矿渣-粉煤灰注浆材料的性能与微观结构研究及优化

为研究矿渣-粉煤灰注浆材料的宏观性能与微观结构,利用正交试验和极差分析方法对矿渣-粉煤灰注浆材料进行了测试,研究了水玻璃模数、碱固比、水灰比、矿渣粉煤灰比等因素对浆液流动度、表现黏度、析水率、凝胶时间、28 d抗压强度等物理和力学性能的影响规律。通过扫描电子显微镜(SEM)分析了注浆材料微观结构和宏观性能之间的联系。结果表明：水灰比对浆液的物理力学性能有明显的影响,水灰比与浆液流动度、凝胶时间、析水率呈正相关,与表现黏度、抗压强度呈负相关;水玻璃模数主要影响凝胶时间,二者呈正相关;碱固比主要影响析水率,二者呈负相关;矿渣与粉煤灰的比值对流动度和强度有较大的影响,随着比值的提高,浆液流动度和强度升高。利用矩阵分析法得到了料浆配比的优选方案：矿渣∶粉煤灰为7∶3、水玻璃模数2.0、碱固比4%、水灰比0.9。矿渣-粉煤灰注浆材料充分利用工业废渣,现场工程应用效果良好,研究结果为该材料的工程应用提供了参考。     

钢渣——矿渣复合胶凝材料的制备及胶凝活性激发试验研究

为了提高钢渣和矿渣的高附加值利用率以及钢渣在胶凝材料中的掺量,研究了钢渣与矿渣掺量、质量比和胶凝活性激发方式对复合胶凝材料抗折、抗压强度的影响,并采用X射线衍射、扫描电镜和热重分析等检测手段探究了钢渣—矿渣复合胶凝材料的水化机理。结果表明:钢渣矿渣掺量为80%、钢渣矿渣质量比为5∶5、钢渣粉磨时间为80 min(比表面积为509 m²/kg)时,钢渣—矿渣复合胶凝材料的28 d抗折强度为7.3 MPa、抗压强度为31.3MPa;选取Na OH、Na₂CO₃、Na₂SO₄和水玻璃为激发剂对胶凝材料活性进行激发,只有水玻璃提高了复合胶凝材料的活性,且当水玻璃模数为2、Na₂O当量为4%时,其28 d抗折强度为8.4 MPa、抗压强度为43.0 MPa。分析水玻璃激发胶凝材料的水化产物发现:其微观形貌紧实致密,生成的C—S—H凝胶、Ca(OH)₂和Aft相互交织,提高了胶凝材料的强度。     

石油焦渣和电石渣复合激发赤泥活性的研究

利用石油焦渣和电石渣复合激发拜耳法赤泥,确定三元体系最佳配比制备高活性粉体;比较几种不同辅助性胶凝材料对赤泥复合粉体的改性作用,制备碱激发胶凝材料;利用XRD分析水化产物,并采用SEM观察净浆试样的微观形貌。赤泥、石油焦渣和电石渣的固相质量比7∶2∶1时,制备胶砂28 d抗压强度为11.3 MPa;矿渣对赤泥基高活性复合粉体改性效果最好,掺加30%制备的胶砂28 d抗压强度最高为18.2 MPa;通过XRD与SEM分析,赤泥基碱激发材料主要水化产物为Aft晶体和C-S-H凝胶。     

具有膨胀特性膏体充填材料的物理力学特性研究

针对煤矿采空区膏体充填材料无法充分接顶的现状,运用X射线衍射仪(XRD)及X射线荧光光谱分析仪(XRF)对膨润土、煤矸石、粉煤灰等膏体充填材料进行化学物相分析,结合自制的膨胀测定仪器,分析检测不同膨润土掺入比的膏体材料膨胀率随时间的变化关系,并对不同养护龄期下的膏体试件进行力学性能测试与微观水化机理研究。结果表明:配比P04为最优配比,即胶结料∶膨润土∶煤矸石∶粉煤灰为1∶0.6∶3∶4,质量浓度为72%,28d单轴抗压强度为4.85 MPa,膨胀率为2.25%。P04膏体衍射谱图表明,不同龄期的水化产物各物质含量各不相同,在水化初期8h内即生成一定量的钙矾石,28d生成大量的C-S-H凝胶。     

化学激发剂对铜渣粉基胶凝材料性能的影响

为研究化学激发剂对铜渣粉-水泥复合胶凝材料性能的影响,测试了铜渣粉掺量为30％、45％,激发剂掺量为0.5％、1.0％、2.0％时铜渣粉复合水泥胶体的抗压强度,采用抗压强度比定量分析激发剂对铜渣粉复合水泥胶体的激发效果,利用扫描电镜观察激发剂作用下铜渣粉复合水泥胶体水化产物的微观形态.结果表明,随着铜渣粉掺量的增加,水...     

