低温环境下湿喷混凝土强度配比优化研究

湿喷射混凝土由于其良好的特性被广泛应用于地下巷道支护。针对高原地区某铜矿巷道低温环境下湿喷混凝土存在的强度问题,以灰砂比,硅灰掺量,温度,钢纤维掺量为变量,设计4因素3水平的正交试验,并以28 d的单轴抗压强度为考察指标,研究各个因素对于湿喷混凝土强度的影响。结果表明:灰砂比和硅灰掺量对湿喷混凝土的强度影响最大,其次是温度和硅灰掺量。通过试验得到适合该矿的湿喷混凝土的最佳配合比为:水泥用量450 kg/m3,纤维用量50 kg/m3,灰砂比0.22,硅灰掺量15%,最佳温度0℃。研究结果可为高寒地区低温环境湿喷混凝土技术的推广应用提供一定的指导。     

低水泥高掺量钢渣碱激发混凝土的试验研究

通过改变钢渣粉、矿渣粉等矿物掺合料的比例,研究碱激发大掺量钢渣混凝土的力学性能,并采用X射线衍射和扫描电镜等测试手段对其微结构进行分析。结果表明,激发剂与减水剂、胶凝体系、粗细骨料之间在合理加料、搅拌顺序下,和易性满足要求同时可以制备出钢渣掺量达60%、矿渣掺量为15%、硅灰掺量为5%、水泥掺量仅为20%、强度等级可达C30的混凝土;微观分析表明,优化后的混凝土胶凝体系28 d水化产物结构致密,且孔隙较少,后期强度发展较好。     

湿喷混凝土可泵性、强度和回弹率的关键影响因素

为了更好地推广湿喷混凝土在矿山的应用,以提高湿喷混凝土的支护效果,基于大量室内实验及多年现场经验,对影响湿喷混凝土可泵性及强度、回弹率的关键因素开展了深入研究。详细阐述了水泥掺量、砂石原材料强度及粒级组成、微硅粉掺量、纤维类型及其掺量、速凝剂和减水剂类型及掺量,以及水灰比等因素对湿喷混凝土可泵性及强度的影响;分析了料浆水灰比、速凝剂掺量、喷枪与受喷面距离、喷枪与受喷面夹角等因素与湿喷混凝土回弹率的内在关系;根据板庙子金矿现场实践,回弹率一般为10%,湿喷混凝土28 d单轴抗压强度为362 MPa,抗弯拉强度为3.2 MPa,与干喷混凝土进行对比,各项技术经济指标明显占优,可见湿喷混凝土是喷射混凝土未来的发展趋势。     

煤矸石掺合料的制备及对高强混凝土性能影响

通过研究未燃煤矸石的煅烧温度、恒温时间以及细度对煤矸石-水泥胶砂强度的影响,制备煅烧煤矸石矿物掺合料,并检验胶砂流动度。在此基础上,研究热活化煤矸石掺合料(包括煅烧和自燃煤矸石两种)与其他掺合料复掺的品种、比例以及减水剂掺量对高强混凝土工作性和强度的影响。结果表明:热活化煤矸石粉与硅灰复掺,在高效减水剂共同作用下,配制预拌高强混凝土可行。热活化煤矸石与硅灰复掺,混凝土7 d、28 d抗压强度都明显高于粉煤灰和硅灰复掺。其中掺合料复掺品种及掺量对高强混凝土7 d抗压强度影响非常显著,随着热活化煤矸石粉掺量的递增,混凝土强度明显递增。复掺品种对混凝土28 d劈拉强度影响显著。热活化煤矸石与硅灰复掺对新拌混凝土坍落度的改善不及粉煤灰与硅灰复掺,但能满足预拌混凝土大流动性的施工要求。     

活性炭储能混凝土力学性能试验与分析

以活性炭为基体吸附癸酸-正辛酸制备相变储能骨料,研究了不同掺量的活性炭骨料、其储能骨料及粉煤灰对混凝土抗压和抗拉性能的影响,以及不同掺量的硅粉对活性炭储能骨料与粉煤灰双掺混凝土的抗压和抗拉性能影响。试验结果表明:活性炭骨料和粉煤灰的掺入会降低混凝土强度。当单掺活性炭骨料在5%～10%,混凝土的抗压和抗拉强度损失率不超过10%;当单掺粉煤灰在10%～15%,混凝土的抗压和抗拉强度损失率不超过10%;当双掺5%活性炭骨料与10%粉煤灰混凝土抗压和抗拉强度损失率不超过10%;当活性炭储能混凝土中掺入10%的硅粉时,混凝土抗压和抗拉强度分别提高16%和10%。     

