水泥基微膨胀灌浆材料性能研究

利用硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、PC高效聚羧酸减水剂、X型消泡剂、P型缓凝剂等配制高流动度、微膨胀水泥基灌浆材料。讨论了拌合水量、硫铝酸盐水泥掺量、PC高效聚羧酸减水剂掺量对水泥基灌浆材料流动性能及强度的影响。试验表明:水泥基灌浆材料最佳加水量、硫铝酸盐水泥掺量、聚羧酸减水剂掺量分别为14%、3.5%、0.18%;1 d、28 d抗压强度分别达25.3 MPa、78.4 MPa;0 min、30 min流动度分别为320 mm、300 mm,展现出良好的力学及流动性能;3 h、3 h与24 h竖向膨胀差值达0.425%、0.251%,满足GB/T50448―2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》技术要求。     

高贝利特水泥基低热灌浆材料的研制

研究了粉煤灰和偏高岭土2种掺合料对高贝利特水泥基本物理力学性能的影响规律,据此,配制得到工作性能良好,3d抗压强度大于12MPa,温升低于40℃的高贝利特水泥基低热灌浆材料,以适宜于大体积灌浆,提高灌浆材料的耐久性。     

低水泥用量混凝土力学性能和耐久性的研究

在胶凝材料总量固定为344 kg.m-1、且低水泥用量的条件下,试验研究了不同水泥用量对混凝土坍落度、表观密度、强度、抗碳化性能、抗氯离子渗透性能等方面的影响.结果表明,在水泥用量仅占胶凝材料总量40%的情况下,仍能配制出28d抗压强度达46.8MPa的混凝土.当水泥用量减少至30%时,混凝土碱度降低,碳化速率加快,这种不利影响取决于混凝土中水泥用量的初始值和水泥用量降低幅度的大小.     

基于煤矸石综合利用的新型充填材料性能研究

采用不同粒径煤矸石作充填骨料,研究水泥基充填材料和新型充填材料的流动性和抗压强度,并分析其微观结构。结果表明：当充填材料的流动性满足要求时,水泥基充填材料的28d抗压强度最高为1．5MPa,而新型充填材料的抗压强度最高达3．5MPa;粒径在1．18mm～0．075mm和0．6mm～0．075mm时,新型充填材料的28d抗压强度较水泥基的分别提高约1．9MPa和1．7MPa;微观结构表明,新型充填材料中骨料与凝胶体的结合非常紧密,且凝胶体密实,分布均匀;新型充填材料中的C-S-H凝胶体的Ca／Si有很大程度的降低。     

高性能粒度调配水泥及其在混凝土中的应用研究

通过设计和调配水泥组分的细度和颗粒分布,制备了一种高性能粒度调配水泥,并测试了该水泥及其配制的混凝土的物理力学性能。试验结果表明:粒度调配水泥的标准稠度用水量与普通球磨水泥相当;在相同熟料含量条件下,粒度调配水泥比对比水泥的抗压强度提高3～4MPa;在混凝土应用中,粒度调配水泥和普通球磨水泥相比具有更为明显的性能优势,利用粒度调配水泥配制的C60高强混凝土不但工作性能良好,而且力学性能优异,28d抗压强度达到了96.1MPa。     

水胶比对超高强水泥基材料力学性能影响研究

通过使用当地现有的常规材料,配制出了28d抗压强度超过150MPa,并且抗折强度超过20MPa的超高强水泥基材料,并且采取三点弯曲试验,测试了不同强度等级的超高强水泥基材料的力学参数,研究结果表明:随着水胶比的降低,超高强混凝土的强度增大,其超高强混凝土的折压比以及拉压比比高强混凝土的低,比普通混凝土的更低,这说明超高强混凝土的脆性进一步增大。     

早强型水泥基封孔材料的制备与性能研究

为进一步提高煤矿瓦斯钻孔抽采的效果,保证井下安全,采用硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥复配的方式及多种添加剂的有效掺合,制备出一种性能优良的封孔材料,并测定了该材料的抗压强度、凝固时间、流动度、泌水率等特性。结果表明:制备出的封孔材料60 min初凝,抗压强度1 d可达2.24 MPa,3 d可达4.83 MPa,7 d可达7.05 MPa;水灰比为1∶1,浆料流动度高,能满足井下远距离输送要求,材料成型后不泌水。这种材料具有良好的灌浆及微膨胀性能,兼顾了凝固时间和抗压强度,其封孔效果及瓦斯抽采效果均优于煤矿现用材料。     

