磷尾矿胶结充填材料力学性能与水化过程研究

将重介质选矿产生的磷尾矿破碎至5 mm以下后与粉煤灰、水泥按一定比例混合制备胶结充填材料。通过X射线衍射(XRD)、综合热分析(TG/DSC)、扫描电镜(SEM)等技术手段,对磷尾矿和粉煤灰的化学成分和矿物成分进行分析,对优化配比的胶结充填材料不同龄期的力学性能与水化过程的关系进行研究。结果表明:磷尾矿受粒径和活性物质的影响,活性较低。而粉煤灰具有一定的火山灰活性。胶结充填材料的水化反应包括:水泥的水化反应,粉煤灰、少量磷尾矿的火山灰反应。以上水化反应生成的钙矾石(AFt)和水化硅(铝)酸盐(C-S-H)凝胶与分散的磷尾矿、未反应的粉煤灰等联结起来,构成牢固紧密的整体,具有较好的力学性能。     

钢渣-矿渣-氟石膏基胶结材固结铜尾矿性能

水泥作为传统尾矿固结材料造成尾矿充填成本居高不下,而钢渣和氟石膏等工业废渣利用率不高,因此采用其制备钢渣矿渣氟石膏基胶结材来替代水泥,需要对其固结尾矿性能进行研究。通过对不同时间尾矿固结浆体的泌水量及流动度、不同水化龄期抗压强度变化趋势研究,发现钢渣矿渣氟石膏基明显优于P·O 42．5级水泥和中国2种常用尾矿固结剂,其尾矿固结体浸出液3 d后的PH值均在9．0以下,远低于这3种高碱性尾矿固结材料,浸出液氟离子浓度极低,对环境影响小。S EM分析也显示掺钢渣矿渣氟石膏基胶结材的尾矿固结体具有较为密实的微观结构。     

尾矿粉对充填体力学性能和微观结构的影响

研究掺入尾矿粉对井下充填体和矿渣硅酸盐水泥胶凝材料体系力学性能和微结构的影响,并利用XRD、SEM、MIP等测试手段分析两种体系下水化产物和孔隙结构的变化。研究结果表明:在尾矿粉取代尾矿砂量不超过20%时,充填体的流动性能会因体系中细颗粒尾矿粉的增多而提高;同时,充填体的抗压强度也会随着尾矿粉的掺入呈线性上升,这主要是因为尾矿粉的掺入改善了充填体的孔结构,降低了充填体中大孔径孔隙数量,从而提高了其抗压强度。尾矿粉取代胶凝材料则可以同时降低体系总孔隙率和孔径大小,提高试块的前期强度,但后期强度则会有所降低。     

赤泥-秸秆基轻质砂浆的制备及其性能表征

以拜耳法赤泥、矿渣微粉、水泥(P.O 42.5)和秸秆为原料,制备赤泥-秸秆轻质砂浆试样,并通过X射线衍射和扫描电镜等研究秸秆掺量对试样性能的影响。结果表明:对于由质量分数50%的赤泥和质量分数为50%的水泥和矿渣混合物制备而成的赤泥胶凝材料净浆硬化试样,水泥、矿渣混合物中随着水泥含量减少,试样各龄期抗压强度先提高后降低,且在水泥、矿渣质量比为1∶3时,试样的抗压强度最高,为8.05 MPa;在赤泥-秸秆轻质砂浆中加入体积分数为10%的秸秆,试样的抗压强度降低,由无秸秆试样的10.45 MPa降低至7.25 MPa,但随秸秆掺量的继续增加,试样抗压强度降低幅度减小,抗折强度却随之增大,在秸秆掺量体积分数为50%时达1.9 MPa;随着秸秆掺量的增加,试样容重降低幅度不大,但导热系数降低显著,由无秸秆试样的0.63W/(mK)降低至体积分数50%秸秆试样的0.40 W/(mK)。     

原状磷石膏基水硬性胶凝材料的制备与性能表征

以原状磷石膏(简称磷石膏)、水泥(P.O 42.5)、矿渣、粉煤灰为原料,将水泥、矿渣、粉煤灰粉体直接加入磷石膏浆体中进行浆粉搅拌,制备出磷石膏-矿渣-水泥基(PBC)和磷石膏-矿渣-水泥-粉煤灰(PBCF)基水硬性胶凝材料的净浆硬化试样,并对PBC和PBCF净浆硬化试样的性能进行表征。结果表明:PBC试样的3 d抗压强度较低,7,28 d龄期抗压强度随水泥掺量的增加先增加后降低,水泥掺量20%(质量分数)时,试样的7,28 d龄期抗压强度达到最大值,后者为26.4 MPa;PBCF试样的7,28 d抗压强度随粉煤灰掺量的增加先增加后降低,粉煤灰掺量为15%(质量分数)时,试样的7,28 d抗压强度均达到最大值,分别为17.0,28.7 MPa;PBCF试样软化系数均≥0.88。     

