纳米氮化硅复配三乙醇胺激活粉煤灰对煤矿封孔材料早强性能的研究

针对煤矿封孔材料在井下高温高湿环境中存在的早期强度不足、凝结时间不稳定、流动度不佳等问题,采用一部分粉煤灰替代普通硅酸盐水泥,结合纳米Si3N4复配有机早强组分三乙醇胺(TEA),借助早期抗压强度、凝结时间、流动性、XRD、电镜扫描(SEM)和热重(TG-DSC)等力学参数试验和微观结构分析,研究纳米Si3N4复配三乙醇胺对粉煤灰封孔材料的早强性能的影响和粉煤灰激发效果。结果显示,当纳米Si3N4质量比2%,粉煤灰质量比10%、三乙醇胺质量比为0.05%时,水泥样品早强性能最优,其1,3,7,28d抗压强度分别达到8.92,22.35,29.78,57.36 MPa,较空白水泥样品分别提升了32.7%、39.9%、36.7%、39.6%,且其流动性优异,凝结时间明显缩短。根据XRD、SEM和热重等微观结构分析,纳米Si3N4复合三乙醇胺能有效促进粉煤灰活性的激发,水泥的水化反应速度加快,生成更多的硅酸盐以及水化硅酸钙包裹在粉煤灰颗粒四周,各凝胶之间相互穿插,使得内部结构稳定致密,水泥材料的早期性能和耐久性得到了提高。     

新型爆破封孔材料的制备与应用

针对目前煤矿井下爆破封孔材料凝结时间长,流动性差、早期强度低等不足,基于普通硅酸盐水泥与常用外加剂进行复配,通过全面试验的方法筛选和分析最优组分,并进行力学性能测试和现场试验。结果表明,当NaAlO_2为2.5%,CaCl_2为1.5%,TEA为0.03%,减水剂为0.5%时,水泥复合材料初凝时间为33 min,终凝时间为62 min,2 h静态抗压强度达到0.81 MPa,动态抗压强度达3.12 MPa;同时复合水泥封孔材料具有更好的封孔质量和爆破封孔适应性,将封孔材料凝结时间由普通水泥浆液的10 h缩短至2 h,且爆破后瓦斯抽采纯量相比普通水泥封孔提高了8.6%,提高了爆破作业进度和生产效率。     

复合早强剂对大掺量粉煤灰水泥性能的影响

针对粉煤灰等量替代在水泥基矿用封孔材料中导致水泥基材料早期强度不足、凝结时间长等问题,选取氟铝酸钙、氢氧化钙、三乙醇胺3种早强剂进行掺配得到大掺量粉煤灰掺合水泥,从早期强度、流动性、凝结时间等方面研究早强剂对OPC-FA早期性能的影响和激发粉煤灰活性效果。结果表明:当C_(11)·A_7·CaF_2质量比为2%、Ca(OH)_2质量比为0.5%、TEA质量比为0.02%时,样品的早强性能提升最高,相较于基准组1,3,7,14,28 d抗压强度分别提高121.3%、81.7%、52.3%、35.6%、25.5%。根据XRD、SEM、TG-DTG分析得C_(11)·A_7·CaF_2、CH、TEA 3种早强剂复配的协同作用有效地激发了粉煤灰活性,加快了浆体水化反应,使得C—S—H胶体、钙矾石的生成量上涨形成稳定的胶凝物质聚集,使OPC-FA封孔材料水化结构更加稳定,孔隙更为缩小,早期强度提升更大。     

封孔注浆材料的试验研究

通过实验室对普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复配的注浆水泥的性能研究,介绍了主要外加剂和水灰比对注浆水泥性能的影响,探讨了注浆水泥的凝结时间、流动性、膨胀性、强度等之间的关系,制备出了即具有早强、高强特性,又具有可操作、微膨胀、凝结时间可调的注浆水泥。     

FZ-H800巷道注浆堵水加固水泥基外加剂试验研究

针对目前注浆材料常出现回弹率大、早期强度不够、抗渗抗裂性能不佳等问题,研制了FZ-H800注浆专用水泥基外加剂。对该外加剂不同掺量的浆液进行试验,通过"BGF-7型指针式压浆剂凝结时间测定仪"、无侧限抗压仪、抗渗性测试和自主研发的膨胀率测试装置分别测出配方浆液的凝结时间、抗压强度、抗渗性和膨胀率。通过分析可知,最佳外加剂掺量为10%,常温下10%外加剂掺量的配方浆液初凝时间184 s、终凝时间339 s,凝结时间快;7 d可达45 MPa,28 d强度可接近或达到70 MPa;抗渗等级可达P8以上;膨胀率可达到0.31。FZ-H800注浆专用水泥基外加剂具有凝结快、早强、抗渗性高、微膨胀等特点。     

