煤矸石制备地质聚合物注浆材料的研究进展

地质聚合物注浆材料是一种新型注浆材料。以煤矸石为原料制备地聚物注浆材料可以有效地解决煤矸石的堆积问题,同时减少不同注浆材料在使用和生产过程中产生的污染,对环境和资源都有重要意义。本文概述了近年来对煤矸石基地质聚合物注浆材料的研究,介绍了煤矸石基地质聚合物注浆材料各原料的选择、制备条件以及性能的增强方式,并对煤矸石基地质聚合物注浆材料目前存在的问题进行了分析。     

地质聚合物发泡材料的制备和性能

以偏高岭土基地质聚合物为基体,以双氧水和十二烷基磺酸钠为混合发泡剂,制备出地质聚合物发泡材料。研究了发泡剂添加量、水分添加量及固化温度对地质聚合物发泡材料性能的影响。实验结果表明,发泡剂的添加量对该多孔材料的性能影响最大,其次为固化温度,水分含量影响最小。当发泡剂的添加量为3.5%,水分添加量为18%,固化温度为40℃,所得地质聚合物发泡材料性能优良,其孔隙率为76%,孔径小于0.5 mm,体积密度为0.3949 g/cm3,抗压强度为1.45 MPa,在轻质耐火保温建筑材料市场上具有很大的潜力。     

聚乙烯醇改性地质聚合物复合材料的性能研究

由于矿粉/粉煤灰基地质聚合物的韧性较差,本文选用聚乙烯醇纤维和水溶性粉末对其进行增韧改性研究。研究表明:聚乙烯醇水溶性粉末的掺量为0.5%时,抗压和抗折强度分别提高9.6%和25%,可以起到增韧作用,但掺量继续增加会导致力学性能大幅下降;随着聚乙烯醇纤维掺量的不断提高,抗压强度持续降低,抗折强度不断提高,压折比不断降低,当掺量为3%时,抗折强度提高35%,压折比降低35%。结合XRD测试和SEM-EDS分析,研究聚乙烯醇对地质聚合物微观结构的影响,结果表明聚乙烯醇纤维和水溶性粉末具有不同的增韧机理。     

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.     

橡胶-粉煤灰基矿井底板裂隙注浆材料性能的试验研究

目前针对千米深井高水压、易突水等难题,提出了“疏水降压、注浆加固”矿井防治水技术,这要求注浆材料具有“高强度、强稳定、易流动、低成本”等性能。“高强度”可以通过添加纳米增强材料来达到;“强稳定”可以通过优选易固结、难分散原材料,调整拌和条件来实现;“稳流动”可以通过调整添加原料粒径,增加界面摩擦性来实现;“低成本”可以选用现存亟待处理的大规模工矿固废产物,辅以少量添加剂来实现。针对存在的上述问题,以注浆加固煤层底板为目标,以大规模利用工矿废弃物为方向,通过利用废弃轮胎橡胶颗粒、粉煤灰与黏土为主体材料,辅以少量外加剂,采用正交试验方法,对固废注浆充填材料的基础性能开展试验研究。分析了不同橡胶颗粒掺量与外加剂的影响,得出了其对注浆结石体的流动度、力学性能、矿井水环境下稳定性、抗渗性能与微观结构性能的影响。研究结果表明：当橡胶颗粒掺量为20%、粉煤灰掺量65%、黏土掺量15%,纳米二氧化硅掺量为固体粉料掺量的1%时,注浆浆体的流动度为293 mm,注浆结石体的28 d抗压强度为11.7 MPa,结石体的抗渗压力为0.8 MPa,所得试验结果能够满足现场注浆加固需求,对大规模底板裂隙注浆加固具...     