基于响应面法的超细矿渣粉-水泥胶凝材料开发及配比优化研究

针对某金矿超细尾砂胶结充填采用水泥胶凝材料经济效益低、充填效果差、充填体无法接顶等问题,利用当地成本低廉的粉煤灰、矿渣、脱硫石膏等工业固废开发低成本矿山充填胶凝材料。首先,在分析原材料物理化学性质的基础上,基于响应曲面法为依据的Box-Behnken试验设计,开展17组配比优化试验;其次,构建以充填体28 d抗压强度为响应目标的二次多项式预测模型,结合方差分析和响应曲面考察各试验因素对响应目标的影响主次关系,以优化胶凝材料最优配比;最后,借助X射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、扫描电镜分析(SEM)等微观检测手段,阐明复合胶凝体系中水化产物的类型及强度发展规律。试验结果表明：充填体抗压强度不仅受单一因素的影响,而且受多因素交互作用的影响。水泥与粉煤灰的交互作用影响显著,水泥与脱硫石膏的交互作用影响次之, 粉煤灰与脱硫石膏的交互作用影响不显著。胶凝材料最优配比为水泥添加量27%,粉煤灰添加量48%,矿渣添加量23%,脱硫石膏添加量2%,水玻璃添加量3.5%,芒硝添加量为1.5%,此条件下,充填体28 d抗压强度为3.58 MPa,满足矿山充填采矿要求。复合胶凝体系主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶,随着水化反应的进行,二者交错黏结构筑成稳固的空间网络体系,使充填体保持较高的强度性能。     

基于不同机械活化方式的二元固废混凝土抗压性能研究

为了改善二元固废混凝土的抗压性能,基于不同机械活化方式研究了铁尾矿-粉煤灰复合掺合料对二元固废混凝土抗压性能的影响,并采用X射线衍射、扫描电镜和热重分析等检测手段探究了铁尾矿-粉煤灰复合掺合料混凝土抗压强度增强的水化机理。当采用先掺后磨的机械活化方式时,铁尾矿-粉煤灰复合掺合料的混凝土抗压强度增强效果最明显,28 d龄期可达70.6 MPa。不同机械活化方式导致水化产物结构不同,同时改变了掺合料参与二次水化反应的程度;采用先掺后磨的机械活化方式,能促进水泥熟料的进一步水化,消耗更多Ca(OH)2参与二次水化反应,生成更多更致密的网状C—S—H凝胶。从混凝土抗压强度及混凝土胶凝材料的水化硬化机理来看,采用先掺后磨的机械活化方式活化效果更优,利于二元固废混凝土的强度发展。     

磷石膏—磷渣基复合胶凝材料强度和水化特性研究

为实现磷石膏、磷渣固废材料的再生利用,提高工业固废的利用率,以磷石膏、磷渣作为主要原料,采用水玻璃、水泥熟料和磷石膏共同激发磷渣活性制备磷石膏—磷渣基复合胶凝材料。分别探讨磷石膏掺量、水玻璃掺量和磷渣粉磨制度对磷石膏—磷渣基复合胶凝材料强度的影响;并运用SEM、XRD分析磷石膏—磷渣基胶凝材料硬化体的微观结构及组成形貌。结果表明:磷石膏掺量低于50%时,复合胶凝材料各龄期强度与磷石膏掺量成反比;当m(磷石膏)∶m(磷渣)∶m(熟料)=20∶72∶8,水玻璃掺量为1.5%时,胶凝材料28 d抗压、抗折强度均达到最大值,分别为43、6.3 MPa;较单独粉磨磷渣与水泥熟料而言,混合粉磨制度会产生“微介质效应”,有利于提高复合胶凝材料强度;复合胶凝材料主要水化产物为C—S—H凝胶与钙矾石,钙矾石与未溶解的磷石膏作为骨架被生成的C—S—H凝胶包裹、充填、交织在一起,形成致密结构;复合胶凝材料用于替代水泥作为矿区充填材料时推荐磷石膏掺量为20%～40%。     

几种工业废渣的碱激发效果研究

研究了几种碱性激发剂对水淬高炉矿渣、钢渣和粉煤灰三种固体废弃物的激发效果。实验表明,低模数水玻璃对三种废渣的激发效果最好。其中采用水淬高炉矿渣与低模数水玻璃制成的胶凝材料砂浆试块28d抗压强度最高可达到102.26MPa。钢渣与粉煤灰复合制成的胶凝材料比单独使用一种废渣的强度高,显示出明显的叠加效应。     

