赤泥–高炉矿渣–钢渣三元体系注浆材料试验研究

为解决地下工程灾害治理中大量消耗水泥造成的环境污染、造价高等问题,基于协同理论制备了赤泥–高炉矿渣–钢渣基三元体系全固废类注浆材料,系统研究了钢渣对赤泥–高炉矿渣二元体系工作性能、力学强度的作用规律,并结合X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、压汞仪等微观测试手段分析其作用机理。试验结果表明:钢渣对赤泥–高炉矿渣二元体系力学强度具有提升作用,当其掺量为10%时,28 d抗压强度可达12.78 MPa,增幅为59.84%。钢渣经机械粉磨和高温活化后,其协同作用可进一步提高,随着钢渣粒度的减小,浆液结石体力学强度逐渐增强;随着活化温度提升,结石体力学强度呈先增加后减小的趋势。钢渣在10%最优掺量下,活化温度为700℃,粒径为200目时,赤泥–高炉矿渣–钢渣基注浆材料结石体的力学强度最优,28 d强度达到15.1 MPa。此外,钢渣的掺入还可以促进赤泥–高炉矿渣基浆液的凝结,凝结时间缩短,浆液的流动性降低。微观分析表明:钢渣可参与赤泥–高炉矿渣体系的水化反应,而且钢渣微粒在浆液结石体中具有充填效应,使结石体更加密实,进而提高结石体力学强度;此外,在高温条件下,钢渣中生成钙芒硝、硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸钙胶凝矿物,可促进钙矾石和水合铝酸钙的生成,对强度具有提升作用。     

钢渣双液注浆材料的研究

钢渣与矿渣、粉煤灰复掺作为注浆材料使用,既优化了骨料的级配又最大限度地使用了工业废渣.基于水玻璃碱激发工业废渣的原理,研究出以钢渣为主最佳配合比的工业废渣-水玻璃双液注浆材料.研究表明,随着水玻璃掺量的增加注浆材料的凝胶时间增加而结石体强度先增加后减小;钢渣与矿渣、粉煤灰两两复掺时前者的效果最好;三种工业废渣三掺(钢渣∶矿渣∶粉煤灰=2∶3∶1)时,注浆材料的强度最大,28 d抗压强度达14 MPa.     

钢渣-水泥注浆加固全强风化花岗岩试验研究

为研究钢渣-水泥浆液对全强风化花岗岩的注浆效果,采用了不同水灰比、不同钢渣含量的浆液对全风化花岗岩进行注浆试验,测定了浆液凝结时间、浆液扩散半径,结石体单轴抗压强度,渗透系数的变化曲线,初步确定了注浆效果较好的水灰比与钢渣含量范围.后采用PFC离散元软件对实际隧道掌子面进行数值模拟,进一步评价钢渣-水泥对全风化花岗岩的注浆加固效果,分析最优水灰比与钢渣含量.结果表明:浆液扩散半径随着钢渣含量上升而减小,当浆液水灰比≥1时,浆液扩散半径减小幅度不超过6%;钢渣含量与水灰比,共同影响全风化花岗岩结石体的抗压强度,当水灰比1时,钢渣含量上升,结石体抗压强度先上升后减小,当水灰比≥1时,钢渣含量上升,结石体抗压强度不断升高但速率减慢;结石体的渗透系数随着钢渣含量上升,先增大而后减小,且水灰比越小,下降越明显;全风化花岗岩地层隧道超前加固中,采用水灰比1:1,钢渣含量为6%钢渣-水泥浆液进行注浆,掌子面的稳定性可以得到有效保障,研究成果可为类似全风化花岗岩地层的注浆加固工程提供指导.     

矿用水泥基注浆材料的发展及展望

水泥注浆材料是注浆技术的关键环节,由于结石体强度高、价格低廉、材料来源丰富且无毒,在煤炭行业巷道围岩加固、软岩矿井、矿山充填、堵水防渗及防突水工程等领域发挥关键作用.采用一定工艺技术或掺入合适外加剂,是改善水泥浆液性能、提高结石体力学特性并获得高性能、多功能和绿色环保注浆材料的有效途径.本文提出了矿用注浆材料体系框架,包括注浆理论、注浆材料、注浆设备、注浆工艺及工程应用;综述了近年来矿用水泥基注浆材料的研究成果,包括超细水泥基注浆材料、粉煤灰-水泥注浆材料、水泥-水玻璃注浆材料和其他类水泥基注浆材料,如聚氨酯-水泥、氧化石墨烯-水泥、纳米材料-水泥、活化煤矸石/矿渣-水泥、纤维-水泥基材料,归纳了不同矿用水泥基浆液的优点、缺点及工程应用条件;介绍了矿用水泥基注浆材料在煤矿围岩加固、矿山充填、堵水防渗及钻孔封堵领域的工程应用,并展望了矿用水泥基注浆材料的发展趋势,为我国煤矿注浆材料的研发指明方向.     