海洋环境下BFRP筋力学性能时变规律研究

为研究BFRP筋在复杂海洋环境下的力学性能演变规律,以玄武岩纤维（basalt fiber-reinforced polymers, BFRP）筋试件为研究对象,研究其在蒸馏水、海水侵蚀和碱性溶液环境中浸泡后BFRP筋的拉伸力学性能和吸水能力,表征BFRP筋在海水与碱海水环境下的纵断面微观结构。结果表明：BFRP筋在海水中浸泡半年后,试件强度提高了19%、拉伸强度降低了5.8%;采用地质聚合物砂浆包裹之后,BFRP筋在模拟海水环境下拉伸强度的衰退程度得到改善;在海水环境中,腐蚀性介质先造成微观结构中纤维和树脂脱落,后侵蚀纤维丝表面,导致BFRP筋拉伸强度降低。通过最大抗拉强度、伸长率的测定,以及微观组织形貌时变规律的研究,建立BFRP筋的抗拉强度退化模型,为BFRP筋混凝土结构实现工程应用奠定理论基础。     

无机纳米粒子/聚合物复合电纺纤维的制备及其仿生矿化研究

静电纺丝技术能够利用简单的共混过程将无机纳米粒子和聚合物集于一根纳米纤维中并实现纳米粒子的快捷组装.由于这一特性,可将纳米粒子/聚合物复合电纺纤维应用于骨组织工程支架的构建中,模拟骨组织胶原分级有序结构,为骨修复提供一种新的思路.以聚乙烯醇和埃洛石为原料制备复合电纺纤维,并进行了仿生矿化.研究结果表明,埃洛石的加入可以提高聚乙烯醇纳米纤维的纺丝效果,但是也会随着浓度的增加,降低聚合物的结晶性能.并且,添加纳米粒子后,钙磷盐晶体能够在复合电纺纤维上定向析出,形成规则的矿化结晶物.由此可见,埃洛石纳米粒子对聚合物电纺纤维的仿生矿化具有一定促进作用,这对材料的细胞亲和性提高具有重要作用.     

煤矿改性双组份聚脲注浆堵水材料研究与应用

为解决活鸡兔井12下205回风巷掘进工作面防灭火注浆溃浆溃水问题,以异氰酸酯、氨基化合物、扩链剂和速凝剂为基础材料,加入阻燃剂和抗静电剂,制备出一种新型的矿用双组份聚脲注浆堵水材料。通过实验室研究了聚脲材料的黏度、凝结时间和阻燃性测试;应用XRD和SEM科学的测试方法研究其物相和微观结构;在活鸡兔井进行了堵水工业试验。研究结果表明：在A组分添加0.3%的增塑剂,B组分不添加,得到的聚脲堵水材料黏度极低,泵送效果良好;在堵水材料中添加2%的速凝剂,材料凝结速度小于30 s,满足堵水施工需求;通过阻燃性测试优选了阻燃剂为氢氧化铝和抗静电剂鏻盐,LOI>36,满足井下使用要求;通过XRD试验发现聚脲材料只有碳酸钙一个物相,为非晶聚合物,不会产生结晶;通过SEM试验发现氢氧化铝阻燃剂是通过物理混杂阻燃。     

聚合物水泥浆液-煤体界面过渡区力学性能研究

提出了超前深孔注浆加固技术;利用VAE乳液对水泥基材料进行改性,通过轴拉试验及立方体抗压试验,研究了不同掺量VAE乳液对水泥基材料与煤体界面黏结强度及水泥基材料固结煤体的抗压强度的影响;结合微观电镜扫描,分析了VAE改性水泥基材料结石体与煤体界面过渡区的微观结构特征。研究结果表明:复合浆液水灰比随聚灰比的增大呈现出先降低后增长的趋势,VAE乳液提高了浆液与煤体界面黏结强度及浆液固结煤体试块的抗压强度;掺入VAE乳液,使水泥浆液的孔隙率降低,提高了强效应层结构的密实性;VAE乳液会扩散至普通水泥浆内部形成聚合物薄膜"纽带"结构,改善水泥基材料与煤体界面的组成结构,从而提高了水泥基材料与煤体黏结强度。     

活性炭/地质聚合物复合微球吸附剂的制备及其对刚果红和结晶紫的吸附研究

以活性炭和偏高岭土为原料、水玻璃和氢氧化钠为激发剂, 采用悬浮固化法制备了活性炭/地质聚合物复合微球(GMC)吸附剂, 通过X射线衍射仪、扫描电镜和紫外-可见分光光度计研究了其微观结构以及对刚果红(CR)和结晶紫(CV)的吸附性能。结果表明, GMC的吸附性能随活性炭添加量增加而提高, 活性炭添加量为30%时, 其对CR和CV的吸附过程符合Langmuir吸附模型和准二级动力学模型, 理论最大吸附量分别为61.88 mg/g和104.06 mg/g, 循环再生使用5次后对CR和CV的去除率依然可达71.73%和75.65%。     

