煤矸石-粉煤灰-水泥基煤田含水层注浆材料性能实验研究

为降低矿区注浆材料生产成本,本实验对煤矸石-粉煤灰-水泥基注浆材料的流动性、析水率、凝结时间和抗压强度等性能进行了研究,并通过SEM/EDS对注浆材料的微观性能进行了分析。研究表明:煤矸石降低了注浆材料的流动度,但可以降低泌水率,粉煤灰的提高流动度,但不利于浆液的稳定。两者复掺可以有效的改善浆液的性能,即使在水泥掺量较少时依然具有较好的性能,煤矸石-粉煤灰-水泥基注浆材料性能优越,符合现行注浆材料检验标准,极大的降低了注浆材料的成本。     

两种改性剂对注浆材料流变性能的影响

为了提高加固、防渗堵漏等工程的注浆质量，往往需要添加改性剂来调控注浆材料的流变性能。本文研究了两种改性剂(早强型注浆改性剂SX-ZJ-Z和高强型注浆改性剂SX-ZJ-G)对注浆材料流变性能的影响，测试了它们在不同掺量(10%和20%,质量分数)以及不同水胶比(W/B=0.25、0.30、0.35和0.40)下的凝结时间、流动度、塑性黏度和屈服应力，并分析了Bingham和Modified Bingham模型对注浆材料流变曲线的拟合度。结果表明：添加SX-ZJ-G能显著延长注浆材料的凝结时间，而添加SX-ZJ-Z会缩短注浆材料的凝结时间；SX-ZJ-G掺入后发挥“滚珠”效应，能大幅提高注浆材料的流动性，但是添加SZ-ZJ-Z对注浆材料的流动性几乎没影响。添加改性剂使水泥浆体由牛顿流体转变为屈服应力流体，呈现出非线性的剪切应力曲线，Modified Bingham模型较Bingham模型有更好的拟合效果。在W/B=0.30、0.35和0.40时，掺入SX-ZJ-Z对注浆材料的塑性黏度和屈服应力影响不大；SX-ZJ-G的掺入极大地降低了水泥浆体的塑性黏度和屈服应力，降幅可达89%以上，改善了...     

外加剂对水泥基注浆材料流变性能的调控作用

为了解决水泥基注浆材料在施工过程中出现的高温引起的注浆返浓问题,本文选取聚羧酸减水剂和蔗糖进行了水泥浆液流变性能试验,考察减水剂和蔗糖掺量对浆液流动性的影响,并研究了温度、时间对水泥浆液流变性能的影响.结果表明,水化时间对水泥浆液的流变性影响不大,而温度升高会增大水泥浆液的剪切应力和表观粘度,利用减水剂与蔗糖的复合作用可以降低水泥浆液的屈服应力和表观粘度,可以有效调控水泥浆液随温度变化的流变性能.     

原料粒度对磷酸钙骨水泥的流变性和可注射性的影响

以等质量的磷酸氢钙(DCPA)和部分结晶磷酸钙(PCCP)组成的磷酸钙骨水泥粉体作为研究对象,采用单因素实验,研究了DCPA和PCCP粒度变化对骨水泥流变性和可注射性的影响.结果表明:随着DCPA粒径的减小,骨水泥浆体的粘度和屈服应力有所增大,但对可注射性影响较小.而PCCP的粒度变化对骨水泥的流变性能和可注射性影响较大.随着PCCP粒径的减小,骨水泥浆体的粘度和屈服应力明显提高,可注射性则明显降低.综合考虑骨水泥的可注射性、抗压强度和凝结时间的变化,在0.5的液固比下,当DCPA平均粒径为2μm左右和PCCP平均粒径为23μm左右时所配成的磷酸钙骨水泥的性能最好.     

砂浆流变性能影响因素及影响机理研究

研究了灰砂比及减水剂掺量对砂浆流变性能的影响规律,并对其作用机理进行了分析。结果表明:灰砂比与减水剂掺量都可以显著降低砂浆流变参数中的屈服应力与塑性粘度,且屈服应力、塑性粘度和砂浆流动度之间存在良好的线性关系,可将流动度作为评价砂浆流动性能的一个主要参数。     

超细钢渣粉对硅酸盐水泥浆体流变性能的影响

为了研究超细钢渣粉对水泥浆体流变特性的影响,实验制备了中值粒径分别为5.0 μm和3.3 μm的超细钢渣粉,探究超细钢渣粉粒度和掺量对水泥浆体流变特性的影响规律.结果 表明,超细钢渣的掺入显著降低了超细钢渣-水泥复合体系的流动度,当掺入量为30％时其流动度基本丧失.超细钢渣-水泥复合浆体仍属于Bingham流体,且存在明显的剪切稀化现象,超细钢渣的粒径降低会导致屈服应力、塑性粘度升高,最大增幅分别为87.3％和276.7％.机械搅拌可明显降低浆体的表观粘度,40％的3.3 μm超细钢渣取代水泥的样品经过480 s的均速剪切,其表观粘度从4.291 67 Pa·s降至2.807 69 Pa·s,这预示着在实际应用中可以延长搅拌时间来缓解超细钢渣掺入后对工作特性带来的不利影响.     