胶凝材料和外加剂的匹配对硅酸盐水泥基双组分自流平砂浆性能的影响

现有自流平砂浆多由硫铝酸盐水泥和固体外加剂制备，导致成本高、保质期短、性能不稳定。本文采用普通硅酸盐水泥-超细硅酸盐水泥-矿粉三元复合胶凝材料和液体外加剂制备了硅酸盐水泥基双组分自流平砂浆，研究了胶凝材料和外加剂的组成与匹配对自流平砂浆的流动性、力学强度、干缩的影响。结果表明，0.55水胶比、5%超细硅酸盐水泥、4%Ⅱ型石膏、0.5‰减缩剂和12%HCSA高性能膨胀剂制备得到的硅酸盐水泥双组分自流平砂浆，初始流动度和20 min流动度可达到140 mm以上，1 d抗压和抗折强度分别为6.2 MPa和5.2 MPa,7 d拉伸粘结强度可达1.45 MPa,7 d收缩值仅为0.1%，可基本达到目标砂浆性能。     

活性粉末混凝土的试验研究

通过在普通混凝土的基础上采用去除大骨料、同时掺加活性材料硅粉和高效外加荆等手段,最大限度地减少材料内部的微裂缝和缺陷而制成超高强、高韧性、耐久性和体积稳定性良好的水泥基复合材料RPC.试验得到RPC最佳配合比为:砂胶比1.10,硅灰:石英粉0.938,石英粉:水泥=0.40,砂:石英粉=1.75,减水剂:水泥=0.06,90℃热水养护3d强度高达142MPa;同时考察了砂胶比、减水剂掺量、硅灰与石英粉比以及不同的养护制度等因素对RPC力学性能的影响,配制出了强度大于200MPa的RPC.     

高性能锂渣混凝土的试验研究

通过理论分析和实验,研究了锂渣掺量对混凝土性能的影响。结果表明,锂渣能提高混凝土的强度,运用锂渣等量代替一部分水泥（42．5R普通硅酸盐水泥）配制出28d抗压强度为80MPa以上,90d抗压达100MPa以上的高性能混凝土,抗裂能力明显增强,锂渣单掺配制的混凝土能经受300次冻融循环而不破坏。研究的结论提升了锂渣的价值,为锂渣的应用提供有效途径,有助于制备高性能混凝土。     

环保型套筒灌浆料的配合比设计及性能研究

选用碱矿渣水泥作为胶凝材料,结合Dinger-Funk方程的最紧密堆积理论,用粉煤灰漂珠作为矿物掺合料,并用铜尾矿砂部分取代天然砂来提高粉体的堆积密度,制备套筒灌浆料。研究了塑性膨胀剂掺量、粉煤灰漂珠掺量、铜尾矿掺量、砂胶比对套筒灌浆料性能的影响,并对最紧密堆积设计配合比进行了验证。结果表明:随着塑性膨胀剂掺量的增加,套筒灌浆料的竖向膨胀率不断增大,流动度增大,1 d和3 d抗压强度降低;随着粉煤灰漂珠掺量的增加,套筒灌浆料的流动度不断增大,而抗压强度不断降低;随着铜尾矿掺量的增加,套筒灌浆料的流动度不断降低,抗压强度先增大后减小;砂胶(质量)比增大时,套筒灌浆料流动度不断降低,抗压强度先增大后减小;质量配合比为塑性膨胀剂掺量0.2%,砂胶比1.1,粉煤灰漂珠掺量12%,铜尾矿掺量13%时(以上均为质量分数),能制出初始流动度340 mm,30 min流动度280 mm,1 d抗压强度37.2 MPa,3 d抗压强度63.0 MPa,28 d抗压强度86.4 MPa,3 h竖向膨胀率为0.20%,24 h竖向膨胀率为0.36%的套筒灌浆料。     

