低水泥及低胶凝材料用量高强高性能混凝土配制研究

选用JQ-HPC80型井筒专用高性能混凝土外加剂,配制出了低水泥及低胶凝材料用量的高强高性能混凝土,混凝土强度可达到90MPa以上,完全能满足目前煤矿井壁施工需求。重点介绍了高强高性能混凝土配制所用的各种原材料及其性能指标,配合比设计及工作性能、力学性能试验情况。     

钼尾矿复合胶凝材料的制备及其水化机理研究

为了促进固体废弃物的资源化利用,解决尾矿堆积带来的环境、安全问题,并提供相应的理论依据,以钼尾矿为主要原料制备复合胶凝材料,通过粒度分析、力学性能测试、X射线衍射（XRD）和扫描电镜 （SEM）等测试手段,研究了钼尾矿磨矿时间和掺量对胶凝材料性能的影响及复合胶凝材料的水化机理。结果表明：①当钼尾矿粉磨时间为80 min,比表面积为500 m2/kg,其28 d活性指数接近1.2;钼尾矿掺量为40% ,胶砂比为1∶3,水胶比为0.5时,所制备的复合胶凝材料胶砂块28 d抗压强度为52 MPa。②复合胶凝材料水化反应初期,主要生成水化硅酸钙和钙矾石,为胶砂块提供了早期强度,水化反应后期主要产物为C—S—H 凝胶、水化铝酸钙及钙矾石（AFt）,尾矿残余颗粒及水化产物的凝聚效应为胶砂块强度提供了保障。     

水泥在石膏复合胶凝材料体系中的作用

石膏复合胶凝材料是由石膏与矿渣或粉煤灰、水泥等原材料配制而成的新型胶凝材料,水泥对其性能有很大影响,掺量过少不能有效激发矿渣活性,掺量过多易引起安定性不良。通过pH值测定和水化产物的XRD图谱并结合宏观试验结果,分析了水泥在石膏复合胶凝材料水化过程中的作用及机理。结果表明,水泥除自身水化外,主要为石膏复合胶凝材料体系提供钙离子和矿渣水化需要的碱性环境,能够加快矿渣活性的激发速度,缩短石膏复合胶凝材料的凝结时间;水泥掺量少,自身水化产物少且对矿渣激发不充分,不足以形成致密的网状结构,掺量过多,钙矾石生成量大,会因膨胀而破坏已形成的结构,导致强度和耐水性能降低;水泥的最佳掺量范围为7%~10%。     

含粉煤灰或铁尾矿粉复合胶凝材料性能研究

为了验证矿物掺和料在复合胶凝材料水化硬化过程中的作用效应,实验用与水泥细度相近的粉煤灰和铁尾矿粉作为活性和惰性矿物掺合料,研究了相同养护温度、不同水胶比条件下,矿物掺合料掺量和种类对胶砂块试件抗压强度以及7 d龄期混凝土自收缩发展规律。结果表明：在水化初期,粉煤灰和铁尾矿粉在复合胶凝材料水化中起到物理填充作用,随龄期延长,粉煤灰的火山灰效应才逐渐显现。水化初期,矿物掺合料的物理因素（颗粒形貌等）对胶砂块抗压强度影响超过化学因素（反应程度等）,同时活性与惰性掺和料的作用基本相同;粉煤灰和铁尾矿粉的自收缩规律基本相同,均随着掺量增大呈线性递减特性。     

冻结井筒C100高性能混凝土井壁温度变化分析

赵固二矿西风井采用C100高性能混凝土作为井筒深部井壁材料,通过无线温度监测系统,对冻结壁和C100混凝土外层井壁温度进行监测.结果表明:井帮温度为-11℃左右时,C100混凝土浇筑35 h后,温升最大(可达50℃);浇筑7 d后,外层井壁平均温度维持在22℃左右;27～45 d后,外层井壁温度逐步降至0℃以下.     

