海底隧道注浆材料强度劣化规律及使用寿命研究

制备了水灰比分别为0.8、1和1.2的纯水泥浆液结石体试块,水灰比为1、粉煤灰掺量10%或20%的水泥-粉煤灰浆液结石体试块,矿粉掺量15%或30%的水泥-矿粉浆液结石体试块,硅粉掺量10%或20%的水泥-硅灰浆液结石体试块。将注浆浆液结石体试块浸泡在海水侵蚀环境中,试块无侧限抗压强度的变化规律。采用灰色关联理论研究了海水浓度、水灰比、矿物掺合料等因素对浆液结石体抗压强度的影响。通过建立多元灰色预测模型分析了海水侵蚀环境下水泥基注浆材料的强度劣化规律及使用寿命。结果表明:强度影响因素的灰色关联度由大到小的排序为:水灰比,海水浓度,测试龄期,硅粉掺量,粉煤灰掺量,矿粉掺量。     

“711”型速凝剂用于钻孔护壁堵漏

我队为了解决钻孔坍塌、掉块,漏水、涌水问题,对“711”型水泥速凝剂进行了护壁堵漏的试验研究工作。现介绍于下。一配比试验在水灰比为0.4的水泥浆中掺入2.5～3.5％(重量比)的“711”速凝剂可在10分钟内凝固,早期强度有提高,28天强度为不掺速凝剂水泥强度的85％。影响凝固时间及强度的主要因素是: 1.掺量当水灰比不变时,“711”的掺量少,初凝时间长,结石体强度高;“711”掺量多,初凝时间短,但掺量不宜过多,以免影响水泥的后期强度,甚至会延长其凝固时间。“711”的适宜掺量应为水泥重量的2.5～3.5％。 2.水灰比“711”的掺量一定时,水灰比大,初凝时间长,结石体强度低;水灰     

煤层底板注浆改造粉煤灰基材料性能实验研究

针对华北型煤田奥陶系灰岩顶部注浆改造工程需求,采用正交实验方法开展了粉煤灰基注浆材料性能的研究。通过测试分析水固比、水泥粉煤灰固相比、水玻璃含量对注浆材料的抗压强度、初凝时间、终凝时间、结石率和黏度等参数的影响情况,提出奥灰顶部粉煤灰基注浆材料的优化配方为:水固比为1∶1、粉煤灰掺量为70%、水玻璃掺量为3%。该配方的多项指标均满足要求,且结石率能够达到实验最高的97. 5%,为华北型煤田奥灰顶部注浆改造工程提供技术支撑。     

武汉东湖淤泥碳化-固化试验研究

引入活性MgO-粉煤灰固化材料,采用碳化-固化联合技术处理武汉东湖疏浚淤泥,通过无侧限抗压强度、扫描电镜和压汞试验,研究加压碳化模式、碳化时间、MgO-粉煤灰配比和固化剂掺量等因素下CO2碳化作用对固化淤泥力学性质和微观结构的影响。结果表明：活性MgO-粉煤灰固化淤泥碳化后抗压强度进一步增长,应力-应变关系曲线压密阶段应变缩小;不同固化剂配比的东湖淤泥试样具有不同的最佳加压模式,而加压模式决定了相同碳化时间下固化淤泥CO2吸入量,从而影响碳化-固化淤泥试样抗压强度;活性MgO掺量低时试样抗压强度整体较低,强度随碳化时间增加先增大后减小;MgO掺量较高时,碳化试样强度随碳化时间快速达到较高值,随后增长缓慢。微观分析表明：水碳镁石、球碳镁石和碳酸镁石等镁碳酸盐是碳化-固化联合技术增强淤泥强度的主要原因,其膨胀性和胶结作用促使土体中团粒内孔隙向颗粒间孔隙转化,土体更密实,抗压强度增加。     

风积砂质高浓度胶凝充填材料性能与粉煤灰掺量关系分析

充填材料是决定煤炭充填开采效益、效率、效果的最主要因素。为了掌握风积砂质高浓度胶凝充填材料的性能变化规律,本文以粉煤灰的质量掺入比作为变量,试验研究和理论分析了粉煤灰对该充填材料性能的影响规律。结果表明,粉煤灰的适量添加可以提高充填材料的强度,大掺量导致强度相对降低; 泌水率随着粉煤灰掺量的增大总体上呈减小趋势,较大掺量试样泌水速率相对较低; 分层度随着粉煤灰掺量的增大线性降低; 凝结时间随着粉煤灰掺量增大呈现指数增大; 坍落度总体上随粉煤灰掺量的升高而增大,但大掺量会使其出现相对降低。分析认为,适量粉煤灰的掺入,使风积砂质高浓度胶凝充填材料的颗粒粒度、水分分布和水泥分散均匀,而使材料的强度和输送性能适度改变,但掺量过大会稀释胶结料和改变颗粒相对级配而导致性能下降。     

