PVA和PVA纤维增强石膏基复合材料性能研究

研究了聚乙烯醇(PVA)及聚乙烯醇纤维掺量对石膏工作性能、力学性能、耐水性能、吸水性、弯曲韧性的影响。研究表明:PVA及PVA纤维会降低石膏浆体的工作性能,掺量越大,扩展度越低,凝结时间降低;石膏硬化体抗压强度略微降低,加入PVA以后,抗压强度大幅度上升,抗折强度随纤维掺量增大而增大,弯曲韧性进一步增强;PVA能有效改善石膏的吸水性能,降低吸水率。最佳掺量组合为PVA质量掺量2%,PVA纤维体积掺量1.2%。     

水泥种类对模型石膏性能的影响规律研究

陶瓷注浆成型工艺中水分的溶解与泥浆电解质的化学侵蚀是导致石膏模型性能劣化的主要因素。对比研究了硅酸盐水泥(OPC)、铝酸盐水泥(AC)与硫铝酸盐水泥(SAC)对增强模型石膏力学性能、耐水与耐溶蚀性能的影响。结果表明,3种水泥均发挥有利改性作用,其增强效果按照OPC、SAC、AC顺序递增;OPC水化进程缓慢,水化7 d掺量低于12%时,硬化体早期力学强度低于纯石膏,水化后期其作用效率与SAC相当;AC改性效果最显著,水化3 d时硬化体绝干与饱水抗折强度、软化系数、耐溶蚀性能均大幅提高,增幅达26.2%、103.0%、47.2%、75.0%;复合硬化体吸水率均随水泥掺量的增加而逐渐降低。综合考虑石膏模型高吸水性能的要求,AC最佳改性掺量为8%～10%,SAC宜为12%。水化产物针棒状二水石膏晶体与细小针尖状钙矾石晶体相互交织、穿插生长,同时无定形铝凝胶密实地填充在内部孔隙中,共同形成了致密的晶胶结构,从而使模型石膏力学性能大幅提高,耐水与耐溶蚀性能显著改善。     

磷石膏与低品位矾土制备高贝利特-硫铝酸盐水泥

利用磷石膏和低品位矾土制备高贝利特-硫铝酸盐水泥,研究了熟料的最佳煅烧工艺制度及配入过量磷石膏对水泥性能的影响。结果表明：在1300℃保温0.5 h,烧制出性能良好的高贝利特-硫铝酸盐水泥熟料,3 d和28 d水泥净浆抗压强度分别可达54.1 MPa和59.1 MPa;过量磷石膏形成的高温硬石膏能起到后掺石膏的作用,对水泥早期力学性能无不利影响。     

充填开采复合胶结材料理化与力学性能试验研究

根据水泥复合化原理,采用试验配比的方法,选取常用的复合硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和二水石膏进行配比试验,研究复合胶结材料的水化机理、水化产物特征和主要指标性能,得到复合胶结材料的最优配比。研究结果表明,复合胶结材料水化早期生成钙矾石,起到早强快凝作用,中期及后期产物以水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙凝胶为主,且与钙矾石交织成致密结构,增加材料抗压性能;复合胶结材料的标准稠度用水量随硫铝酸盐水泥和石膏掺量的增加而增加,凝结时间随硫铝酸盐水泥掺量的增加而缩短,其抗压强度均高于基础组分复合硅酸盐水泥的强度;复合胶结材料最优配比为硫铝酸盐水泥掺量不宜超过15%,二水石膏掺量不宜超过10%。采用复合胶结材料制成的膏体材料各项指标满足工程的需要。     

镍石膏-钛矿渣复合胶凝材料的试验研究

以未经改性的镍石膏、钛矿渣和P·O42.5水泥为主要原料制备镍石膏-钛矿渣复合胶凝材料,通过物理力学性能及微观性能测试,分别研究了生石灰、矿物掺合料、硫铝酸盐水泥掺量和养护制度对镍石膏-钛矿渣复合胶凝材料物理力学性能的影响。结果表明,以生石灰作为碱性激发剂,掺量在6%时效果最好;加入4%偏高岭土和2%硫铝酸盐水泥后,基体的凝结时间大大缩短,早期强度显著增加,后期强度也有所增长;养护制度对基体3d和7d强度影响较大,28 d强度保持一致。     

