍。为实现可持续发展,将镁渣(MS)和粉煤灰(FA)回收作为胶凝材料,再与尾砂(TL)混合,制成一种可用于采矿工程中的膏体充填材料,研究了不同粉煤灰掺量和尾砂含量充填体的流变特性、力学性能和孔结构演变。结果表明:(1)随着粉煤灰掺量增加,微型坍落度值先增大后减小,粉煤灰掺量为20%时,充填体的流动性最好。(2)单轴抗压强度随养护龄期和粉煤灰掺量的增加而增加,随尾砂含量增加而降低,低粉煤灰含量的充填体在早期强度发展缓慢,而高粉煤灰掺量的充填体早期强度发展较快。(3)临界孔径和孔隙率随着粉煤灰掺量的增加而减小,掺量越大临界孔径减小的幅度越大,随着尾砂含量增加,临界孔径和孔隙率逐渐增大。     

磷石膏基胶凝材料的试验研究

以未经处理的原状磷石膏为主要原料制备磷石膏基胶凝材料,通过微观分析及测试其力学性能,考察石灰掺量,水泥、粉煤灰比例及养护制度对磷石膏基胶凝材料力学性能的影响。结果表明:(1)该体系最优配比为磷石膏60%,水泥与粉煤灰比例为1∶4,生石灰4%,水料比0.25,减水剂0.2%;(2)该胶凝体系中磷石膏掺量超过60%后,抗压、抗折强度急剧下降;(3)蒸养制度对磷石膏基胶凝材料性能影响较大,在75℃下蒸汽养护10 h,基体强度增长较快且耐水性较高,28 d抗压强度为30.1 MPa,吸水率为8.5%,软化系数达到0.82。     

复合激发剂对大掺量粉煤灰水泥强度的影响

为解决粉煤灰大宗利用的问题, 研究了复合激发剂对大掺量粉煤灰水泥强度的影响及其水化的机理。结果表明:NaOH、Ca(OH)₂、Na₂SO₄三种激发剂协同激发效果显著, 3 d及28 d抗压、抗折强度均超过42.5水泥强度指标; 最终得到粉煤灰胶凝材料的质量配比为:粉煤灰75%、熟料20%、石膏5%、激发剂3%;对制备的粉煤灰胶凝材料进行凝结时间、胶砂流动度、安定性等物理性能进行测试, 结果均达到粉煤灰水泥的国标要求。研究表明:采用复合激发剂可以提高粉煤灰的胶凝活性, 所制备大掺量粉煤灰水泥可以进行工程实用。      

基于固废物的矿用充填材料研制

将粉煤灰和电石渣作为主要原料制成矿用充填胶凝材料,并开展了对胶凝材料凝结时间和强度的研究。采用单因素变量的实验方法,取粉煤灰和电石渣掺量作为试验变量,对胶凝材料7 d和28 d的抗压和抗折强度进行研究,并采用SEM对其微观结构进行分析。研究发现:凝结时间随着粉煤灰和电石渣掺量的增加而降低,在不同粉煤灰掺加比例(50%、55%、60%、65%、70%)下,随着粉煤灰掺加比例的增加,其强度逐渐降低,尤其是早期强度下降较快,在不同电石渣掺加比例(3%、6%、9%、12%、15%)时,随着电石渣掺加比例的增加,其强度逐渐增加。     

金川下向分层充填法采矿大掺量粉煤灰应用研究

金川镍矿采用下向进路胶结充填采矿法,要求3d和7d的充填体强度分别不小于1.5 MPa和2.5 MPa。由于掺加粉煤灰影响水泥胶结充填体的早期强度,因此目前粉煤灰掺量控制在10%以内。为了提高粉煤灰在金川矿山中的利用率,针对胶砂比为1∶4、料浆浓度为78%的充填浆体,开展了添加芒硝早强剂的早期强度试验。结果表明:当芒硝添加量为2.0%~2.5%时,掺加20%的粉煤灰,水泥胶结充填体的3d和7d强度分别达到2.5 MPa和3.0 MPa,完全满足金川矿山对充填体早期强度的要求,从而降低充填胶凝材料成本达到56元/t。该研究结果已在金川矿山应用,同时为减少废弃物排放和环境保护做出了有益探索。     

基于正交试验的充填材料改性最优配合比及其机理研究

为了改善充填体在抗折强度、收缩和抗冲刷性能方面的不足,用现代材料改性技术对充填体材料进行最优配合比的研究。采用脱硫石膏、石灰、粉煤灰、水泥和尾矿砂粗骨料作为试验材料,通过正交试验的方法系统研究了几种外掺料在骨料中的比例料对试件强度性能、收缩率的抗水性能的影响程度,并采用扫描电子显微镜对改性的微观机理进行了探究。试验结果表明:改性充填体材料的最佳配合比为:骨料56%、粉煤灰掺量4%、石灰掺量10%、石膏掺量10%、水泥掺量20%。外掺料分别从物理和化学2方面对生土材料的性能进行了改良;孔隙结构的改变和粒间黏聚力的增强是强度、收缩和抗水性能提高的根本原因。     

