碱渣-粉煤灰基注浆液的制备及其影响因素研究

为了探索工业废料碱渣的利用途径,将其与粉煤灰按一定比例混合,并掺入水玻璃,制成一种注浆液,应用于矿山帷幕灌浆工程.设计9组正交试验和碱渣过筛范围试验,对影响因素进行了分析.结果表明:在选定的因素水平范围内,水玻璃浓度对抗压强度、流动度和终凝时间的影响最显著,碱渣、粉煤灰配比对结石率的影响最显著.碱渣过筛粒径小于2 mm、1 mm时,抗压强度基本相等;小于0.5 mm时,抗压强度提高约51%;小于0.25 mm时,抗压强度明显增大,提高约5倍.     

新型采空区填充注浆材料的研制与性能试验研究

为探索碱渣利用新途径,研制开发了针对于采空区填充的碱渣-粉煤灰体系注浆材料.通过正交试验研究了粉煤灰与碱渣质量比(A)、液固比(B)与硅酸钠溶液浓度(C)对浆液主要性能的影响;并优选基础配比,利用石膏部分替代硅酸钠进行优化试验.结果表明:初凝时间受因素A影响最大,因素C对终凝时间及抗压强度影响最显著,流动度主要由因素B与因素C控制,析水率与结石率主要受因素A和因素B的影响;石膏替代量的变化对凝结时间、流动度和强度有显著影响.碱渣、粉煤灰、硅酸钠、石膏与水质量之比为1:1:1.04:0.26:1.65时,浆液综合性能最佳,满足采空区填充技术要求.     

碱渣-粉煤灰基新型注浆材料耐久性试验研究

利用碱渣、粉煤灰和硅酸钠溶液制成新型采空区充填注浆材料,采用9组正交试验试样探索该注浆材料抗压强度发展特性、耐酸性和碱性渗出特性。结果表明:该新型注浆材料抗压强度具有显著的龄期效应。该注浆材料的碱性渗出是快速的,对局部环境的影响较大,建议工程应用时与易受腐蚀构造保持一定安全距离。9组独立的正交试验试样受5%质量分数的盐酸溶液侵蚀后,质量损失在4.2%~6.2%,抗压强度损失在2~8 MPa。受盐酸侵蚀过程中有CO_2和硅胶的生成减小了质量和强度。粉煤灰受碱激发生成的硅铝酸盐聚合物凝胶(N-A-S-H)一定程度上阻止了盐酸对试样的深化侵蚀。     

采空区充填新型浆液固化机理与影响因素研究

为了研究碱渣、粉煤灰和硅酸钠溶液制成的新型采空区充填注浆材料的固化机理,开展了扫描电镜和交互混合试验,并分析了原材料配比、碱渣过筛粒径和养护条件对抗压强度、凝结时间、结石率等工程指标的影响。结果表明:浆液体系早期固化是因碱渣中有效含钙成分与硅酸钠溶液反应生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H),后期强度发展是因粉煤灰受碱激发形成了硅铝酸盐聚合物凝胶(N-A-S-H);原材料配比显著影响着浆液的各项工程性能指标;随着碱渣过筛粒径范围的减小,流动度、凝结时间和结石率都减小,而抗压强度增大,0.5 mm粒径是28 d强度增幅出现较大差异的临界点;高温高湿养护条件有利于浆液的固化进程。研究结果可供类似水泥注浆液材料制备参考。     

复合激发下石膏对碱渣-粉煤灰浆液性能的影响

为有效治理碱渣和粉煤灰,利用两者制备新型注浆材料。通过室内试验,分析研究了由硅酸钠和石膏组成的复合激发剂当中,石膏掺量对注浆材料凝结时间、流动度、无侧限抗压强度和结石体抗冻融性的影响,并辅以SEM和XRD手段,对影响规律做出解释。结果表明:随着石膏所占比例增大,注浆材料性能整体趋势为凝结时间缩短、流动度降低、抗压强度上升,但石膏所占比例在10%之前,凝结时间和抗压强度呈相反变化趋势;石膏掺量越大,结石体冻融循环强度损失值也越大,且前5次冻融使强度下降最显著,之后下降趋势趋于平稳;掺入石膏后体系中有钙矾石生成。研究成果可为碱渣-粉煤灰注浆材料的改良与应用提供参考。     

粉煤灰基地质聚合物力学性能及碱渣改性机理

为探索粉煤灰基地质聚合物的力学特性,通过12组胶砂试样的抗折和抗压强度研究NaOH掺量、养护条件、龄期和碱渣掺量对力学性能的影响,对比不同因素下试样胶砂表面孔隙特征,分析了碱渣对粉煤灰基地质聚合物体系的改性机理.结果表明:1.NaOH溶液过剩使强度降低;高温养护能提高强度;粉煤灰基地质聚合物的养护不需要太大的湿度.2.碱渣掺量小于27％时,对粉煤灰-NaOH体系强度有显著的改性作用.CaCO3增大溶液碱性,减小胶砂流动性,影响地质聚合物的微观结构,有效改善体系收缩程度.3.可溶性含钙组分中Ca2参与生成C-SH凝胶,与地质聚合物协同作用提高胶结性,减小孔隙的连通性.     

碱渣改性粉煤灰基地质聚合物材料早期性能和结构研究

常温常压下NaOH溶液激发F级粉煤灰凝胶材料由于强度发展慢而固化不理想。利用碱渣来改性碱激发粉煤灰基地质聚合物材料的性能,通过抗折抗压强度及XRD、SEM-EDS和FTIR试验对材料的早期力学性能和微观结构进行研究。结果表明:碱渣掺量27%时,60 d胶砂抗压强度增加了1.4倍;碱渣降低了粉煤灰基地质聚合物中沸石晶体的结晶度;可溶性Ca²⁺使得改性材料凝胶趋于形成粘结性更强的粒状含钙类沸石相地质聚合物;碱渣能促进Si-O-Al链聚合以及Ca²⁺、Na⁺吸附。碱渣对粉煤灰-NaOH溶液材料的早期力学性能和微观结构改性效果显著,为固废碱渣的综合利用提供了新思路。     

碱渣-粉煤灰基新型注浆材料固化机理试验研究

为了得到碱渣-粉煤灰-硅酸钠溶液体系新型注浆材料各组分的作用和固化机理,考虑不同固体质量配比和养护条件,通过温度变化、固化收缩、抗压强度和傅里叶变换红外光谱试验对比研究不同体系的差别.结果表明:碱渣中Ca(OH)2和粉煤灰中的CaO遇到硅酸钠溶液时发生放热反应;浆液早期抗压强度由碱渣中CaCl2、Ca(OH)2和CaSO4与硅酸钠溶液反应生成水化硅酸钙凝胶决定,由于粉煤灰受碱激发生成了硅铝酸盐聚合物凝胶使得注浆液7~50 d抗压强度有大幅增长;FTIR试验证实了水化硅酸钙凝胶(C-S-H)和硅铝酸盐凝胶(N-A-S-H)的存在;原材料组分保证了浆液收缩程度小、流动性好、不易离析、结石率大等优点.