矿渣-钢渣发泡混凝土的制备及反应机理

为了实现高炉矿渣、转炉钢渣的高附加值综合利用,以水淬高炉矿渣和转炉钢渣为主要原料,加入少量的脱硫石膏、石灰和水泥熟料,通过铝粉发气制备发泡混凝土.测试了不同矿渣-钢渣掺量制备的发泡混凝土制品3、7、28 d的抗压强度和容重,并用扫描电子显微镜和X射线能谱仪分析了发泡混凝土制品养护过程中的水化产物和微观结构的变化.结果表明,钢渣掺量为30％、矿渣掺量为45％时,两者的协调性比较强,制品的抗压强度达到5.1 MPa,绝干容重为625 kg/m3;该凝胶体系中有钙矾石和C-S-H凝胶协同生成,且转炉钢渣的水硬活性明显低于水淬高炉矿渣.     

高铝水泥对磷石膏基水硬性胶凝材料性能的影响

研究了高铝水泥对磷石膏-矿渣-钢渣免煅烧水泥体系的强度、凝结时间及标准稠度等性能的影响规律,并通过XRD和SEM分析探讨了该水泥体系的水化机理,分析得出该水泥体系的水化产物主要是钙矾石和C-S-H凝胶。结果表明,高铝水泥的加入可以有效提高磷石膏-矿渣-钢渣免煅烧水泥体系的早期强度并缩短凝结时间,使水化产物钙矾石生成量明显增加,从而有效提高该胶凝材料的水化性能;当掺入6%的高铝水泥时,可以制备出3d抗压强度为4.5MPa,28d抗压强度达35MPa左右的高铝-磷石膏基水硬性胶凝材料。     

钢渣-土混拌基层材料试验研究及微观机理分析

针对钢渣用于基层材料易发生膨胀的问题,采用钢渣、高炉矿渣微粉、土混拌并结合土体固化技术,制备道路基层材料钢渣混合土。对16组不同配比土样开展了击实、膨胀率、无侧限抗压强度试验。研究表明：钢渣混合土最佳含水率受配比影响较小,均维持在12%~14%;最大干密度随钢渣掺量的减少而降低,随高炉矿渣微粉掺量的增加而降低;高炉矿渣微粉的掺入可显著降低钢渣混合土膨胀率,提高其无侧限抗压强度;7、14、28、90 d无侧限抗压强度均随钢渣占比增加呈先增后减趋势,配比为50%钢渣、50%土时达到最大。微观结构分析表明：土颗粒表面电荷的改变使得钢渣混合土体结构在成型时更易受压密实,钢渣中游离氧化钙（f-CaO）在固化过程中的水化反应受到明显抑制,主要与矿渣中二氧化硅（SiO₂）发生消解反应生成水化硅酸钙凝胶（C—S—H）;与此同时,钢渣、土相互包裹的颗粒间堆叠效应及C—S—H凝胶填充混合料缝隙产生的自密实效应进一步提高了土体强度,从而制备出强度高、安定性好的钢渣混合土。     

水泥基土石坝防渗注浆材料试验

为解决水利工程中普遍使用的注浆材料流动性差、结石率低等问题,以水泥为基本材料,掺加粉煤灰及膨润土,将减水剂、膨胀剂作为外加剂,对不同配比的材料进行浆液流动性及结石体物理性能等试验分析,综合各试验结果得出适用的材料配比。试验结果表明:掺加膨润土可以增加浆液稳定性,提高结石率,但同时会降低浆液流动性;掺加适量粉煤灰可以增加浆液流动性,提高浆液可注性;随着膨润土和粉煤灰掺量增加,浆液结石体的强度会有明显下降;膨润土和粉煤灰的掺量应适宜。研究成果对水利工程注浆材料研发具有较大的指导意义。     

应变速率对注浆体力学特性影响规律

为研究微震荷载作用下注浆加固体力学特性,以裂隙倾角30°、宽度4 mm的红砂岩裂隙注浆体为研究对象,借助岩石三轴伺服压力机进行变应变速率(10^-5 ~5×10^-3 s^-1)单轴压缩试验;然后从能量耗散、裂纹扩展及破坏形态等3个方面,分析变应变速率对注浆体力学特性的影响规律及机理. 研究表明:随着应变速率的增加,注浆体的峰值强度、弹性模量均随之而增大;且峰值强度与应变速率呈指数函数关系变化;注浆体受应变速率影响的响应分为敏感应变速率阶段和滞缓应变速率阶段,主要差异在于峰值强度变化率和弹性模量变化率;随着应变速率的增大,注浆体的总能量在增大;压密阶段是影响不同应变速率下注浆体力学特性的主要阶段;敏感应变速率阶段和滞缓应变率阶段中的压密阶段主要区别在于积散比大小,积散比进一步决定产生裂纹的多少和分布区域与规律;耗散能密度对注浆体破坏脱落面积以及粒径分布影响较大,耗散能密度越大,碎块越以大块为主(粒径大的比率逐渐增加),滞缓应变率阶段耗散能密度较敏感应变率阶段大,其破碎块体较敏感应变率阶段大. 研究在裂隙注浆加固体的变应变速率影响下力学特性,从能理原理、分形理论角度得到了其影响机理.     

