再生顶板大掺量粉煤灰高水胶结材料的研究

发布时间：2017-09-01 15:32

  本文关键词：再生顶板大掺量粉煤灰高水胶结材料的研究

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【摘要】：我国煤炭资源丰富,其分布特点在于,厚煤层储、产量很丰富,约占原煤总的储、产量45%;另外煤矿“三下”压煤量很大,并且,随着我国经济持续发展,煤炭资源持续大量的开采消耗,致使“三下”压煤量占总量的比例越来越大。而对于地下厚煤层以及“三下”煤层的开采,为了防止在开采过程中所引起的地表沦陷,建筑、耕地的破坏,山体滑坡以及采空区自燃火灾,分层开采及煤层采空区灌浆充填切实可行的途径,本论文主要从高水胶结材料的硫铝酸盐水泥制备、石膏-石灰组分设计、水固比以及掺合料的掺入入手改善高水胶结材料的性能,分析各项因素对高水材料的性能的影响规律,进而保证了工作面安全稳定,提高了煤回采率。论文通过对高水胶结材料凝结时间、析水率与结实率、材料粘度、强度以及内部反应温度等各项性能的测定来优化材料配比,改善高水材料的性能。并利用XRD和SEM现代技术对高水材料固结体进行微观表征分析,通过上述研究得到如下结论:(1)硫铝酸盐水泥的矿物成分对高水胶结材料的各项性能均有影响。C4A3-S/β-C2S相对比值越大,越有利于改善高水胶结材料的性能。故随着水泥C2掺量的递增,即β-C2S增加,C4A3-S减少对高水胶结材料的性能均有不利的影响。其凝结时间延长,掺20%水泥C2与不掺的相比,凝结时间延长了38%;高水胶结材料的析水率增大,结实率减小;材料的强度降低很多,水泥C2掺量为5%和20%的1d抗压强度比0%掺量分别降低了26.3%和38.5%;但对降低材料反应温度却不明显。(2)石膏的溶解特性对高水胶结材料的性能有影响。通过实验对比得出,无水硬石膏是更适合于本论文所研究的高水胶结材料制备用的原材料。(3)不同石膏石灰的比例对高水胶结材料的凝结时间、材料的析水率和结实率的影响并不是很大,石膏石灰比例从65/35到95/5变化,高水胶结材料的凝结时间时间均在15-20min内;材料的析水率都不超过2%,结实率均在95%以上;对材料的强度影响呈现先增大后减小的趋势。根据整体性能的对比,在石膏石灰比例为80/20时,各项性能趋向最优。(4)在水固比相同的条件下,高水胶结材料凝结时间随粉煤灰参量的增加而延长,在粉煤灰掺量相同的条件下,其凝结时间随水固比的增大而增加。不同水固比体系下粉煤灰掺量对高水胶结材料的析水率和结实率的影响不是很明显。水固比和粉煤灰掺量对高水材料强度和内部放热量的影响较为明显。在水固比为1:1,粉煤灰掺量为60%时,其1d的抗压强度为2.1MPa,7d为2.8MPa,并且内部反应温度由空白组的42.9℃下降至34.9℃。(5)改变不同水固比体系下粉煤灰掺量可以有效的降低高水胶结材料的经济成本,在水固比为1:1,粉煤灰掺量为60%,与水固比为2:1,粉煤灰材料为0%的对照组相比较,其强度相差不大,但成本降低了54.6%之多。
【关键词】：高水胶结材料 粉煤灰 硫铝酸盐水泥 石膏-石灰 内部温度
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ536.4;TD823.7
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 研究背景和选题意义11-12
• 1.2 再生顶板胶结料的研究现状12-16
• 1.2.1 再生顶板对胶结材料的基本要求12-13
• 1.2.2 再生顶板胶结料的发展历程13-16
• 1.3 高水材料的基本性能及水化机理16-21
• 1.3.1 高水材料的基本性能16-19
• 1.3.2 高水材料的水化机理19-21
• 1.4 高水材料目前存在的不足21-22
• 1.5 本课题研究目标、内容和技术路线22-24
• 1.5.1 研究目标22-23
• 1.5.2 研究内容23
• 1.5.3 技术路线23-24
• 第2章 高水胶结材料用硫铝酸盐水泥的制备24-41
• 2.1 原材料和试验方法24-29
• 2.1.1 试验原材料与设备24-25
• 2.1.2 试验方法25-29
• 2.2 硫铝酸盐水泥熟料的制备29-32
• 2.2.1 硫铝酸盐水泥熟料设计29
• 2.2.2 熟料的矿物组成计算29-30
• 2.2.3 水泥生料的配制及烧成30-32
• 2.3 硫铝酸盐水泥不同矿物组成的形成热力学32-34
• 2.3.1 矿物成分分析32-33
• 2.3.2 DSC-TG热分析33-34
• 2.4 硫铝酸盐水泥矿物组成对高水胶结材料性能的影响34-40
• 2.4.1 试验配合比34-35
• 2.4.2 凝结时间35-36
• 2.4.3 析水率和结石率36-37
• 2.4.4 粘度37-38
• 2.4.5 抗压强度38-39
• 2.4.6 弹性模量39
• 2.4.7 内部温度39-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第3章 高水胶结材料用石膏-石灰组分设计41-54
• 3.1 原材料和试验方法41
• 3.1.1 试验原材料与设备41
• 3.1.2 试验方法41
• 3.2 高水胶结材料用石膏的研究41-47
• 3.2.1 石膏种类对高水胶结材料矿物组成的影响41-43
• 3.2.2 石膏种类对高水胶结材料性能的影响43-47
• 3.3 石膏石灰比例对高水胶结材料性能的影响47-50
• 3.3.1 试验配合比47-48
• 3.3.2 石膏石灰比例对高水胶结材料性能的影响48-50
• 3.4 微观表征50-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第4章 大掺量粉煤灰高水胶结材料的性能54-65
• 4.1 原材料和试验方法54-56
• 4.1.1 试验原材料与设备54-55
• 4.1.2 试验方法55-56
• 4.1.3 试验配合比56
• 4.2 大掺量粉煤灰对高水胶结材料性能的影响56-60
• 4.2.1 凝结时间56-57
• 4.2.2 析水率和结实率57-59
• 4.2.3 抗压强度59
• 4.2.4 内部温度59-60
• 4.3 微观表征60-63
• 4.4 经济成本分析63
• 4.5 本章小结63-65
• 第5章 结论与展望65-67
• 5.1 结论65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 作者简介及读研期间主要科研成果73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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3 赵云龙;王海琳;于怀磊;;充填开采技术研究浅析[J];科技创新导报;2014年33期

4 谢辉;刘长武;;含水率对高水材料结石体变形特性的影响分析[J];四川大学学报(工程科学版);2013年S1期

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本文编号：772911