骨料特性对土基流动性回填材料流动度影响研究

粉土基可控性低强度材料(土基CLSM)是低碳绿色回填材料的一个发展方向。本研究以等粒径大小分别为0.5mm、1mm、2mm、5mm、10mm玻璃珠为理想骨料,探讨以粉土和水为胶凝剂配制土基CLSM的可行性,研究等粒径玻璃骨料粒径、含量与水固比对土基CLSM流动性的影响。结果表明,试验范围所有粒径理想骨料均可配置符合施工流动度要求的CLSM。所有骨料粒径的土基CLSM均表现出随水固比增加而流动度增大。良好流动度水固比与骨料含量有关,与骨料粒径无关。低掺量骨料流动度受土基流动性控制,良好流动度对应的水土比与纯土相同。高掺量骨料符合施工要求的流动度均出现泌水现象,对应的水土比与纯土出现泌水现象时的水土比一致。基于骨料堆积结构对试验结果进一步分析,发现优势骨料掺量为40%~50%。

硅酸盐水泥基固化剂流态固化土抗压强度研究

针对实际工程对渣土处理和涵背、涵顶回填的需求,采用硅酸盐水泥分别和矿粉、粉煤灰复合作为固化剂,研究不同固化剂、不同固化剂掺量、不同水固比等条件下流态固化土强度发展规律。结果表明:流态固化土抗压强度随着试验龄期的延长而增长,相同掺量下,采用矿粉作为掺合料的流态固化土抗压强度要明显高于粉煤灰;随着掺量的增加,粉煤灰流态固化土抗压强度显著降低,28 d强度降低了13.6%,而矿粉流态固化土抗压强度具有一定程度的提高,28 d强度提高了12.6%。随着固化剂掺量增加,流态固化土抗压强度提高。随着水固比的增大,抗压强度均呈现一定程度的降低趋势。

水平定向钻施工泥浆调制试验研究

在松散富水粉质黏土层中进行水平定向掘进时易发生塌孔、抱钻事故,采用固废胶凝材料改良粉质黏土层土体强度可降低施工难度。针对固废材料改良的粉质黏土层进行泥浆配比试验研究,一方面讨论不同质量固废的拌入对泥浆性能的影响,另一方面讨论不同固水比下改良粉质黏土层泥浆性能的变化。试验结果表明:固废胶凝材料的拌入对粉质黏土-膨润土泥浆性能影响不大,泥浆各项性能指标均满足要求,固废掺量的适宜比例不超过10%。该泥浆配方为松散粉质黏土层水平定向钻顺利施工提供了数据参考。

基于正交试验的钻井固废混凝土配合比与微观结构分析

钻井固废混凝土,是一种将经过无害化处理的钻井固废与水泥等惰性固化基材混合制成混凝土产品。对钻井固废混凝土开展实验研究,可以提供可靠的实验依据和理论基础,同时也可以在钻井固废物处理方面提出新的解决办法。采用3因素5水平正交试验方法,研究水灰比、砂率及钻井固废掺量对钻井固废混凝土抗压强度的影响。结果表明:水灰比和钻井固废掺量对钻井固废混凝土抗压强度的影响较为显著,砂率对钻井固废混凝土抗压强度影响较小;钻井固废混凝土最优配合比为水灰比0.50、砂率50%、钻井固废掺量5.0%。对钻井固废混凝土进行SEM微观分析发现,钻井固废的掺入会影响水泥水化反应的进行,这是导致混凝土强度下降的主要原因。

一种基于固废物和胶凝材料的水泥制备及应用性能

试验制备了一种基于固废物胶凝材料的混凝土,并通过单因素试验及正交试验研究其最优配比。试验结果表明,在水胶比0.4~0.5范围内,材料的抗压、抗折强度随水胶比的增加而增大;适量的固废材料掺入混凝土,可以同时提升材料的抗压、抗折强度;在集料掺量60%~80%范围内,抗压、抗折强度曲线均呈现先增后减的趋势;聚丙烯纤维掺量在0.1%~0.3%范围内,抗压强度随掺量增加而下降,抗折强度随掺量增加而增加;减水剂在0.2%~0.8%范围内,减水剂掺量与材料强度呈正相关;通过正交试验确定最优配比为:水胶比为0.5,固废材料掺量为40%,集料掺量为40%,聚丙烯纤维掺量为0.1%,减水剂掺量为0.8%。综上,试验制备的固废基胶凝材料混凝土具备较好的力学性能。

