水泥粉煤灰注浆材料特性试验及其应用研究

通过室内试验对水泥粉煤灰浆液的各项工程性能指标进行了系统的测试,探究了不同水灰比、固相比与结石体抗压(剪)强度、凝结时间、粘度、结实率与时间的关系,研究结果表明:不同龄期硬化体抗压(剪)强度,随水灰质量比的增大而降低,对浆液硬化体强度28d龄期更为适宜,但对于注浆工程本身来说,可参考7d龄期的浆液硬化体强度;水灰比为1:0.5~0.8时,浆液流动性能良好,但硬化体强度较低,加固效果较差;而水灰质量比为1:1时,硬化体强度高,结石率高,充填加固效果较好;水泥粉煤灰浆材凝结时间较长,随粉煤灰掺量的增大而增大,随水灰质量比的增加而延长;但浆材流动度随粉煤灰掺量的加大而降低,同时粘度增大,结石率升高;粉煤灰含量为20%时,水泥和粉煤灰的物理化学反应较好,可注性能优异,能够满足注浆堵水以及工作面底板改造的要求。     

粉煤灰水泥注浆材料特性试验研究

在室内进行粉煤灰水泥注浆材料正交配比试验,分析结果表明,结石体的杨氏模量和抗压强度随粉煤灰的掺量和水灰比增加而降低.浆液初凝结和终凝时间随粉煤灰掺量和水灰比的增加而延长,两者大致成线性关系.浆液的结石率随粉煤灰掺量的增加而增大,随水灰比的增大而减小.     

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。     

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。     

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。     

矿区岩溶裂隙岩体帷幕截流注浆参数确定研究

为使用帷幕注浆手段治理某矿区岩溶裂隙发育地层水害,采用室内试验对不同水灰比水泥浆液性能进行试验研究,得到不同水灰比水泥浆液性能及变化规律;并利用理论分析和数值计算对帷幕注浆压力和水泥浆液扩散半径进行了研究计算;结合帷幕墙体建设区域水文地质条件,综合确定了帷幕墙体建造尺寸、钻孔间距、注浆压力及水泥浆液选取工艺,为帷幕注浆治理工程设计提供了科学依据。最后,利用帷幕墙体内外放水试验检验了帷幕注浆墙体的截流效果,截流效果达到设计目的和要求,因此也验证了帷幕注浆参数选择的合理性。研究结果表明:水泥浆液黏度、结石率和结石体强度随水固的增大而降低,凝结时间随着水灰比的增大而增大,变化速率随水灰比的增大而降低;帷幕墙体厚度为40 m、钻孔间距为20 m和注浆终孔压力为4～6 MPa;利用放水试验对比帷幕墙体内外水位变化历时曲线是帷幕注浆效果检验的最直接手段。     

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%。     

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。     

低温环境下添速凝剂的水泥浆凝结特性试验研究

为了解决低温环境下水泥浆液凝结缓慢、结石率低、强度低的问题,采用了理论分析和室内试验的方法,进行低温环境下添水玻璃速凝剂的水泥浆凝结特性试验,研究了0、3、5℃温度和0%、3%、5%、8%、10%、12%水玻璃掺入量对水泥浆液凝结时间、结石率和强度的影响。结果表明:水玻璃能够有效缩短水泥浆液的凝结时间,添水玻璃的水泥浆凝结时间随温度的降低而延长,随温度的升高而缩短;凝结时间随水灰比的增大而延长;结石率随水玻璃掺量的增加而增加,随水灰比的增大而减小;10%水玻璃掺量的水泥浆凝结时间、结石率和强度较好。     

ACZ-1改性注浆材料加固深部软煤巷道试验研究

首先通过实验室试验方法研究了不同水灰比的ACZ-1改性水泥浆液的黏度、凝结时间、膨胀率和不同龄期结石体的抗压强度;其次,利用专门研制的模拟破碎煤体注浆试验模具,对注浆胶结破碎煤体的抗压强度和注浆胶结体黏结钢绞线的抗剪强度进行了一系列的模拟验证,研制出了1种即具有流动性好、微膨胀、早强、高强特性,又具有凝结时间可调的ACZ-1改性水泥注浆材料。最后,将试验结果应用到平顶山天安煤业公司六矿深部软煤层回采巷道进行了工程试验,有效地控制了巷道变形,提高了煤巷支护的稳定性,大幅度减少巷道返修率,技术经济效益显著。     

