大掺量粉煤灰充填材料优化配比及性能研究

为获得一种经济、环保、高性能的浆体充填材料,以粉煤灰作主要材料,水泥、矿渣、石灰为辅助材料,采用正交试验方案,进行粉煤灰充填材料优化配比试验,探讨了水泥掺量、粉煤灰掺量、料浆质量浓度、石灰掺量对充填体流动性、凝结时间、抗压强度的影响,并对测试结果进行极差分析,结果表明:当水泥∶矿渣∶粉煤灰=6∶4∶90,石灰掺量为2%,质量浓度为62%时,充填材料各项性能指标均达到最优。     

利用脱硫石膏制备石膏基胶凝材料砌块的研究

以利用轮窑及烧结制品余热煅烧脱硫石膏制备的建筑石膏为主要原料,通过掺加粉煤灰、水泥、矿渣粉掺和料后,在石灰的激发下制备石膏基胶凝材料及制品.利用正交试验考察各掺加料对胶凝材料强度的影响,以正交试验所得最佳配合比为基础,采用了优化配合比进行验证试验,研究了制备石膏砌块的可行性,并通过XRD和SEM分析了改善胶凝材料强度的机理.结果表明,粉煤灰和矿渣粉的掺加量是影响胶凝材料强度的关键因素;以建筑石膏75.0％、粉煤灰12.0％、矿渣粉3.0％、水泥7.0％、石灰3.0％的胶凝材料制作的KP 600 mm×500 mm×100 mm空心石膏砌块,表现密度可降到794 kg/m3,断裂荷载达2216N.     

粉煤灰—矿渣基固结粉胶凝材料开发与配比优化研究

为了提高黄土坡铜锌矿采矿经济效益,利用当地廉价的粉煤灰和矿渣固废资源,然后开展尾砂骨料低成本绿色充填胶凝材料试验研究,开展胶砂比1∶4和料浆浓度74%的粉煤灰-矿渣基固结粉胶凝材料配比的胶结充填体强度试验。在此基础上,分别针对粉煤灰掺量为40%和45%,开展2种固结粉胶凝材料配方优化试验,由此获得A种固结粉优化配方为粉煤灰40%、水泥熟料12%、脱硫石膏10%和矿渣微粉38%,材料成本为132元/t;B种固结粉优化配方为粉煤灰45%、为水泥熟料10%、脱硫石膏12%和矿渣微粉33%,材料成本为122元/t;2种固结粉胶凝材料胶结充填体强度均满足黄土坡铜锌矿胶结充填体强度要求,其固结粉胶凝材料成本比普通硅酸水泥材料降低了67.8%～70.2%。黄土坡矿应用实践证明,该胶凝材料具有显著经济效益和环保效益。     

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%。     

超细尾砂充填胶凝材料配比试验研究及工业应用

针对超细尾砂利用生石灰、脱硫石膏、脱硫灰渣、芒硝和矿渣开展充填胶凝材料配比试验研究。通过扫描电镜(SEM)分析,研究充填胶凝材料水化机理,确定充填胶凝材料最优配方。结果表明,超细尾砂充填胶凝材料的最优配方是:生石灰掺量6%、脱硫石膏掺量15%、脱硫灰渣掺量0%和芒硝掺量3%;充填胶凝材料胶结充填体与水泥胶结体相比,钙矾石产状物粗大,浆体结构致密,大幅提高了充填体抗压强度。通过工业试验验证,开发的超细尾砂充填胶凝材料可缩短凝结时间,适当改变胶砂比和料浆浓度,可提高充填体强度和减小沉缩率。     

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。     

水泥协同多固废固化铬铁渣充填材料的制备及性能研究

为解决铬铁渣堆存占地面积大、污染土壤与水体、资源化利用水平低的问题，以矿渣-石灰-脱硫石膏-水泥熟料协同激发制备四元体系新型充填材料，揭示料浆流变性能、力学性能的变化规律，结合扫描电镜阐述充填体水化机理，通过毒性浸出试验探明充填材料固化/稳定化机理。结果表明：料浆流变曲线符合Hershel-Bulkley模型，随着减水剂掺量的增加，料浆屈服应力显著降低，铬铁渣掺量是影响料浆屈服应力变化的非显著性因素。随着铬铁渣掺量的增加，充填体抗压强度呈降低趋势；减水剂掺量从0.1%增加至0.4%的过程中，抗压强度呈先上升后降低的趋势；随着脱硫石膏掺量的增加，早期强度呈上升趋势，后期强度呈先上升后降低的趋势；石灰掺量从5%增加至20%的过程中，抗压强度呈快速上升趋势，且掺量越大，上升幅度越明显。当铬铁渣∶矿渣∶石灰∶脱硫石膏∶水泥∶减水剂为30∶30∶20∶8∶12∶0.3,抗压强度达最优值。充填体微观结构形貌以柱状钙矾石和团聚状C-S-H凝胶为主，二者紧密黏结形成整体。水化28 d充填体毒害离子浸出浓度满足《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)要求，对Cr³⁺和Cr<...     

