赤泥-偏高岭土-硅灰-水泥-脱硫石膏多元堵漏风材料的制备及性能

作     者：付明明 王梦瑶 刘亚楠 陈璐 郎东莹 王泉龙 张吉成 王明煜 

作者机构：山东航空学院建筑工程学院 中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主　　题：赤泥 胶凝材料 力学性能 孔隙结构 堵漏风 

摘      要：针对煤矿采空区漏风带来的有氧灾害问题，从落实减排固碳战略，综合利用工业固废的角度出发，选择以赤泥、水泥、偏高岭土等为主要材料等制备新型多元体系胶凝材料（R-M-S-C-D）并开展堵漏风性能研究。以水灰比、赤泥与偏高岭土比例、硅灰掺量和脱硫石膏掺量为变量，设计四因素四水平正交实验，进行胶凝材料流动度测试，开展抗折实验、抗压实验以及孔结构特征、胶凝材料产物成分、产物官能团和形貌特征等微观分析。实验结果表明，在减水剂作用下，新型多元体系胶凝材料最佳配合比为水灰比0.5、赤泥掺量18%、偏高岭土掺量18%、脱硫石膏掺量6%、硅灰掺量8%、水泥掺量50%，此时新型多元胶凝材料性能最优，抗折强度达到7.53MPa，抗压强度达到28.87MPa，孔隙率为17.89%。经XRD分析得出多元胶凝材料的水化产物包括Ca（OH）2、CaCO3、水化硅酸钙凝胶（C-S-H）等凝胶和结晶；FTIR分析表明材料中Si-O键和Al-O键增多；TG分析得出，在30℃到200℃区间内水化产物中的结合水质量损失较大，表明R-M-S-C-D中生成大量的凝胶和结晶；SEM扫描观察到大量网状或团簇状凝胶和钙矾石等结晶。在碱和硫酸盐的协同激发作用下，胶凝材料反应生成水化硅酸钙凝胶（C-S-H）、水化硅铝酸钙凝胶（C-A-S-H）、钙矾石等产物，它们起到了很好的骨架支撑作用和孔隙填充作用，同时优化了力学性能和孔隙结构。该研究表明以赤泥-水泥为基体的固废新型体系对煤矿堵漏风具有良好的应用前景。