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。     

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。     

矿渣粉黏土水泥复合浆液主要性能试验与分析

注浆法是解决施工中出现突水、涌泥问题的主要方法,而注浆材料的选择又是关键因素。对矿渣粉黏土水泥注浆浆液的黏度、流动性、析水率及立方体抗压强度进行试验研究,再与纯水泥浆液的性能作对比分析。试验结果表明,复合浆液的最佳配合比为:水胶比0.75,水泥替代率20%(即矿渣粉掺量10%,黏土掺量10%)。此时,复合浆液的黏度为30.34 s,流动性为135.25 mm,析水率为1.44%;3,7和28 d三个龄期结石体的抗压强度分别为5.865,9.263和14.351 MPa。     

煤矿巷道围岩注浆堵水新型水泥浆液性能研究

针对深部煤矿巷道涌水问题严重影响煤矿施工安全,而普通水泥浆液对于微小岩石裂隙又难以封堵的难题,以微米级粉煤灰代替部分超细水泥,加以常用的聚羧酸减水剂,并使用外掺剂纳米CaCO_3改善复合浆液性能。试验结果表明:浆液性能变化随水灰比变化而变化,其与初始黏度、结石率和强度成负相关,与流动度呈正相关;而纳米CaCO_3的适当添加使得强度略有提升,但黏度、流动度及结石率没有明显变化;微米级粉煤灰的掺加降低了黏度、结石率及强度,并适当提高了流动度;聚羧酸减水剂与流动度呈正相关,与结石率呈负相关,但对黏度和强度影响较小;浆液黏度随时间的变化可分为稳定期和上升期2个阶段,稳定期黏度变化率不超过15.5%。     

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。     

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。     

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。     

油页岩原位注浆封闭浆液配方研究

油页岩在原位开采过程中,开采井与周围环境相通,原位产生的油气容易渗入周围地层形成环境污染,目前尚没有一种经济性较好的原位封闭技术来解决该难题。本文基于注浆封闭原理,通过试验探究,提出采用无污染且造价低的超细水泥注浆配方来对开采区进行封闭。经过系列配方的优化选择,最终确定优化的配方是水灰比为0.8,微硅粉掺量为6%,膨润土掺量为2%,聚羧酸减水剂掺量为0.4%,此时浆液的性能基本达到工程要求。     

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.     

水泥—粉煤灰注浆材料特性试验研究

通过室内对水泥—粉煤灰浆液的各项物理力学及化学性质进行测试,获取了不同材料配比及不同龄期条件下浆液的结石体抗压及抗剪强度、流动度(扩散半径)、黏度、结实率、凝结时间等工程参数,探究了各工程参数间的相互作用关系。结果表明:不同龄期条件下的浆液硬化体抗压及抗剪强度随水灰比的增大而降低,对于注浆工程本身来说,选取7 d龄期条件下的浆液硬化体强度最为适宜;水灰比为1:0.5~1:0.8时,浆液流动性比较好,但硬化体强度较低,加固效果较差;而水灰质量比为1:1时,硬化体强度及结实率较高,充填加固效果较好;水泥—粉煤灰浆液的凝结时间随粉煤灰掺入量的增大而增大,随水灰比的增加而延长;水泥—粉煤灰浆液的流动度随着粉煤灰掺量的加大而降低,但黏度增大,结石率升高;当粉煤灰含量为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。     

锚固工程早强型水泥浆液试验研究

选用氯化钠、硫酸钠、三乙醇胺、水玻璃、硅友、粉煤灰等价格比较低廉的水泥外加荆或填料，对锚固工程水泥浆液进行了改性研究．通过室内水泥浆液配制试验优选出水泥外加剂类型及加量比例，使普通硅酸盐水泥浆2～3d凝期的抗压强度提高50％～1009，5，以加快锚固工程施工速度．对于高铝水泥，通过掺入一定量的粉煤友，在浆液早期强度满足要求前提下，可达到降低工程成本之目的．     

矿物掺合料对水泥孔溶液碱度和强度影响及机理研究

对比研究了粉煤灰、矿粉等矿物掺合料种类、掺量,对不同养护龄期复合水泥浆体孔溶液碱度和强度的影响规律,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重(TG)等技术手段对不同养护龄期硬化水泥浆体水化产物成分及微观形貌进行了表征并揭示其作用机理。结果表明:矿物掺合料的掺入降低了复合水泥浆体的碱度系数,随着掺量的增加其碱度持续降低,28d碱度系数在12.2左右,比纯水泥降低了0.8左右,且强度未出现明显降低。相同掺量时,粉煤灰水泥复合体系孔溶液碱度低于矿粉水泥复合体系。原因在于粉煤灰和矿粉的掺入降低了复合水泥浆体Ca(OH)2的生成量,养护28d分别降低54%和32%,并且生成了部分低钙硅比的C—S—H凝胶水化产物。     