水泥基土石坝防渗注浆材料试验研究

为解决水利工程中普遍使用的注浆材料流动性差、结石率低等问题,本研究以水泥为基本材料,掺加粉煤灰及膨润土,将减水剂、膨胀剂作为外加剂,对不同配比的材料进行浆液流动性及结石体物理性能等试验分析,综合各试验结果得出适用的材料配比。试验结果表明:掺加膨润土可以增加浆液稳定性,提高结石率,但同时会降低浆液流动性;掺加适量粉煤灰可以增加浆液流动性,提高浆液可注性;随着膨润土和粉煤灰掺量增加,浆液结石体的强度会有明显下降;因而膨润土和粉煤灰的掺量应适宜。研究成果对水利工程注浆材料研发具有较大的指导意义。     

Effects of Curing Temperature on Rheological Behaviour and Compressive Strength of Cement Containing GGBFS

The viscoplasticity and compressive strength of cement with high erosion performance were studied. The influences of curing temperature and content of ground granulated blast furnace slag(GGBFS) on these performances of the medium heat cement(including high iron and low calcium phase) were also investigated. The results indicate that the medium heat cement with high iron phase can maintain better fluidity and low temperature sensitivity than that of ordinary Portland cement at high temperature. GGBFS can play an important role in improving the fluidity and stability of the slurry, and avoid the cement setting and hardening prematurely at high temperatures. The microstructure analysis shows that a large amount of CH with layer shape appear in the slurry. The amount of this gel layer in the slurry increased as the curing temperature elevated. The layer can make the cement stone structure more denser, so that the compressive strength of samples are enhanced in the later stage. When the medium heat cement contains 40% GGBFS, the system has the best flow performance and stability under high temperature environment, and can be applied to mass concrete with excessive internal temperature.     

钢铁、钛和铝工业废渣在去除水中重金属和酸性中的作用

选取钢铁工业废渣中的钒钛磁铁矿选铁尾矿渣、钒钛磁铁矿含钛高炉渣、普通高炉渣、钢渣,钛工业废渣中的钒钛磁铁矿选钛尾矿渣和铝工业废渣中的赤泥作为研究对象,通过圆柱试验以检验其对水中重金属Cd2＋、Co2＋、Cu2＋、Mn2＋、Ni2＋、Zn2＋和酸性的去除能力。这6种工业废渣对水中的Cd2＋的吸附容量为278~6 811 mg/kg,对Co2＋的吸附容量为127~6 052 mg/kg,对Cu2＋的吸附容量为442~53 566 mg/kg,对Mn2＋的吸附容量为95~5 594 mg/kg,对Ni2＋的吸附容量为158~6 213 mg/kg,对Zn2＋的吸附容量为151~6 710 mg/kg,对酸的中和容量为4.5~8.9 mol H＋/kg。工业废渣尤其是钢渣和赤泥在改善地下水酸性和去除矿业或工业废水中的重金属离子和酸性方面具有很好的应用前景,可以达到以废治废的目的。     

碱性激发钢渣水化活性的研究

介绍了采用各种碱性激发剂对转炉钢渣水化活性激发情况,用90%钢渣、5%碱性激发剂、5%无水石膏混合配制钢渣水泥时发现:采用含Na2SiO3的固体复合激发剂可以获得和水玻璃相近的激发效果,其中28 d的抗折强度为3.7 MPa,抗压强度为17MPa,采用固体碱性激发剂激发10%熟料、40%高炉矿渣和40%钢矿渣水泥样品的抗折强度和抗压强度可以达到5.2,24 MPa.     