矿渣-脱硫灰基固结剂的尾砂固结效果

为开发利用矿渣和脱硫渣,以矿渣和脱硫灰为主要原料,掺入少量石灰石和活性激发剂后,粉磨制得矿渣脱硫渣基固结剂（矿渣、脱硫灰、石灰石、激发剂的配合比为81∶13∶2.5∶3.5）,并以该固结剂为胶凝材料,以2种不同性质的尾矿为固结对象,对比了固结剂料浆和32.5#水泥料浆的流动度、保水性以及不同养护龄期固结体的无侧限抗压强度。结果表明：固结剂的基本性能指标达到,甚至优于32.5#水泥;固结剂料浆的流动度、保水性均略高于相同条件下的32.5#水泥料浆;提高固结剂的掺量、延长养护时间,其固结体的无侧限抗压强度越高;相同条件下,固结剂固结尾矿的能力明显优于水泥,固结剂掺量为5%时固结体的无侧限抗压强度和水泥掺量为10%的固结体的强度相当。因此,矿渣-脱硫渣基固结剂可以替代32.5#水泥用于尾矿的固结。微观分析表明,随着养护龄期的延长,胶凝材料的水化反应越来越充分,凝胶逐渐充填尾矿颗粒间隙,固结体越来越密实,抗压强度越来越高。     

无熟料垃圾底灰胶凝材料固化海洋土工程特性研究

以垃圾底灰、粉煤灰、矿渣和脱硫石膏为主要原材料,外掺少量复合激发剂,配制出无熟料固化剂,该无熟料固化剂的物理力学性能满足32.5复合水泥的技术要求。分别对无熟料垃圾底灰固化剂和32.5复合水泥固化海洋土进行不同掺量和不同龄期的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度、压缩和抗剪性能等工程特性研究。结果表明,无熟料垃圾底灰胶凝材料固化海洋土可行,且固化剂掺入比为24%的固化海洋土的工程特性相当于水泥固化海洋土中32.5复合水泥掺入比为12%。     

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。     

垃圾焚烧飞灰-矿渣基胶凝体系和固镉研究

本研究以城市垃圾焚烧飞灰、矿渣及脱硫石膏作为胶凝材料,以尾矿砂为骨料制取高性能胶结充填材料对飞灰中的重金属镉进行固化处理。在满足矿山充填要求及环境无害的前提下,探索飞灰-矿渣基胶凝体系制成的充填材料中飞灰的极限掺量、（胶凝材料之间的配比、飞灰-矿渣基胶凝体系的最佳料浆浓度及）矿渣的最佳比表面积,并运用X射线衍射（XRD）对制成的净浆试块进行分析。此研究为解决飞灰中有色金属镉的污染问题提供解决思路和方案,为含镉地下充填体的长期稳定性提供理论参考。     

矿渣基胶凝材料固化垃圾焚烧飞灰中重金属的研究

以矿渣部分或全部替代水泥，与垃圾焚烧飞灰和脱硫石膏组成胶凝材料，研究随矿渣掺量变化，胶凝材料对垃圾焚烧飞灰重金属的固化效果。结果表明：随着矿渣替代水泥量的增大，净浆试块抗压强度呈现先增大后减小的趋势；当飞灰掺量为20%、矿渣掺量为70%、脱硫石膏掺量为10%时制成的净浆试块，在温度为35 ℃、湿度为95%下养护28 d，试块的抗压强度达到47 MPa，重金属元素Cr、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn的浸出浓度均低于饮用水标准；对Pb、Cr的固化效果明显优于纯水泥胶凝体系。XRD和FT-IR检测表明：该矿渣基胶凝材料水化生成的主要产物有钙矾石、C-S-H凝胶和水铝钙石，水化产物对重金属离子有良好的包裹作用。矿渣基胶凝体系比水泥基胶凝材料体系在固化垃圾焚烧飞灰重金属方面优越性明显。     

新型铝渣固化剂及其固化土的工程特性研究

新型铝渣固化剂是一种以铝渣、矿渣、脱硫石膏和粉煤灰为主要原材料,外掺复合激发剂制备而成的土体固化剂。试验表明,新型铝渣固化剂有较好的力学性能和耐久性能。借鉴水泥固化土的试验方法对新型铝渣固化土进行一系列变形和力学性能试验,分析试验结果并找到其变形及受力变化规律。分析了掺入比、龄期对铝渣固化土强度的影响规律。对比了新型铝渣固化土与复合水泥固化土的抗压强度、劈裂强度、压缩性、抗剪强度和抗压回弹模量等工程特性。试验结果表明,新型铝渣固化土物理力学性能基本与复合水泥固化土相似,为新型铝渣固化剂的推广使用提供理论依据。     

