基于粉煤灰－矿渣微粉的新型胶凝材料开发研究

为了降低充填采矿成本及推进无废化开采,利用粉煤灰和矿渣开发新型充填胶凝材料替代水泥是目前最行之有效的途径。本文在金川镍矿采用棒磨砂充填料、1:4的胶砂比和78%的质量浓度的充填系统条件下,首先,开展了添加早强剂的粉煤灰替代水泥合理掺量的试验研究;结果表明,当添加2%的芒硝时,粉煤灰掺量可提高到20%。然后,采用正交设计试验和极差分析研究矿渣微粉替代水泥开发新型充填胶凝材料试验;在获得最优配比基础上再次进行粉煤灰替代部分矿渣试验,从而提高粉煤灰掺量,实现降低充填采矿成本的目的。结果表明,当生石灰为5%、芒硝3%、亚硫酸钠1.5%、脱硫灰渣17.5%、粉煤灰20%和矿渣微粉53%的掺量时,棒磨砂胶结充填体的3d、7d和28d的抗压强度分别达到1.50MPa,3.15MPa和5.12MPa,充填体沉缩率仅为8.68%,均满足金川矿山下向分层胶结充填法采矿的强度要求。该种充填胶凝材料的粉煤灰掺量高达37.5%,其成本降低到121元/t。该试验研究结果为中试和工业试验奠定基础,为金川矿区固体废弃物资源化利用和提高充填采矿效益起到重要作用。     

碱激发矿渣-粉煤灰胶凝材料的风化性能

通过优化粉煤灰掺量、激发剂种类以及水玻璃模数,研究了其对碱激发矿渣-粉煤灰胶凝材料(AACs)风化性能的影响。结果表明:风化作用会引起AACs表面孔隙率、最可几孔径增大。水玻璃激发纯矿渣AACs孔隙率最低为2.9%,其抗压强度在加速风化7 d后由126.9 MPa下降至62.2 MPa;增大粉煤灰替代率(0～60%),可以有效抑制风化。水玻璃模数介于1.0～1.4,最可几孔径控制在7.58 nm以内。以NaOH溶液为激发剂的AACs,总孔隙率高于30%,结构中多害孔体积增大,为Na⁺的快速浸出提供通道,试样表面形成较多的Na₂CO₃·7H₂O风化产物,且风化前后抗压强度均低于20 MPa。     

碱激发高炉矿渣-粉煤灰制备充填胶凝材料

以河南某材料公司的高炉矿渣和粉煤灰为原料,NaOH溶液为碱激发剂,对山东某金属矿山的尾砂进行胶结充填体强度试验。结果表明,在高炉矿渣与粉煤灰的质量比为4,NaOH浓度为8 mol/L,液固质量比为0.5情况下,充填材料试件3 d、28 d的抗压强度分别为2.12和6.84 MPa,满足充填要求。SEM分析表明,高炉矿渣和粉煤灰在碱激发后生成大量的凝胶相,是充填材料试件产生强度的主要原因;XRD和FTIR分析表明,碱激发材料中出现了水化硅酸钙的晶相峰,Si（Al）-O-Si在碱激发作用下发生解聚后又重新聚合形成［SiO₄］,以及碱激发后的材料体系吸收空气中的CO2生成碳酸盐矿物,是净浆试件强度的主要来源。     

钢渣比表面积对钢渣-水泥复合胶凝材料安定性的影响

钢渣中含有C_3S、C_2S胶凝活性物质,因此经粉磨后,具有用作胶凝物质掺合料的潜质。但是钢渣的安定性差是制约其利用的最重要限制因素之一。本文分别采用沸煮和压蒸方法研究钢渣的比表面积对钢渣-水泥复合胶凝材料净浆安定性的影响;用灰色关联度分析法研究钢渣掺量与比表面积对钢渣-水泥复合胶凝材料净浆安定性的影响程度;通过SEM分析钢渣不同比表面积时,钢渣-水泥复合胶凝材料净浆的微观形貌。研究结果表明,钢渣-水泥复合胶凝材料净浆可以通过提高钢渣的比表面积改善其安定性。钢渣掺量10%时,相较于钢渣比表面积454.99 m~2/kg的钢渣-水泥复合胶凝材料净浆,钢渣比表面积为598.43 m~2·kg的钢渣-水泥复合胶凝材料净浆沸煮膨胀率降低了72.14%,压蒸膨胀率降低了51.40%。灰色关联分析得出与比表面积相比,钢渣掺量对钢渣-水泥复合胶凝材料净浆膨胀率的影响更大。限制钢渣的掺量仍是预防钢渣-水泥复合胶凝材料体积膨胀的主要方法。SEM微观结构分析表明,随着钢渣比表面积的增加,钢渣-水泥复合胶凝材料净浆逐渐趋于致密,此结论与膨胀率评价结果一致。     