粉煤灰防水涂料制备研究

 以攀枝花某电厂粉煤灰为原料,经活化后制备水泥基粉煤灰防水涂料。研究了粉煤灰掺比、水胶比、砂灰比等操作参数对防水性能和抗压强度的影响;采用正交试验设计方法,用极差分析法和方差分析法对实验数据进行处理来确定制备的最佳工艺参数。结果表明,粉煤灰掺比0.8、水胶比0.38、砂灰比0.2,制备出的水泥基粉煤灰防水涂料有很好的防水效果,5h吸水率为2.38%,抗压强度可达36MPa。结果可为粉煤灰的综合利用提供新的途径。     

高掺量粉煤灰注浆材料在采空区治理中的应用

为减少矿山在综合治理工作中的成本问题,进行“粉煤灰掺量水泥注浆材料配比”实验研究。设计正交实验进行粉煤灰-水泥注浆材料析水率、结实率、抗压强度研究,对各实验方案可行性进行研究,优选出最优方案并进行现场工业实验研究。研究表明:固相比为单轴抗压强度的主要影响因素,水固比为析水率、结实率的主要影响因素,水玻璃掺量对试件抗压强度无显著影响;进行不同固相比、水固比、养护龄期条件下强度的变化模型构建,固相比、水固比、养护龄期与强度呈正相关,固相比系数值最大,表明固相比对强度的影响最为显著;选择使用二级粉煤灰,固相比4∶6、水固比1∶1.4的方案最优,并进行工业实验,均满足现场需求。目前该矿山正逐步将此法推广到矿山其他充填接顶区域。     

添加矿粉对灌浆材料流动性影响

流动性是灌浆材料的主要指标之一,其影响因素除减水剂的用量和水灰比外,添加矿粉也会起很大的作用。本研究在确定了水灰比和聚羧酸高效减水剂掺量的情况下,研究石灰石、硅灰和粉煤灰等等量取代水泥时,其对灌浆材料流动性影响,发现石灰石随掺量的增大和粒度的减小,能大幅度提高灌浆材料的流动性;硅灰和粉煤灰在一定掺量范围内对灌浆材料的流动性的提高也有一定的作用。本研究并对各种矿粉改善浆体流动性的机理进行了分析。     

高活性粉煤灰注浆材料的防渗特性及 在帷幕灌浆工程中的应用

高活性粉煤灰注浆材料与普通水泥注浆相比较 ,具有颗粒细、渗透性好、结石率高、强度可靠、耐久性好、成本低等优点 ,适用于岩土工程的防渗加固处理。实践证明 ,高活性粉煤灰注浆材料用于水库大坝的帷幕灌浆有较好的防渗抗渗效果 ,能显著提高坝基的防渗质量 ,是一种较为理想的防渗注浆材料。     

粉煤灰对水泥土力学性能的影响

以粉煤灰掺量、比表面积、养护方式及硫酸盐质量分数为影响因素,研究掺入粉煤灰后水泥土抗压强度和抗硫酸侵蚀性的变化规律,利用扫描电镜观察粉煤灰水泥土的微观结构。结果表明,在水泥掺量20%的条件下,随粉煤灰掺量增加,水泥土各龄期抗压强度增大,但增大幅度逐渐减小。龄期7 d时,粉煤灰比表面积增大对水泥土抗压强度有显著影响,龄期28 d和60 d时,粉煤灰比表面积增大对水泥土抗压强度影响不显著。水中养护对水泥土前中期的抗压强度有促进作用,对后期强度有一定的抑制作用。在硫酸盐侵蚀条件下,随着粉煤灰掺量的增加,抗压强度逐渐增大,强度损失率逐渐下降,粉煤灰掺量为10%,水泥土在3%Na2SO4和5%Na2SO4溶液中强度损失率分别为24%、35%,相较不掺粉煤灰的水泥土抗压强度损失率降低42.1%、28.2%。微观结构显示,粉煤灰能够改善水泥土内部结构,增加结构致密性。     