复掺矿物掺合料混凝土碳化试验研究

对复掺矿物掺合料混凝土快速碳化进行了试验研究,考察了水胶比、矿物掺合料掺量、掺合料种类及掺合料之间的比例等因素对混凝土碳化深度的影响,分析了矿物掺合料复掺时对混凝土碳化性能的影响.结果表明:水胶比越大,混凝土碳化深度越大;混凝土碳化深度随着矿物掺合料掺量的增加而增大;单掺粉煤灰、矿渣对混凝土抗碳化性能是没有明显改善;当粉煤灰、矿渣复合使用时,混凝土的抗碳化性能随着粉煤灰掺量的增加、矿渣掺量的减少而降低;当粉煤灰与硅灰复合使用时,混凝土的碳化深度随硅灰掺量的减少、粉煤灰掺量的增加而降低.     

湿喷混凝土配合比优化试验

针对锦丰金矿破碎、易风化的围岩条件及钢网支护存在的问题,进行了湿喷混凝土配合比优化现场试验,研究了关键物料掺量对湿喷混凝土单轴抗压强度的影响规律。结果表明:增加水泥掺量,可以显著提高湿喷混凝土单轴抗压强度,且水泥掺量达430 kg/m3时,湿喷混凝土强度足以保证围岩稳定;塑料纤维的掺量由1 kg/m3提高到3,5 kg/m3时,湿喷混凝土单轴抗压强度先提高后降低;在保持湿喷混凝土料浆可泵送性不变的前提下,增加减水剂的掺量,可以显著提高湿喷混凝土的单轴抗压强度;当液体速凝剂掺量增加时,混凝土7,28 d单轴抗压强度均会降低。最后,提出了抗压经济强度指数的概念,以此为依据优化了湿喷混凝土配合比,应用于现场施工并获得良好支护效果,为国内矿山喷射混凝土支护提供了借鉴。     

贵州锦丰金矿胶固粉—分级尾砂充填技术研究与应用

针对贵州锦丰金矿超细尾砂充填体强度低及充填成本高等问题,开展了旋流器底流产率为 65%时的分级尾砂粒级组成分析、不同料浆浓度及不同胶凝剂掺量下的充填体力学特性研究,并根据充填倍线的不同对胶固粉 掺量进行配合比优选。 结果表明:胶固粉化学物质含量达到一般固废要求,可以用于井下充填;尾砂矿物组成主要为 石英,有利于提高充填体强度;同等强度和流动性要求下,胶固粉掺量仅为水泥掺量的 1 / 2;胶固粉掺量为 5. 5%时,充填体养护 7 d 的试件强度达到 0. 36 MPa,满足设计要求;添加胶固粉的充填体养护龄期超过 28 d 后强度逐渐降低,因此不宜将胶固粉用于打底充填。根据当地水泥和胶固粉单价进行技术经济指标对比,采用胶固粉代替水泥充填可节约大量充填成本,可为类似矿山充填提供有效参考。     

石灰石粉对胶结膏体充填材料性能的影响

为满足矿山对质优价廉、不同粒度分级尾砂胶结充填材料的需求,以粗、细两种分级尾砂胶结充填材料为对象,研究了外掺粗、细、超细石灰石粉对胶结充填材料性能的影响。结果表明：固体质量浓度为65%的细粒尾砂胶结充填料和固体质量浓度为75%的粗粒尾砂胶结充填料外掺15%的超细石灰石粉,均可制成胶结膏体充填材料,其充填料的坍落度均超过200 mm、脱水率均低于2%、28 d硬化体的抗压强度在0.3～1.2 MPa、28 d硬化体沉缩率均低于2%;继续增加超细石灰石粉的掺量,充填料的坍落度和脱水率下降,28 d硬化体的抗压强度略有提升、沉缩率进一步下降。如何提高28 d硬化体的抗压强度是今后研究的重点。     

巷道钢纤维硅粉混凝土喷浆支护试验与应用

为解决普通混凝土喷浆支护浆体开裂、巷道变形严重的问题，提出采用钢纤维硅粉混凝土对其进行湿喷支护。通过试验研究钢纤维掺量与形状、硅粉掺量和减水剂掺量对混凝土抗弯强度的影响规律，得出最佳的钢纤维硅粉混凝土配比，应用于某矿的回风斜井喷浆支护。结果表明：波浪型钢纤维对混凝土抗弯强度提高能力远大于平直型钢纤维，最佳的波浪型钢纤维掺入率为1.5%，最佳的硅粉掺量为替代水泥掺量的10%，最佳减水剂掺量为0.6%。通过喷层应力监测和围岩变形观测证明了钢纤维硅粉混凝土喷浆支护控制巷道围岩的可行性.     