硅钙渣复合地聚物水化机理研究

为实现硅钙渣、粉煤灰及矿渣三种固废的协同利用,本文通过开展不同粉煤灰、矿渣比(灰渣比)下的硅钙渣复合地聚物制备实验,对硅钙渣复合地聚物的水化机理进行了研究。结果表明,硅钙渣复合地聚物是由β-硅酸二钙自身水化和碱激发水化共同形成的一种以C—S—H和C(N)—A—S—H为主的二元复合胶凝材料;相较于晶相矿物,玻璃相矿物更易发生碱激发水化反应,导致灰渣比在0.5以上时7 d水化物中残存大量未反应的莫来石,但随养护时间的延长莫来石会继续进行水化,并在28 d时生成蠕虫状四方钠沸石和条状贝德石。同时在灰渣比为1.0时,硅钙渣地聚物微观形貌最均匀致密,28 d抗压强度最高,达到37.9 MPa,说明此时能够发挥出粉煤灰、矿渣、硅钙渣之间最佳的协同效应。     

原料配比对煤矸石膏体工作性能和抗压强度的影响

针对充填材料成本过高、性能欠优的状况，结合煤矸石等大宗固废资源化再利用等问题，以煤矸石为骨料，粉煤灰、矿渣和水泥为胶凝材料，聚羧酸减水剂和水玻璃为外加剂，制备早强型煤矸石膏体充填材料。重点研究了胶凝材料用量及配比对煤矸石膏体工作性能和抗压强度的影响，结果表明，随着胶凝材料用量的减少，新鲜膏体坍落度先增大后减小，泌水率先减小后增大，胶凝材料最佳用量约为25%;随着胶凝材料中水泥掺比量的减少和矿渣用量的增加，膏体坍落度小幅增加，膏体试块3～28 d的抗压强度稳步上升，煤矸石膏体制备原料最优配比为煤矸石∶粉煤灰∶矿渣粉∶水泥=75∶13∶6∶6,而新鲜膏体坍落度为26.5 cm, 1 h后坍落度为25.1 cm,泌水率为6.21%,膏体无分层离析现象；膏体2 h后抗压强度可达0.06 MPa, 28 d抗压强度可达10.5 MPa。     

粉煤灰胶体综合防灭火系统的研究及应用

粉煤灰胶体集固水、堵漏、降温和阻化于一体 ,具有良好的灭火性能和堵漏作用 ,胶体灭火材料主要有硅酸凝胶、稠化胶体和复合胶体、粉煤灰固化材料三类。粉煤灰综合胶体防灭火系统有效的将这几种材料的压注工艺结合起来 ,通过各种外加剂添加系统 ,变换外加剂 ,实现了大流量的压注稠化胶体、复合胶体、凝胶、固化充填材料等多种功能 ,有针对性地对煤层自燃火灾进行防治     

粉煤灰对注浆材料性能的影响

介绍了粉煤灰对水泥－水玻璃浆液凝胶时间和固结体抗压强度的试验方案及结果。文中指出，适量掺加粉煤灰可提高水泥－水玻璃浆液结石体的后期强度，其早期强度虽受影响但可采取一定的措施加以补偿；大量掺加时该浆液仍具有结石率高、凝胶时间可调等特性，并可大幅度降低浆液成本。     

水泥增强粉煤灰浆液性能的实验研究

为了满足井下充填堵漏对灌浆防灭火材料的强度要求,在水泥-粉煤灰灌浆防灭火材料的浆液固化实验基础上,结合X射线衍射分析手段,研究了水泥掺量对粉煤灰浆液的初凝时间及抗压强度的影响,并探讨了水泥增强粉煤灰浆液的强度形成机理。结果表明:当灰水比为14∶10,粉煤灰与水泥的添加比例为3∶1,井下胶凝固化剂的添加量为3%~5%时,粉煤灰水泥固化浆液快速初凝,3 d抗压强度为2.91 MPa,14 d抗压强度为7.50 MPa,28 d抗压强度为7.95MPa,完全可以满足井下充填堵漏的需要。水泥水化与粉煤灰水化过程协同相互作用,形成致密界面结构是水泥增强粉煤灰浆液的主要原因。     

采煤沉陷区充填治理粉煤灰-建筑骨料浆液性能研究北大核心

为了将采煤沉陷区充填治理与固废利用有效结合,以粉煤灰及建筑固废为原料制成充填浆液,研究不同配比、不同类型浆液的物理力学性能。结果表明:粉煤灰水泥浆液流动度随水固比减小及粉煤灰占比的增加而降低,粉煤灰本身结构与性质对浆液性能影响大;各组浆液结石率最小值为93.7%,最大值为97.3%;浆液结石体各龄期抗压强度均随水固比减小而增加,28、90 d抗压强度最大值分别达3.95、8.15 MPa;水泥占比对结石体抗压强度影响明显,当水泥:粉煤灰从2∶8增长到2.5∶7.5时,结石体抗压强度平均增长率为81.2%,当水泥∶粉煤灰从2.5∶7.5增长到3∶7时,结石体抗压强度平均增长率分别为25.5%;研究所配建筑骨料浆液具有适宜的流动度和较高的结石率,且28、90 d结石体抗压强度平均值相比基础粉煤灰水泥浆液增幅分别为61.3%、27.6%;结石体早期结构致密度低、分布疏松,后期随着Ca(OH)_(2)、AFt及凝胶等产物不断生成,内部密实度增加,骨料的加入进一步增加体系的密实性,使得结石体抗压强度值增加。     

