【摘 要】
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本文将碱渣和粉煤灰按一定比例混合,在常温下掺入硅酸钠溶液制备出一种无水泥熟料的新型绿色浆材,旨在克服现有注浆材料因使用水泥而造成的成本高和间接污染环境的问题,实现两种工业废料的资源化利用。通过试验对碱渣注浆材料的主要性能指标及固化机理进行研究,并与水泥类浆液进行对比分析,探索将其应用于矿山帷幕注浆工程的可能性。本文主要研究内容及结论如下:(1)设计9组正交试验对制备碱渣注浆材料的影响因素进行研究,
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本文将碱渣和粉煤灰按一定比例混合,在常温下掺入硅酸钠溶液制备出一种无水泥熟料的新型绿色浆材,旨在克服现有注浆材料因使用水泥而造成的成本高和间接污染环境的问题,实现两种工业废料的资源化利用。通过试验对碱渣注浆材料的主要性能指标及固化机理进行研究,并与水泥类浆液进行对比分析,探索将其应用于矿山帷幕注浆工程的可能性。本文主要研究内容及结论如下:（1）设计9组正交试验对制备碱渣注浆材料的影响因素进行研究,试验结果表明:在选定的因素水平范围内,硅酸钠溶液浓度对抗压强度、流动度和终凝时间影响最显著;碱渣/粉煤灰对结石率和初凝时间影响最显著;液固比则对析水率影响程度最大。根据极差分析结果优选出的最优配合比为:碱渣/粉煤灰=2:3,液固比1.1,硅酸钠溶液浓度为2.5mol/L,是一组综合性能良好的注浆液。（2）FTIR表明碱渣-粉煤灰-硅酸钠溶液体系促进了Si-O-Al键的聚合反应,产生有硅铝酸盐凝胶;XRD谱图中“鼓包”峰整体向高角度右移,同样可以证明有新的凝胶物质生成;SEM图像显示粉煤灰被侵蚀后,在其表面及周围生成有凝胶物质并相互搭接形成整体;EDS表明凝胶体的主要元素为O、Si、Al和Na,并且Si/Al在12之间,证明生成的硅铝酸盐凝胶为N-A-S-H凝胶。（3）这种新型注浆材料的固化机理是碱渣中的可溶钙组分与硅酸钠反应生成的水化硅酸钙凝胶（C-S-H）决定其早期强度,后期强度的明显增长是由于粉煤灰受碱激发,发生溶解再聚合的地质聚合反应生成了硅铝酸盐凝胶（N-A-S-H）。碱渣中的有效组分为CaCO3、Ca（OH）2、CaCl2和CaSO4,CaCO3主要起骨架支撑作用,Ca（OH）2、CaCl2和CaSO4提供Ca2+与硅酸钠反应生成C-S-H凝胶,并且CaSO4具有微膨胀的特性,可以改善体系的收缩程度。（4）碱渣注浆材料具有良好的可注性,其在粒径为25mm、510mm砂中的注入深度分别为75mm和180mm,并且能够与砂粘结形成整体性较好的固结体;根据《矿山帷幕注浆规范》与水泥类浆液对比,碱渣注浆材料可以满足矿山帷幕注浆工程对浆液性能的要求。
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