掺加矿渣的土壤聚合物对重金属的固化

在土壤聚合物固化重金属时进行了掺加不同量高炉矿渣的实验，测定固化体的抗压强度、浸出毒性．试验结果表明，土壤聚合物掺加一定量的高炉矿渣固化重金属对不同的重金属固化效果不同，但总体来说，固化体的浸出毒性低于国家标准，抗压强度可迭30MPa以上，能用于建材．高炉矿渣的掺量在30％左右时抗压强度最好，浸出毒性则随着高炉矿渣掺量的增加而下降，所以利用土壤聚合物固化一定含量的重金属时，可以加入适当的高炉矿渣来减小浸出毒性．     

Properties of supersulphated phosphogysumslag cement (SSC) concrete

Supersulphated phosphogysum-slag cement （SSC） is a newly developed non-burned cementitious material mainly composed of phosphogysum （PG） and ground granulated blast furnace slag （GGBFS）, with small amount of steel slag （SS） and clinker （CL）. SSC is a kind of environmentally-friendly cementitious material due to its energy-saving, low-carbon emission, and waste-utilization. We prepared concretes with supersulphated phosphogysum-slag cement, and studied the mechanical properties, micro- properties and resistance to chloride penetration of concrete in comparison with those of portland slag cement （PSC） and ordinary portland cement （OPC） concrete. The test results show that the compressive strength of SSC concrete can reach 38.6 MPa after 28 d, close to PSC concrete and OPC concrete. Microanalyses indicate that large quantities of ettringite and C-S-H, and little amount of Ca（OH）2 are generated during the hydration of SSC. The dense cement paste structure of SSC is formed by ettringite and C-S-H, surrounded unreacted phosphogysum. The property of resistance to chloride penetration of SSC concrete is better than PSC and OPC concrete due to the fact that SSC can form much more ettringite to solidify more Cl^-.     

Cementing properties of steel slag activated by sodium silicates and sodium hydroxide

Steel slag which is mainly composed of γ-Ca2SiO4 and other silicates or alumino-silicates is activated by sodium sificates and sodium hydroxide. The powders of such steel slag are usually inert to hydrate and subsequently have very low ability of cementing. But when sodium silicates and sodium hydroxide are used as activators the steel slag shows very good properties of cementing. When activated with NaOH solution the hardened slurry of the steel slag has a compressive strength of 11.13 MPa after being cured for 28 days. When activated with Na2SiO3 solution the samples after being cured for 28 days have an average compres- sive strength of 40.23 MPa. While the steel slag slurry which is only mixed with water has a compressive of 0.88 MPa after being cured for 28 days.     

粒化高炉矿渣代砂混凝土性能的试验研究

试验利用粒化高炉矿渣取代部分砂(特细砂)作为细骨料拌制混凝土,以不同的矿渣代砂率为主要变量,对10组不同配合比混凝土的流动性,立方体抗压强度进行研究。试验结果表明,混凝土的流动性随矿渣代砂率的增加逐渐降低,混凝土立方体抗压强度随矿渣代砂率的增加先增大后减小,矿渣的最优代砂率为60%;矿渣细骨料对混凝土后期强度的增长有促进作用。同时拟合出适合于矿渣代砂混凝土抗压强度的预测模型。     

无熟料高炉矿渣水泥的物料配比与性能的关系

研究了Ca（OH）2、硬石膏及少量可溶性钙盐（甲酸钙、乙酸钙等）复合对高炉矿渣活性的激发作用及物料配比与性能的关系。结果表明：Ca（OH）2与硬石膏复合对矿渣活性有一定的激发效果,可溶性钙盐的加入降低了水泥的pH值,进一步激发了矿渣的活性,乙酸钙（Ca（CH2COOH）2）的激发效果好于甲酸钙（Ca（COOH）2）;在矿渣掺量为80％,Ca（OH）2掺量15％,硬石膏掺量5％,外加1．0％Ca（CH2COOH）2生产出的无熟料水泥28d抗压强度达54．6MPa;Ca（COOH）2与硬石膏促进高炉矿渣水化的主要水化产物为钙矾石和C—S—H凝胶。     

钢渣对含钛高炉渣粘度及钙钛矿结晶行为的影响

研究了钢查对含钛高炉渣粘度及钙钛矿结晶行为的影响，结果表明随着钢渣加入量的增加，钙钛矿析出温度提高，钙钛矿结晶量显著增大，但熔渣粘度增大，钙钛矿晶体尺寸减小。     

The Influence of Preheat Temperature of Steel Plate on Steel-mushy Cu-graphite Bonding

The pressing bonding of steel plate to QTi3.5-3.5 graphite slurry was conducted. Under the conditions of 530 ℃ for the preheat temperature of dies, 45% for the solid fraction of QTi3.5- 3.5 graphite slurry, 50 MPa for the pressure and 2 min for the pressing time, the relationship between the preheat temperature of steel plate and interfacial mechanical property of bonding plate was studied. The results show that when the preheat temperature of steel plate is lower titan 618 ℃ , the interfacial shear strength of bonding plate increases with the increasing of the preheat temperature of steel plate. When the preheat temperature of steel plate is higher than 618 ℃ , the interfacial shear strength decreases with the increasing of the preheat temperature of steel plate. When the preheat temperature of steel plate is 618 ℃ , the highest interfacial shear strength of bonding plate of 127.8 MPa can be got.