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。     

聚合物水泥混凝土的试验研究

本试验结果表明:5%,10%,15%聚灰比的聚合物水泥混凝土其28 d抗压强度值分别是空白对比试样的1.04,1.06,1.12倍;抗折强度值分别是空白对比试样的1.02,1.04,1.10倍。抗压强度与抗折强度比为9.14,9.13,9.10。因此得出:普通硅酸盐水泥混凝土中掺入聚丙烯酸酯可以提高聚合物水泥混凝土的抗压强度和抗折强度,改善聚合物水泥混凝土的性能,具有很好的发展及应用前景。     

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。     

SO_3的不同掺量对水泥早期强度(R_3天)的影响

实践证明石膏在水泥中除起调节凝结时间作用外,还可以改善水泥的一些性能,其中最显著的是能提高抗压强度,尤其是早期强度,基于以上原因,做了7组试验,以期找到SO3的不同掺量对水泥早期强度(R3天)的影响。     

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。     

新型水泥基封孔灌浆料的研制

介绍了一种新型水泥基封孔灌浆料的制备与性能试验,通过普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复配,优化水泥浆体的矿物组分,配制出既具有早强、高强特性,又具有可灌性好、微膨胀、凝结时间可调的灌浆材料。     

高水材料在煤层注水封孔技术中的应用研究

为了克服传统封孔方法封孔难的问题,研发了高水材料封孔技术,为"三软"煤层实施煤层注水防尘提供了一种很好的封孔方法.高水材料是一种流动性强、凝结速度快、抗压强度大、结晶微膨胀的早强固化材料,采用灌入式可直接实现封孔.该技术在邢台矿务局显德旺矿1723工作面进行试验,取得了良好效果,达到了封孔工艺简单、封孔深度大、密封性能好、成本低的目的.     

不同膨胀剂对复合水泥封孔材料性能的影响

为了研究不同膨胀剂对复合水泥封孔材料性能的影响,通过实验对比分析了不同比例钠基膨润土、铝粉掺入量对试样极限抗压强度、膨胀率、渗透率的影响。结果表明:钠基膨润土比例的增加显著降低了试样的极限抗压强度,铝粉比例的增加对试样强度影响不明显;随着不同膨胀剂比例的增加,试样的膨胀率均提升3倍以上;试样渗透率与进出口气体平均压力的倒数之间存在良好的线性关系,随着膨胀剂比例的增加,材料的渗透率均呈现先减小后增大的规律。     

新型封孔技术在煤层瓦斯压力测定中的应用

通过对传统封孔方法存在问题的分析,总结了现存封孔方法的缺点,经过研究提出了膨胀水泥新材料封孔的方法。膨胀水泥新材料具有流动性强、膨胀性好、凝结速度快、抗压强度大、早强固化等特点。对其进行了分析研究及效果分析,在现场测压中取得了成功。     

热处理凹凸棒土对磷酸镁水泥性能的影响

为探究热处理凹凸棒土对磷酸镁水泥工作性能和力学性能的影响规律和机制，开展了水泥强度试验及凝结性能试验，并对水泥微观结构进行表征，分析了不同温度热处理后的凹凸棒土对磷酸镁水泥的凝结时间、流动度、抗压强度、抗折强度和微观结构形貌的影响。结果表明，随着热处理温度的升高，凹凸棒土改性磷酸镁水泥的凝结时间逐渐延长，流动度增大，不同龄期的抗压和抗折强度均有提升。在4组热处理温度下，700℃热处理的凹凸棒土比表面积最低，更有利于磷酸镁体系早期工作性能和水化反应速率提升。同时，700℃热处理凹凸棒土含有更多活性SiO₂和Al₂O₃，生成的硅酸镁和磷酸铝盐能够增强六水磷酸镁钾晶体的层间黏结作用，从而提高混合料的宏观强度。     

高效低碱液态水泥速凝剂的性能及促凝机理研究

介绍了以硫酸铝为主要成分的速凝剂,通过对其组分的种类、数量的添加和优化来缩短水泥凝结时间,改善强度性能的试验研究情况;阐述了该速凝剂的促凝机理。试验结果表明：该速凝剂掺量为4％时,可使得P·O42．5水泥初凝时间缩短至小于2min,终凝时间缩短至小于5min;1d抗压强度达到15．5MPa,是空白试样的136％,28d抗压强度保留率达到105％。水泥水化样品的扫描电镜观察（SEM）显示,该速凝剂是通过促进钙矾石的快速大量生成而达到速凝效果的。     