双组份巷旁充填材料的配制与性能研究

为了满足巷旁充填材料及时性、高强性以及密封性的要求,文章提出一种双组份巷旁充填材料,其由甲、乙2种干料加水搅拌后等量混合而成,甲料以硅酸盐水泥为基材,乙料以硫铝酸盐水泥为基材。利用正交试验分析了不同配比下材料的物理力学性能,试验结果表明最优水固比为0.8∶1,水泥∶粉煤灰∶膨润土∶河砂的质量比为1∶0.35∶0.20∶0.35时为优化配比。制备出的双组份充填材料凝固速度快,早期强度高,表现出比高水材料更好的力学性能,适合作为沿空留巷巷旁充填材料。     

粉煤灰基UEA改性注浆材料力学特性与失稳模式

采用PC42.5硅酸盐水泥、粉煤灰、UEA膨胀剂研制粉煤灰基UEA改性注浆材料,在实验室通过刚性试验机对15个不同配比浆液结石体养护期下缩量测定与单轴抗压强度力学实验,研究粉煤灰基UEA改性注浆材料的自然变形、力学特性与失稳模式。通过单轴压缩试验分析了UEA掺量对浆液结石体下缩量、破坏强度、峰值应变及破坏形态的影响,确定了粉煤灰基UEA改性注浆结石体失稳模式与临界值点。结果表明：随着UEA掺量梯度增加(0‰、2‰、4‰、6‰、8‰),以UEA掺量0‰为对照梯度,结石体初始下缩量分别下降41.55%、2.63%、1.77%、2.22%,结石体后期下缩量降幅分别为45.61%、61.29%(C0、C1、C2),结石体破坏强度分别提升49.15%、提升3.96%、下降18.18%、提升4.95%,整体表现出升高—降低—缓高的形态,结石体峰值应变分别提升1.66%、1.41%、4.37%、1.70%,UEA膨胀剂对浆液结石体峰值应变具有明显提高作用,表现出线性升高趋势|粉煤灰基UEA改性注浆体破坏失稳模式表现为低强度大变形复杂破坏与高强度小变形破坏两种,两种失稳模式划分临界值点为浆液结石体破坏强度1.5MPa。     

岩溶裂隙发育地层帷幕注浆材料性能及适用性研究

针对某矿区岩溶裂隙发育地层突水灾害帷幕注浆治理工程,开展适用于岩溶裂隙发育地层帷幕注浆材料的性能及适用性研究。通过室内试验对硅酸盐水泥单液浆、水泥-粉煤灰浆液、水泥-粉煤灰-黏土浆液基本性能以及最佳配比进行研究,并根据该矿区地层性质及帷幕注浆扩散方式要求,从材料性能、技术可行性、注浆过程控制、治理效果及经济环保性等方面系统研究了注浆材料适用性,对注浆实际工程材料选择提供参考及指导。研究结果表明:浆液水固比是影响浆液结石体强度、黏度、结石率、凝结时间等基本性能指标的主控因素,粉煤灰及黏土掺量配比也会影响复合材料基本性能参数。根据提出的注浆材料适用性评价方法以及不同配比不同类型材料性能参数,确定了不同区段注浆材料及配比等注浆参数,对该矿区突涌水进行了有效封堵。     

不同掺合料及掺量下铀尾矿水泥固化体力学性能及氡析出率测量实验研究

铀尾矿水泥固化过程中，经常会遇到混合不均匀而导致强度较低、氡析出率高等问题。为了改善固化体的性能，在固化体中掺入一些其他固化材料，例如粒化高炉矿渣、粉煤灰和生石灰等。通过调整固化体中掺合料的种类、掺量和养护龄期，测试铀尾矿水泥固化体的饱和含水率、力学强度和氡析出率等性能。实验结果表明：单掺粒化高炉矿渣、粉煤灰和生石灰时，铀尾矿固化体7 d、14 d和28 d龄期抗压强度、抗拉强度和抗剪强度均有所提高；从力学性能考虑，效果最好的是养护28 d掺量为25%粒化高炉矿渣固化体，其饱和含水率也最低；掺量越大氡析出率越低，但是效果最好的是掺入25%的粒化高炉矿渣，其次是掺入25%的粉煤灰。该研究成果可为今后铀尾矿库退役治理提供理论参考和决策依据。