武汉东湖淤泥碳化-固化试验研究

引入活性MgO-粉煤灰固化材料,采用碳化-固化联合技术处理武汉东湖疏浚淤泥,通过无侧限抗压强度、扫描电镜和压汞试验,研究加压碳化模式、碳化时间、MgO-粉煤灰配比和固化剂掺量等因素下CO_2碳化作用对固化淤泥力学性质和微观结构的影响。结果表明:活性MgO-粉煤灰固化淤泥碳化后抗压强度进一步增长,应力-应变关系曲线压密阶段应变缩小;不同固化剂配比的东湖淤泥试样具有不同的最佳加压模式,而加压模式决定了相同碳化时间下固化淤泥CO_2吸入量,从而影响碳化-固化淤泥试样抗压强度;活性MgO掺量低时试样抗压强度整体较低,强度随碳化时间增加先增大后减小;MgO掺量较高时,碳化试样强度随碳化时间快速达到较高值,随后增长缓慢。微观分析表明:水碳镁石、球碳镁石和碳酸镁石等镁碳酸盐是碳化-固化联合技术增强淤泥强度的主要原因,其膨胀性和胶结作用促使土体中团粒内孔隙向颗粒间孔隙转化,土体更密实,抗压强度增加。     

武汉东湖淤泥碳化-固化试验研究

引入活性MgO-粉煤灰固化材料,采用碳化-固化联合技术处理武汉东湖疏浚淤泥,通过无侧限抗压强度、扫描电镜和压汞试验,研究加压碳化模式、碳化时间、MgO-粉煤灰配比和固化剂掺量等因素下CO_2碳化作用对固化淤泥力学性质和微观结构的影响。结果表明:活性MgO-粉煤灰固化淤泥碳化后抗压强度进一步增长,应力-应变关系曲线压密阶段应变缩小;不同固化剂配比的东湖淤泥试样具有不同的最佳加压模式,而加压模式决定了相同碳化时间下固化淤泥CO_2吸入量,从而影响碳化-固化淤泥试样抗压强度;活性MgO掺量低时试样抗压强度整体较低,强度随碳化时间增加先增大后减小;MgO掺量较高时,碳化试样强度随碳化时间快速达到较高值,随后增长缓慢。微观分析表明:水碳镁石、球碳镁石和碳酸镁石等镁碳酸盐是碳化-固化联合技术增强淤泥强度的主要原因,其膨胀性和胶结作用促使土体中团粒内孔隙向颗粒间孔隙转化,土体更密实,抗压强度增加。     

矿渣-粉煤灰基地质聚合物固化淤泥质黏土的抗压强度试验研究

为解决水泥固化淤泥质黏土早期强度不足及制备水泥时高污染、高能耗及高成本等问题,采用"一步法"制备矿渣-粉煤灰基地质聚合物用以固化淤泥质黏土,研究硅铝原材料之比、固体激发剂与原材料比及水灰比对固化黏土抗压强度的影响规律,并采用电镜扫描和X射线能谱分析等试验方法进行微观分析,揭示其固化机制。试验结果表明:当硅铝原材料为90%矿渣和10%粉煤灰,碱性激发剂占硅铝原材料质量比为0.15,水灰比为0.7时,其14 d的无侧限抗压强度达到1.5 MPa。矿渣-粉煤灰基地质聚合物主要产物有无定型的水化硅酸钙、水化铝酸钙凝胶,是固化黏土抗压强度提升的主要原因。研究结果为地质聚合物在淤泥质黏土加固中应用奠定一定的理论基础。     