单轴压缩胶结充填体裂纹扩展及汇集模式

采用WAW-300型伺服万能试验机及裂纹观测系统,对灰砂质量比为1∶4的胶结充填体进行了单轴压缩试验,获取了单轴压缩下胶结充填体裂纹演化全过程,探讨了胶结充填体裂纹扩展及汇集模式,结合灰砂质量比为1∶6的胶结充填体单轴压缩试验和颗粒流数值模型从宏细观角度进行了验证.结果表明:胶结充填体裂纹扩展模式以单一裂纹单向扩展与单一裂纹双向扩展为主;其汇集模式分为单一裂纹向轻度破损区汇集、单一裂纹向重度破损区汇集、两条短裂纹沿起裂区汇集和两条短裂纹沿轻度破损区汇集;胶结充填体试样各表面贯穿裂纹之间具有对称性和邻近性.     

尾矿作水泥矿化剂和铁质原料的试验研究

为开发利用大量堆弃危害环境的金属尾矿固体废弃物,根据其富含多种微量元素,（Fe2O3质量分数较高）,且熔点较低的特点,将其作为矿化剂和铁质原料生产水泥开展试验研究.用铜尾矿按质量比为5％的掺量配制水泥生料,在实验室高温炉不同温度条件下进行水泥熟料煅烧试验.对熟料样品的f-CaO、化学成分和X衍射矿物成分分析表明,在1 300℃煅烧温度下,f-CaO质量分数低于1％,C3S质量分数达56.79％,熟料矿物组成与不加尾矿的传统配料水泥熟料基本相同,而烧成温度比传统配料降低了100～150 ℃.金属尾矿用作水泥矿化剂和铁质原料烧制水泥熟料,能降低水泥熟料烧成能耗,减少水泥生产成本,提高熟料产量和质量,实现尾矿的资源综合利用,并能有效地保护环境.     

高低应力水平下胶结充填体蠕变特征及分数阶本构模型

胶结充填体在采场中会经历不同应力水平的长期荷载作用,其不同应力水平下的蠕变特征直接影响矿山的安全生产.基于此,本研究制备了不同灰砂质量比的胶结充填体试样,进行了单轴压缩与分级蠕变试验,获取了不同应力水平下胶结充填体蠕变变形规律,探讨了胶结充填体在低应力水平与高应力水平下的蠕变特征,构建了胶结充填体分数阶蠕变本构模型,并进行了验证.研究结果表明：胶结充填体的蠕变特征是其在蠕变过程中内部应力的不断调整、硬化与损伤共同作用所产生的结果;低应力水平下,胶结充填体蠕变全过程中硬化作用占据主导,其中减速蠕变阶段硬化特征最为显著;高应力水平下,胶结充填体蠕变全过程中损伤作用占据主导,其中加速蠕变阶段损伤特征最为显著;同一应力水平下,灰砂质量比越低的胶结充填体蠕变全过程中硬化-损伤作用越明显,即抵抗变形能力的提升与损伤累积的速度越明显;构建的胶结充填体分数阶蠕变本构模型与各试验数据均有较高吻合度,且较好地表征了胶结充填体在不同应力水平下的蠕变特征.研究成果可为提高胶结充填体稳定性和矿山安全生产提供理论依据.     

聚合物外墙外保温抹面砂浆性能试验

目的 研究聚合物的掺入对外墙外保温抹面砂浆工作性能及力学性能的影响.方法 以石英砂和P·C32.5,P·O42.5两种强度等级的水泥为基本原材料,聚合物按水泥与砂总质量的8.6％、11.4％、14.3％、17.1％、20％的比例掺入,形成聚合物砂浆并制成试件.测试砂浆的稠度、抗压、抗折强度、抗冲击重力性能和与聚苯板的粘接性能;依据试验数据,建立BP神经网络预测模型,得出聚合物的最优掺量.结果 掺入聚合物,明显改善了砂浆的抗冲击性能、聚苯板的粘接性能及压折比.提出了施工建议聚合物掺量,即聚合物∶水泥∶砂∶水的质量比为1.2∶2∶5∶0.8,水泥强度等级P.O42.5;BP神经网络预测的聚合物的最优掺量,即聚合物∶水泥∶砂∶水质量比为1.1∶2∶5∶0.8,水泥强度等级P.042.5.结论 随着聚合物掺量的增加,砂浆抗压、抗折强度及压折比呈明显下降趋势,抗冲击性及与聚苯板的粘接强度则增强.随着水泥强度等级的提高,砂浆抗压、抗折强度增加,抗冲击性能无显著变化,与聚苯板的粘接强度提高.     

