全尾砂胶结充填材料配合比及性能研究

以矿渣、水泥、半水石膏、脱硫石膏与生石灰作为胶凝材料,并且加入少量萘系高效减水剂,制备全尾砂胶结充填材料.采用正交试验,进行极差分析和方差分析,分析出影响3d抗压强度与膨胀性能的最主要因素为半水石膏与脱硫石膏的比例,影响流动性最主要因素为生石灰掺量,其次为半水石膏和二水石膏比例和石膏总掺量,确定出最佳配合比为A3B2C3.结果表明,采用最佳配合比,全尾砂胶结充填材料3d抗压强度可达到0.75 MPa,28 d抗压强度可达到2.92 MPa,料浆流动性为173 mm,充填体高度为64.47 mm.     

不同激发剂对钛石膏-粉煤灰复合胶凝材料力学性能影响的研究

通过往钛石膏-粉煤灰复合胶凝材料中掺加不同掺量的减水剂、硫酸钠和水泥,研究不同激发剂不同掺量对其力学性能的影响及影响机理,并确定各激发剂的不同掺量,以达到提高力学性能的目的。分析研究表明,当减水剂掺量为0.8%时钛石膏-粉煤灰复合胶凝材料力学强度最大,其28d抗折、抗压强度分别为1.48MPa和5.75MPa;当硫酸钠掺量为0.8%时钛石膏-粉煤灰复合胶凝材料力学强度最大,其28d抗折、抗压强度分别为2.54MPa和9.61MPa;当水泥掺量为10%时力学性能较好,其28d抗折、抗压强度分别为,6.31MPa和18.75MPa。     

磷石膏基充填料的制备及其有害物溶出率的研究

以磷石膏,磷渣粉,水泥为主要原料制备磷石膏基充填料,采用水平振荡法浸溶出其中的可溶性磷、氟及重金属离子等有害物,探讨有害物溶出率与其强度性能之间的关系。结果表明:磷石膏基充填料的物料配比为磷石膏65%~75%,磷渣粉22%~30%,水泥3%~5%,外掺石灰2%及减水剂1.5%,水灰比0.28时,可满足矿山充填料的强度要求。磷石膏基充填料中有害物的溶出率与其强度呈反比,当28d抗压强度从1.75 MPa增至4.23 MPa时,充填体的可溶磷溶出率从41.32%降至18.97%,氟溶出率从46.52%降至32.22%。     

磷石膏制备β半水石膏粉的研究

研究了磷石膏制备半水石膏粉的工艺条件,通过添加减水剂改善磷建筑石膏的力学性能。采用常规分析、XRD和扫描电镜等方法对磷石膏原料、磷建筑石膏粉和石膏产品进行分析和表征。结果表明:在温度为180℃和焙烧时间为2.0 h条件下,磷建筑石膏粉β半水石膏质量分数达到75.24%,绝干抗压强度达到9.6 MPa;建筑石膏强度随着减水剂掺量的增加而升高。聚羧酸减水剂掺量为0.7%时,绝干强度达到15.0 MPa,强度提高近64.84%;FDN减水剂掺量为0.7%时,绝干强度达到14.8 MPa,强度提高近62.64%;木质素减水剂掺量为0.7%时,绝干强度达到13.9 MPa,强度提高近52.75%。     

磷建筑石膏基无砂自流平砂浆的制备与性能研究

采用磷建筑石膏、P·O 42.5水泥、粉煤灰、矿粉、石粉及外加剂为原材料制备高强耐水型磷建筑石膏基无砂自流平砂浆。通过正交试验确定砂浆中胶凝材料的最优掺量,研究减水剂和可再分散性乳胶粉对砂浆性能的影响,并采用XRD及SEM对砂浆进行微观分析。结果表明,当磷建筑石膏、水泥、粉煤灰、矿粉及石粉质量比为73∶5∶5∶15∶2时,砂浆综合性能最优,28 d绝干抗压强度为33.0 MPa,软化系数为0.774。减水剂能够提高砂浆30 min的流动度、力学性能及耐水性能,但当掺量为0.30%(质量分数)时,会降低砂浆的后期强度。可再分散性乳胶粉会降低砂浆的流动性能及力学性能,但能提升砂浆的耐水性能。制备的磷建筑石膏基无砂自流平砂浆的性能满足《石膏基自流平砂浆》(JC/T 1023—2021)的要求,砂浆的28 d绝干抗折强度、28 d绝干抗压强度分别为12.0、45.9 MPa,软化系数高达0.886,吸水率低至2.8%。     