石墨对碳毡/地质聚合物复合材料摩擦性能影响

以地质聚合物为基体,水玻璃和氢氧化钠为碱激发剂,碳(纤维)毡为增强材料,石墨为摩擦性能调节剂制备了碳毡/地质聚合物复合摩擦材料。使用AG-10万能试验机、摩擦试验机、扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等检测仪器对碳毡/地质聚合物复合摩擦材料的力学性能与摩擦性能进行研究。结果表明,当石墨掺量增加到9%时,复合材料抗压强度和弯曲强度分别为55.13 MPa和20.22 MPa;石墨的加入让复合摩擦材料的摩擦因数及磨损率均减小。复合摩擦材料在同一摩擦转速下摩擦因数随石墨含量的增大趋于减小。     

岩石钻粉制备注浆材料特性研究

针对煤矿井下岩石钻粉处理难和注浆加固材料使用成本高的现状,以穿层钻孔施工时产生的岩石钻粉为主要原料,配以普通硅酸盐水泥和少量添加剂,制备出具有良好性能的新型注浆加固复合材料。研究了不同龄期、不同岩石钻粉掺量对复合材料的力学强度和孔隙结构的影响,通过红外光谱（IR）和扫描电镜（SEM）对硬化过程的水化产物进行了分析。研究结果表明：复合材料的微观结构密实,水化产物与岩石钻粉结合紧密;岩石钻粉的掺入改善了复合材料的孔隙结构,使得孔隙率降低,骨架密度增大,结石率提高。     

煤矿立井井筒不同地质条件注浆防治水材料的应用

以注浆防治水材料的应用为研究对象,着眼于不同地质条件下,煤矿立井井筒作业的开展,就其对于不同地质条件注浆防治水材料的应用展开了分析研究,结果表明选取综合性能最佳的注浆防治水材料够达到防治水害的目的。     

地质聚合物多孔材料的制备及应用研究进展

地质聚合物多孔材料是一种具有三维结构的无定形多孔胶凝材料,因其优异的物理化学性能及绿色简便的制备方法被认为是未来最具发展潜力的胶凝材料之一。针对国内外地质聚合物多孔材料的最新研究,对地质聚合物多孔材料的制备方法,性能以及相关应用进行了总结,着重阐述了溶剂挥发法、直接发泡法、添加多孔填料法等传统制备方法及其特点,同时还归纳了颗粒堆积法、3D打印法、模板法等新兴的制备方法;在相关的性能和应用研究方面,主要对其抗折压的机械性能,隔热保温的热学性能、对有机无机物的吸附和催化性能、膜分离、电磁波吸收等性能做了总结,指出了其在建筑领域、环境治理领域、电磁屏蔽领域的主要应用场景。论文论述了地质聚合物多孔材料发展现状和瓶颈,指明了当前地聚物多孔材料制备研究中存在成孔方法单一,成孔机理有待深入研究;在性能和应用研究中存在实验室固废试验与实际工业试验偏差大,规模化推广应用难。本文旨在总结最新地质聚合物多孔材料相关制备方法和应用研究,进一步推动地质聚合物多孔材料发展。     

地面注浆加固异常地质构造带机理分析与实践

介绍了地面注浆加固异常地质构造带作用机理,对地面注浆加固后的现场岩芯样进行了表观分析和抗压强度试验;同时结合扫描电镜观测了岩芯样微观结构,分析了地面注浆对异常地质构造带的加固效果.分析结果表明,采取地面注浆加固地质异常构造带,不但可以降低异常体区域裂隙率,防止突水,而且可以加强巷道顶底板岩体力学性质,增强围岩的自承载能力.     

