石膏-熟料质量比对矿渣充填胶凝材料性能的影响及应用

为研究碱-盐复合激发大掺量矿渣充填胶凝材料的力学特性,设计不同石膏与熟料质量比的充填胶结体强度实验。利用XRD,SEM和TG-DSC等手段,研究净浆试样水化产物种类、微观形貌及质量损失率;基于室内实验研究成果,开展新型充填胶凝材料工业化应用研究。研究结果表明:当复合激发剂掺量为15%、石膏和熟料质量比为1:4,充填体3 d抗压强度最大为1.05 MPa;当复合激发剂掺量为20%、石膏和熟料质量比为3:2,充填体28 d抗压强度最大为8.61 MPa。石膏促使浆体中钙矾石(缩写为AFt)的生成,但掺量过大则影响早期胶凝物质的生成量,后期浆体中水化硅酸钙凝胶(缩写为C-S-H)的钙硅比由1.804降低到1.559,可保证结石体后期钙矾石的持续生成;3 d龄期净浆试样质量损失率从大到小依次为T7,T9和T6,28 d龄期净浆试样质量损失率依次为T9,T7和T6;综合可见,针对大掺量矿渣充填胶凝材料,合理的石膏掺量有助于提高充填体早期强度;但当石膏掺量较大或熟料掺量少时,胶结体早期强度低但有利于后期强度的提高。当熟料质量分数为12%,石膏为3%,矿渣为85%时,充填体3 d抗压强度为2.7 MPa,7 d抗压强度为5.1 MPa,28 d抗压强度达到10.6 MPa,满足金川矿山对充填体强度的要求。     

赤泥基似膏体充填材料水化特性研究

以赤泥、煤矸石等工业固废为主要原料制备赤泥基似膏体充填材料,采用X射线衍射分析、傅氏转换红外线光谱分析、热重--示差扫描量热分析和扫描电子显微镜--能谱分析等测试手段研究赤泥基似膏体充填材料的水化特性.结果表明,本试验条件下,赤泥基似膏体充填材料的最优配比为编号E03试验,即胶结料:赤泥:煤矸石:添加剂质量比为1:16:5:11,固相的质量分数为70%,28 d单轴抗压强度为5.49 MPa.赤泥基似膏体充填材料不同龄期的水化产物主要为斜方钙沸石(CaAl2 Si2O8·4H2O)和钙矾石(AFt),随着水化反应的进行,水化产物的数量明显增多,且钙矾石由水化初期的针状逐渐转变为棒状,有助于充填体强度的发展.     

粉煤灰对矿用充填胶固粉性能的影响

为研究粉煤灰对矿用充填胶固粉水化进程的影响,实验研究了不同量粉煤灰掺入矿用充填胶固粉的抗压强度、凝结时间、化学结合水量、浆体的微观结构和水化产物等参数。结果表明:在凝结时间方面,随着粉煤灰掺量增加凝结时间变长;同一龄期条件下30%粉煤灰掺量组的抗压强度与其他掺量组相比最大;化学结合水方面,化学结合水的量最多,能够生成更多的水化产物;SEM测试表明,添加30%的粉煤灰矿用充填胶固粉的微观形貌更加密实,对胶凝材料性能促进效果最好。     

超细全尾砂新型胶结充填料水化机理与性能

针对全尾砂含泥质量分数较高、粒度低的特点,根据充填体作用机理,实验制备出以水淬渣为主要胶凝组分的全尾砂胶结充填材料.利用X线(XRD)和扫描电镜(SEM)对该充填材料的水化产物和微观结构进行研究.研究结果表明:该新型充填料克服水泥全尾砂充填体强度低、充填砂浆黏度大以及成本高等技术难题,抗压强度R28=5.30 MPa是水泥胶结材料的4.7倍,满足矿山充填要求.所配制的充填料有良好的流动性,可以实现浆体自流输送.新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶.大量钙矾石在水化初期形成,是原材料具有较高早期强度的主要因素;钙矶石微观形貌特征为网状或针棒状结构,随着养护时间的增加,水化产物不断发育长大,孔隙逐渐被填充,浆体结构更加致密,具有良好的力学特性.     

硫酸钠掺量对中性钠盐粉煤灰水泥水化程度和抗压强度的影响机理

通过测试不同硫酸钠掺量(0,2%,4%和6%)在不同龄期(3,7,28和56d)下中性钠盐粉煤灰水泥(NSFC)的抗压强度,研究标准养护下硫酸钠掺量对NSFC抗压强度的影响.通过XRD、SEM、孔结构和NMR等试验分析NSFC水化产物的种类和形貌、孔结构分布、净浆孔溶液pH值以及NSFC中普通硅酸盐水泥和粉煤灰的反应程度,揭示硫酸钠掺量对其水化程度和抗压强度的影响机理.研究表明,当硫酸钠掺量小于4%时,NSFC的碱性随硫酸钠掺量的增大而增强,粉煤灰在强碱环境中水化反应加速,C-S-H、钙矾石等生成量增加,有害孔和多害孔减少,微观结构变得密实,胶空比增大,抗压强度增大;当硫酸钠掺量增加到6%时,过量的钙矾石胀裂孔隙,有害孔和多害孔反而增加,胶空比减小,抗压强度减小.     