高强度矿渣胶凝材料抗压强度影响因素的研究

研究了以矿渣、石膏、石灰为主要原料的矿渣胶凝材料在蒸养下抗压强度的影响因素,并通过正交实验方法对原料的配合比、蒸养条件等进行了优选。结果表明:在蒸养温度80℃时,掺入8%的石膏、14%的石灰复合激发剂能较好激发矿渣的活性,胶凝材料28d的抗压强度达到85MPa。     

甘肃某矿山基于粉煤灰-水淬渣的新型胶凝材料开发

在甘肃某矿山采用棒磨砂充填料、1∶4的胶砂比和78%质量浓度的充填条件下,研究用粉煤灰和矿渣微粉替代水泥。结果表明,当生石灰为5%、芒硝3%、亚硫酸钠1.5%、脱硫灰渣17.5%、粉煤灰20%和矿渣微粉53%的掺量时,棒磨砂胶结充填体的3、7和28 d的抗压强度分别达到1.50,3.15和5.12 MPa,充填体沉缩率仅为8.68%,均满足矿山下向分层胶结充填法采矿的强度要求。充填胶凝材料的粉煤灰掺量高达37.5%,成本降低到121元/t。     

矿渣胶凝材料激发剂配比的试验研究

胶结材料是矿山尾矿胶结充填工艺中料浆配制设计的核心,它既是决定充填体强度的关键指标,又是影响工艺成本的最重要因素。针对传统尾矿胶凝材料存在用量大、成本高及性能差等问题,探讨以高炉水淬渣及其激发剂为原料,开发低成本、性能优良的新型胶结材料。     

矿渣巷旁充填胶凝材料的制备与机理分析

通过正交试验研究了石膏、石灰、硅酸钠对矿渣巷旁充填胶凝材料早期及后期强度的影响;对胶凝材料硬化体进行了综合热分析和扫描电镜分析,探讨了矿渣巷旁充填胶凝材料的水化机理。通过试验研究发现矿渣胶凝材料中石膏石灰均存在一个最佳掺量,制备出的胶凝材料早期强度高,后期强度稳定,适合作为巷旁充填材料的胶凝材料。     

钢渣—矿渣基胶凝材料特性研究

以钢渣和矿渣为主要原料,以水泥为碱性激发剂,以盐石膏为氯盐和硫酸盐复合激发剂,制备钢渣—矿渣基胶凝材料。实验结果表明,钢渣、矿渣、水泥和盐石膏的配比为40∶50∶5∶5时,其胶凝材料28 d的强度能够达到20.2 MPa。5%的水泥和5%的盐石膏足以激发钢渣—矿渣基胶凝材料。钢渣—矿渣基胶凝材料的抗压强度是随着矿渣含量的增加而增加。这种材料固废利用率95%,可用于强度要求不高的大体积充填工程。     

尾矿渣复合胶凝材料制备研究

以铁尾矿和铜矿渣为原料,成功制备了尾矿渣复合胶凝材料。通过分析球磨时间、胶砂比、料浆浓度、矿渣用量、碱激发剂、水泥熟料、养护条件与胶凝材料力学性能的关系,探讨矿渣胶凝体系制备过程影响因素,确定矿渣胶凝材料制备工艺条件。当矿渣胶凝体系配比为铜矿渣∶石灰∶石膏=80%∶4%∶16%、矿渣胶凝体系球磨时间25min,充填体中矿渣胶凝体系∶水泥熟料∶氢氧化钠∶铁尾矿=20%∶5%∶0.5%∶74.5%、料浆浓度为75%时为充填材料的最好配比,在此条件下,5%水泥填料,试块28d抗压强度为3.62MPa。试验中尾矿渣复合胶凝材料制备研究满足矿山充填胶凝材料的需求。     

碱激发粉煤灰生成胶凝材料的研究

碱激发粉煤灰产生胶凝材料的过程中起胶凝作用的是硅铝酸凝胶,它是碱与粉煤灰中的硅、铝质反应时产生的。凝胶首先在小颗粒表面形成,并随着反应的进行其数量逐步增加,最后相互胶联、聚合,形成密实的胶凝材料。粉煤灰胶凝材料的质量,不仅与粉煤灰组成有关,还受到碱的种类、碱量、粉煤灰粒度和反应条件等因素的影响。     