淮北矿区煤矸石多环芳烃污染特征及毒性评价

煤矸石的不合理处置会给生态系统带来巨大的压力和威胁,为了解决煤矸石再利用困难和利用率低的问题,提出利用煤矸石生产地质聚合物的高附加值策略。以未煅烧的煤矸石为原材料,采用单因素实验设计法,研究了高炉矿渣掺入量、水玻璃模数、碱激发剂添加量、液固比和初始24 h养护温度等因素对地质聚合物基体抗压强度的影响。结果表明,初始24 h养护温度、碱激发剂添加量和水玻璃模数对煤矸石-高炉矿渣基复合地质聚合物的性能有显著影响。通过X射线衍射分析和扫描电镜分析发现,在碱激发剂的作用下,未煅烧的煤矸石结构被破坏,与高炉矿渣协同生成水化铝硅酸钠(N-A-S-H)、水化铝硅酸钙(C-A-S-H)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶,从而形成了致密的微观结构。这为煤矸石的大规模资源化利用提供了合理的依据。

     

西峪煤矿井下玻璃纤维增强注浆材料的强度性能研究

为了提升矿用堵水注浆材料的力学性能,提出采用废弃玻璃纤维进行材料改性。通过开展单轴压缩试验探究了注浆体强度受纤维长度、掺量和养护时间的影响规律,结合损伤分析和微观图像对废弃玻璃纤维的增强机理进行探讨。结果表明：掺入玻璃纤维使注浆体的抗压强度和延性显著提高;抗压强度的增长速度随养护时间增加而下降,3d内增长速率较快,3d后趋于稳定;玻璃纤维长度对强度影响显著,短切纤维对强度增长贡献值最高;随着纤维掺量增加,强度指标呈先增后减的变化规律,当纤维掺量为0.3%～0.4%时达到最大;纤维在水泥胶砂中的桥接效应可抑制压缩裂缝的扩展,对试件破坏起到缓冲作用;当玻璃纤维的长度过大或掺量过高时会增加局部区域的孔隙率,使矿用堵水注浆体的变形和强度性能发生弱化。     

粉煤灰水泥注浆材料的微观结构研究

利用环境扫描电镜ESEM、XRD衍射与MIP孔结构分析技术,对粉煤灰水泥注浆材料的微观结构形成趋势及特征进行了分析。结果表明:粉煤灰-水泥注浆材料体系的早期结构形成主要是水泥水化的结果;随水固比的降低,粉煤灰水泥注浆材料体系中CH的生成量呈增加的趋势;随着水固比的降低,注浆材料中的孔呈现出大孔减少、小孔增加且最可几孔径降低等孔结构细化的趋势。     

煤矸石基地质聚合物的制备与性能优化研究

煤矸石的不合理处置会给生态系统带来巨大的压力和威胁，为了解决煤矸石再利用困难和利用率低的问题，提出利用煤矸石生产地质聚合物的高附加值策略。以未煅烧的煤矸石为原材料，采用单因素实验设计法，研究了高炉矿渣掺入量、水玻璃模数、碱激发剂添加量、液固比和初始24 h养护温度等因素对地质聚合物基体抗压强度的影响。结果表明，初始24 h养护温度、碱激发剂添加量和水玻璃模数对煤矸石-高炉矿渣基复合地质聚合物的性能有显著影响。通过X射线衍射分析和扫描电镜分析发现，在碱激发剂的作用下，未煅烧的煤矸石结构被破坏，与高炉矿渣协同生成水化铝硅酸钠(N-A-S-H)、水化铝硅酸钙(C-A-S-H)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶，从而形成了致密的微观结构。这为煤矸石的大规模资源化利用提供了合理的依据。     

改性高水材料充填支柱尺寸效应及破坏特征分析

为研究改性高水材料充填支柱尺寸对承载性能的影响,在高水材料充填支柱试样中添加0.2%聚丙烯纤维进行改性,通过对比改性试样及未改性试样的单轴压缩试验结果、破坏过程及形貌,分析其尺寸效应和破坏特征,最后通过扫描电镜(SEM)对试验结果进行进一步讨论。结果表明：改性后高水材料充填支柱尺寸效应特征不变,随高径比增大,峰值强度及峰值应变逐渐降低,弹性模量逐渐增大;改性后试样的承载性能提高,峰值强度提高10.78%,峰值应变增大28.62%;试样破坏类型不受高径比和纤维的影响,均为“X”—劈裂型剪切组合破坏;由于纤维的阻裂效果,改性后材料试样的整体受压稳定性显著提高;SEM微观形态对比可知,纤维阻止原有裂隙发育的同时延缓新裂隙的产生,使材料具有更稳定钙矾石骨架结构,间接增大了材料强度并表现出较高的残余强度。