稻壳灰-地聚物固化土力学特性及机理分析

为了研究绿色环保新型流态固化土在狭窄肥槽回填等工程问题中的应用,提出稻壳灰联合地聚物固化工程渣土形成流态稻壳灰-地聚物固化土。采用无侧限抗压强度（UCS）试验、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析（EDS）等测试方法,研究稻壳灰的掺量与粒径对稻壳灰-地聚物固化土的无侧限抗压强度（UCS）的影响规律,并探讨了稻壳灰掺量与粒径对其微观结构影响规律。结果表明:稻壳灰-地聚物固化土的净浆流动度与稻壳灰的掺量、粒径呈负相关关系,其凝结时间与稻壳灰掺量呈正相关关系,但与稻壳灰的粒径呈负相关关系;稻壳灰-地聚物固化土UCS值随着稻壳灰的掺量增加、粒径降低而显著提高,当稻壳灰的掺量增加到10%后,强度提升效能降低,初步判定稻壳灰的最优掺量为10%;固化过程中产生水化硅铝酸钠（N-A-S-H）和水化硅酸钙（C-S-H）2种凝胶,起到填充内部孔隙和胶结土颗粒的作用,使整体结构趋于完整,是稻壳灰-地聚物固化土强度提升的根本原因。研究成果可为稻壳灰在流态固化土的工程应用提供理论依据。     

活性MgO−粉煤灰固化淤泥耐久性研究

将绿色环保活性MgO?粉煤灰材料引入淤泥固化,采用系列室内模拟试验,深入研究冻融、浸水和干湿等复杂气候环境下活性MgO?粉煤灰固化淤泥试样的外观形貌和强度特征,明确外界环境干扰诱使固化淤泥性能演化的内在规律。结果表明：活性MgO?粉煤灰固化淤泥具有良好的抗冻融、抗干湿及水稳性,且活性MgO?粉煤灰掺量及MgO/粉煤灰配比提高可进一步改善活性MgO?粉煤灰固化淤泥试样的耐久性能。冻融、浸水和干湿等复杂环境显著劣化固化淤泥抗压强度,其强度水平均低于同龄期标准养护试样。固化淤泥试样无侧限抗压强度随冻融循环次数增加而逐渐降低,随浸水时间增加先降低后趋于稳定,随干湿循环次数增加呈降低的趋势。基于所得试验结果,提出了活性MgO?粉煤灰固化淤泥耐久性演变的内在微观机制模型。     

极软岩巷道锚注加固注浆材料研究与应用

锚注加固是一种理想的改善软岩巷道的围岩承载性能的措施。在实验室对粉煤灰-水泥锚注加固注浆材料的流动性、析水性及抗压强度进行了试验研究,找出了注浆材料的适宜配比,即粉煤灰掺量在20 %以下,水灰比为0.65～0.70,并在新集三矿极软岩巷道修复加固中进行了应用。     

垃圾焚烧飞灰水泥固化体强度稳定性研究

针对垃圾焚烧飞灰安全处置技术要求,采用水泥对其进行固化、稳定化处理,研究了不同水泥添加量、不同养护时间和渗沥液浸泡时间对固化体无侧限抗压强度及破坏特性的影响,并对垃圾渗沥液的侵蚀机制进行了分析。结果表明：当水泥添加量小于5%,养护时间小于3 d时,飞灰固化体在渗沥液浸泡下迅速解体,垃圾渗沥液的侵蚀对飞灰固化体的强度有较大的影响,浸泡后的固化体呈现出明显的应变软化特征,而未经浸泡的固化体的强度增长符合y=a[1-exp(-bt)]模式。随着水泥添加量及养护时间的增加,飞灰固化体无侧限抗压强度增加,破坏应变减小,而随着浸泡时间的增加,飞灰固化体的无侧限抗压强度先增大后减小,转折点大约在5～7 d,破坏应变近似呈线性增大。渗沥液对飞灰固化体的侵蚀主要是其成分抑制了固化体水化反应和破坏了水化产物。研究成果可为垃圾焚烧飞灰的安全处置技术提供理论依据和参数支持。     

深厚砂卵石层低温动水条件下咬合桩帷幕材料研发

某露天煤矿为减少矿坑疏排水量，拟通过施工截水帷幕以切断矿坑北侧河流补给通道。结合现场施工条件，在架空高压线等特殊施工区域采用钻孔咬合桩帷幕。施工区砂卵石层厚度达45 m，含水层渗透系数达100 m/d，水力梯度0.033，地下水温长期维持在5℃，为保证咬合桩在深厚砂卵石层和低温动水条件下快速成桩，研制出一种以粉煤灰为主、水泥和粉煤灰添加剂为辅的混合防渗材料，并开展该材料的凝结时间、结石率、流动度、抗渗性能等多项参数测试。结果表明:研发材料最优配比为水灰比0.7︰1.0、水泥掺量（质量占比）40%、粉煤灰掺量60%、粉煤灰激发剂掺量2%，在5℃低温环境下凝结时间102 h，结石率94.6%、流动度23 cm，3 d强度1.06 MPa、90 d强度11.65 MPa、渗透系数低至8.61×10-8 cm/s。通过取心验证，成桩质量符合要求，截水效果好，矿坑疏排水量显著减少。该材料具有低价环保、抗渗性好等优点，可在类似工程中推广应用。      