外加剂对半柔性路面用早强型水泥基灌浆料工作性能的调控

针对大孔隙沥青混合料路面对灌浆材料工作性能要求较高的特点,本文开发了一种半柔性路面用早强型水泥基灌浆料。采用快硬硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥在不同比例下进行复掺,确定了水泥体系的基础配比;通过正交试验,确定了粉煤灰、硅灰、赤泥等矿物掺合料最佳配比。通过在灌浆料体系中复掺减水剂、胶粉、缓凝剂及早强剂外加剂,对灌浆料的工作性能进行了优化调控,最终获得满足性能要求的半柔性路面用水泥基灌浆料。结果表明,灌浆料体系的最优配比为m(快硬硫铝酸盐水泥)∶m(普通硅酸盐水泥)=7∶3,外掺粉煤灰、硅灰、赤泥的量分别为硫铝酸盐-普通硅酸盐复合水泥质量分数的9%、6%、3%,水胶比为0.40,砂胶比为0.25,早强剂、胶粉、减水剂、缓凝剂的掺量分别为0.08%、2.5%、0.35%、0.20%(质量分数),其初始和20 min流动度分别为13 s和19 s,初凝和终凝时间分别为62 min和65 min,3 h、1 d、7 d和28 d的抗压强度分别为17.08 MPa、18.13 MPa、24.59 MPa和26.19 MPa,7 d干缩率为0.18%。     

铝酸盐水泥和二水石膏对水泥基无收缩灌浆料性能影响

试验研究了铝酸盐水泥和二水石膏对水泥基无收缩灌装料的凝结时间、流动度、强度和膨胀性能的影响.结果表明,铝酸盐水泥掺量10％,石膏掺量5.00％～10％,灌浆料的性能最佳.     

新型高性能水泥基灌浆料的配制研究

以普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、硅灰和膨胀剂为胶凝材料,再以石英砂为骨料制作灌浆砂浆,通过正交试验设计出高强胶凝材料的最佳配比。最后以上述胶凝材料为基础,粗中细三种砂子为骨料,并添加高性能外加剂,通过改变水和胶凝材料以及胶凝材料和骨料的比例,得到符合标准规范的高性能水泥基灌浆料。掺入快硬水泥有快硬早强的效果;为减小灌浆材料的收缩可以掺入适量膨胀剂;掺入硅灰可以提高灌浆材料的强度。综合考虑灌浆料的流动性,竖向膨胀率以及强度和收缩性的影响,确定灌浆料胶砂比为1.2,水胶比为0.34。研究成果对今后水泥基灌浆材料的发展具有一定的参考价值。     

贝利特-硫铝酸钡钙水泥性能的试验研究

试验研究了贝利特-硫铝酸钡钙水泥的性能，结果表明：该水泥具有较高的早期强度和长期强度，当其石膏掺量为10％时。3d、7d、28d和90d净浆抗压强度分别达到了45．0、61．9、82．1和85．6MPa。该水泥安定性良好，抗渗能力强，抗硫酸盐侵蚀能力强，其抗蚀系数大于1。该水泥在水化早期（14d内）膨胀率增加较快，而水化后期膨胀趋于稳定，且随石膏掺量的增加。其膨胀率逐渐增加。     

热塑性聚氨酯/石墨烯改性聚氨酯注浆材料的制备与性能研究

采用石墨烯、热塑性聚氨酯（TPU）复合改性聚氨酯注浆材料,并添加少量的粉煤灰、炉底渣及碱性激发剂制备一种低密度、高强度、快硬性的TPU/石墨烯改性聚氨酯注浆材料。借助聚氨酯弹性体材料密度测试仪、万能材料试验机、渗透系数测试仪、荧光显微镜对TPU/石墨烯改性聚氨酯注浆材料的密度、膨胀倍数、抗压强度、阻燃性能、渗透系数及微观形貌进行表征,深入分析了石墨烯和TPU的种类和含量对聚氨酯注浆材料基本物理性能、力学性能及微观结构的影响。结果表明,TPU/石墨烯改性聚氨酯注浆材料的密度为0.24~1.25 g/cm³,膨胀倍数最高可达38倍,抗压强度为15.0~43.8 MPa,相比普通聚氨酯注浆材料,改性聚氨酯注浆材料抗压强度提升1倍以上。酒精灯燃烧试验显示注浆材料无焰燃烧时间均小于20 s。石墨烯和TPU均可提高聚氨酯的强度和耐久性,改善TPU的微观形貌。TPU/石墨烯改性聚氨酯注浆材料表现出良好的强度、耐久性及弹性,是一种性能优异的注浆材料。     