粉煤灰—石膏—钢渣复掺充填料浆制备与性能研究

针对水泥作为胶结材料会增大充填采矿成本的问题,采用钢渣、粉煤灰及石膏作为材料开展粉煤灰—石膏—钢渣基胶结材料研究,并对充填体强度进行了分析。研究表明:充填体强度随着粉煤灰掺量增加表现出先增大后减小的趋势,并且都在粉煤灰掺量为15%时达到最大值,说明单掺粉煤灰存在最佳掺量现象;充填体的强度随着钢渣掺量增加也表现出先增大后减小趋势,并且都在钢渣掺量为30%时达到最大值,说明单掺钢渣也存在最佳掺量值;当石膏掺量从0增加至8%时,单掺粉煤灰或钢渣下的充填体抗压强度随着石膏掺量增加表现出不断增大趋势,并且石膏掺量增加更有利于提高充填体的早期抗压强度;复掺粉煤灰和钢渣情况下,充填体的抗压强度得到了显著提高,并且复掺粉煤灰和钢渣的充填体强度均要高于单掺粉煤灰或钢渣的充填体强度。     

全尾砂膏体充填粉煤灰活性效应研究

为降低膏体充填成本,提高粉煤灰利用率,以粉煤灰替代部分水泥作为膏体胶凝剂。通过化学方法激发粉煤灰活性,设计了激发剂选型实验和优化配比实验,研究了化学激发下掺粉煤灰膏体强度的变化规律,旨在解决掺粉煤灰膏体早期强度低的问题。结果表明:三乙醇胺、NaOH、CaO能有效提高粉煤灰活性,而Ca(OH)2、Na_2SO_4、CaSO_4·2H_2O和CaCl_2对粉煤灰活性激发效果不明显。不同龄期三乙醇胺的最佳掺量一致,为粉煤灰质量的1.2%;Na OH激发时掺粉煤灰膏体不同龄期的强度随其掺量增加不断提高,掺量超过3%时,强度增长速度逐渐降低;不同龄期的CaO最佳掺量不一致,3 d最佳掺量为4%、7 d为2%、14 d和28 d为6%,CaO激发膏体后期强度不显著。     

武汉地区粉煤灰和膨润土双掺合剂水泥土性能改良试验研究

近年来,水泥土被广泛应用于土体加固工程,其强度与加固效果密切相关。为研究膨润土和粉煤灰掺量对水泥土性能的影响,对25组不同膨润土和粉煤灰掺量的水泥土进行基本力学性能试验。通过抗压强度试验,发现当粉煤灰和膨润土掺量分别为40%和11%时,28 d的水泥土抗压强度最大,为7.30 MPa;当粉煤灰和膨润土掺量分别为20%和7%时,90 d的水泥土抗压强度最大,为7.19 MPa。通过室内直接剪切试验,发现当粉煤灰和膨润土掺量分别为20%和11%时,28 d的水泥土抗剪强度参数粘聚力c最大,为1144.8 kPa;当粉煤灰和膨润土掺量分别为30%和5%时,90 d的水泥土抗剪强度参数粘聚力c最大,为1753.71 kPa。研究成果可以为武汉地区的粉煤灰和膨润土双掺合剂改良水泥土的现场施工提供参考依据。     

粉煤灰对矿渣胶结充填材料性能的影响

针对粉煤灰具有来源广、价格低廉和能改善砂浆施工性能的特点,研究了粉煤灰对矿渣胶结充填材料强度和流动性的影响。结果表明：在以石灰和脱硫石膏为激发剂制备的矿渣胶凝材料中,随着粉煤灰添加量的不断增大,充填体的抗压强度逐渐下降,每添加1%的粉煤灰,7 d强度平均降低1.82%,28 d强度平均降低1.61%;但是充填料的屈服应力和塑形黏度却在不断降低,说明粉煤灰的添加能够很好地改善充填料浆的流变性,实现砂浆高浓度自流输送。综合考虑强度和流变性的影响效果,粉煤灰的最优掺量范围为10%~20%。     

无机胶凝材料复合改性磷建筑石膏的研究

研究了石灰、水泥掺量对循环流化床(CFB)粉煤灰-磷建筑石膏胶凝材料强度与耐水性能的影响,通过正交试验优化了CFB粉煤灰-水泥-石灰复合改性磷建筑石膏胶凝材料配合比,并采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)测试了改性石膏的水化产物和微观结构.结果表明,CFB粉煤灰掺量为10％时,较低掺量(1％～5％)的石灰能够明...     