基于正交试验的低温湿喷混凝土力学性能与配比优化研究

为了研究养护温度、钢纤维、减水剂和速凝剂的掺量这4种因素在低温环境下对湿喷混凝土力学性能的影响规律并对其配比进行优化，对湿喷混凝土的早期强度和后期强度进行了极差分析以及方差分析，利用Duncan法事后比较得到初步配比，并建立了湿喷混凝土早期和后期强度回归模型。研究表明：养护温度对于湿喷混凝土早期、后期的抗压强度影响最为明显，前期抗压强度钢纤维掺量影响最弱，后期强度速凝剂掺量影响最弱。在方差分析中，钢纤维、减水剂掺量和养护温度对湿喷混凝土的早期、后期强度都有极显著影响，而速凝剂掺量则仅对早期强度有极显著影响，后期强度无显著影响。基于Duncan法事后比较可得到湿喷混凝土精度略差的初步配比，后续利用回归强度模型实现对湿喷混凝土配比的高精度优化。通过数据模型结合矿山要求得出湿喷钢纤维混凝土最优配比：钢纤维掺量42.496 kg/m3、减水剂掺量7.989 kg/m3、速凝剂掺量66.910 kg/m3，同时最佳养护温度为12 ℃。     

基于核磁共振的铀尾砂固化体孔隙特征与氡析出率的试验研究

为了研究不同掺合料及掺量铀尾砂固化体孔隙特征与氡析出率之间的关系,分别采用15%、20%和25%的粉煤灰、矿渣粉或矿渣粉+粉煤灰对铀尾砂进行固化处理。采用核磁共振技术测量固化体试样的孔隙特征,并采用RAD7测氡仪测量试样的累积氡浓度,得出不同固化体试样的氡析出率。结果表明,随着掺合料掺量增加,核磁共振T₂分布曲线向左偏移,峰值幅度降低,试样内部孔隙逐渐演化为小孔径孔隙; 固化体试样的氡析出率与孔隙度均随掺合料掺量增加而逐渐降低,氡析出率与孔隙度之间呈正相关关系,25%掺量矿渣粉固化体试样的氡析出率与孔隙度最低,分别为0.136 Bq/(m²·s)和9.83%; 掺量相同时,孔隙度与氡析出率最低的为矿渣粉固化体试样,其次为粉煤灰+矿渣粉固化体试样,最后为粉煤灰固化体试样。研究结果可为实际工程中的铀尾砂固化处理提供理论参考依据。     

粉煤灰对三山岛金矿充填体强度影响的试验研究

为了研究和提高三山岛金矿分级尾砂胶结充填体的抗压强度,在充填体中加入粉煤灰及粉煤灰活化剂(CaO)以提高充填体的早期强度。设计了不同粉煤灰掺量替代胶结剂的充填体强度试验和最优粉煤灰掺量条件下不同CaO掺量的充填体强度试验,研究了粉煤灰掺量和CaO掺量与充填体强度之间的关系,并对出现这种关系的原因进行了理论分析。试验结果表明,当粉煤灰掺量为5%时,充填体试样的强度最大,充填用水中的Na+、Ca2+、Cl-离子对提高充填体的早期强度起了关键作用。当CaO掺量为最优粉煤灰掺量的20%时,各养护龄期的充填体强度最大。最终确定三山岛金矿分级尾砂胶结充填体粉煤灰掺量为5%,粉煤灰活化剂(CaO)的掺量为20%。     

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.     

脱炭粉煤灰制备混凝土的试验研究

对经浮选脱炭后的粉煤灰进行了制备混凝土的配比试验, 研究了水胶比与粉煤灰掺量对混凝土抗折强度和抗压强度的影响, 试验结果表明, 当粉煤灰最大掺量为50%, 水胶比为0.34时, 混凝土28 d抗压强度为35.52 MPa, 达到了混凝土规定等级C30级以上, 其28 d抗折强度为4.58 MPa。     

钢渣矿渣掺合料对水泥性能的影响

研究了钢渣的掺入量对水泥浆体性能的影响,以及钢渣单掺和钢渣与矿渣复掺对水泥胶砂强度的影响。结果表明:钢渣的掺入可以改善水泥浆体的流动性,凝结时间随钢渣掺量增加而延长。单掺钢渣时,水泥胶砂强度下降明显。钢渣与矿渣复掺会相互激发、相互促进水化,水泥胶砂强度变化不大,且钢渣在复合粉中的比例为20%,替代水泥量为50%时,28 d强度已超过基准样。     