绿色高效外加剂对模型石膏性能的影响

研究了自制绿色高效外加剂(M剂)对模型石膏性能的影响,结果表明:加入M剂后,在石膏颗粒表面形成了扩散双电层结构,增加了石膏粒子之间的静电斥力,从而显著降低了石膏浆体的标稠用水量;硬化模型石膏结构致密,促进了石膏晶体的发育,晶体结合点增多,提高了石膏的宏观力学性能;M剂的最佳加入量为0.3%.     

改性磷石膏抹灰砂浆性能研究

为了解决磷石膏抹灰砂浆耐水性差的问题,促进磷石膏抹灰砂浆在建筑行业的应用,采用预处理的改性磷石膏,研究了水胶比和减水剂掺量对改性磷石基抹灰砂浆物理性能、力学性能和耐水性能的影响,并通过在体系中引入有机硅防水剂来进一步改善磷石膏抹灰砂浆耐水性能。研究结果表明:减水剂掺量和水胶比是影响磷石膏抹灰砂浆性能的主要因素,低水胶比和低减水剂掺量有利于其力学性能和耐水性能的提升,且减水剂掺量不宜高于0.9%;有机硅防水剂虽然能有效改善磷石膏抹灰砂浆耐水性能,但会对其强度造成不利影响,实际应用时其掺量不宜高于0.6%;水化产物中的凝胶和钙矾石可以填充二水硫酸钙晶体间空隙,有利于试件密实度、强度和软化系数的提高,且有机硅防水剂会在水化产物表面和间隙中形成防水膜,可以进一步改善试件耐水性能。     

氯化钡和铝酸盐水泥改性石膏正交试验研究

采用正交试验研究了氯化钡和铝酸盐水泥复掺改性石膏复合胶凝材料的力学性能、吸水率和耐水性,并分析了改性机理。结果表明,水膏比为0.53,氯化钡掺量为10%,铝酸盐水泥掺量为20%时,石膏复合胶凝材料28 d抗折软化系数最高;水膏比为0.53,氯化钡掺量为10%,铝酸盐水泥掺量为25%时,石膏复合胶凝材料28 d抗压软化系数最高。通过XRD和SEM分析可知,复掺改性剂可以改变其微观形貌,并没有使晶体结构密实。     

矿物掺合料对建筑石膏的改性及机理研究

研究了粉煤灰、矿粉-粉煤灰、水泥-粉煤灰三种体系矿物掺合料对建筑石膏的强度、凝结时间、流动度等工作性能的影响,同时通过XRD、扫描电镜(SEM)两种测试手段对水化产物进行微观机理分析,得出了由于矿物掺舍料的活性及形貌的不同,从而对建筑石膏的物理性能和工作性能产生了不同影响.粉煤灰的加入具有一定的缓凝作用,且随着掺量的增加,凝结时间有所延长;一定量矿粉的加入也具有缓凝作用,而水泥的加入则对建筑石膏具有促凝作用.28d龄期时,建筑石膏的活化激发作用不大,粉煤灰与矿粉主要起填充作用,粉煤灰与矿粉的加入会降低建筑石膏胶凝材料的强度,水泥的加入则可以提高体系的强度;水泥、矿粉的加入可提高石膏胶凝材料的流动度,而粉渫灰则降低胶凝材料的流动度.     