粉煤灰基胶结充填材料试验研究

针对目前性能优良的矿用胶结充填材料价格较高的问题,通过试验室正交实验的方法得到粉煤灰未经活化的最佳组分配比,而后通过对比实验找到1种粉煤灰活化剂,这种活化剂与粉煤灰、水搅拌陈放4~8 h后,能有效激发组分配方中粉煤灰的早期活性,活化后粉煤灰掺入组分配比后得到水灰比接近1∶1,粉煤灰占充填材料固体质量80%以上,8 h抗压强度大于0.8 MPa,1 d抗压强度大于3 MPa,3 d抗压强度大于4 MPa,初凝时间在90~120 min之间的材料配方。结果表明:材料8 h即形成大量针状钙矾石,3 d时产生C-H-S(水化硅酸钙)凝胶,7 d后钙矾石已被胶凝包裹。最后,按配方比例在桃山矿井下采空区进行充填工业试验,该材料虽掺入大量粉煤灰但仍能适应井下环境,具有快凝、早强、接顶率高等特点。     

膏体充填材料配比试验与水化反应机理研究

针对目前我国建筑物下、铁路下、水体下压煤现状,结合煤矿固体废弃物煤矸石和电厂粉煤灰造成的环境污染情况,从淄博矿业集团岱庄煤矿的生产实际出发,对膏体充填材料进行了优化配比试验及水化反应机理研究。结果表明:配比P10可作为最优配比试验结果,即胶结料:粉煤灰:煤矸石为1∶4∶6,质量浓度为74%;膏体材料不同龄期的XRD衍射图谱表明水化产物主要是CH(氢氧化钙)、AFt(钙矾石)和C-S-H(硅酸钙)凝胶,不同龄期水化产物中各物质相对含量不一样;扫面电镜表明膏体材料水化8h已经生成了一定量的钙矾石,1d可见片状物质的C-S-H凝胶,水化7d后局部生成大块的棱柱状凝胶。     

粉煤灰对铁铝酸盐水泥水化过程的影响

通过测试流动度、凝结时间、水化热、电阻率、抗压强度、pH值以及水化产物等研究了不同掺量粉煤灰对铁铝酸盐水泥水化过程的影响。结果表明,掺入粉煤灰提高了水泥浆体的流动度,并缩短了凝结时间。铁铝酸盐水泥的早期水化速率较快,表现为早期水化放热较快,电阻率快速增长。掺入粉煤灰使得试件抗压强度降低,掺入30%粉煤灰的试件在3、28 d时的抗压强度较空白组相应值分别下降了40.4%、50.7%。在90 d龄期内,孔溶液的pH值呈现出先升高后降低的趋势,空白组试件的pH值在水化3 h时为11.09,在水化48 h时升至11.59,而后逐渐降低,在水化90 d时降至10.87。掺入粉煤灰可提高孔溶液的pH值。铁铝酸盐水泥的主要水化产物为钙矾石,而粉煤灰由于水化环境碱度不足未能发挥火山灰效应。     

石膏种类对富水充填材料凝结硬化性能与机理的影响

针对富水充填材料的凝结性能受石膏种类影响的问题,采用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等微观实验,分析富水充填材料硬化体的组成,探讨二水石膏和半水石膏对富水充填材料性能影响的机理. 结果表明:以硫铝酸盐水泥-石膏-石灰为主的富水充填材料体系中,为保证正常的凝结硬化,石膏应为二水石膏;如以半水石膏为原材料,在7d龄期时仍不具有强度;二水石膏充足时生成的钙矾石晶体呈细针状,二水石膏不足时生成的钙矾石晶体为六棱短柱状;富水充填材料的强度主要来源于硫铝酸盐水泥-石膏-石灰反应生成的钙矾石,而不是水泥自身水化的水化硫铝酸钙、铝胶和氢氧化钙.     

石膏对硫铝酸盐水泥水化特性的影响

研究了无水石膏及脱硫石膏对硫铝酸盐水泥抗压强度、干燥收缩率、早期水化放热及浆体组成的影响.结果表明:石膏能加速硫铝酸盐水泥的早期水化,低掺量(≤20%,质量分数)时1 d抗压强度提高,干燥收缩有所降低;随石膏掺量增加,3 d和28 d抗压强度先增后减;掺量过高时硬化浆体的后期强度甚至会倒缩;抗压强度与钙矾石生成量并无直接关联,与铝胶量成正相关.脱硫石膏可替代无水石膏配制出更优良的硫铝酸盐水泥,具有广阔前景.     

