酸性矿渣粉活性激发剂配方试验研究

采用工业废弃物——酸性矿渣粉取代水泥作为胶凝材料,以激发酸性矿渣粉活性、提高砂浆综合性能、降低矿山充填成本为目的而进行试验研究,以抗压强度为指标,通过单一激发剂、复合激发剂激发酸性矿渣粉制成胶凝材料的试验,确定了激发酸性矿渣粉活性较好的激发剂,然后选取了4种激发剂进行正交试验,得出了3个不同龄期的最优激发配方。解决了酸性矿渣粉难被激发利用的问题。     

高掺量粉煤灰固结材料的矿物组成及微观结构研究

采用化学成分、X衍射和电子显微镜分析等方法研究了高掺量粉煤灰固结材料的矿物组成及微观结构。结果表明 ,其矿物组成主要是 3Al2 O3 ·2SiO2 和硅铝酸盐的胶凝物相 ,具有较大孔径的多孔结构特征 ,与水泥混凝土的矿物组成和微观结构有较大不同 ;粉煤灰的掺量、养护龄期对水化产物的生成量有直接影响 ;固结剂掺量大于 2 0 %时 ,粉煤灰和固结剂全部反应形成多孔状的胶凝体水化产物     

化学激发酸性矿渣粉胶砂性能试验研究

以28天最优配方激发酸性矿渣粉为胶凝材料进行试验,分析了质量浓度、灰砂比、减水剂掺量、搅拌时间4个因素对砂浆流动度、失水率、干缩率、抗压强度的影响规律,并且针对灰砂比这一因素将水泥与矿渣粉胶凝材料浆液性能进行了对比。最后选取了合适的比例进行正交试验来优化各因素组合,使砂浆综合性能达到最优。     

湖泊底泥改性固化的强度特性和微观结构

将灰渣胶凝材料作为改性剂应用于湖泊环境疏浚底泥的固化处理,研究了改性淤泥的强度特性,探讨灰渣胶凝材料对淤泥的改性机理。改性淤泥的抗压强度试验结果表明,当灰渣胶凝材料质量掺入比为5 %时,能够显著提高改性淤泥的各个龄期强度;当掺入质量比为12.5 %时,28天强度可以达到1.55 MPa。改性淤泥的早期强度较高,后期强度能持续增长,同时具有良好的耐水浸泡性能。SEM分析表明,灰渣胶凝材料能与底泥颗粒中的活性物质发生火山灰反应,形成高强难溶的胶结物,使改性淤泥中大孔隙数量减少,改善了淤泥土颗粒之间的胶结性能。这说明灰渣胶凝材料是一种性能优异的底泥改性材料。     

流态地聚物固化土强度特性及其强度预测

地聚物胶凝材料能够替代水泥基胶凝材料作为固化剂应用于狭窄肥槽回填等工程问题中,有效降低水泥生产过程中的污染及能耗,但目前对于流态地聚物固化土胶凝材料的研究较少。采用3种新型绿色胶凝材料联合碱激发剂固化工程渣土形成流态地聚物固化土,通过对比其无侧限抗压强度,探究每种胶凝材料对于固化土强度特性的影响,同时建立强度预测模型,分析不同因素对于强度的影响程度。研究结果表明：固化土的强度随着碱激发剂模数的增加先提高后降低;固化土强度随着高炉矿渣（GGBS）、粉煤灰、稻壳灰掺量的增加均呈上升趋势,随着稻壳灰粒径的增长呈下降趋势;碱激发剂模数增至1.2、GGBS掺量增至10%、粉煤灰掺量增至8%和稻壳灰掺量增至11%时,固化土强度提升最为显著;强度预测模型预测结果的平均相对误差仅为5.57%,预测结果较为精准;预测模型中各层权值的计算结果表明养护龄期对于固化土强度影响最大,稻壳灰粒径影响程度最小。研究结果可以为固化土在实际工程的应用提供理论支持。     

环保型无铬盐木素类新化灌材料的探索研究

分析丁木素类化灌材料的胶凝机理，并对硫木素、糠脲木素、酚醛木素等化灌材料进行了探索研究，给出了这几种浆材的配方、抗压强度、胶凝时间等参数，并分析了其影响因素。     

植物栲胶作为护壁堵漏化学灌浆材料的初步研究

介绍了以植物栲胶为主剂、甲醛为固化剂的化学灌浆材料。对栲胶种类、胶凝反应机理、胶凝时间、浆液流变特征及固结性能的初步理论分析和实验研究表明:缩合型植物栲胶可在固化剂、交联剂和催化剂的作用下,于数秒钟至180分钟内形成热固性体型高分子凝胶,并且对岩土、砂石具有良好的浸润亲和性,完全可作为钻探护壁堵漏材料。     