水泥基微膨胀灌浆材料性能研究

利用硫铝酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、PC高效聚羧酸减水剂、X型消泡剂、P型缓凝剂等配制高流动度、微膨胀水泥基灌浆材料。讨论了拌合水量、硫铝酸盐水泥掺量、PC高效聚羧酸减水剂掺量对水泥基灌浆材料流动性能及强度的影响。试验表明:水泥基灌浆材料最佳加水量、硫铝酸盐水泥掺量、聚羧酸减水剂掺量分别为14%、3.5%、0.18%;1 d、28 d抗压强度分别达25.3 MPa、78.4 MPa;0 min、30 min流动度分别为320 mm、300 mm,展现出良好的力学及流动性能;3 h、3 h与24 h竖向膨胀差值达0.425%、0.251%,满足GB/T50448―2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》技术要求。     

轻质抹灰磷建筑石膏性能影响机制研究

采用磷建筑石膏(PBG)、柠檬酸钠(SC)、甲基纤维素(MC)及玻化微珠为原料制备轻质抹灰石膏,并系统地分析了外加剂、轻集料对砂浆性能的影响机制。结果表明,柠檬酸钠可增大砂浆的流动性能, 当掺量为0.8%(掺量均为质量分数)时,样品抗压强度达到16.3 MPa。然而,甲基纤维素降低了砂浆的流动性能,当掺量为0.40%时,样品抗压强度仅为11.3 MPa。玻化微珠会降低砂浆密度及流动性,缩短凝结时间,增大了保水率及硬化体拉伸粘结强度。采用95%磷建筑石膏、5.0%玻化微珠并按磷建筑石膏质量外掺1.0%SC、0.20%MC配制的砂浆样品性能可达到GB/T 28627—2012《抹灰石膏》中的轻质抹灰石膏性能的要求。随着SC掺量的增加,轻质抹灰石膏水化产物二水石膏的形貌向长条、针状转变,晶体结晶度降低、搭接程度增大,从而使得抗折强度增大,抗压及拉伸粘结强度减小;随着MC掺量的增加,轻质抹灰石膏水化产物二水石膏的形貌变成厚板状,晶体间搭接程度及结晶度增大,使得硬化强度增大。     

煤矸石胶凝材料的试验研究

采用煤矸石活化料、矿渣和熟料作为主要原料,外掺复合激发剂来制备煤矸石胶凝材料。研究了煤矸石活化料掺量、石膏掺量以及激发剂对煤矸石胶凝材料性能的影响;并借助XRD和SEM分析了其水化机理。试验结果表明:煤矸石活化料掺量为60%时,煤矸石充填胶凝材料的3 d、7 d和28 d抗压强度分别达到了15.2 MPa、22.8 MPa和35.5 MPa;石膏掺量为4%时,煤矸石充填胶凝材料的3 d、7 d和28 d抗压强度分别达到了15.7 MPa、24.4 MPa和37.8 MPa;复合激发剂最佳掺量为5%,煤矸石充填胶凝材料的3 d、7 d和28 d抗压强度分别达到了27.5 MPa、35.4 MPa和55.4 MPa。     

磷石膏制备建筑石膏的实验研究

研究了磷石膏制备建筑石膏粉的工艺条件,通过添加减水剂改善磷建筑石膏粉的力学性能。采用常规分析方法、XRD和扫描电镜等方法对磷石膏原料,磷建筑石膏粉进行分析和表征。结果表明:磷石膏为片状结晶体,含有少量石英颗粒;在温度180℃和焙烧时间2.0 h条件下,半水石膏含量达到76.6%;磷建筑石膏粉强度随着减水剂掺量的增加而升高,聚羧酸减水剂掺量0.7%时,抗折强度达到15.0 MPa,强度提高近64.84%;FDN减水剂掺量0.7%时,抗折强度达到14.8 MPa,强度提高近62.64%。     

二水磷石膏配制水泥基湿拌抹灰砂浆试验研究

采用石灰中和改性二水磷石膏,再添加水泥、机制砂及增塑剂制备水泥基湿拌抹灰砂浆,分析了磷石膏、水泥及增塑剂不同掺量下湿拌砂浆的凝结时间、稠度以及力学强度等物理性能,并采用X射线衍射（XRD）及扫描电镜（SEM）分析了磷石膏在湿拌砂浆中的作用机理。结果表明,随着磷石膏用量增加,湿拌砂浆的凝结时间延长,28 d抗压强度及14 d拉伸黏结强度降低;随着水泥用量增加,砂浆的凝结时间缩短,强度逐渐增大;随着增塑剂用量的增加,砂浆的黏结性能及润滑性能逐步优异,凝结时间逐渐增加。当控制材料掺量比例（质量分数）磷石膏为35%、机制砂为48%、水泥为17%、外掺石灰为2%、增塑剂为0.3%时,砂浆的凝结时间为25 h,28 d抗压强度为6.2 MPa,14 d拉伸黏结强度为0.31 MPa,均符合行业标准JC/T 230—2007《预拌砂浆》中WP M5质量技术指标要求。磷石膏在水泥基湿拌砂浆中的主要作用是参与反应的磷石膏提供硫酸根并与水化铝酸钙反应生成钙矾石,形成提高砂浆强度的矿物起胶结作用,未反应的磷石膏作为细集料起填充作用。     