超细水泥-水玻璃双液浆的性能研究及砂土注浆效果分析

通过析水率、凝结时间、流动度和结石体强度试验,对不同水灰比,不同波美度的超细水泥双浆液注浆材料进行了研究.结果表明:水灰比为0.8:1和1:1的两种浆液析水较均匀,有更好的稳定性.当波美度相同时,随着水灰比的增大,双液浆的凝结时间变长,流动度增大,结石体的抗压强度减小.当水灰比相同时,随着波美度的增大,双液浆的凝结时间变短,流动度减小,结石体抗压强度变大,但波美度超过40°Bé时,对强度的增加效果不明显.通过进行注浆模型试验发现超细水泥双浆液对土体的各性能具有明显的改善作用,可以很好地满足砂土地层的加固止水要求,可以为类似的工程提供借鉴意义.     

固废基盾构惰性同步注浆材料力学性能及抗水分散性研究

以典型固废矿渣微粉、粉煤灰、硅灰为原料制备固废基盾构惰性同步注浆材料,采用六因素五水平正交试验,开展了注浆材料力学性能及抗水分散性的试验研究。结果发现：增大碱激发剂模数,减小其掺量,则浆液抗压强度下降;水胶比、膨水比对浆液抗动水冲刷能力的影响较大;碱激发剂掺量和水胶比是影响浆液水陆强度比的主要因素。根据正交试验极差分析和综合性能平衡,确定了注浆材料的优选配合比：水胶比1.00,胶砂比0.45,膨水比0.35,减水剂掺量1.5%(质量分数),碱激发剂模数1.6,碱激发剂掺量20%(质量分数),此时注浆材料28 d抗压强度为13.02 MPa,水陆强度比为80.83%,3 h动水冲刷质量损失率为5.62%;并开展了稠度、凝结时间、泌水率和结石率等性能试验,测试指标均达到了活性浆液的要求。以上研究为工业固废在盾构注浆技术领域的应用提供了一定的研究基础和实验依据。     

苯丙乳胶漆的制备工艺与性能研究

采用不同晶型、种类、粒径的颜填料,系统考察了乳胶漆颜料浆液细度随时间或搅拌转速的变化规律,优化了苯丙乳胶漆的配伍工艺。结果表明,在相同分散时间内,金红石钛白粉作颜料的浆液细度比锐钛矿型钛白粉颜料浆液细度小;煅烧高岭土作填料的浆液细度比分别以重钙、滑石粉、硅藻土和蒙脱石粉作填料时颜料浆液细度小;浆液细度均随分散时间和搅拌转速的增加而减小,随填料粒径的减小而减小;以金红石型钛白粉和1 250目煅烧高岭土,搅拌转速为1 500 r/min时制备出的乳胶漆颜料浆液细度在分散时间为15 min时为45μm,胶粒粒径主要分布在1～10μm的范围内,粘度稳定性较好。     

粉煤灰灌浆材料防治煤矸石山自燃的探讨

煤矸石山自燃严重污染环境,危害矿区居民的身体健康。利用粉煤灰浆液进行注浆灭火,以废治废,既可取得较好的社会效益,又可以取得较大的经济效益。粉煤灰浆液呈弱碱性,可中和矸石山的酸性环境,抑制硫杆菌类细菌的生长,减慢黄铁矿的氧化速度,减慢煤矸石山的热量积聚,同时粉煤灰浆液结石后,可有效堵塞矸石山孔隙,减少矸石山内部空气的流通速度,从而阻止煤矸石山的自燃。     