碱激发赤泥基可控低强度材料的制备与性能研究

以赤泥、粉煤灰以及矿粉为原材料,NaOH为激发剂、聚羧酸减水剂为分散剂制备了可控低强度材料,研究了不同赤泥、粉煤灰配比下材料的工作性能和力学性能。当赤泥与粉煤灰的质量比为2∶1、矿粉的掺量为10%,Na OH掺量为1.5%时,拌合物流动度最高为236 mm,试件28 d的无侧限抗压强度最大为6.5 MPa,满足可控低强度材料的规范要求。利用XRD、FTIR、SEM探究了可控低强度材料的矿物组成、微观结构,结果发现赤泥、粉煤灰以及矿粉在Na OH作用下水化形成了C—S—H、钙矾石(AFt)以及少量水化硫铁酸钙、C4AF;材料的强度发展与水化产物的絮状、蜂窝状以及片状结构密切相关。研究结果为工业固废在可控低强度材料领域的规模化应用提供了新的技术途径。     

含粉煤灰或铁尾矿粉复合胶凝材料性能研究

为了验证矿物掺和料在复合胶凝材料水化硬化过程中的作用效应,实验用与水泥细度相近的粉煤灰和铁尾矿粉作为活性和惰性矿物掺合料,研究了相同养护温度、不同水胶比条件下,矿物掺合料掺量和种类对胶砂块试件抗压强度以及7 d龄期混凝土自收缩发展规律。结果表明：在水化初期,粉煤灰和铁尾矿粉在复合胶凝材料水化中起到物理填充作用,随龄期延长,粉煤灰的火山灰效应才逐渐显现。水化初期,矿物掺合料的物理因素（颗粒形貌等）对胶砂块抗压强度影响超过化学因素（反应程度等）,同时活性与惰性掺和料的作用基本相同;粉煤灰和铁尾矿粉的自收缩规律基本相同,均随着掺量增大呈线性递减特性。     

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。     

以铁尾矿为主的多元固废混凝土抗压性能与微观结构研究

为实现铁尾矿、煤矸石等固废再利用,降低混凝土水泥用量,并缓解铁尾矿单独作为混凝土掺合料对抗压性能的不利影响,以铁尾矿-煤矸石-粉煤灰为复合掺合料,考察了复合掺合料掺量和配比对混凝土抗压强度及微观结构的影响。结果表明:(1)复合掺合料的掺入降低了混凝土的抗压强度,掺量为20%时对后期抗压强度影响较小,28 d抗压强度可达42.1 MPa,达到C40混凝土标准;掺量为30%时28 d抗压强度最高可达38.4 MPa。(2)铁尾矿材料活性较低,单独作为掺合料劣化了混凝土抗压性能,但其具有填充效应以及分散作用;粉煤灰和煤矸石都具有一定的火山灰活性,粉煤灰活性较高且具有滚珠效应,对混凝土抗压强度的贡献高于煤矸石;铁尾矿与粉煤灰、煤矸石协同作用缓解了铁尾矿单独作为掺合料对混凝土抗压性能的劣化,最优掺入比例为1∶2∶2。(3)掺量为20%的复合掺合料促进了界面过渡区附近的水泥水化,但劣化了整体孔结构,掺量为30%的复合掺合料优化了混凝土孔结构,明显降低了界面过渡区的孔隙率,但对水泥水化产生了消极影响。研究结果表明,复合掺合料改变了界面过渡区的孔隙率和水化进程,平衡界面过渡区的孔结构和水化进程是提高混...     

胶体防灭火材料阻化性能试验研究

为研究高分子胶体,水玻璃,粉煤灰复合胶体和黄土复合胶体等不同胶体材料对煤自燃氧化的阻化性能及区别,采用煤自燃程序升温试验装置,对不同胶体防灭火材料处理后的煤样的氧化性进行程序升温试验,通过对同等试验条件下各煤样的升温速率、CO产生率、耗氧速率等自燃参数分析判定各种胶体材料的阻化性能。试验结果表明：胶体材料对煤升温速率、CO产生率和耗氧速率均具有一定的抑制作用,且各种胶体材料均具有比水好的阻化效果,其阻化效果由好到差依次为高分子胶体,水玻璃,粉煤灰复合胶体和黄土复合胶体。