偏高岭土、矿渣和赤泥对高性能混合水泥性能影响的研究

通过用硅酸盐水泥、偏高岭土等混合材、膨胀剂及减水剂等制备混合水泥的研究发现：偏高岭土和赤泥的加入使水泥的凝结时间缩短,矿渣的加入延长了水泥的凝结时间;偏高岭土和矿渣对水泥的胶砂流动性影响较小,赤泥的加入使得水泥胶砂流动性显著降低;适量偏高岭土的加入对水泥的3d和28d强度均有增强作用,适量矿渣的加入使水泥抗折强度降低,抗压强度增大;少量的赤泥对水泥强度特别是早期强度有一定的增强作用,但掺量超过20％后水泥强度迅速降低;偏高岭土对水泥微膨胀的产生有促进作用,矿渣和赤泥对水泥微膨胀有抑制作用。用80％～90％的硅酸盐水泥、10％～20％的偏高岭土以及少量的膨胀剂和减水剂能够制备出具有较优流动性、较高的强度以及微膨胀的高性能混合水泥。     

赤泥-磷石膏复合材料中重金属浸出研究

为实现赤泥和磷石膏两大工业固废的资源化利用,采用未经改性处理的赤泥与磷石膏为原料,通过复合助剂的改性固化作用制备达到充填要求的复合材料。当赤泥用量为总原料质量的85%、磷石膏为5%时,复合材料养护28 d的抗压强度为4.34 MPa,达到了矿山充填力学性能要求。参照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（HJ 557—2010）和《块状废物或建材中无机组分扩散浸出行为测试容器实验》（EA NEN 7375—2004）对颗粒状和块状样品对比进行浸出实验,研究了赤泥-磷石膏复合材料中重金属元素（镉、铬、镍、钡）的浸出行为。结果表明,重金属浸出浓度由大到小依次为铬、钡、镍、镉;磷石膏掺量在5%以内时重金属元素浸出浓度及扩散系数变化较小,超过5%后重金属元素浸出率增加。对两种浸出方法复合材料中重金属元素的浸出行为进行动力学分析,发现重金属元素的浸出行为主要受扩散作用控制,在长期浸出过程中还受到耗竭作用和延滞作用控制。     

Property improvement of Portland cement by incorporating with metakaolin and slag

The physical and mechanical properties of Portland cement (PC) containing metakaolin (MK) or combination of MK and slag and the compatibility between such materials and superplasticizers were investigated in present study. After MK was incorporated into PC, the compressive strength of the blended cement was enhanced. However, the fluidity of MK blended cement became poorer than that of PC at the same dosage of superplasticizer and the same water/binder ratio. When both MK (10%) and ultra-fine slag (20% or 30%) were incorporated into PC together, not only the compressive strength of the blended cement was increased, but also the fluidity of the blended cement paste was improved comparing to MK blended cement. This indicates that ultra-fine slag can improve the physical and mechanical properties of MK blended cement. The physical and chemical effects of two mineral admixtures were also discussed.     

新型赤泥基充填材料的制备与性能研究

为弥补多数矿用充填材料因成本较高而在煤矿开采过程中存在的不足,并有效解决铝行业固废赤泥大量堆积、无法处理的现状,通过多种添加剂与主原料的有效掺和,开发出一种可用于煤矿井下沿空留巷充填工艺的新型赤泥基充填材料,并对其抗压强度、凝结时间、流动性以及稳定性等性能指标进行研究。结果表明:新型赤泥基充填材料单浆流动性好,凝结时间大于6 h;材料中的赤泥添加量可调控(质量分数在0%~50%);成型材料早强快硬,初凝时间仅为25 min,抗压强度1 d可达8.4 MPa,3 d可达10.3 MPa,7 d可达12.3 MPa;成型材料封膜浸渍长达14 d,浸出液pH值保持为6,赤泥组分中的碱性物质得到良好的固化,造成污染的概率低。     