复合水泥基-水玻璃双液注浆材料胶凝性能及抗压强度试验研究

传统的水泥水玻璃双液注浆材料的优点在于凝胶时间短、早期的抗压强度大,所以在加固软弱地层或堵漏中被广泛的使用。本文在传统材料的基础上,加入了粉煤灰、矿粉等工业废渣,提出一种复合水泥基-水玻璃双液注浆材料,并对新型材料的胶凝性能和28 d抗压强度进行研究,并通过改变水玻璃体积掺量、波美度和矿物掺合料比例来研究浆液凝胶时间及28 d抗压强度的变化规律;当水玻璃体积掺量为25％时,浆液硬化结石体强度最大,使用更大波美度的水玻璃或者配制合适比例的水泥、粉煤灰和矿粉的复合水泥基A液都可以提升双液注浆材料的抗压强度。     

矿渣沸石基水泥的试验研究

研究了矿渣沸石基水泥中原料组成含量对水泥的强度、凝结时间及标准稠度等性能的影响规律,并探讨了该水泥体系的水化机理。研究结果表明,以30%的沸石、25%的熟料、34%的矿渣、6%的钢渣和5%的石膏,可以制备出3d抗压强度达15.3MPa、28 d抗压强度达42.8 MPa的矿渣沸石基水泥。该水泥的主要水化产物为C-S-H凝胶和水化硫铝酸钙。     

固体碱激发矿粉/粉煤灰注浆材料性能及机理研究

以矿粉和粉煤灰为主要原料,NaOH和Na₂SiO₃·5H₂O为固体碱激发剂,制备地聚合物注浆材料,考察激发剂的模数、掺量及养护条件对材料性能的影响。当固体碱激发剂模数为1.0,掺入量为8%(质量分数)时,注浆材料初凝时间为120 min,工作时间可达50 min,经28 d养护后抗折和抗压强度分别可达7.1 MPa和42.7 MPa。相较于非密闭养护,密闭养护有利于早期强度形成,1 d、3 d、7 d抗压强度分别提高了38.0%、38.2%和19.3%。XRD、FT-IR、SEM/EDS测试结果表明,原料水化完全,最终产物包含无定形水化产物、钙沸石、水合铝硅酸钠钙矿和C-S-H凝胶等组分。反应过程中原料的Si—O—Al、Si—O—Si发生重组生成凝胶物质,并团聚成钙沸石类球形产物,提高材料强度。     

Plasma-functionalized graphene fiber reinforced sulphoaluminate cement-based grouting materials

Fiber-reinforced cement-based grouting materials have aroused intensive attention due to the promising applications in coal mining. However, how to enable a fiber-cement grouting material with high mechanical strength and stability, and meanwhile with favorable toughness and electrical conductivity, still remains challenging. Herein, a facile and effective strategy to solve the problem was proposed by developing a plasma-functionalized graphene fiber (PGF) with the combined feature of excellent flexibility, good dispersion, high surface roughness and tensile strength, via the wet spinning and oxygen plasma etching. Thanks to the uniform distribution and strong interfacial interaction of PGFs in the cement matrix, the resultant PGF-sulphoaluminate cement grouting materials with water-cement ratio of 0.8 and 0.3% PGF dosage delivered the compressive and flexural strengths of 18.6 and 3.7 MPa after curing for 7 days, respectively, 1.1 and 1.3 times higher than that of control samples, respectively. Meanwhile, resulted from the formation of a continuous and homogeneous conductive network consisting of PGFs in the cement matrix, the composite featured a significant improvement of electrical conductivity. This work has shed light on new strategies for fabricating fiber-reinforced cement-based grouting materials with high mechanical strength, toughness and electrical conductivity toward future uses.