特厚冲积层钻井井壁高强高性能混凝土配制研究及其应用

针对特厚冲积层钻井壁的施工条件和性能要求，提出了钻井井壁高强高性能混凝土的配制原则和配制途径，在大量试验的基础上选择了原材料，进行了C60-C70钻井井壁高强高性能混凝土的配制试验，得到了优化配合比，井成功地应用于工程中。     

磷石膏—矿渣复合胶凝材料配比优化试验

针对金川矿山充填采用水泥作为胶凝材料成本较高的问题,利用当地固体废弃物资源开发矿用新型胶凝材料。首先对试验材料进行物化分析,开展了磷石膏—矿渣复合胶凝材料强度正交试验,并在此基础 上进行磷石膏—矿渣复合胶凝材料配比优化试验确定最优配比;然后对磷石膏—矿渣复合胶凝材料强度的影响因素进行了分析,利用扫描电镜观察了各龄期水化产物的微观结构,并对磷石膏—矿渣复合胶凝材料成本 进行了核算。研究表明：磷石膏—矿渣复合胶凝材料早期强度较低,而后期强度较高;磷石膏—矿渣复合胶凝材料配比优化试验确定最优配比为生石灰7%、磷石膏30%、芒硝2%和矿渣微粉61%;SEM观察到水化产物以钙 矾石和C—S—H凝胶为主,并且随着养护龄期的增长,结构不断紧密,强度不断提高;对磷石膏—矿渣复合胶凝材料最优配比进行成本核算,得出其成本为180 元/t,与金川矿山专用的38.5非标水泥成本相比,胶凝材 料成本降低了44%;对复合胶凝材料充填料浆管输特性进行了测定,结果满足金川矿山自流输送要求。     

西部侏罗系深基岩立井冻结温度场实测与分析

为掌握西部侏罗系地层深基岩立井冻结温度场发展规律,根据新街矿区红庆河煤矿二号风井井壁厚度及混凝土强度等级的不同,布设各监测水平,对冻结法凿井期间井壁与冻结壁温度进行现场实测,得到了该地区在特定条件下的温度场变化规律。结果表明,壁座大体积C70混凝土浇筑后,30~36h内水化热达到峰值,测到的最高温度为71.32℃,升温速率基本为40℃/d,降温速率为4℃/d左右。外壁温度变化可分为3个阶段,即线性急速上升阶段、非线性快速下降阶段和趋于稳定阶段。混凝土配合比决定了水化热的升温强度,井壁厚度决定了水化反应的时间跨度。     

冻结井筒高强混凝土水化热规律研究

为了研究冻结井筒高强混凝土水化热规律,对井壁高强混凝土的水化放热规律作了试验研究,并结合有限元数值模拟分析发现:混凝土水化热对冻结壁的影响范围在0.5 m以内;井壁混凝土在浇筑后25～40d才进入负温养护,深冻结井井壁高强高性能混凝土的水化热最高温升一般发生在20～35h,比水利工程等大体积普通混凝土的最高温升提前了3～4d.     

聚合铝对锂渣-水泥复合胶凝材料 水化硬化特性的影响

锂渣具有火山灰活性,可作为辅助性胶凝材料应用于水泥基材料中,但其较低的水化活 性导致材料的力学性能和耐久性能下降。 针对锂渣在复合胶凝材料中的低水化程度,本文采用 一种无机高分子聚合铝作为激发剂来提升锂渣的水化反应活性,通过测定材料的胶砂强度、化学 结合水量等宏观性能,并结合水化放热特性、水化产物矿物组成及背散射显微形貌等微观表征, 分析了聚合铝对锂渣－水泥复合胶凝材料水化特性的影响及作用机理。 结果表明:聚合铝的掺入 显著提高锂渣－水泥复合胶凝材料２８ｄ龄期的抗压强度和化学结合水含量,分别增长了２６*８％ 和５％;早期水化反应中,聚合铝的掺入加速了锂渣－水泥复合胶凝体系的矿物相溶解和晶体的生 长,增加了水化产物的成核总量,水化产物中出现了大量的钙矾石、水化铝酸钙、氢氧化钙及非晶 态水化凝胶;聚合铝的掺入促进了锂渣－水泥复合胶凝体系的水化和锂渣颗粒的溶解与侵蚀。     