粘土水泥系列浆材流变性能研究

粘土水泥系列浆材性能优越,价格低廉,可广泛应用于库堤防渗、灌浆加固、溶洞充填、垃圾填埋防护等工程中,其流变性能对灌浆施工及防渗加固效果的影响不可忽视。利用Brookfield+R/S流变仪系统研究粘土水泥系列浆材的流变性能,包括流变模型、粘度时变性和触变性,进而根据其各自流变性能分析其适用范围。结果表明：粘土水泥浆材的流变性能与水固比及粘土掺量有关,其初始粘度较普通水泥浆大,扩散范围可控,在大空隙多孔地层使用适宜配比的粘土水泥浆材进行防渗灌浆,可很好地解决跑浆、串浆的问题,提高灌浆效益;粘土水泥膏浆的流变性能主要与固化剂掺量有关,其初始屈服应力及粘度大,具有良好的抗水流冲释性能,可用于地下动水条件下的防渗堵漏;粘土水泥砂膏浆流变性能与固化剂掺量和砂灰比有关,添加砂料后,初始屈服应力及粘度更大,不易流失,可作为溶洞填充材料,节约工程成本,是耗浆量大的地质条件防渗的优选灌浆材料。     

煤矸石对泡沫混凝土孔结构的影响

本文将粉磨之后的煤矸石替代部分水泥掺入到混凝土中,通过物理发泡工艺制备煤矸石泡沫混凝土。采用FiJi-imageJ图像分析技术等对泡沫混凝土的孔径分布、平均孔径、气孔直径等进行表征,分析了煤矸石改善泡沫混凝土成孔的原因以及煤矸石粉磨粒径对泡沫混凝土抗压强度的影响。结果表明:当掺入粒径为45 μm的煤矸石粉时,泡沫混凝土的强度随着掺量的增加逐步下降,而掺入粒径为15 μm的煤矸石粉时,强度则随掺量的增加呈先上升后下降的趋势;在调节孔结构方面,粒径为45 μm的煤矸石粉优于粒径为15 μm的煤矸石粉,并在50%(质量分数)掺量下达到最优效果。     

Effects of sewage sludge on rheological characteristics of coal-water slurry

The coal-sludge slurry (CSS) containing coal, sewage sludge and water was prepared to study the effects of sewage sludge on rheological characteristics of the CSS. The yield stress, thixotropy and rheological type of CSS were investigated and compared with those of coal-water slurry (CWS). The results showed that the yield stress of CSS appears at the shear rate range from 0.05 to 0.14 s⁻¹. For CSS with the naphthalene sulfonate sodium formaldehyde condensate as dispersant and the sludge/coal mass ratio of 10:100, the yield stress can reach to 22.9 Pa. The thixotropy was quantitatively described by the thixotropy loop area, and sewage sludge can obviously improve the CWS thixotropy. The non-Newtonian behavior of CSS was characterized by a progressive decrease in viscosity with increasing shear rate at the shear rate range from 5 to 180 s⁻¹. By the analysis of FTIR, SEM and optical microscope, hydrophilic functional groups and colloidal structure of sewage sludge play the key roles on the different rheological characteristics of CSS and CWS.     

注浆专用水泥的实验研究

论文针对注浆成本高,煤矸石活性低、利用率低等问题,结合我国当前注浆材料和煤矸石活性激发的研究现状,配制一种注浆专用水泥.首先采用机械活化方式,结合比表面积和能耗,优选出最佳的煤矸石机械粉磨时间,然后研究煅烧温度和化学激发剂掺量对水泥强度影响的变化规律,并结合各种活化方法对水泥流动度、凝结时间的影响规律得出煤矸石水泥的最佳配比.利用电化学工作站分析了煤矸石基水泥内部孔结构的变化规律;利用SEM对煤矸石的活性增强机理、煤矸石水泥强度增强机理进行了探讨,为注浆专用水泥的进一步研究提供了可靠的依据.     

水炭浆成浆性能研究

研究了水炭浆的成浆条件以及浆体的基本性能。将兰炭末原料研磨筛分为三个粒度等级(D_1200目,D_2为100~200目,D_3为60~100目)。得出以木质素磺酸钠(SL)和TPEG作为分散剂,羧甲基纤维素钠(CMC)作为稳定剂,可制备出水炭浆。设定水炭浆浓度为56%,粒度组成为D_1:D_2:D_3=80%:12%:8%,添加剂的总量占干料总量的1.5%,SL:TPEG:CMC=0.74%:0.38%:0.38%时所制备的水炭浆粘度为518mPa·s,流动性良好,稳定性长达30d,是性能优良的水炭浆制品。     

