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。     

高钛重矿渣粉复合胶凝材料强度突变机理分析

利用高钛重矿渣粉对烟气脱硫石膏进行改性,制备石膏基高钛重矿渣粉复合胶凝材料,结合粒度分析、X射线衍射、扫描电镜等方法对试块水化产物进行物相和形貌分析。结果表明:随着高钛重矿渣粉掺量增加,石膏基高钛重矿渣粉复合胶凝材料试块强度呈现先增大后降低的趋势。当高钛重矿渣粉掺量为50%时,石膏基高钛重矿渣粉复合胶凝材料试块强度出现突变增大,主要原因是试块中片状与块状二水石膏晶体减少,棒状的二水石膏晶体增加,棒状二水石膏晶体长径比有所降低,且部分棒状二水石膏晶体生长方向出现一致性,晶体之间搭接空隙较小,0.6～20μm高钛重矿渣粉可以填充部分晶体间空隙,试块密实度增大。     

粉煤灰-水泥基胶结充填体早期强度及水化机理研究

针对粉煤灰降低胶结充填体早期强度的问题,对不同粉煤灰掺量的充填试块早期强度进行测试,并采用电镜扫描和进行能谱分析,从宏观、微观上研究粉煤灰胶结体早期强度及水化反应.结果表明:粉煤灰掺量会不同程度地降低胶凝充填体早期强度.粉煤灰掺量代替10％的水泥时,胶结体早期强度降幅最大达到48.5％.随着粉煤灰掺量比例提高,充填体试块内部紧密程度降低,针状钙矾石(AFt)不能错落相叉形成网状紧密结构,整体上充填体试块内部孔隙增多,不能组成致密结构,在物化角度说明了粉煤灰-水泥基胶凝充填试块早期强度低的原因,对提高粉煤灰胶结充填材料早期强度具有一定的理论意义.     

利用商洛钼尾矿制备混凝土

以钼尾矿、矿渣、熟料和石膏为原料制备胶凝材料,研究了钼尾矿在胶凝材料中的掺量、减水剂掺量、养护工艺对胶砂试块性能的影响,并通过XRD和SEM-EDS对水化产物进行了深入研究。结果表明,当钼尾矿在胶凝材料中掺量为20%、减水剂掺量为0.4%、采用60℃湿热养护所制备的钼尾矿胶砂试块力学性能最好,28 d抗压强度可以达到73.2 MPa。利用钼尾矿制备的胶凝材料的水化产物以钙矾石和C-S-H凝胶为主,二者的相互交织促进了胶砂试块强度的增长。     

改性生土砌块配合比试验研究

通过单因素试验对改性生土的工程特性进行试验研究,从而确定草筋、粉煤灰、水泥、生石灰的合理取值区间。利用正交试验方法考察各因素对改性生土抗压强度、抗折强度的影响,并对试验结果进行了极差、方差和因素指标分析。结果表明,各因素对改性生土砌块28 d抗压强度的影响顺序为:水泥C草筋A粉煤灰B生石灰D。各因素对改性生土砌块28 d抗折强度的影响顺序为:草筋A水泥C生石灰D粉煤灰B。综合分析各因素对改性生土砌块抗压强度、抗折强度的影响,最终确定改性生土砌块的最优配合比。     

磷石膏基充填胶凝材料试验研究

磷石膏属于一种固体废渣,占用土地资源,污染环境。开发磷石膏充填胶凝材料,治理采空区可达到“一废治两害”的目标。为此,以磷石膏、矿渣、生石灰、芒硝、氢氧化钠为试验原料制备磷石膏基胶凝材料,通过单因素试验分析各材料掺量与磷石膏基充填胶凝材料抗压强度的关系,通过多因素试验分析各材料掺量的最优配比。试验结果表明：试块抗压强度与氢氧化钠含量呈正比;随着生石灰含量的增加,试块抗压强度先增长后降低,当生石灰含量达到6%时,试块抗压强度最大;芒硝的含量不利于试块晚期强度的增长,当芒硝含量达到1.5%时,试块早期抗压强度较大,晚期强度较为理想;磷石膏不利于试块强度的发展。各材料掺量对试块抗压强度影响的强弱程度依次为氢氧化钠＞生石灰＞芒硝＞磷石膏。当生石灰含量6%、氢氧化钠含量2.5%、芒硝含量1%、磷石膏含量35%,试块抗压强度最高,3,7,28 d抗压强度分别为1.86,2.35,4.49 MPa。结果可为类似磷石膏充填胶凝材料制备提供参考。     