接枝磺化木质素高效减水剂的配伍性能研究

以酸析木质素为原料,通过接枝、磺化和缩合制得接枝磺化酸析木质素GSAL,研究了它与木质素磺酸盐和消泡剂的配伍性能。结果表明:GSAL分别与木质素磺酸盐及其改性产品复配,可得到减水剂GSAL1和GSAL2。当水灰比为0.29、掺量w(GSAL1)=0.6%时,水泥净浆流动度达243mm;掺量w(GSAL2)=0.8%时,水泥净浆初凝时间延长110min,终凝时间延长约7h。掺量w(GSAL1)=0.8%时,水泥净浆减水率为21.4%,砂浆3d和7d的抗压强度比分别为163%和143%,其对水泥的减水增强作用超过了萘系高效减水剂FDN。GSAL与消泡剂的复配产品起泡性降低,水泥净浆流动度、新拌砂浆密度和砂浆抗压强度比均增大,GSAL与磷酸三丁酯配伍后的综合性能最佳。     

PEGMMA-MA-IA-SMAS四元共聚减水剂的合成研究

以PEG(聚乙二醇)、MA(马来酸酐)、IA(衣康酸)和SMAS(甲基丙烯磺酸钠)为共聚单体,制备PEGMMA(马来酸聚乙二醇单酯)-MA-IA-SMAS四元共聚减水剂;然后将其用于混合土配方中,并以水泥净浆流动度为考核指标,采用单因素试验法优选合成减水剂的最优方案。结果表明:当减水剂中n(PEG)∶n(MA)∶n(IA)∶n(SMAS)=1∶3.8∶0.5∶1.0、酯化温度为105℃、酯化时间为4 h、w(引发剂)=12.5%(相对于单体总质量而言)、w(催化剂)=4%(相对于PEG和MA总质量而言)、聚合温度为80℃和聚合时间为7.5 h时,合成的减水剂和改性混凝土[w(减水剂)=0.33%]具有相对较好的综合性能;此时,水泥净浆初始流动度(278 mm)相对最大,并且混凝土减水率为28.6%、含气量为2.1%以及28 d压缩强度为49.6 MPa。     

改性木素磺酸盐泵送剂GCL1-3的制备及性能研究

通过研究缓凝高效减水剂GCL1与保水剂、引气剂的配伍性能 ,研制了混凝土泵送剂GCL1- 3。GCL1与保水剂HEC、引气剂复配时 ,改善了水泥净浆的保水性能 ,提高了硬化水泥的早期及后期抗压强度。实验测试了GCL1- 3的水泥净浆流动度、减水率、流动度损失和抗压强度等性能。结果表明 ,当w (水 )∶w(水泥 ) =0 4∶1 0 ,w (GCL1- 3) =0 .5 %时 ,水泥净浆流动度可达2 30mm ,减水率达 18% ,且无离析现象 ;2h内流动度损失仅为 2 4% ,而掺FDN的净浆已经失去流动性 ;w(GCL1- 3) =0 .5 %时 ,水泥净浆硬化 3d、7d、2 8d的抗压强度比分别达 146 %、15 8%与148% ,均高于使用FDN     

Medium strength self-compacting concrete containing fly ash: Modelling using factorial experimental plans

Fresh self-compacting concrete (SCC) flows into place and around obstructions under its own weight to fill the formwork completely and self-compact, without any segregation and blocking. The elimination of the need for compaction leads to better quality concrete and substantial improvement of working conditions. SCC mixes generally have a much higher content of fine fillers, including cement, and produce excessively high compressive strength concrete, which narrows its field of application to special concrete only. To obtain maximum benefit from SCC, it has to be adopted in general concrete construction practice. Such practice requires inexpensive and medium strength concrete.This investigation aims to develop medium strength SCC (MS-SCC). The cost of materials will be decreased by reducing the cement content and by using pulverised fuel ash (PFA) with a minimum amount of superplasticizer (SP). A factorial design was carried out to mathematically model the influence of five key parameters on filling and passing abilities, segregation and compressive strength, which are important for the successful development of medium strength self-compacting concrete incorporating PFA. The parameters considered in the study were the contents of cement and PFA, water-to-powder (cement+PFA) ratio (W/P) and dosage of SP. The responses of the derived statistical models are slump flow, fluidity loss, Orimet time, V-funnel time, L-box, JRing combined to the Orimet, JRing combined to cone, rheological parameters, segregation and compressive strength at 7, 28 and 90 days. Twenty-one mixes were prepared to derive the statistical models, and five were used for the verification and the accuracy of the developed models. The models are valid for mixes made with 0.38 to 0.72 W/P, 60 to 216 kg/m³ of cement content, 183 to 317 kg/m³ of PFA and 0% to 1% of SP, by mass of powder. The influences of W/P, cement and PFA contents, and the dosage of SP were characterised and analysed using polynomial regression, which can identify the primary factors and their interactions on the measured properties. The results show tha MS-SCC can be achieved with a 28-day compressive strength of 30 to 35 MPa by using up to 210 kg/m³ of PFA.