掺和料对磷石膏复合胶凝材料性能影响研究

研究主要掺和料矿粉及水泥单掺和复掺对磷石膏复合胶凝材料力学性能及耐水性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)、压汞法(MIP)探究影响机理。结果表明,水泥掺量为0~20%、矿粉掺量为0~40%时,水泥和矿粉的单掺对磷石膏抗压强度有负面影响,但可有效提升软化系数。水泥及矿粉复掺时,可显著提高磷石膏软化系数,使软化系数达到0.65以上;当水泥掺量为5.58%,矿粉掺量为20.00%时,磷石膏复合胶凝材料抗压强度达到最大值16.50 MPa;水胶比由0.6降低至0.3,可制备抗压强度为32.50 MPa,软化系数为0.87的高强耐水磷石膏复合胶凝材料。由SEM结果可知,水泥及矿粉的水化产物包覆在石膏晶体表面,可显著提升其耐水性;由MIP结果可知,矿粉与水泥复掺可增加小孔(3~50 nm)比例及孔弯曲度,大幅降低平均孔径,改善孔径分布,增加基体致密度,进而提升抗压强度。     

外加剂改善石膏耐水性能试验研究

石膏作为一种气硬性胶凝材料具有耐水性差的重大缺陷,限制了它的应用领域。掺入一种外加剂提高石膏材料的耐水性能,并探讨其对石膏表观密度、强度、吸水率、软化系数的影响。结果表明:当外加剂掺量为30%时,石膏干燥状态下7 d抗压强度和抗折强度分别为27.07 MPa和1.98 MPa,吸水率降低了16.12%,抗压、抗折软化系数分别提高73%和300%。     

膨润土对建筑石膏流变性能的影响研究

以膨润土作为建筑石膏浆体工作性调节助剂,采用Viskomat NT流变仪研究了膨润土种类(钙基膨润土、钠基膨润土、锂基膨润土)及其掺量对建筑石膏浆体流变性能的影响,同时考察了膨润土对建筑石膏浆体流动度、保水率和力学性能的影响。结果表明:掺膨润土建筑石膏浆体属于Hershel-Bulkley流体模型;随钠基和锂基膨润土掺量增加,建筑石膏浆体经历从剪切稀化到剪切增稠的变化,屈服应力显著提升,黏度系数逐渐降低,触变性逐渐增强,而钙基膨润土对建筑石膏浆体流变性能影响不大;膨润土提高了建筑石膏浆体增稠保水效果,对其硬化体抗折强度影响不大,降低了硬化体抗压强度。     

石膏基充填材料的改性研究

在分析煤矿高浓度充填材料的基础上,通过掺入粉煤灰、矿粉和煅烧高岭土等矿物掺合料,研究石膏基充填材料的力学性能、耐水性能和收缩性能。试验结果表明,粉煤灰、矿粉和煅烧高岭土等矿物掺合料均能提高石膏基充填材料的强度和耐水强度,在矿粉为30%时,石膏基充填材料具有最高的28 d强度和耐水强度,为12.43 MPa和9.41 MPa。     

粘土-水泥-磷石膏胶结充填技术试验研究

水泥—磷石膏浆体充填是现在矿山磷石膏胶结充填的主要方式,控制水泥用量是减少充填成本的最直接方法。文章提出用粘土作为水泥替代材料用于井下胶结充填,研究了材料配比、养护龄期、质量分数、添加剂掺量对于粘土—水泥—磷石膏充填体力学性能的影响,说明了粘土—水泥—磷石膏浆体充填具有应用价值。     

过硫钛石膏矿渣水泥的制备与性能表征

分别采用原状钛石膏渣和其与42.5号普硅水泥复合作为矿渣的单一激发剂和复合激发剂,制备出系列过硫钛石膏矿渣水泥,并对其性能进行了系统表征。结果表明：(1)原状钛石膏渣单独激发矿渣所制备水泥的早期抗压强度较低,28 d抗压强度随着钛石膏渣量的增加而降低,钛石膏渣量高于35%后,试样软化系数趋于降低;(2)原状钛石膏渣和42.5号普硅水泥复合作为矿渣的激发剂,所制备水泥的早期抗压强度（3 d）显著提高,其中加入5%42.5号普硅水泥量试样的28 d抗压强度最高,之后抗压强度随其增加而降低,42.5号普硅水泥量超过10%后试样的抗压强度降幅趋缓;(3)原状钛石膏渣和42.5号普硅水泥复合激发矿渣水泥的水化硬化产物,主要由CSH（水化硅酸钙）凝胶、钙矾石及过剩的钛石膏共同构成。     