煤矸石细颗粒对喷射混凝土强度影响的试验研究

为了实现矸石废弃物的高效利用,探究自燃煤矸石细颗粒对喷射混凝土强度的影响,研究了矸石细颗粒在粗骨料中不同掺量对混凝土试块抗压强度的影响,以及替代细骨料对混凝土试块及胶砂试块的抗压强度的影响,利用SPSS数据分析软件对实验数据进行了分析。结果表明:细颗粒在粗骨料中的掺量对混凝土强度有显著的影响,细颗粒掺量不应超过10%,超过10%时混凝土强度显著降低;细颗粒替代河沙做细骨料有利于混凝土强度的提高,且对混凝土早期强度影响不明显,28 d混凝土强度差异性显著;矸石细颗粒胶砂试块强度优于河砂胶砂试块,龄期越长强度差异性越明显。     

环氧树脂乳液改性水泥砂浆性能试验研究

对掺量分别为0%、3%、5%、7%、9%的环氧树脂对水泥砂浆抗压强度、抗折强度以及体积稳定性的影响进行了试验研究。并用ZEISS电子显微镜,观察各组水泥砂浆试块的微观结构,探究不同掺量环氧树脂对水泥砂浆微观结构的影响规律;尝试从微观结构上,探究环氧树脂改性机理。试验表明,环氧树脂掺量增加,水泥砂浆的抗压和抗折强度均先增大、后减小;环氧树脂能够提高水泥砂浆的早期强度;水泥砂浆体积收缩随着环氧树脂掺量的增加而减小,适量环氧树脂的掺入能够改善水泥砂浆的微观结构。环氧树脂材料对水泥砂浆性能的影响试验,对于配制高强度、高抗渗性、低收缩水泥砂浆,具有指导意义。     

用某钼尾矿制备高性能混凝土的试验

将钼尾矿、矿渣、水泥熟料、石膏进行机械力粉磨,制备胶凝材料,研究了胶凝材料掺量和砂率对混凝土力学性能的影响。结果表明,随着胶凝材料掺量的增加,混凝土的坍落度和混凝土试块的抗压强度均增大;随着砂率的增大,混凝土的坍落度和混凝土试块的抗压强度均先增大后减小。当胶凝材料和骨料质量比为1∶3.0,砂率为0.35时,养护28 d的混凝土试块的抗压强度达68.7 MPa。在钼尾矿胶凝材料体系中,C-S-H凝胶、AFt及氢氧化铁凝胶等水化产物相互交织,未参与反应的微细粒填充到体系的孔隙中,促进了胶凝材料强度的增长。     

胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰固化机理研究

为确定低成本、安全、高效处置危废城市垃圾焚烧飞灰(MSWI)的方法,以钢渣微粉、矿渣粉、脱硫石膏、垃圾焚烧飞灰和尾砂为充填材料,进行了砂浆流动性能和胶结充填料强度试验,根据胶结充填料强度确定了胶凝材料的最优配比,并通过X射线衍射(XRD),红外(FTIR)和扫描电镜(SEM)分析了净浆试块的微观结构和水化产物。试验结果表明,当垃圾焚烧飞灰掺量为15%、钢渣微粉掺量为4%、脱硫石膏掺量为14%、矿渣粉掺量为67%时,料浆的流动度为260 mm,满足自流型胶结充填的流动性需求,充填料试块28 d的抗压强度为24.54 MPa,满足矿山充填强度要求;充填料试块养护28 d重金属离子浸出浓度全部低于饮水标准;冶金渣-垃圾焚烧飞灰胶凝材料水化产物主要有钙矾石、C—S—H凝胶和Friedel盐。     