利用膨胀珍珠岩制备外墙保温板的实验

以我国河南信阳膨胀珍珠岩为主要轻质骨料,分别采用以碱激发沸石为胶凝材料并通过养护和以碱激发凝灰岩、沸石及硅藻土的混合料为胶凝材料,并通过烧结两种方法制备膨胀珍珠岩外墙保温板。在第一种制备方法中,研究了水玻璃模数、膨胀珍珠岩/胶凝材料、养护制度和成型压力对膨胀珍珠岩外墙保温板性能的影响;在第二种制备方法中,研究了膨胀珍珠岩/胶凝材料、成型压力、烧结温度和时间、膨胀珍珠岩的粒级配比对膨胀珍珠岩外墙保温板性能的影响。结果表明,第一种制备方法的优化条件为:水玻璃模数=1.0、膨胀珍珠岩/胶凝材料=1.50~1.75、养护温度=80℃、养护时间=24 h、成型压力=0.375 MPa,此条件下制备的膨胀珍珠岩外墙保温板的性能为:体积密度=286 kg/m3、抗压强度=0.49 MPa、抗折强度=0.25N/mm2、导热系数=0.073 W/(m·℃)。达到了GB/T 10303-2001 350号并且接近250号合格品的各项指标。第二种制备方法的优化条件为:膨胀珍珠岩/胶凝材料=1.613、压缩比=2、烧结温度=600℃、保温时间=0.5h、1.25~2.5 mm膨胀珍珠岩:0.50~1.25 mm膨胀珍珠岩=7.5:2.5。此条件下制备的膨胀珍珠岩外墙保温板的性能为:密度=236 kg/m3,导热系数=0.068 W/(m·℃),抗压强度=0.61 MPa。达到了GB/T 10303-2001 250号优级品的各项指标。以有机硅为防水剂,采用浸泡法进行了膨胀珍珠岩外墙保温板的防水实验。当样品浸入浓度为1/60的防水剂溶液中10 min,膨胀珍珠岩外墙保温板的吸水率最小,质量吸水率为17.13%,体积吸水率为4.28%。     

矿渣胶凝材料固化软土的力学性状及机制

利用矿渣胶凝材料固化软土,既可利用工业废渣,又能减少水泥的用量。以矿渣胶凝材料固化黏土、砂土二种软土。发现矿渣胶凝材料加固软土的效果远好于水泥、石灰,其9 %掺量的固化土28 d的无侧限强度达到2.0 MPa以上,普遍高于15 %掺量的水泥固化土,且其28 d固化土的软化系数普遍高于90 %以上,固化黏土后CBR值远高于同掺量的石灰固化土。X衍射结构分析表明,矿渣胶凝材料水化时产生的高强难溶的矿物晶体是其固化软土效果好的主要原因。因此,矿渣胶凝材料是一种性能优异的软土加固材料。     

深孔纳米复合水泥基护壁堵漏材料研究

本文围绕深部钻探技术中护壁堵漏材料性能的实际需要,研制了一种深孔纳米复合水泥基护壁堵漏新材料。首先,通过分析100 ℃条件下2种水泥材料的基本性能,确定了G级油井水泥为胶凝材料;然后,基于深孔钻探护壁堵漏材料的性能缺陷,采用特种纤维、纳米材料针对性改善水泥基浆液的力学性能,并优选早强剂（ZQ）、减水剂（GB）作为外加剂进行正交实验,进而研制出纳米复合水泥基护壁堵漏材料优化配方;最后,对其主要性能进行分析评价。结果表明该材料在深孔钻探中浆液流动性好,力学性能优异,综合性能满足深孔钻探护壁堵漏需求。     

煤层气钻孔化学堵漏浆液的配制与试验

为解决山西某矿区煤层气钻孔漏失问题,选择合适的堵漏浆液。基于正交试验的设计方法,以低水解聚丙烯酰胺（PHP）、801堵漏剂、水玻璃和植物胶为堵漏材料制成堵漏浆液,测试了堵漏浆液的相对密度、失水量、塑性黏度、表观黏度、和动切力等指标,并采用极差法与方差法分析了各材料（因素）的显著性。研究表明:塑性黏度、表观黏度受PHP的影响最大,水玻璃对失水量影响最大,801堵漏剂对动切力影响最大。以较大的黏度和动切力及较低的失水量为评价依据,确定了堵漏浆液的最优配方。建立了最优配方堵漏浆液的流变方程,模拟试验测定堵漏浆液的堵漏性能,并通过4个煤层气钻孔工程实践验证了堵漏浆液的堵漏功效。      

基于TBM工法施工用堵漏浆液研制

开敞式TBM工法施工时,钻遇突涌水灾害后易造成严重的工程事故,堵漏浆液注浆止水处理措施是常用的技术手段。本文在分析了工程中常用浆液存在不足的基础上,结合室内试验,研制适用于开敞式TBM工法的堵漏浆液配方,并通过正交试验确定了优化配方为水灰比为0.59、酒石酸为0.25%、水解聚丙烯酰胺溶液为3%、铝酸钠为1.6%。在可控性（可泵期等）满足要求的基础上,对优化配方进行了包括析水性、抗压强度等各项性能的测试及室内模拟试验,经正交试验后测得配方浆液形成的结石体具有良好的抗压强度和抗渗能力,能够满足工程现场的需要。实际工程的涌水点注入研制的可控浆液后,短时间内达到停泵条件,相比传统浆液,可大幅减少堵漏浆液用量。结果表明,该可控配方浆液对吉林省内某隧道工程施工中钻遇的涌水灾害具有良好的治理效果,能够满足实际工程的需要。     