粉煤灰掺量对煤矸石骨料混凝土性能影响研究

为探讨粉煤灰作为矿物掺合料对煤矸石骨料混凝土性能的影响,在制备煤矸石骨料混凝土试件时,掺入0%、15%、25%、35%、50%的粉煤灰来取代等量的水泥,进行抗压强度、碳化性能及干燥收缩性能试验研究。结果表明,煤矸石混凝土的抗压强度随粉煤灰掺量的增加而有所降低,且均低于未掺粉煤灰时的混凝土抗压强度,但当掺量为15%时,煤矸石混凝土的90 d抗压强度超过同龄期未掺粉煤灰时的混凝土强度;当粉煤灰掺量不超过35%时,对煤矸石混凝土的碳化性能影响不大,粉煤灰掺量达到50%时,煤矸石混凝土的抗碳化能力降低明显;随粉煤灰掺量的增加,煤矸石骨料混凝土的干燥收缩性能得到改善,50%粉煤灰掺量时干燥收缩率最小。试验表明,适量掺入粉煤灰能改善煤矸石骨料混凝土的后期强度及干燥收缩性能,且对碳化性能影响不大,这为煤矸石骨料混凝土掺粉煤灰的应用提供了试验依据。     

大掺量粉煤灰胶结充填强度设计优化

为节约胶结充填成本,板庙子金矿开展大掺量粉煤灰胶结充填工业试验,利用充填物料中添加大掺量粉煤灰能提高28~56d充填体强度70%以上、缩短达到强度要求所需的养护时间近50%的特点,合理调整采场充填体养护时间,探究降低水泥掺量方案。结果表明:在养护28d条件下,7%水泥掺量即可达到充填强度设计要求;在养护56d条件下,6%水泥掺量即可达到充填强度设计要求。该研究结果已经应用到矿山生产中,每年可节约水泥成本超过70万元。     

碱矿渣水泥及其对铅锌尾砂的固化效果

通过水泥净浆强度试验和水泥-尾砂浆体流动性及其固化体的强度试验,确定了适宜于尾砂固化的碱矿渣水泥的较好的配合比,和尾砂固化中碱矿渣水泥的适宜掺量。采用低模数水玻璃,按14%与矿渣粉配合得到的碱矿渣水泥,可以获得较好的净浆硬化体抗压强度,最高可达3 d 69.6 MPa,7 d 84.0 MPa,28 d 91.8 MPa。在水泥-尾砂浆体固含量相同的情况下,碱矿渣水泥-尾砂浆体的流动性明显优于硅酸盐水泥-尾砂浆体的流动性,碱矿渣水泥-尾砂固化体强度高于硅酸盐水泥-尾砂固化体强度,尤其是后期强度更加明显。而在控制尾砂浆体流动度相同的情况下,前者固含量可以高于后者2%。SEM对水泥-尾砂固化体内部微观结构的观察表明,碱矿渣水泥-尾砂固化体内部结构显示出明显的胶结特征。固化体内部孔结构的MIP测定结果也表明,碱矿渣水泥用量增加时固化体总孔隙率减小,孔隙中大孔比例减少,小孔比例增加。综合水泥-尾砂浆体流动性和固化体强度两方面的试验结果,可以认为碱矿渣水泥比普通硅酸盐水泥更适合于用作尾砂胶结材料。     

利用福建某铅锌尾矿和矿渣粉制备高强混凝土试验

通过正交试验来探讨影响铅锌尾矿和矿渣粉制备高强混凝土的因素,并利用XRD、SEM来分析水化产物及微观形貌。试验结果表明:1当矿渣粉磨60 min(比表面积为625.6 m2/kg)、铅锌尾矿和矿渣粉以1∶1的质量比混磨60 min(比表面积为719.1 m2/kg)、石膏掺量为胶凝材料总量的2%时可以制备出28 d抗压强度达到93.75 MPa的高强混凝土;XRD图谱和SEM图片显示,混凝土试件的早期强度主要来源于钙钒石的形成,养护期间体系中C-S-H凝胶生成量的增加,以及C-S-H凝胶与钙钒石紧密穿插在一起是后期强度增长的主要来源。2石膏过量会使体系不断生成钙钒石,钙钒石表面的电性能会发生吸水肿胀现象导致体系破裂,从而使混凝土的抗压强度降低。