减水剂与磷建筑石膏基胶凝材料兼容性研究

以磷建筑石膏、粉煤灰、水泥、硅灰制备磷建筑石膏基胶凝材料。通过分析聚羧酸系减水剂(HC)、萘系减水剂(FDN)、木质素磺酸钙(MG)对磷建筑石膏基胶凝材料减水率、初凝时间、终凝时间、抗压强度、抗折强度、流动度经时损失等性能的影响,研究减水剂与磷建筑石膏基胶凝材料的兼容性。试验表明:萘系减水剂具有缓凝、增强的效果,与磷建筑石膏基胶凝材料兼容效果好;聚羧酸系减水剂在提高抗压强度、抗折强度方面有明显的优势;木质素磺酸钙具有促凝的效果,与磷建筑石膏基胶凝材料兼容效果较差。     

利用BP神经网络优化石膏基复合胶凝材料强度的影响条件

为掌握不同掺量对石膏胶凝材料强度的影响规律,以建筑脱硫石膏等为原料,采用正交试验的方法制备石膏基复合胶凝材料,并建立影响其7 d抗压强度主要因素的BP神经网络模型,在此基础上对晶须掺量等不同影响因素的条件进行了优化。结果表明,各因素对石膏砌块7 d抗压强度的影响由小到大依次为水泥：矿渣掺量、减水剂掺量、缓凝剂掺量、中和渣掺量和晶须掺量;而利用BP神经网络模型优化后的工艺参数：晶须掺量为6.40%、聚羧酸减水剂掺量为1.28%、水泥：矿渣掺量为1：3、煅烧中和渣掺量为2.00%及柠檬酸缓凝剂掺量为0.114%。在此条件下,所得石膏胶凝材料的7 d抗压强度为14.62 MPa,与正交试验结果相比提高了2.024%;同时利用BP神经网络模型进行优化可在一定程度上降低外加剂的用量,其中聚羧酸减水剂、晶须和柠檬酸缓凝剂的掺量分别减少了0.12%、0.60%和0.006%。研究对石膏类废弃物的回收及其在矿山充填中的应用有一定的参考意义。     

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...     

外掺料对石膏基复合材料力学性能的影响

固体废弃物石膏的再利用和高强高性能石膏材料的开发一直是国内外学者研究的热点。以脱硫建筑石膏、水泥和矿渣为主要原料,掺加化学外加剂、化工废石膏和硫酸钙晶须,制备出石膏-水泥-矿渣复合材料。研究聚羧酸高效减水剂和柠檬酸缓凝剂、化工废石膏和硫酸钙晶须的掺量对该复合材料力学性能的影响。研究结果表明:聚羧酸高效减水剂和柠檬酸缓凝剂在石膏基复合材料中的最佳掺量分别为1.0%和0.08%。当煅烧化工废石膏掺量为12%时,石膏基复合材料的7 d抗折和抗压强度分别为3.7 MPa和12.0 MPa,其中抗压强度比空白样还高了0.1 MPa。当硫酸钙晶须的掺量增加到3%时,掺有煅烧化工废石膏的石膏基复合材料的28 d抗折强度为8.2 MPa,28 d抗压强度为31.5 MPa,其值和未掺化工废石膏和硫酸钙晶须试样的力学性能相当。     

