研究了再生细骨料的掺量和颗粒级配对混凝土工作性、力学性能、抗冻性能和耐久性能的影响。结果表明:再生细骨料的最佳掺量为20%,此时,混凝土的工作性和力学性能较好;采用再生细骨料(Ⅱ区粗砂)等质量替代20%天然砂配制的混凝土工作性、力学性能较优,其28 d抗压强度相比于采用天然砂的基准组提高了9%,且其抗冻性能、耐久性能与采用天然砂配制的混凝土相近。

研究了铁尾矿砂取代率对机制砂混凝土工作性、力学性能和耐久性能的影响。结果表明:当铁尾矿砂取代率为40%时,混合砂的颗粒级配及细度模数与河砂相近,此时,混合砂混凝土的工作性和力学性能最优;随着铁尾矿砂取代率在一定范围内增加,混凝土的抗渗性能和抗氯离子侵蚀性能逐步提升。

通过设计不同粗细和级配的机制砂,研究了机制砂细度模数和级配对湿拌砂浆性能的影响。结果表明,当机制砂细度模数在1.2~3.0时,随着机制砂细度模数的增大,湿拌砂浆单方用水量减小,保水性下降,和易性和抗压强度呈先提高后降低,干缩率呈先减小后增大的变化规律。当机制砂公称粒径在0.315mm以上颗粒的分计筛余相同时,随着机制砂中小于0.315mm颗粒含量的增加,湿拌砂浆力学性能先提高后降低,干缩率先减小后增大。控制机制砂中小于0.315mm细颗粒含量为30%,机制砂中大于1.25mm颗粒含量超过30%时,湿拌砂浆拉伸黏结强度明显降低,干缩率显著增大。

选择三个级配区域的铁尾矿砂单独或者组合替代天然砂制备石膏基自流平砂浆,研究其工作性能和力学性能,并与天然砂制备的石膏基自流平砂浆的工作性能和力学性能进行对比,分析铁尾矿砂颗粒形貌及颗粒级配对石膏基自流平砂浆的影响机理。结果表明,用0.3~0.5 mm、0.1~0.3 mm、0~0.1 mm三个颗粒级配区域铁尾矿砂组合全部替代天然砂制备的石膏基自流平砂浆虽然会提高15%用水量,但其工作性能和力学性仍能满足JC/T 1023—2007《石膏基自流平砂浆》对工作性能和力学性能的要求。铁尾矿砂和天然砂的颗粒形貌差异较大导致了石膏基自流平砂浆流动性降低,调整铁尾矿砂及整个石膏基自流平砂浆颗粒级配组合可以提高石膏基自流平砂浆的强度。

为了解决瓦斯抽采钻孔围岩次生裂隙漏风而引起抽采后期瓦斯浓度急剧降低的难题,现场实测了钻孔周边煤岩裂隙及其尺度的分布特征,提出了裂隙封堵的颗粒级配黏液封堵材料制备方法。通过优选固相颗粒,同时以羧甲基纤维素钠为主料,以聚丙烯酸钠、明胶等为辅料制备了内掺级配颗粒的封堵黏液,测定了新型封堵材料的黏度、保水率、膨胀性等特性参数,并在现场进行了应用验证。结果表明,该新型内掺级配颗粒的黏液封孔材料稳定性好、黏性适中易注浆、膨胀率大,且与煤壁润湿接触性好。现场应用显示,相较于水泥基封孔材料可将钻孔平均瓦斯抽采浓度提高近40%。以此为基础,探讨了级配黏液对裂隙的封堵机理主要在于颗粒的桥堵堆积、支撑作用、膨胀堵塞及黏液滞留效应。