磷酸镁水泥耐水性能改善的研究

磷酸镁水泥(MPC)是一种早强快硬的新型胶凝材料。研究了不同掺量的铝盐、铁盐、粉煤灰以及外涂不同涂层防水剂对磷酸镁水泥耐水性能的影响。结果表明,90 d时,铁盐掺量0.50%,强度保留率为88.09%,铝盐掺量0.75%,强度保留率为80.18%,与磷酸镁水泥基准组强度保留率56.50%相比,分别提高了31.59%和23.68%,说明对磷酸镁水泥耐水性改性效果较好;掺加粉煤灰以及外涂防水剂也能不同程度的改善磷酸镁水泥耐水性,且随着防水剂涂层的增加,MPC试件在水养条件下的抗压强度呈增长趋势。     

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。     

碱激发粉煤灰基胶凝材料的水化过程及力学性能

为分析碱激发粉煤灰胶凝材料的力学性能,在实验室开展了不同碱激发条件下粉煤灰胶结充填体的抗压强度试验,系统分析了激发剂类型、激发剂掺量及粉煤灰掺量对充填体强度的影响规律。结果表明:当粉煤灰掺量为10%～20%时,粉煤灰基胶结充填体抗压强度均随着粉煤灰含量增加而不断增大,并且添加碱性激发剂能有效提高强度指标;添加了激发剂的粉煤灰基胶结充填体强度在各龄期段的增长速率明显高于未添加激发剂的充填体强度增长速率;粉煤灰基胶结充填体抗压强度随着激发剂掺量增加均表现出先增大后减小的趋势,并且在激发剂掺量为3%时达到最大值;此外,添加Na OH的充填体强度明显高于添加Na2Si O3的充填体抗压强度,并且对28 d抗压强度的改善效果优势更为突出;随着养护时间增加,水化反应生成的凝胶物质也逐渐增多,水化产物填充了孔隙结构从而促使充填体具有较好的承载性能。     

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。     

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%。     

地面注浆加固顶板高掺量粉煤灰水泥浆液材料性能研究

针对垮落带直覆下采煤破碎顶板低强度加固特点,基于粉煤灰对水泥浆液性能影响,采用室内静置试验方法,分别对不同水泥粉煤灰比例的浆液进行了优化试验并得出最优强度和流动性配比。试验结果表明,水泥浆液的抗压强度和流动度随固相比的减小(粉煤灰掺量增大)而降低,但凝结时间随之延长及结石率随之增大;硬化体早期强度较低,后期强度有明显增长。当固相比为2∶8时,水泥和粉煤灰的物理化学反应良好,流动性能整体上较好,结石体强度在1MPa以上,凝结时间也较长。研究成果在许疃矿7228工作面垮落带直覆下采煤地面注浆加固工程中取得了良好的应用效果。     

煤矿井用赤泥/粉煤灰充填材料的抗压抗折性能研究

以赤泥为主要原料制备煤矿井充填材料，研究了激发剂种类及其掺量、粉煤灰掺量、水泥掺量及加水量对充填材料抗压强度、抗折强度的影响。研究表明:激发剂A（主要成分为木质苯磺酸钙，用量为赤泥干基的0.5%）对充填材料的激发效果最为显著；且在一定条件下抗压、抗折强度下随粉煤灰添加量增加呈先增大后减小的变化趋势；随水泥添加量的增加逐渐增大。通过各方面试验得出最优强度为:28 d抗压强度为1.30 MPa，抗折强度为0.71 Mpa，满足相关充填指标。经过浸出毒性检验，结果表明赤泥基填充材料中重金属元素均达标。      

掺粉煤灰的混合充填骨料配比优化实验

针对某矿山采用混合粗骨料存在充填料浆分层离析的问题,通过添加粉煤灰细骨料来优化骨料级配.首先对充填材料进行物化分析,并在此基础上开展不同粉煤灰掺量的混合骨料粒径级配分析,然后进行掺粉煤灰混合骨料充填体强度实验,实验结果表明:充填体强度随着料浆浓度与粉煤灰掺量的增加而提高,强度改善明显;掺入适量粉煤灰细骨料,能有效改善粒径级配,提高充填体强度.最后以单位充填成本为优化目标,以各龄期强度为约束条件建立优化模型对混合骨料充填配比进行优化,得出满足充填强度要求的最低成本方案,即粉煤灰掺量26％、胶凝材料添加量为286 kg/m3,料浆浓度为81.36％时充填材料成本最低,并以此进行验证实验,得到3d强度为1.56 MPa,7 d强度为2.86 MPa,28 d强度为6.9 MPa,塌落度25.6 cm,分层度3.1 cm,泌水率为5.7％,均满足矿山要求,此时充填成本为124元/m3,较原来的145元/m3降低了 14％.