大掺量粉煤灰基矿井充填材料的制备、工作性能与微观结构的研究

在煤炭资源开采及加工利用过程中,伴生着大量污染环境、占用土地资源且难以处置利用的煤矸石、粉煤灰、煤气化渣等煤基固体废弃物。将煤基固废应用于矿井充填材料制备以解决煤炭开采造成的地层塌陷、生态破坏等问题,能够科学处理固废、保护环境、保证资源持续开采。通过研究不同粉煤灰质量分数下煤基固废充填体新拌浆体的流动度、流变性能以及浆体硬化体的抗压强度和沉缩变化,对比了煤矸石骨料与传统风积砂骨料对充填材料工作性能的影响因素和性能优劣变化趋势。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜–能谱仪(SEM–EDS)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP–OES)等分析手段,分析了大掺量粉煤灰基矿井充填材料硬化体在不同水胶质量比、不同减水剂添加量时的水化产物、微观结构演变过程及重金属固化能力。结果表明,粉煤灰可有效改善煤基固废充填材料新拌浆体的流动性能,但粉煤灰掺量超过80%,不利于充填体抗压强度进一步提升;当粉煤灰掺量为60%,水胶比(水与胶质量比)为1.0时,加入0.2%聚羧酸减水剂,同等流动度条件下,充填材料净浆流体表现出良好的流变性能,新拌浆体硬化体7、28 d抗压强度分别为4.7、6.2 MPa;以破碎煤矸石做骨料时,充填体早龄期(3、7 d)抗压强度显著提升,充填浆体相对稳定,以传统风积砂做骨料时,充填体28 d龄期抗压强度劣化,不同粉煤灰质量分数下,破碎煤矸石骨料充填体沉缩率始终低于以风积砂为骨料的充填体;粉煤灰掺量为60%,水胶比为1.0时,硬化充填体28 d龄期微观形貌结构密实度高于水胶比为1.2时充填体,EDS能谱扫描Ca元素密集度最高,均匀性最优;28 d龄期时,水胶比为1.0的硬化充填体中Cd和Cr质量浓度相比于3 d龄期,分别降低了70%和41.2%,重金属固化效果优于水胶比为0.8和1.2时。

地下工程渣土的再生固化土力学性能试验研究

针对地下工程作业过程中产生的大量地下余泥渣土处理难、易污染等问题,选取地下工程余泥渣土配制复合材料再生固化土(recycled solidified soil,RSS),通过室内配合比、坍落扩展度、无侧限抗压强度和X射线衍射等试验,对不同养护方式、水固比(水与风干渣土和胶凝材料的总质量比)、水泥质量分数、矿物掺和料下再生固化土的基本性能和再生固化机理进行研究.结果表明,水固比为0.35时,RSS的流动性可满足一般回填工程的要求;不同养护条件下,RSS的无侧限抗压强度均随养护龄期、水泥质量分数的增加和水固比的减小而增大,且水下养护强度小于室内养护;再生固化土强度的建立主要由水化反应生成的水化产物与土颗粒之间的胶结来实现.研究成果可为工程渣土的处理和资源化利用提供借鉴.

钙矾石纤维的生长与形貌

采用硫铝酸盐水泥熟料-石膏-氧化钙三元体系、硫酸铝-氧化钙二元体系和硫酸铁-氧化钙二元体系制备钙矾石纤维,研究钙矾石纤维生长过程,分析不同铝质原材料、反应温度和水固比对钙矾石纤维生长速度和形貌的影响。结果表明:不同铝制原材料制备的钙矾石纤维形貌差异较大,由硫铝酸盐水泥熟料制备的钙矾石纤维尺寸最大,为类木质形貌,由硫酸铝制备的钙矾石纤维尺寸最小且形貌多样,由硫酸铁制备的钙矾石纤维为层状结构;提高反应温度和加大反应水固比均促进反应进行,增大钙矾石纤维尺寸,其中反应温度的影响更为显著。将钙矾石作为一种纤维材料进行研究,突破了钙矾石单纯为水泥水化产物的局限,为调控钙矾石纤维在纤维增韧复合材料中的应用提供了理论基础。