粉煤灰改良膨胀土试验研究

研究掺粉煤灰对合肥膨胀土的物理性质指标以及胀缩性指标等的影响,探讨利用粉煤灰改良膨胀土的措施与效果。试验研究结果表明,在膨胀土中掺入适量的粉煤灰可有效降低膨胀土的塑性指数、降低膨胀势、减小线缩率与降低活性。在膨胀土中掺入粉煤灰还可改变膨胀土的击实特性,一定击实功作用下,随着掺灰率的增加,土体的最优含水率与最大干密度均减小,膨胀土中掺入粉煤灰后,膨胀土可在较小的含水率下通过击实或压实达到稳定。掺灰膨胀土的膨胀量与膨胀力随养护龄期的增长而减小;没有经过养护的掺灰土,其无侧限抗压强度随掺灰率的变化几乎没有变化,经过7 d养护后,土的无侧限抗压强度有所增长,并且存在一个峰值点,合肥膨胀土的无侧限抗压强度所对应的最佳掺粉煤灰率约为15 %～20 %。     

超细水泥对固化软土早期抗压强度影响的试验研究

为研究超细水泥含量对水泥固化软土的早期力学性能的影响,本文通过在普通水泥中加入不同掺量的超细水泥组成复合水泥固化剂用以固化软土。具体研究不同超细水泥掺量、不同初始含水率、及不同养护围压条件下,复合水泥固化剂对固化软土早期抗压强度及刚度的影响。采用自制K₀围压养护装置(施加不同轴向压力的方式)、无侧限抗压强度仪(UCS)、X射线衍射仪(XRD)、电镜扫描仪(SEM)和低场核磁共振孔隙测试仪(NMR)等试验手段获取复合水泥固化软土不同龄期的抗压强度、刚度及微观结构的变化规律,并揭示其固化机理。研究结果表明:(1)相同轴向压力作用下,随着超细水泥掺量的增加,固化软土的抗压强度和弹性模量均有提高,其中复合固化剂中的活性颗粒发生水化反应生成大量胶凝产物用以黏聚土颗粒和填充孔隙,惰性颗粒用于填充土颗粒间的孔隙;(2)随着含水率的提高,固化软土中孔相对发育,从而使固化软土结构致密性减弱,抗压强度降低;(3)在K₀围压养护7d时,固化软土的抗压强度和弹性模量随着轴向压力的提高而增加,表明养护围压对软土颗粒的压缩作用能提高固化软土的密实性,同时围压对固化软土产生有效应力,与水化产物共同促进固化软土形成密实的土骨架,进而使其在7d内具有较高的抗压强度。基于试验结果,建立轴向压力、含水率和超细水泥掺量等多因素的固化软土强度预测公式,并提出复合水泥固化软土结构模型,为工程实践提供理论基础。     

California Bearing Ratio and Brazilian Tensile Strength of Mine Overburden–Fly Ash–Lime Mixtures for Mine Haul Road Construction

The production and utilization of coal is based on well-proven and widely used technologies. Fly ash, a coal combustion byproduct, has potential to produce a composite material with controlled and superior properties. The major challenges with the production of fly ash are in its huge land coverage, adverse impact on environment etc. It puts pressure on the available land particularly in a densely populated country like India. In India the ash utilization percentage has not been very encouraging in spite of many attempts. Stabilization of fly ash is one of the methods to transfer the waste material into a safe construction material. This investigation is a step in that direction. This paper presents the results of an investigation on compressive strength and bearing ratio characteristics of surface coal mine overburden material and fly ash mixes stabilized with lime for coal mine haul road construction. Tests were performed with different percentages of lime (2, 3, 6 and 9%). The effects of lime content and curing period on the bearing ratio and tensile strength characteristics of the stabilized overburden and fly ash mixes are highlighted. Unconfined compressive strength test results cured for 7, 28 and 56 days are presented to develop correlation between different tensile strengths and unconfined compressive strength. Empirical models are developed to estimate bearing ratio and tensile strength of mine overburden–fly ash–quick lime mixtures from unconfined compressive strength test results.     

