纳米氮化硅复配三乙醇胺激活粉煤灰对煤矿封孔材料早强性能的研究

刘健¹，钱亮¹，吉小利²，唐田甜¹，王子航¹，卢婷¹

1. 安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室2. 安徽理工大学化学工程学院

摘 要：针对煤矿封孔材料在井下高温高湿环境中存在的早期强度不足、凝结时间不稳定、流动度不佳等问题,采用一部分粉煤灰替代普通硅酸盐水泥,结合纳米Si3N4复配有机早强组分三乙醇胺（TEA）,借助早期抗压强度、凝结时间、流动性、XRD、电镜扫描（SEM）和热重（TG-DSC）等力学参数试验和微观结构分析,研究纳米Si3N4复配三乙醇胺对粉煤灰封孔材料的早强性能的影响和粉煤灰激发效果。结果显示,当纳米Si3N4质量比2%,粉煤灰质量比10%、三乙醇胺质量比为0.05%时,水泥样品早强性能最优,其1,3,7,28d抗压强度分别达到8.92,22.35,29.78,57.36 MPa,较空白水泥样品分别提升了32.7%、39.9%、36.7%、39.6%,且其流动性优异,凝结时间明显缩短。根据XRD、SEM和热重等微观结构分析,纳米Si3N4复合三乙醇胺能有效促进粉煤灰活性的激发,水泥的水化反应速度加快,生成更多的硅酸盐以及水化硅酸钙包裹在粉煤灰颗粒四周,各凝胶之间相互穿插,使得内部结构稳定致密,水泥材料的早期性能和耐久性得到了提高。

关键词：封孔材料;纳米Si3N4;粉煤灰;早强剂;抗压强度;