粉煤灰巷旁充填胶凝材料的制备与机理分析

巷旁充填材料的性能对沿空留巷充填支护效果影响显著。文章通过单因素试验研究了石膏、石灰对粉煤灰巷旁充填胶凝材料早期及后期强度的影响;对胶凝材料硬化体进行了综合热分析和扫描电镜分析,探讨了粉煤灰巷旁充填胶凝材料的水化机理。通过试验研究发现粉煤灰胶凝材料中石膏、石灰均存在一个最佳掺量,制备出的胶凝材料早期强度高,后期强度稳定,适合作为巷旁充填材料的胶凝材料。     

粉煤灰对矿渣胶结充填材料性能的影响

针对粉煤灰具有来源广、价格低廉和能改善砂浆施工性能的特点,研究了粉煤灰对矿渣胶结充填材料强度和流动性的影响。结果表明：在以石灰和脱硫石膏为激发剂制备的矿渣胶凝材料中,随着粉煤灰添加量的不断增大,充填体的抗压强度逐渐下降,每添加1%的粉煤灰,7 d强度平均降低1.82%,28 d强度平均降低1.61%;但是充填料的屈服应力和塑形黏度却在不断降低,说明粉煤灰的添加能够很好地改善充填料浆的流变性,实现砂浆高浓度自流输送。综合考虑强度和流变性的影响效果,粉煤灰的最优掺量范围为10%~20%。     

利用粉煤灰制作墙体材料的研究

以粉煤灰为主要原料,同时添加水泥、石膏和生石灰等辅助原料,以十二烷基苯磺酸钠为发泡剂,采用浇注成型工艺制备了轻质墙体建筑材料。试验表明:随着粉煤灰含量的增加,试样抗压强度呈下降趋势,当粉煤灰掺量为40%时,试样的抗压强度最高,为14.4MPa;随着水泥含量的增加,试样抗压强度逐渐增加。     

氟石膏、粉煤灰配制胶结材和混凝土的研究

以氟石膏和粉煤灰为原料按商品混凝土要求配制胶结材和混凝土,结果表明:用氟石膏和粉煤灰(氟石膏30%、粉煤灰20%)替代50%水泥配制成胶砂,其抗压、抗折强度均满足GB175-2007标准中P.O42.5水泥的强度指标要求、凝结时间及安定性合格;添加40%氟石膏或添加30%氟石膏、10%粉煤灰、60%水泥、1%的QJ-4高效减水剂,配制的C30混凝土样品的抗压强度值超过C30混凝土强度要求、抗渗性能达到P12抗渗等级要求。本研究成果如果实施,既可以大量利用氟石膏,又可以解决环境污染问题,其经济效益和社会效益十分显著。     

脱硫石膏/粉煤灰复合胶结材性能研究

采用正交试验方法研究了氢氧化钠、石灰、硫酸钠对脱硫石膏/粉煤灰复合胶结材强度的影响,得到了脱硫石膏/粉煤灰复合胶结材的最佳配比;研究了脱硫石膏/粉煤灰复合胶结材的耐水性能,研究表明胶结材有较好的耐水性,是脱硫石膏有效利用的新途径.     

用粉煤灰研制粉状防水材料

本文介绍了一种利用工业废渣粉煤灰研制集防水和保温性能于一体的新型防水材料的工艺。并对粉煤灰粉状防水材料的防水机理、研制过程及其性能测试进行了说明。初步试用结果表明 :粉煤灰粉状防水材料的防水、保温性能可靠 ,其主要性能指标优于国家现行防水材料标准 ,且生产成本低 ,工艺过程简单     

粉煤灰对碱激发高炉矿渣性能的影响

研究了掺加粉煤灰对碱激发高炉矿渣流动性、硬化时间、试件抗压强度及热稳定性与微观结构的影响。结果表明:1随着粉煤灰掺量的增加,料浆的塌落度上升,硬化时间延长。2粉煤灰的掺量越大,试块的抗压强度越低。3粉煤灰较低的反应活性,是造成掺粉煤灰的碱激发高炉矿渣试块硬化时间延长、抗压强度和热稳定性下降、孔隙率上升的原因。     

粉体注浆堵水材料的应用研究

探讨了将粉煤灰磨细加工后用于煤矿注浆堵水的可能性;结合试验结果,进一步说明了加工后的粉煤灰可以改善浆体的结构、提高浆体的后期强度、降低浆体的泌水率。研究结果对注浆堵水材料的改进及粉煤灰的综合利用有理论上的指导意义。