大体积高性能混凝土冻结井壁水化热温度场实测与分析

大体积高性能混凝土井壁水化热温度场发展规律对于研究井筒温度应力、提高井壁质量极为重要,为获得实测资料,对国内井筒直径和井壁厚度均最大的冻结井壁开展了早龄期温度场实测研究与分析。设置4个监测层位,实时监测获得了一次浇注厚度达2.5 m的C60高性能混凝土井壁温度场的分布规律及井壁内径向各点的温升规律,获得不同厚度和标号井壁的最高温度达61.4~73.1℃、最大温升39.6~48.8℃、内部最大温差24.3~33.0℃。拟合得到了较符合现场浇注井壁内最高温升与龄期的双指数关系式。并结合工程实践,从混凝土材料、水化热温升、降低约束和养护条件等方面分析了大体积混凝土井壁预防开裂的技术措施。实测数据为冻结井壁设计与施工提供宝贵的基础资料,为工程建设提供借鉴。     

岩石钻粉制备注浆材料特性研究

针对煤矿井下岩石钻粉处理难和注浆加固材料使用成本高的现状,以穿层钻孔施工时产生的岩石钻粉为主要原料,配以普通硅酸盐水泥和少量添加剂,制备出具有良好性能的新型注浆加固复合材料。研究了不同龄期、不同岩石钻粉掺量对复合材料的力学强度和孔隙结构的影响,通过红外光谱（IR）和扫描电镜（SEM）对硬化过程的水化产物进行了分析。研究结果表明：复合材料的微观结构密实,水化产物与岩石钻粉结合紧密;岩石钻粉的掺入改善了复合材料的孔隙结构,使得孔隙率降低,骨架密度增大,结石率提高。     

煤矿矿井混凝土井壁腐蚀的调查与破坏机理

为研究煤矿矿井混凝土井壁腐蚀破坏机理,结合黄淮地区井筒破裂实例,采用超声回弹法对井壁过水面、干湿交替面及未过水井壁混凝土进行腐蚀深度及回弹强度的检测,并通过SEM,EDS,XRD对不同深度被腐蚀的井壁混凝土进行微观分析,研究环境介质对水泥石中C-S-H凝胶结构的影响。结果表明：垂深304.8 m至马头门位置的井壁混凝土破坏严重,井壁混凝土的强度由原来的C30降低到10～15 MPa;马头门附近四含水过水面的井壁混凝土受到了溶解性腐蚀,水化产物Ca(OH) 2,Aft等基本消耗殆尽,大部分C-S-H已被分解,其主要物相是CaCO3以及少量的低碱度的水化硅酸钙凝胶;垂深346～430 m过水的井壁外附着黑色糜烂状沉积层,主要是水泥石中C-S-H凝胶碳化生成的无胶凝性的硅胶和结晶度较差的CaCO3;地下水中的SO2-4和Na+对井壁混凝土的腐蚀主要是膨胀性的化学腐蚀,生成的钙矾石、石膏以及析出的芒硝、石盐结晶体,产生较大的膨胀压力,可导致井壁混凝土胀裂而成片剥落。     

深厚冲积层井筒修复内层钢板高强钢纤维混凝土复合井壁研究及应用

针对板集煤矿副井井筒修复的复杂工程条件,提出采用内套内层钢板高强钢纤维混凝土复合井壁结构。首先,对该种新型井壁结构力学特性进行了模型试验研究,结果表明:在井壁结构中高强钢纤维混凝土的极限压应变可达(-3 710~-3 750)με,显著提高了井壁结构的延性特征;由于内层钢板的约束作用,井壁内缘钢纤维混凝土也处于三向受压状态,钢纤维混凝土抗压强度提高了1.822~1.974倍,从而显著提高了该种复合井壁的承载能力;在板集煤矿副井井筒修复工程中首次应用了内层钢板高强钢纤维混凝土复合井壁,并通过现场实测结果表明,2个监测水平钢纤维混凝土应变分别为-290με和-359με,远小于试验实测的极限压应变值,说明目前该种新型井壁结构混凝土变形小,井壁结构安全可靠。     