高效减水剂对全尾砂充填料性能的影响

利用全尾砂作为集料制成全尾砂充填料对采空区进行充填,具有性能优、尾砂利用率高、能耗少、成本低等优点。根据某矿山现有充填工艺,采用全尾砂替代分级尾砂作为充填集料的技术,优化原有的胶结材料,并将尾砂充填料浆的固体浓度由68%提高到72%,结合使用减水剂来实现全尾砂充填料的自流输送。研究4种减水剂（萘系高效减水剂NSF、聚羧酸高效减水剂PC、氨基高效减水剂ASF以及脂肪族高效减水剂SAF）的不同掺量对全尾砂充填料浆的泌水率、流变性能和强度的影响。结果表明,减水剂的加入有效地提高了全尾砂充填料浆的流动性能,延缓了凝结时间,但却对充填体强度有不利的影响。综合4种减水剂的作用来看,在脂肪族减水剂掺量为1.6%时,既可以使料浆流动性增加幅度较大,又对充填体强度的不利影响较小。因此,选用脂肪族减水剂可以配制性能较优的自流型全尾砂充填材料。     

煤矸石基免烧砖制备工艺及力学性能研究

为了有效地提高煤矸石资源化利用水平,针对抚顺矿区的煤矸石资源,在分析其化学成分和矿物组成基础上,采用煤矸石作为主要原料,辅以水泥、天然砂、粉煤灰及添加剂研究制备免烧砖。通过调整原料配比和成型压力,研究不同制备条件下免烧砖的微观结构特征和物理性能差异,如密度、含水率、抗压强度和抗折强度。通过正交试验获得优化原料质量配比和工艺参数分别为:东舍场煤矸石40%,天然砂42%;西舍场煤矸石70%,天然砂12%;汪良舍场煤矸石50%,天然砂32%;其它相同参数分别为粉煤灰5.14%、水泥12.86%、减水剂0.05%、水10%,成型压力20 MPa,常温养护28 d。获得的煤矸石基免烧砖性能符合JC/T 422—2007《非烧结垃圾尾砖》MU25标准要求,其中最高抗压强度和抗折强度分别为52.70 MPa和4.93 MPa。     

磷石膏制备胶结材和混凝土的研究

以磷石膏作为掺合料替代部分水泥、添加聚羧酸减水剂,制备了胶结材和混凝土,并对其性能进行了研究。结果表明:掺入5%的磷石膏的胶砂试块的抗压抗折强度均满足P.O42.5水泥的指标要求,掺入10%~15%的磷石膏的胶砂试块抗压抗折强度能达到P.O32.5水泥的指标要求,胶砂试块的凝结时间及安定性均合格;采用磷石膏替代小于等于25%的水泥、添加2.0%~2.3%的聚羧酸减水剂可以配制C30混凝土,抗渗性能达到P12抗渗等级要求。     

斑岩型铜尾矿制备连通孔陶瓷透水材料的试验研究

以斑岩型铜矿尾矿、高岭土、玻璃粉为主要原料,制备连通孔陶瓷透水材料。研究了骨料配比、结合料用量、成型压力和烧成制度对连通孔陶瓷透水材料抗折强度和透水系数的影响。当m(铜尾矿):m(高岭土):m(玻璃粉)为7:3:2、成型压力为1 MPa、烧成温度为1 150 ℃、保温时间为90 min时,工艺流程最佳。此时,连通孔陶瓷透水材料抗折强度为3.9 MPa,透水系数为2.7×10-2 cm/s,劈裂抗拉强度为3.7 MPa,耐磨性磨坑长度为25.2 mm,抗冻性为D50。      

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。      

高性混凝土复合剂对胶砂工作性及抗折强度研究

 为确定高性能混凝土复合剂对混凝土性能的影响,优选出最好的适应矿井建设的混凝土复合剂,采用混合水平正交设计法设计试验方案,研究了掺加外加剂的胶砂流动性、3天和28天试件抗折强度。结果表明：所选高性能混凝土复合剂及聚羧酸减水剂对混凝土流动性有显著的影响,高性能混凝土复合剂和聚羧酸之间有交互作用。在复合剂同等质量替代水泥的胶砂试件中,复合剂对水泥胶砂的抗折强度没有显著影响。