磷石膏-水泥基复合充填材料的综合性能和细观水化机理

为提高矿山充填膏体的性能与环保效益,采用磷石膏-水泥复合胶凝剂制备了胶结充填膏体,分析了坍落度、干燥收缩率、渗透系数与强度等指标受胶凝剂配比和骨料性质的影响规律,并对充填膏体的细观水化机理进行了分析.结果表明:磷石膏水泥胶凝剂对充填膏体流动性、收缩性和强度均有改良效果;磷石膏掺量是影响膏体性能的重要因素,当磷石膏掺量为20％时,充填膏体抗压、抗折强度最高,渗透率和收缩率最低,耐久性最好;一定比例的含钢渣粗骨料可以增加磷石膏水泥基充填膏体的强度;磷石膏具有较好的化学活性,在反应过程中促进了絮凝状胶凝产物的形成,在细观上提高了膏体密实度,增强了矿山充填膏体的综合性能.利用磷石膏水泥基充填膏体实施自流充填采矿工艺,不仅有利于节约开采成本,还实现了磷石膏的资源化利用,在绿色矿山建设中具有广阔的应用前景.     

水泥掺量对脱硫石膏基自流平材料的影响

主要研究了水泥掺量对石膏基自流平材料力学性能、工作性能、尺寸变化率、微观结构和孔结构的影响.结果表明:在石膏基自流平材料中掺入一定量的水泥,可以优化其孔结构,提高密实度,随着水泥掺量的增加,孔径逐渐细化;当水泥添加量为8％时,自流平材料的工作性能与力学性能达到最优.随着水泥掺量的增加,材料表现出收缩的趋势.     

磷石膏对水泥基复合充填料浆的影响及水化机理研究

为了提高矿山充填体的综合性能,采用尾砂和磷石膏制备水泥基复合充填料浆,分析了磷石膏与尾砂含量对坍落度、收缩率、强度、耐久性等指标的影响,依据微观试验和矿物成分结果对充填料浆的水化机理进行了研究.结果发现:采用磷石膏取代部分水泥有利于提高尾砂充填体的和易性指标,降低干燥收缩率;当磷石膏取代率为１５％时,全尾砂充填料浆的和易性、强度和耐久性均得到显著改良;利用磷石膏的化学活性可以促进胶凝材料的二次水化反应,同时增加充填料浆的密实度.研究成果对制备高性能的全尾砂水泥基复合充填体具有重要参考作用.     

水泥改性磷石膏基植生材料的研究

采用磷石膏、粉煤灰、腐殖土、黏土为原料制备磷石膏基(PGFH)植生材料,掺入水泥改性,通过测试PGFH植生材料的pH值、强度、收缩性、抗雨水冲刷性能,结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM),研究水泥对PGFH植生材料性能的影响。结果表明,随着水泥掺入量增加,PGFH植生材料pH值升高,收缩率降低,强度和抗雨水冲刷性能提高,硬化体中出现钙矾石,致密度增大。当水泥掺量为4%～6%时,PGFH植生材料能抵抗500 mm/h强度的降雨10 min冲刷。     

铝酸盐水泥掺入量对瓦斯抽采封孔注浆材料性能影响

针对水泥基注浆材料流动性低、凝结时间长、无法对孔壁提供主动支护力以及材料性能之间存在的互变关系不明确等问题,通过试验改变铝酸盐水泥的掺入量,探究铝酸盐水泥掺入量对材料流动性、凝结时间、膨胀量和抗压强度的影响,分析铝酸盐水泥在材料固化机理和膨胀机理中的作用,研究材料膨胀量与抗压强度之间的互变关系,通过试验配比优选3组材料进行工业性试验,得到适用于瓦斯钻孔封孔的注浆材料。结果表明:铝酸盐水泥通过参与材料水化反应,降低材料流动度、缩短材料凝结时间;铝酸盐水泥通过改变浆体的碱性环境和水化产物的生成量,控制材料膨胀量、提高材料强度;材料膨胀源主要来自于气相膨胀、钙矾石膨胀、氧化钙和氧化镁水化膨胀;材料的滞留气体能力是材料膨胀量与抗压强度之间的关系纽带。