无碱液体速凝剂对掺不同石膏的水泥性能影响

研究无碱液体速凝剂对不同石膏种类及掺量水泥性能的影响。凝结时间、抗压强度试验结果表明,随着水泥中石膏含量增加,水泥净浆凝结时间减少,砂浆1 d抗压强度略有增加;相同掺量下,掺二水石膏的水泥净浆凝结时间最短,掺半水石膏凝结时间最长,掺无水石膏的水泥胶砂1 d抗压强度最高,掺半水石膏抗压强度最低。水化温度、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)表明,不同水泥掺无碱液体速凝剂水化过程温升、水化生成钙矾石和氢氧化钙数量,以及水化程度不同,导致水泥浆体力学性能不同,是导致无碱液体速凝剂与不同水泥适应性的原因之一。     

掺高镁镍渣的硅酸盐水泥力学性能和微观结构研究

为探究高镁镍渣掺量对水泥浆体凝结时间及硬化体力学性能、微观结构的影响,研究了不同配合比条件下高镁镍渣/水泥浆体凝结时间及力学性能,通过XRD、SEM分析了高镁镍渣掺量对硬化体的物相组成 、微观形貌的影响,利用比表面积分析仪分析了高镁镍渣掺量与硬化体孔结构发展的关系。结果表明：①高镁镍渣的掺入,延缓了浆体的凝结时间;在30%高镁镍渣的掺入情况下,高镁镍渣/水泥硬化体的初凝和终凝 时间分别为103 min、314 min,相比未添加高镁镍渣时分别延长了66.13%、69.73%。②随着高镁镍渣的掺入,各龄期硬化体抗压强度先增大后减小;当高镁镍渣掺量为20%时,硬化体7 d、28 d抗压强度分别为39.4 MPa、52.8 MPa,比空白组分别高出17.61%、16.82%。随着高镁镍渣的掺入,各龄期硬化体抗折强度先增大后减小;当高镁镍渣掺量为20%时,硬化体7 d、28 d抗折强度分别达到6.5 MPa、8.2 MPa,与空白组相比,分 别提高了16.07%、7.89%。③X射线衍射分析表明,高镁镍渣的掺入促进了二次水化的发生;扫描电子显微照片反映了高镁镍渣对硬化体微观结构密实化的优化作用;孔结构分析证明了高镁镍渣微颗粒的填充作用,细 化了孔隙。研究结果可为高镁镍渣在水泥中的应用提供技术支撑。     

煤矸石作井下充填材料的研究

介绍了用硫铝酸盐-铝酸盐水泥体系制备高水充填材料的方法,进行了单浆凝结时间、胶凝时间和抗压强度测试。结果表明,用铝酸盐水泥熟料替代5%～30%的硫铝酸盐水泥熟料来制备高水充填材料,能大幅度提高材料后期强度,28d抗压强度最大可提高44.9%,而对材料胶凝时间及早期强度影响不大。用自燃后的煤矸石（红矸）作骨料,采用不同的水灰比、灰砂比,可制备出28d抗压强度达6.7MPa的充填体。     

钼尾矿粉对水泥基材料强度和微观结构影响研究

为减少钼尾矿堆积造成的土地占用、污染环境问题,提高其在建筑领域资源化利用的效率,制备了钼尾矿粉-水泥胶砂试样,从掺量、细度、养护时间、活性贡献率等方面分析了钼尾矿粉对水泥基材料抗压强度的影响,利用XRD和SEM分析了水泥基材料水化产物和微观结构。结果表明:标准养护下,钼尾矿粉掺量与强度呈线性递减关系,掺量不宜超过20%,此时90 d水化活性贡献率4.633%,掺量增加导致硬化浆体中存在大量孔隙,对强度增长不利;钼尾矿粉细度减小,能够提高试样抗压强度和早期活性贡献率,但对后期强度增长不利,适宜粉磨时间为20 min;水泥基材料前期强度增长速度较快,14 d抗压强度发展系数超过80%,后期强度增长逐渐趋于稳定;掺钼尾矿水泥基材料水化产物主要为Ca(OH)2、水化硅酸钙、钙矾石及未反应的尾矿颗粒。