Compression strength properties of the hardened cement mortar mixed with municipal incineration fine bottom ashes

In order to recycle the incineration fine bottom ash generated from municipal solid waste as a fine aggregate construction material(<4.75 mm), a series of uniaxial compression tests were carried out according to the mixing ratio of bottom ash, the curing temperature, the water–cement ratio, the mixing ratio of expanded poly styrene (EPS), and the curing time. As the results of tests, the compression strengths cured 28 days of all specimens prepared with different mixing ratios are ranged between 87 and 220 kg/cm². The water content of the hardened cement mortar is not much different with the curing time. Also, the water content is increased with increasing the mixing ratio of bottom ash, the water–cement ratio, and the mixing ratio of EPS. The unit weight of the hardened cement mortar is decreased with increasing the mixing ratio of bottom ash and the mixing ratio of EPS. The compression strength of the hardened cement mortar is decreased with increasing the mixing ratio of bottom ash. The compression strength of the hardened cement mortar cured at 30 ± 2°C and 40 ± 2°C is bigger than that of the cement mortar cured at normal temperature (20 ± 2°C). However, the compression strength of the hardened cement mortar cured at 30 ± 2°C is bigger than that of the cement mortar cured at 40 ± 2°C. The compression strength is increased at the range from 0.55 to 0.6 of water–cement ratio, and then the compression strength is decreased over 0.65 of water–cement ratio. Meanwhile, the compression strength of the hardened cement mortar is decreased with increasing the mixing ratio of EPS.     

武汉东湖淤泥早强固化试验研究

利用传统淤泥主固化材料水泥与辅助固化材料粉煤灰和石膏,通过组合配比对武汉东湖疏浚淤泥分别进行固化,基于无侧限抗压强度试验和三轴剪切试验,确定不同材料组合及配比下淤泥固化强度和特点。试验研究表明：在疏浚淤泥固化过程中水泥占主导地位,对固化效果影响最为显著;粉煤灰起到的作用相当于降低了淤泥初始含水率,表现在固化淤泥早期强度的快速提高;石膏有利于固化淤泥早期强度的形成,其作用持续于整个淤泥固化过程。随着含水率的增大,单纯水泥固化淤泥试样的应力-应变关系曲线由应变软化逐渐过渡到应变硬化模式,围压对固化淤泥强度的影响程度也随着含水率的增大而逐渐减弱,辅助固化材料的添加使原单纯水泥固化淤泥的应变硬化型曲线变为应变软化模式。不同含水率东湖疏浚淤泥固化材料最佳配比为水泥掺入比20%,粉煤灰为3倍的水泥量,石膏为30%的水泥量,该研究成果有助于武汉东湖底泥的治理以及疏浚淤泥排放场地的地基处理和环境整治。     

固化淤泥重塑土力学性质及其强度来源

对不同水泥掺加量的固化淤泥及其重塑土进行了无侧限抗压强度试验和直接剪切试验,并对固化土和重塑土的应力-应变关系曲线、无侧限抗压强度、黏聚力和内摩擦角进行了比较分析。结果表明：随着水泥量和龄期的增加,固化淤泥的脆性增强,塑性减弱;重塑土的应力-应变关系受水泥量和龄期的影响不大,随着应变的增加,应力增长缓慢,塑性变形非常大。固化土的无侧限抗压强度、黏聚力均随着水泥量和龄期的增加而增大,而内摩擦角则有减小的趋势。重塑土相对于原状土无侧限抗压强度和黏聚力都有较大程度的折减,并且水泥量和龄期越大,折减越多;内摩擦角随着水泥量和龄期的增加有小幅度提高。重塑土强度主要来源于破碎固化土团间的摩擦和咬合作用,因此,在固化淤泥重塑土的实际工程应用中,初始固化土的处理强度不应太高。     

大掺量粉煤灰淤泥固化土的强度与耐久性研究

基于传统水泥和石灰固化处理方法,提出了利用大掺量低钙粉煤灰、水泥和石灰固化剂进行淤泥固化处理的方法,以期改善淤泥的强度和耐久性,达到淤泥和粉煤灰双重资源化利用的目的。通过一系列室内试验,探讨了该方法处理后固化淤泥的击实特征、强度特性、水稳性和耐久性。试验结果表明：淤泥固化后最优含水率有所降低、最大干密度则略有增加;弹性模量、无侧限抗压强度和抗拉强度均有不同程度的增加,水泥掺量越大,养护时间越长,强度和弹性模量越大;固化后淤泥水稳性得到明显改善;浸水软化和冻融循环导致固化土抗压强度显著劣化,冻胀融缩导致设计混合料的无侧限抗压强度减小约22%。