石膏对铝酸盐水泥基混合体系早期水化的影响

采用量热仪、X射线衍射仪、环境扫描电子显微镜、压汞仪分析了无水石膏及α-半水石膏对铝酸盐水泥为主的铝酸盐-硅酸盐混合水泥体系早期水化放热、浆体微结构演变等水化进程的影响.结果表明:无论何种石膏掺入后,三元体系的早期水化均有所加速,且集中于钙矾石的生成及其向单硫型水化硫铝酸钙的转变——水化30min内,浆体中均生成了一定量长度为1μm左右的短粗钙矾石晶体,并伴随首个水化放热峰的产生;而随后的8h内,另产生两个水化放热峰:掺无水石膏时,第2个水化放热峰源自无水铝酸钙和无水石膏的溶解以及少量钙矾石晶体的生成,第3个水化放热峰源自钙矾石的增长及其向单硫型水化硫铝酸钙的转变;而掺α-半水石膏时,这两个水化放热峰均与钙矾石的生成及增长有关.相比而言,α-半水石膏因溶解速度较快,与无水铝酸钙等的溶解速度相匹配,所以水化早期生成更多的钙矾石晶体,所得硬化浆体的孔隙率更低.     

三乙醇胺与硫酸钠复合对粉煤灰-水泥体系性能与结构的影响

探讨三乙醇胺与硫酸钠复合对粉煤灰-水泥体系的抗压强度、凝结时间等性能与结构的影响.结果表明:将适量的硫酸钠与三乙醇胺复合掺入可以不同程度地提高粉煤灰-水泥早期与后期的抗压强度、缩短凝结时间,其水化产物中C-S-H凝胶与钙矾石晶体含量较多;粉煤灰-水泥早期与后期的抗压强度随着粉磨时间的增加均有所增加但增幅下降,其凝结时间随着粉磨时间的增加有所缩短;复合掺入后早期与后期的抗压强度均高于单掺,而其凝结时间短于单掺;当复合掺入量为三乙醇胺0.03%、硫酸钠2%、粉磨时间为15min时,粉煤灰-水泥早期与后期的抗压强度均为最高.     

磨细钡渣对普通硅酸盐水泥水化历程的影响

测定不同磨细钡渣掺量下水泥-钡渣体系的抗折强度、抗压强度和水化热,结合X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)技术,分析磨细钡渣掺量对普通硅酸盐水泥水化历程的影响规律,探讨磨细钡渣资源化利用的技术方案。结果表明:随钡渣掺量的增加,水泥-钡渣浆体强度逐渐下降水化放热推迟,水化温峰消弱;由于稀释作用,钡渣抑制普通硅酸盐水泥1 d水化产物中钙矾石(AFt)和氢氧化钙(CH)的形成;钡渣中引入的大量可溶性SO2-4,使7 d水化产物中出AFt及石膏增加,当掺量质量分数达50%时,出现大量结晶较好的石膏晶体;磨细钡渣不具备较好的一次水化活性,可作为混合材应用于水泥工业。     

不同养护温度下硫铝酸盐水泥的水化特性

研究了无水石膏掺量不同的硫铝酸盐水泥在5℃、20℃和40℃下的凝结时间、强度发展、干燥收缩率及水化产物等.结果表明:无水石膏虽能促进水化产物钙矾石的生成,但对硫铝酸盐水泥熟料水化的影响效果直接取决于养护温度——5℃下,无水石膏会显著延缓早期水化,使凝结时间大幅延长,早期强度显著降低;而20℃和40℃下作用效果相反,因为石膏的掺入能有效抑制高温下钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙的转变,所以40℃下掺加石膏所得硫铝酸盐水泥砂浆的抗压强度较不掺时有不同程度的提升.     

基于再生微粉的复合胶凝体系水化特性研究

为了解基于再生微粉的复合胶凝材料的水化硬化机理，本文将再生微粉和粉煤灰单掺或与硅灰复掺以50%、60%、70%的取代率取代水泥制备水泥净浆试件，研究其抗压强度、水化放热速率、放热量及水化产物的变化规律。结果表明：随着取代率增加，胶凝材料抗压强度降低，取代率为50%时，胶凝材料力学性能最佳，其中复掺再生微粉和硅灰龄期为7d时，其抗压强度达到了29.1MPa;复掺再生微粉和硅灰的早期放热速率与复掺粉煤灰和硅灰基本一致，但加速了二次放热且放热量均低于纯水泥组；通过XRD试验可以发现，随着取代率增大，复掺再生微粉和硅灰的Ca(OH)₂衍射峰逐渐减弱，表明其促进了二次水化，也证明了再生微粉具有火山灰活性，且再生微粉的火山灰活性大于粉煤灰。该结果可为研发生态建筑材料提供理论支撑。     