基于FAST-1新型高强快速锚固剂的筋-浆-岩黏结性试验

为了研究FAST-1新型高强快速锚固剂的锚固性能及最佳锚固长度,通过连续荷载作用下的极限拉拔试验,从多个方面研究了基于FAST-1新型锚固剂的筋-浆-岩体系的黏结性能。研究发现：该新型锚固剂具有早期强度高的特点,24 h即可达到设计强度;其水料比在一定范围内（0.22~0.31）会影响拉拔过程中锚固结构的破坏模式,水料比越小,黏结强度越大,但流动性也越差;锚固剂对岩层的黏结性能大于锚索,增加锚索与浆液固结体的接触面积可有效提高锚固性能。笔者选用拟合效果较好的连续曲线模型求取相对滑移,有效反映不同界面的黏结性能;优选有效的筋-浆长度计算方法,得出锚固长度与锚体长度相关,建议锚固长度取值10.0d~15.0d（d为锚索直径）。     

纤维硅灰水泥石强度与浆液抗冲刷特性

针对隧道突水灾害防治对注浆材料的特殊要求,在水泥浆中加入外掺剂改善其力学特性与抗冲刷特性。通过测试不同水灰比、纤维掺量、硅灰掺量下水泥石的抗压与抗折强度,得出各水灰比下的强度最佳配合比,并测试最佳配合比下浆液的流动性与抗冲刷特性。试验发现,纤维与硅灰的掺入能够显著提高水泥石的强度,且对浆液的流动度影响不大;低流速下纤维硅灰水泥浆的抗冲刷特性较纯水泥浆改善显著,但流速较高时其抗冲刷特性仍较差。基于此,在纤维硅灰水泥浆中再掺入可再分散性乳胶粉进一步改善浆液抗冲刷特性。试验结果表明,可再分散性乳胶粉能明显改善浆液抗冲刷特性,即使在较高流速（0.6 m/s）下,其浆液留存率仍达到60%以上。研究结果为隧道突水灾害防治与动水注浆浆液选择提供了参考。     

吉林烟筒山膨润土改型试验研究

以吉林磐石烟筒山膨润土为原料,采用Na2CO3为钠化剂,研究了Na2CO3用量、反应时间与改型膨润土膨胀倍、胶质价的关系。实验结果表明当Na2CO3的用量为膨润土的3%,钠化时间为5 min,即可得到很好的结果。     

注聚调驱井聚合物堵塞物的矿物复合结构形貌及组成特征

胜利油田渤19区块注交联聚合物开采多年后,因注入水的水质不达标导致聚合物过度交联形成强凝胶,造成聚合物注入区块许多油水井的堵塞。对现场聚合物垢样品所做的化学组分、表面元素能谱及红外光谱的研究表明,垢的主体结构由交联的聚丙烯酰胺组成,交联体吸收了大量水分,在交联体内小环境中因富集而形成氯化物矿物晶体无机垢结构,而在成垢的过程中又将地层内的一些粘土矿物包裹于交联体内,形成具有聚合物-矿物复合结构的强胶凝态物质,严重影响聚合物注入—调剖—驱油过程中的聚合物溶液的流动。     

超强吸水性蒙脱石/聚丙烯酸钠复合材料的研究

以蒙脱石和丙烯酸为原料,采用溶液聚合法合成了超强吸水性蒙脱石／聚丙烯酸钠复合材料,优化了该复合材料吸自来水性能的配方,即蒙脱石添加量为30％,单体的中和度为70％．交联剂用量为0．10％,引发剂用量为0．15％,在此配方下制备的复合材料吸蒸馏水倍率为420g／g,吸自来水倍率为220g／g,吸生理盐水倍率为55g／g,凝胶强度215g／cm^2。同时,该复合材料具有聚合反应便于控制且不粘容器、吸水倍率高、抗盐性能好、凝胶强度大、成本大幅度降低的优点,可广泛应用于农林园艺、生态环境治理等领域作保水剂。     

粉煤灰加固软土地基的室内配方试验研究

粉煤灰是一种强度较高的工业废弃物,可用来加固软土地基。本文进行了粉煤灰加固土的室内配方试验,分别将生石灰或水泥与粉煤灰按照不同的比例干拌均匀后,再与不同含水量的软土人工拌和均匀,测定了4个龄期的无侧限抗压强度,并进一步分析了其加固机理,旨在为其进一步的研究和工程应用提供参考。