混凝土井壁受盐害侵蚀后的强度损伤试验研究

井壁混凝土结构在地下复杂环境中易受复合盐害侵蚀。为了研究混凝土受盐害溶液侵蚀后的抗压强度和抗折强度的变化规律,设计制作了C70标号的高强混凝土试块,配置了3种不同浓度的复合盐害溶液,测定试块经过多次复合盐害溶液浸泡后的抗压强度和抗折强度。试验结果表明:高强井壁混凝土在清水和复合盐害溶液浸泡后,抗压强度和和抗折强度的变化趋势不一样。在清水环境中,两者基本都是上升的趋势,抗压强度在初期其强度上升比较快,到后期逐渐趋于稳定,抗折强度在第6个月到第7个月之间有突变。在复合盐害溶液中,抗压强度和抗折强度整体上符合先增大后减小的变化趋势。腐蚀溶液浓度越大,后期下降的趋势越快。抗折强度的变化规律比抗压强度的变化规律复杂。     

钒钛矿渣制备全固废胶凝材料的初步研究

为大宗利用钒钛冶金渣，减少废弃物堆存及资源浪费。现利用承德钒钛矿渣、钢渣和脱硫石膏制备全固废胶凝材料，研究不同钒钛矿渣掺量、不同养护温度对胶砂试块抗压强度的影响，阐述钒钛矿渣-钢渣基胶凝材料的水化机理。结果表明：当水胶比为0.38，钒钛矿渣、钢渣、脱硫石膏分别占胶凝材料的58%、30%、12%时，制备的胶砂试块抗压强度最高。养护温度对胶砂试块早期抗压强度有明显影响，养护温度30 ℃时胶砂试块3 d抗压强度为养护温度45 ℃时3 d抗压强度的1.85倍。XRD、SEM、IR等分析表明：水化产物主要为钙矾石（AFt）和C-S-H凝胶；随着水化反应的进行，水化产物不断增多，C-S-H凝胶与AFt交错生长，结构致密，从而保证了胶砂试块抗压强度的增长。     

不同养护条件对铁尾矿混凝土性能的影响

以未磨的鞍钢齐大山铁尾矿为骨料,以铁尾矿、高炉矿渣、水泥熟料和天然石膏3级梯级混磨产品为胶凝材料制成铁尾矿混凝土试块,对直接标准养护、先56 ℃蒸汽养护再标准养护、先90 ℃蒸汽养护再标准养护的混凝土试块进行了强度、水化产物及微观结构分析。结果表明：与直接标准养护比较,先56 ℃蒸汽养护可以提高试块不同龄期的强度,但先90 ℃蒸汽养护仅能提高试块的早期强度、对后期强度有负面影响;不同养护方式都形成由石英,未水化的C₃S和C₂S,水化产物CH、钙矾石和C-S-H凝胶组成的致密的铁尾矿高强结构材料,但对铁尾矿混凝土的水化硬化过程有重要影响。     

高强混凝土在立井井壁中的应用及展望

高强混凝土是一种品质优良的建筑材料，具有强度高、变形小、良好的抗渗性和抗冻性。将高强混凝土用于深厚表土层立井井筒工程中，能满足我国不断加深的钻井和冻结井简建设的需要。高强混凝土复合井壁具有减小井壁厚度，防止井壁渗水，降低建井成本的优点。介绍了我国煤矿立井使用高强混凝土所取得的经验，提出了今后深厚表土层中高强混凝土复合井壁的结构形式，以便更好地推广和应用高强混凝土井壁，解决深厚表土层立井支护的难题。