生活垃圾焚烧飞灰水洗技术优化实验研究

通过分析垃圾焚烧飞灰中氯的含量和存在形态,进行不同水洗液固比、水洗次数和多级逆流水洗实验研究,分析脱氯效率,获取最佳节水液固比,以降低耗水量;同时进行碳中和耦合实验,达到飞灰深度脱氯效果,提升飞灰无害化、减量化、资源化利用的能力,并将研究结果应用于实际工程获取效益。

甲烷水蒸气重整与微管固体氧化物燃料电池电堆耦合性研究

目的:以甲烷水蒸气重整合成气为燃料,测试微管式固体氧化物燃料电池(MT-SOFC)电堆的电化学性能。方法:以活性氧化铝为载体,通过浸渍工艺制备出甲烷水蒸气重整催化剂,测试催化剂在不同反应温度、水碳比、体积空速下的反应活性。将甲烷水蒸气重整的合成气作为MT-SOFC电堆的燃料,测试电堆的发电性能。结果:在750℃,体积空速为550 h-1时,甲烷转化率达99.5%。甲烷水蒸气重整耦合MT-SOFC电堆发电,其功率达43.5 W,功率密度达0.20 W/cm^(2)。催化剂催化活性较高,电堆电化学性能平稳。结论:甲烷水蒸气重整耦合MT-SOFC电堆发电的工艺可提高燃料的利用效率,对发展新能源和保护环境具有现实意义。

表面积比对固体浮力材料吸水率的影响

不同形状和尺寸的固体浮力材料在相同水压环境下的吸水率不同,其表面积与体积的比值,即表面积比,是影响吸水率的主要因素之一。为研究固体浮力材料表面积比与其吸水率的关系,对不同表面积比的固体浮力材料试样在10 MPa和20 MPa水压环境下进行了累计30 d的水压试验,得到了累计吸水率随表面积比增加而增加的对应趋势。基于菲克定律,推导了水在浮力材料内部扩散的动力学方程,得到了吸水率与组合参数(S/V)√t的线性关系,并通过与试验数据对比进行了验证。结果表明在相同水压环境和保压时间下,固体浮力材料的吸水率与其表面积比成正比。该结论对工程设计和分析具有指导意义。

用石煤提钒酸浸渣制备蒸压砖

以石煤提钒酸浸渣为主要原料、粉煤灰和消石灰为辅助原料,采用压制成型法制备蒸压砖,当酸浸渣、粉煤灰和消石灰的质量分数分别为62%、20%和18%,成型水固比为16%,成型压力为15 MPa,蒸压养护压力和时间分别为1.2 MPa和6 h时,制品抗压强度可达到《GB11945—1999蒸压灰砂砖》规定的MU15标准。XRD和SEM分析结果表明:制品水化前期主要是生成Ca(OH)2凝胶相;经过蒸压养护后,酸浸渣中的玻璃微珠提供的活性SiO2与Ca(OH)2凝胶相反应生成纤维状水化硅酸钙和针叶状托贝莫来石等水化产物,这些水化产物将未反应的酸浸渣粗料紧紧黏结在一起,使制品结构紧密,具有较高的强度。

高水材料的基本特性及其在港口工程中的应用

对高水材料的水化机理、物理力学性能及其在港口工程注浆加固和抢修抢建中的作用进行了较详细和全面的分析研究。

大掺量粉煤灰注浆充填材料试验研究

为了解大掺量粉煤灰的水泥粉煤灰注浆材料的物理力学性能 ,通过室内试验 ,探讨了在大掺量粉煤灰情况下 ,不同水灰质量比、固相质量比及不同外加剂用量与硬化体抗压强度、浆体凝结时间、流动度、粘度、结石率之间的相互关系 .试验表明 ,随粉煤灰掺量的增加 ,硬化体抗压强度、浆体流动度降低 ,而凝结时间延长 ,结石率和粘度增大 ;硬化体早期强度较低 ,后期强度有较大增长 ( 1 2 0d后仍有所增长 ) ;适量水玻璃的掺入 (水玻璃占水泥质量分数不大于 3% )使凝结时间缩短 ,结石率增大 ,但导致硬化体抗压强度降低 ,浆体流动性变差 ;浆体凝结时间较长 ,水灰质量比 ( 0 .7～ 1 .0 )∶1 .0 ,粉煤灰掺量质量分数为 60 %～ 90 %时 ,初凝一般大于 1 2h ,终凝一般大于2 0h .