粉煤灰掺量与砂浆强度和水化参量的关系

对水胶比为0.15,I级粉煤灰掺量分别占胶凝材料总量（质量分数）为0,0.20,0.30,0.45和0.55的砂浆试样,经标准养护（d)7,28,90,180和365时的抗压强度、浆体非蒸发水量和CH含量,进行了系统测试,试验数据经回归分析,发现粉煤灰掺量与砂浆抗压强度、非蒸发水量和CH含量之间,分别存在很好的线性相关关系,从中,可以定量研究在不同的粉煤灰掺量和养护龄期时,粉煤灰效应对大掺量粉煤灰水泥基材料的力学性能和水化进程的影响规律。     

水性环氧树脂对铁尾矿加气混凝土力学性能及抗冻性的影响

目的研究水性环氧树脂的掺量对铁尾矿加气混凝土的吸水率、密度、抗压强度、冻融后的质量损失率和抗压强度损失率的影响.方法通过掺入不同掺量的水性环氧树脂制备铁尾矿加气混凝土试样,经冻融循环后,测试其质量损失和强度损失,重点分析水性环氧树脂掺量对加气混凝土抗冻性能的改善作用,并利用XRD和SEM等分析方法,研究不同掺量下加气混凝土试样的水化产物及结构特点.结果水性环氧树脂较为适当的掺量范围为3%~5%.当水性环氧树脂掺量大于3%时,制备试样的吸水率较为明显的降低;制备试样的密度有较大幅度的升高.当水性环氧树脂掺量为3%时,制备试样15次冻融循环后的质量损失率和抗压强度损失率开始较为明显的降低;当水性环氧树脂掺量大于3%时,试样的质量损失率和抗压强度损失率的降幅逐渐减小.结论当水性环氧树脂掺量为3%时,对加气混凝土的抗冻性开始起作用,15次冻融后试样的质量损失率和强度损失率分别为3.981%和20.019%;水化产物以托勃莫来石、C-S-H(II)和复合的交联的胶凝材料相为主.     

沿空留巷高水充填材料改性试验及工程应用

为解决原有高水材料存在韧性差、可收缩量小等问题,通过分析现场充填体破坏特征,运用"让抗"支护机理将充填体划分为充填体层和让压层,采用正交配比试验对高水材料性能缺陷进行改进,并对改性前后的材料固结体进行微观对比分析。同时采用施加不同支护的方式模拟试验得到充填体在侧向约束条件下最优支护条件。试验结果表明:改性后的高水材料充填层28 d强度达到12.18 MPa,让压接顶层膨胀率为9.60%,引入发泡剂、纤维等外部添加物剂对材料生成钙矾石等水化产物无影响,侧向约束条件下最优支护组合表面位移仅占试样宽度的3.65%。最后,将改性后的高水材料应用现场,现场试验结果表明:充填体侧表面位移仅为229 mm,顶板下沉量控制在216 mm左右,改性后的高水材料能够很好地满足沿空留巷要求。     

烧结法赤泥全尾砂胶结充填料

为了解决全尾砂、赤泥大量堆积产生的环境问题,实验采用烧结法赤泥、全尾砂等固体废弃物制备矿山充填料.结果表明:胶结剂的优化配比为赤泥49.2%+矿渣32.8%+熟料10%+石膏8%;充填料强度随着全尾砂掺量的增加而急剧下降;试块在水化初期即出现钙矾石、C-S-H凝胶,这些水化产物对早期强度的提高有很大帮助;差式扫描-热重分析表明试块在水化初期即可固结大量水.烧结法赤泥全尾砂胶结充填料具有早期强度高、固结水量大以及大量利用废料等特点,可满足目前矿山充填的需要.     

模拟月壤地聚合物的力学特性及固化机理

为减少月球建设的成本和风险,采用以模拟月壤为原料制备地聚合物的方法进行原位资源利用.对不同NaOH掺量和龄期下的模拟月壤进行无侧限抗压强度试验、X射线衍射和扫描电镜.结果 表明:不同试验条件下固化模拟月壤的应力-应变曲线均表现为应变软化的特性,呈脆性破坏特征;强度随碱掺量的增加呈先下降再上升再下降趋势;碱激发水化产物主要有水化硅铝酸盐和钙矾石,0.8％ NaOH掺量下,水化硅铝酸钠易稳定存在,3.2％ NaOH掺量下,水化硅铝酸钙和钙矾石易稳定存在.