不同掺合料及掺量下铀尾矿水泥固化体力学性能及氡析出率测量实验研究

铀尾矿水泥固化过程中，经常会遇到混合不均匀而导致强度较低、氡析出率高等问题。为了改善固化体的性能，在固化体中掺入一些其他固化材料，例如粒化高炉矿渣、粉煤灰和生石灰等。通过调整固化体中掺合料的种类、掺量和养护龄期，测试铀尾矿水泥固化体的饱和含水率、力学强度和氡析出率等性能。实验结果表明：单掺粒化高炉矿渣、粉煤灰和生石灰时，铀尾矿固化体7 d、14 d和28 d龄期抗压强度、抗拉强度和抗剪强度均有所提高；从力学性能考虑，效果最好的是养护28 d掺量为25%粒化高炉矿渣固化体，其饱和含水率也最低；掺量越大氡析出率越低，但是效果最好的是掺入25%的粒化高炉矿渣，其次是掺入25%的粉煤灰。该研究成果可为今后铀尾矿库退役治理提供理论参考和决策依据。     

煤矸石质固土材料的制备

利用大量排放的工矿业固体废弃物煤矸石,按一定比例掺加矿渣、水泥熟料、消石灰以及石膏,可制备出性能优良、成本低廉的煤矸石质固土材料.试验结果表明,煤矸石质固土材料的各组分含量对固化土的无侧限抗压强度都有较大影响,固化土的强度随着煤矸石与矿渣比的上升而下降;随着消石灰外掺量的增加而上升,并在消石灰掺量为20%时达到最大;石膏外掺量的增加也能有效提高固化土强度,测得其固化土7 d无侧限抗压强度为4.3 MPa,28 d和90 d分别可达5.3MPa和6.55 MPa.     

冶金渣基胶凝材料固化生活垃圾焚烧飞灰的性能研究

以矿渣、钢渣、脱硫灰和磷酸淤渣为原材料,优化4种原料的配合比,制备出冶金渣基胶凝材料,考察其对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化性能.结果表明:当m(矿渣):m(钢渣):m(脱硫灰):m(磷酸淤渣)=36％:32％:12％:20％时,冶金渣基胶凝材料净浆试块的抗压强度达35.2 MPa.随着垃圾焚烧飞灰掺入量从10％增加到80...     

利用冶炼渣制备地聚合物胶凝材料的正交试验研究

以铅锌冶炼渣为硅铝原料,脱硫石膏和水玻璃为激发剂制备了地聚合物胶凝材料。正交试验研究了冶炼渣预粉磨时间、冶炼渣与激发剂混磨时间、脱硫石膏掺量和水玻璃掺量4个因素对地聚合物抗压强度的影响。结果表明:当冶炼渣预粉磨60min、冶炼渣与激发剂混磨70min、脱硫石膏掺量为4wt%、水玻璃掺量为9wt%时,所制的地聚合物3d、7d和28d龄期的抗压强度均较高,分别达到26.03MPa、31.22MPa、36.48MPa。XRD和SEM分析表明:地聚合物的微观结构致密性较好,非晶态凝胶体将未反应完的冶炼渣颗粒紧紧胶结在一起,并有针状钙矾石穿插其中,从而有助于抗压强度的提高。     

基于均匀试验与智能算法的全固废充填胶凝材料制备

为了制备满足矿山要求的超细尾砂全固废充填胶凝材料, 基于均匀设计方案, 开展了全固废充填胶凝材料激发剂配比的胶结体强度试验, 结果表明, 矿渣粉配比量为全尾砂胶结充填体7 d及28 d抗压强度的主要影响因素, 脱硫石膏配比量对充填体7 d抗压强度影响较大, 而钢渣配比量影响28 d抗压强度。建立了胶凝材料配比优化模型, 利用智能算法的全局寻优, 获得低成本全固废充填胶凝材料最优配比为: 脱硫石膏20%、钢渣微粉33%、粉煤灰25%、矿渣微粉22%, 材料成本为34.92元/m³;根据该配比进行了室内制备试验, 结果显示, 充填体7 d和28 d抗压强度分别达到1.38 MPa和3.56 MPa, 并且随着反应龄期增加, 该材料体系中C-S-H凝胶和钙矾石的质量损失从3.64%增加到8.7%, 充填体强度呈增加趋势。采用该方法制备的胶凝材料能满足矿山要求。     

硅酸盐水泥与铁矾渣反应产物研究

研究了铁矾渣与石灰和水泥的反应产物,并研究了水泥对重金属离子的固化能力。研究发现石灰加入量为10%时,铁矾渣完全分解。水泥也可将铁矾渣分解,分解产物也为氧化铁和石膏。用水泥对铁矾渣进行固化处理,固化体的浸出毒性符合国家标准要求。