露天矿爆破扬尘规律及水炮泥配比优化

为简单有效解决露天矿台阶爆破产生的粉尘污染问题,解决目前大多数露天矿台阶爆破水炮泥使用效率不够理想的现状,研究爆破扬尘机理和水炮泥-固体炮泥最佳配比.以抚顺露天矿台阶爆破为工程背景,运用气固两相流及爆炸力学理论,采用Fluent软件数值模拟与现场测试相结合的方法,实现对爆破扬尘污染的实时模拟.研究结果表明:冲击运动阶段及蘑菇云形成阶段,爆生气体急速膨胀,大量的粉尘在爆破冲击动能的作用下,冲入开放的大气空间,随后扩散阶段,粉尘在无风条件下运移速度很低.粒径60~100μm的粉尘沉降缓慢,粒径在40μm以下粉尘由于受风流扰动强烈,自然沉降困难.推导出水炮泥-固体炮泥配比公式,既满足爆破效果的要求,又达到良好的降尘效果.

粘土—水泥浆室内实验研究及其在煤层底板注浆改造中的应用

为了发现粘土—水泥浆的一些本质现象与规律,通过室内实验,描述了粘土—水泥浆的水固比、析水率、粘度以及凝结时间的一般规律,并对其影响因素进行了简单的分析。本次实验研究所涉及的粘土—水泥浆比重有13个,固体料配比有7个。结果表明:当固体料中水泥含量为35%时,配制同一比重浆液的用水量最少,同时,与之对应的浆液粘度最大;浆液的析水率与水泥含量大致呈线性关系;影响浆液凝结时间的主要因素不是浆液比重,也不是固体料配比,而是外界温度。通过在恒源煤矿六煤层底板注浆改造中的应用,取得了显著的效果。

沉积物中水溶性天然有机物吸着系数的动态测定

探讨了直接测定沉积物中水溶性天然有机物吸着系数的可行性,提出了改变水土比和连续提取两种动态测定方法,从理论上分析了两种方法的操作误差.结果表明,这两种方法均能同时测定样品中水溶性有机物的含量和吸着系数;改变水土比法明显优于连续提取法.用该方法测定了伊春河沉积物样品中水溶性有机物的含量与吸着系数.

高水充填材料抗压强度研究

高水材料作为煤矿开采充填材料具有很多优点,但目前关于水固比3∶1以上的材料强度研究较少。文章初步研究了原材料配比、水固比、研磨时间对高水材料抗压强度的影响规律。结果表明:水固比为3∶1的条件下,A料B料配比为1∶0.8时高水材料结石体强度最高,为3.11MPa;当水固比为5∶1时,结石体强度大幅度降低,但随A料B料配比增加,结石体抗压强度逐渐增加。A料研磨时间为10min、B料研磨时间为30min的组合,结石体抗压强度最高,3天单轴强度为1.23MPa。

水洗预处理对甜高粱茎秆酵渣燃料性能改善试验研究

对水洗预处理后的甜高粱茎秆酵渣进行工业分析、元素分析,热值、燃烧特性、灰分组分和灰熔融特性测试,研究常温下水洗固液比对甜高粱茎秆酵渣燃烧性能的影响。试验结果表明:水洗有助于脱除灰分,增大低位热值,大幅减小原料中的Cl、N元素的含量,降低燃料结渣指数。在常温情况下,采用固液比1∶30进行水洗预处理,确保燃料的各项性能得到提升,减少NO_x和二恶英(PCDD/F)的污染排放。另外,建议进行酸洗以减轻燃料中的碱性化合物含量,进一步减轻结渣趋势。

水固比对水热合成硬硅钙石球形团聚体的影响

将石灰料浆和粉状石英犤Ca2+/Si4+=0.99∶1(摩尔比)犦混合,在动态水热合成条件下,于220℃保温6h,合成硬硅钙石球形团聚体。实验表明,水固比对硬硅钙石球形团聚体的形成有很大的影响,水固比过小很难合成硬硅钙石球形团聚体,水固比过大球形粒子形状不够完整且较疏松。并研究水固比对反应条件(温度、压力)和对硬硅钙石坯体干燥收缩的影响。