生物质水煤浆流变特性研究

以福建无烟煤、水葫芦、添加剂等制备生物质水煤浆,研究了其流变特性。结果表明：添加3％～3．5％的水葫芦及1％的分散剂制得的生物质水煤浆粘度在0．8～1．2Pa·s之间,且稳定性较好。生物质含量提高,生物质水煤浆的粘度逐渐上升;分散剂含量为1％时,能够制得流变性较佳的生物质水煤浆;搅拌强度的增加能够使生物质水煤浆的粘度降低;当温度低于60℃时生物质水煤浆的粘度随温度升高而下降;当温度高于60℃时,生物质水煤浆的粘度随温度升高而上升。     

粒度级配对制备高浓度水煤浆的影响

选取典型低变质程度神木柠条塔(NTT)煤,进行球磨式连续型粒度级配提高水煤浆浓度(一定量的水煤浆试样在105℃~110℃干燥至恒重,干燥后试样质量占原样质量的百分数)和成浆性的研究。在不同球磨条件下,考察球磨时间、球磨速度对成浆浓度、流变特性和稳定性能的影响规律,研究粒度级配前后浆体表面润湿性、表面电负性、微观形貌的性能变化对NTT煤成浆性的影响,利用分形维数的计算,进一步探究了粒度级配对提高NTT煤制浆浓度的影响机理。结果表明:在级配M煤样(D50=79.02μm)与M₆煤样(D50=8.727μm)的质量比为8∶2时,成浆浓度与未级配煤样相比提高了约4%;不同球磨条件下的煤样按照不同的质量比进行混合制浆时,初始添加细颗粒使浆体表面的润湿性增强,降低了浆体的性能,当粗细颗粒的质量比大于6∶4时,表面润湿性的变化较小;级配样的成浆浓度与Zeta电位的绝对值呈正相关;当级配煤样之间粒径相差逐渐变大,小颗粒填充到大颗粒孔隙中,增加了空间堆积率,提高了制浆浓度,但随着细颗粒的质量分数增大,大颗粒孔隙被撑开,煤粒空间堆积率下降,制浆浓度降低;M煤样与M₆煤样在质量比为8∶2时,相比于其他级配浆体,分形维数达到最大(2.460),成浆浓度达到最高(63.03%)。     

Rheological propertis of coal—oil mixture fuels

The rheological properties of coal—oil mixtures (COM) of a bituminous coal in four types of oil, grade 2, grade 4, light grade 6 and heavy grade 6, have been studied. Variables investigated were the coal concentration (0 – 60 wt.%), coal particle size (10 < d₅₀ < 40 μm), temperature (25 – 90 °C) and time effects (0 – 6 days).

Rheograms were obtained using the Ferranti-Shirley cone and plate viscometer. The COM was classified as a Newtonian fluid at coal concentrations up to 30 wt.% and as a Bingham plastic at higher values. The relative viscosity was found to increase rapidly with coal concentration, reaching 100 for a 60 wt.% of COM.

Both COM viscosity and yield stress decrease with increasing median particle size and decreasing slope of the particle size distribution. This effect is stronger at high solids concentrations.

The COM viscosity is much less sensitive to temperature than the base oil. The COM yield stress increases up to 350 Pa with increasing coal concentration, decreasing temperature and ageing.     

发泡浆体流变特性对轻质混凝土匀质性的影响

为改善轻质混凝土匀质性,提升轻质混凝土力学性能,本文通过建立Herschel-Bulkley(H-B)塑性黏度计算模型,探究了发泡浆体流变特性对泡沫沉降和浆体中陶粒分布的影响。结果表明：随增稠剂掺量的增加,轻质混凝土发泡浆体的屈服应力和基于非线性H-B模型η_H-B=0.016 67K(80ⁿ-20ⁿ)(η_H-B为H-B模型得出的发泡浆体塑性黏度;K为一致性系数;n为流动指数)得到的塑性黏度增大,导致发泡浆体沉降距下降,陶粒在浆体中的分形维数提高;当发泡浆体塑性黏度大于1.74 Pa·s、屈服应力大于92.87 Pa时,可制备抗压强度大于10 MPa的轻质混凝土。由此可见,优化发泡浆体流变特性是克服陶粒在发泡浆体中易上浮问题的关键,可有效改善轻质混凝土匀质性,提升轻质混凝土力学性能。     

Laboratory studies of the grinding and rheology of coal—water slurries

The laboratory ball mill grinding of coal—water slurries is described for three coals. Emphasis is placed on the measurement of specific rates of breakage for various operating conditions. Corresponding rheological information is also presented based on data collected using a rotational viscometer. A rheological explanation of the influence of various slurry fluidity conditions on the specific rates of breakage is presented. This rheological approach has proved useful in both the identification of suitable chemicals for increasing breakage rates in coal—mineral slurry grinding and in the plant scale implementation of dense slurry grinding systems.