粉煤灰替代矿渣作为胶凝材料早期强度激发的研究

粉煤灰是热电厂排放的火山灰粉体废弃物,具有潜在活性通常用于水泥掺合料。但掺加粉煤灰的胶凝材料降低早期强度,导致粉煤灰掺加量受到很大限制。针对金川矿山充填采用棒磨砂充填料和水泥胶凝材料,开展了粉煤灰和矿渣微粉等复合胶凝材料早期强度激发剂试验。试验设计料浆浓度为78%,胶砂比为1:4。首先,采用生石灰、脱硫灰渣、芒硝、亚硫酸钠等复合激发剂的正交设计,进行粉煤灰和矿渣微粉早期激发作用的材料配比试验;然后,采用DPS数据处理软件,建立充填体强度与激发剂材料掺量的回归方程,并通过优化决策确定激发剂最优配比。结果显示,由质量分数分别为5%的生石灰、17.5%的脱硫灰渣、3%的芒硝、1.5%的亚硫酸钠构成的复合激发剂,胶结充填体3d强度达到2.19MPa,大于金川矿山设计的1.5MPa强度要求。当采用20%的粉煤灰替代矿渣微粉时,3d强度达到1.504MPa,也满足金川矿山对充填体强度要求,且28d沉缩率仅为8.68%。由此可见,充分利用粉煤灰和矿渣微粉开发充填胶凝材料,不仅可以降低充填成本、提高采矿经济效益,而且还能够保护环境,实现绿色开采。     

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。     

碱矿渣水泥及其对铅锌尾砂的固化效果

通过水泥净浆强度试验和水泥-尾砂浆体流动性及其固化体的强度试验,确定了适宜于尾砂固化的碱矿渣水泥的较好的配合比,和尾砂固化中碱矿渣水泥的适宜掺量。采用低模数水玻璃,按14%与矿渣粉配合得到的碱矿渣水泥,可以获得较好的净浆硬化体抗压强度,最高可达3 d 69.6 MPa,7 d 84.0 MPa,28 d 91.8 MPa。在水泥-尾砂浆体固含量相同的情况下,碱矿渣水泥-尾砂浆体的流动性明显优于硅酸盐水泥-尾砂浆体的流动性,碱矿渣水泥-尾砂固化体强度高于硅酸盐水泥-尾砂固化体强度,尤其是后期强度更加明显。而在控制尾砂浆体流动度相同的情况下,前者固含量可以高于后者2%。SEM对水泥-尾砂固化体内部微观结构的观察表明,碱矿渣水泥-尾砂固化体内部结构显示出明显的胶结特征。固化体内部孔结构的MIP测定结果也表明,碱矿渣水泥用量增加时固化体总孔隙率减小,孔隙中大孔比例减少,小孔比例增加。综合水泥-尾砂浆体流动性和固化体强度两方面的试验结果,可以认为碱矿渣水泥比普通硅酸盐水泥更适合于用作尾砂胶结材料。     

金川矿山混合充填材料配比试验

充填料浆配比对充填体强度和砂浆输送特性产生重要影响。针对金川矿山棒磨砂供应严重不足,开展了棒磨砂、棒磨砂+河砂和棒磨砂+河砂+粉煤灰3种充填材料添加相同水泥的充填体强度、砂浆流动度、泌水率和沉降损失率的试验研究。试验结果显示,河砂与棒磨砂配比为2∶8的混合充填料与单一棒磨砂充填体强度相当,砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率稍差,但满足金川矿山充填采矿要求。当添加水泥重量的30%粉煤灰后,不仅显著提高充填体强度,而且还可改善砂浆流动度、泌水率和沉降损失率;同时还降低棒磨砂浆充填料浆的分层度,有利于提高充填体质量和充填接顶率。研究成果已经应用于金川矿山充填料浆制备和工业化生产。     

尾矿砂膏体充填材料工作与力学性能研究

采用流变性能与单轴抗压强度试验对5种配合比的膏体充填材料进行了测试,结果表明:以尾矿砂、粉煤灰、水泥为主要原料能够制备出满足采空区回填工作与力学性能要求的膏体充填材料;随粉煤灰掺量增加,膏体的屈服应力降低,塑性黏度无明显变化;随水泥用量增加,膏体的屈服应力与塑性黏度均降低,但在添加一定量水泥后,屈服应力有增长的趋势;随粉煤灰掺量增加,膏体早期强度降低,而随水泥用量增加,膏体的早期强度增大。     

水泥-粉煤灰浆液在水电站隧洞灌浆中的应用

针对三叉水电站引水隧洞Ⅳ标段围岩地质条件,详细分析了水泥-粉煤灰浆液在该工程引水隧洞灌浆中的应用情况。从应用情况综合分析可以得出,隧洞灌浆采用水泥-粉煤灰浆液是可行的,完全能满足设计要求,在保证灌浆质量的前提下,可以降低部分施工成本,具有较好的推广应用价值。