滨海岩溶注浆充填体性能研究

为研究海水侵蚀作用下充填材料的服役性能,对试样进行单轴抗压强度和低场核磁测试,研究了质量分数为5％的SO24-和质量分数为3.5％的Cl-侵蚀下充填材料的变化规律,揭示不同侵蚀离子对石灰石尾矿基充填材料力学性能的影响.试验结果表明:Cl-和SO24-对石灰石尾矿基充填材料抗压强度具有提升作用,随着Cl-和SO24-质量...     

化学发泡的污泥陶粒轻混凝土制备与性能表征

以过氧化氢溶液(H2O2质量分数为30%)为化学发泡剂,对以污泥烧胀陶粒(陶粒)为集料的轻混凝土胶结部分进行发泡处理使其进一步变轻,获得化学发泡的陶粒轻混凝土试样,并对试样性能进行系统表征。结果表明:在陶粒轻混凝土的胶结部分加入化学发泡剂,试样的容重可显著降低,当发泡剂质量为胶凝材料的2%(质量分数,下同)和4%时,可获得容重分别为950,600 kg/m3的轻混凝土;胶结部分进行化学发泡后,试样的28 d抗压强度降低,但发泡剂质量为胶凝材料2%试样的抗压强度接近13 MPa;与陶粒轻混凝土相比,加入适量发泡剂可显著降低轻混凝土试样的导热系数,加入量占胶凝材料2%和4%的发泡剂,轻混凝土试样的导热系数分别降低25%和36%。     

聚丙烯纤维和粗骨料对尾砂胶结充填体延性和流动性的影响

添加聚丙烯纤维和粗集料已成为提高尾砂胶结充填体强度和稳定性的常用方法,研究尾矿-骨料比和纤维含量对CTB试样力学性能的影响具有重要意义.本文基于抗压强度、坍落度和微观结构试验,建立了纤维和尾骨比对CTB试样强度、延性和流动性影响的回归模型.结果表明:考虑抗压强度、开裂应变、峰值应变和峰后延性,尾矿-骨料比为5:5、纤维...     

镶嵌式冷铺抗滑磨耗层材料性能研究

为了解决山区长大纵坡路面抗滑磨耗层抗滑性能差,层间易推移,容易出现车辙破损病害的问题,采用阳离子慢裂型改性乳化沥青、普通硅酸盐水泥P O42.5、水性环氧树脂作为胶结料来制备粘结强度高、抗滑性能好、高温性能稳定的镶嵌式冷铺抗滑磨耗层材料,通过研究镶嵌式冷铺抗滑磨耗层材料的级配以及胶浆掺量对其力学性能、路用性能以及耐久性的影响来确定胶浆的最佳掺量。研究结果表明:随着胶浆掺量的增加(10%、12%、14%、16%、18%),材料的力学性能先增后减,高温稳定性能先增后减,水稳定性能和低温稳定性能增大,抗滑性能下降,疲劳性能下降,耐老化能力提高;当胶浆掺量为14%时,材料的各项性能俱佳,适合作为山区长大纵坡抗滑磨耗层材料使用。     

废石-尾砂高浓度料浆的流变特性及输送参数优化

料浆的流变特性是实现料浆管道输送的基础,影响着管路设计与阻力计算等技术问题.废石-尾砂料浆的水灰比或骨料性质都不同于混凝土及全尾砂浆,料浆结构更加复杂,确定最佳管输料浆组合变得更加困难.通过对某矿山废石和尾砂的级配分析,选用废石和尾砂优化后的配合比(6∶4,7∶3,8∶2)制成高浓度料浆进行流变实验,首先回归流变曲线获取流变参数,其次应用灰色关联理论对屈服应力及粘度的影响因素进行排序与分析,最后应用Deport Expert软件确定优化后的料浆组合.结果表明水泥添加量和质量浓度是屈服应力的决定因素;废石-尾砂比是粘度的主要影响因素,水泥量、质量浓度次之;料浆的优化组合为废尾比取1.40,质量浓度取82%,水泥添加量取275.29 kg/m3.此研究为矿山自流充填管道输送提供了理论依据.     

环保型GSF胶结料水化硬化机理研究

GSF胶结料是利用石膏尾矿、高炉矿渣、粉煤灰等工业废渣与少量激发剂混合配制的一种新型胶凝材料。着重研究了GSF胶结料水化动力学特征、水化产物和硬化机理,研究表明GSF胶结料水化硬化机理有别于普通硅酸盐水泥。     

硬石膏对熟料激发矿渣水化反应的影响

以不同硬石膏掺量的熟料激发矿渣胶凝材料为研究对象,通过对胶结体强度、水化产物的种类及非蒸发水含量等的分析检测,探讨了石膏对熟料激发矿渣的胶凝性能和水化产物的影响.结果表明:适量硬石膏的掺加能够显著提高熟料激发矿渣胶凝材料的早期胶结强度,最佳石膏掺量下,胶凝材料净浆的3d胶结强度可提高95%,细粒尾矿砂浆的3d胶结强度可提高388%.石膏的加入显著促进了钙矾石(AFt)和低钙硅比水化硅酸钙(CSH)在水化早期的优先生成,加快了Ca(OH)2的消耗、抑制了水化铝酸钙(C4AH13)的生成,使3d水化产物中非蒸发水的质量分数由9.23%提高到14.35%.     

全尾砂固结体固结过程孔隙与强度特性实验研究

为探明全尾砂固结体在固结过程中的孔隙与力学参数变化规律及其间的定量关系,以不同条件下全尾砂固结体为研究对象,采用压汞法、单轴压缩和剪切试验等方法,着重分析其孔隙率、平均孔径、单轴抗压强度、内聚力和内摩擦角的变化规律.结果表明:养护龄期显著改变固结体的孔径尺寸及分布,随着养护龄期的增加,微小孔径(10~100nm)比例增加,孔隙率降低;在养护龄期28d之内,不同灰砂质量比和质量分数固结体的单轴抗压强度增长规律随龄期变化基本相同,皆遵循指数函数曲线增长规律,强度增长曲线趋势与灰砂质量比、料浆质量分数以及养护龄期正相关;灰砂质量比、质量分数和养护龄期对固结体的内聚力影响显著,对内摩擦角影响较小;单轴抗压强度、内聚力和内摩擦角均与孔隙率、平均孔径呈非线性负相关,基本遵循指数函数y=ae~(-bx)的定量关系;孔隙率对单轴抗压强度影响显著.     

不同系列碱矿渣水泥的对比研究

为全面了解不同系列碱矿渣水泥的一些基本性能,探索不同系列碱矿渣水泥基本性能之间的异同,以氢氧化钠、水玻璃、碳酸钠、硫酸钠为激发剂,通过变换每种激发剂的掺量及模数激发矿粉制得相应的碱矿渣水泥,同时以抗压强度、强碱比、抗压强度增长率为研究对象,对比分析4种碱矿渣水泥的特点,并与P.O 42.5做对比。结果表明:(1)从整体上而言,抗压强度从大到小的顺序为水玻璃体系、氢氧化钠体系、P.O 42.5水泥、碳酸钠体系、硫酸钠体系;(2)其强碱比从大到小的顺序为水玻璃体系、氢氧化钠体系、碳酸钠体系、硫酸钠体系;(3)与P.O42.5相比而言,氢氧化钠体系和水玻璃体系的碱矿渣水泥具有抗压强度早期增长快,后期还有较大幅度增长的优点,碳酸钠体系和硫酸钠体系的碱矿渣水泥则与碱掺量有关,碱掺量越大,其早期强度增长越快,但相应后期强度增幅就越小。     

芒硝工业尾矿制备碱激发偏高岭土胶凝材料

土壤聚合物是一种具有发展潜力的碱激发胶凝材料.尝试利用榆林地区煤系高龄岩和内蒙地区一种价格低廉的芒硝工业尾矿来制备偏高岭土基胶凝材料的可行性.研究结果表明:试验所用废芒工业尾矿与偏高岭土混合所成型的试块不能凝结硬化. 添加5%NaOH可使该材料凝结硬化并具有一定的强度. 采用硅酸钠碱溶液外掺15%废芒硝工业尾矿能够有效消纳固体废弃物制备碱激发偏高岭土基胶凝材料,抗压强度达到42.5水泥强度等级的要求.     

减水剂下废石全尾砂充填料浆管输阻力计算模型

为优化废石全尾砂胶结充填料浆的流动特性,本文开展了掺有不同水平梯度聚羧酸减水剂的废石全尾砂充填料浆流变实验.研究结果表明:减水剂掺量为0时,料浆的屈服应力随废尾比的增大呈先减小后增大的趋势,料浆的屈服应力随质量浓度的增大而增大.当减水剂掺量为0.1％～0.5％递增时,减水剂大分子之间的物理堆叠作用使屈服应力的最优表征为...