聚丙烯纤维对水泥基充填复合材料强度性能及破坏形态的影响

为提高某金矿尾砂胶结充填体稳定性,以聚丙烯纤维作为增强剂,开展了以纤维掺量、纤维长度、矿粉掺量为研究对象的三因素四水平正交试验,考察充填料浆流动性、充填体力学性能及充填体破坏形态的变化规律。研究结果表明：充填料浆流动性与纤维掺量和长度呈负相关,随着纤维掺量的增加,充填料浆塌落度和流动度分别降低8.19%和17.79%;纤维长度从3 mm增加至9 mm的过程中,充填料浆塌落度和流动度分别降低2.49%和7.21%。充填体抗压强度随着纤维掺量和长度的增加表现为先升高后降低的趋势,纤维掺量0.6%是其临界点,此时,养护龄期1 d、3 d、7 d、28 d充填体抗压强度分别为3.87 MPa、9.32 MPa、10.27 MPa、11.88 MPa。掺入纤维的尾砂胶结充填体能够形成较为完整的网络结构,均匀分散外界荷载,阻滞裂纹扩展,微裂纹多且小,使充填体保持较高的整体性。     

纤维增强水泥-尾砂基复合充填材料力学及流变特性研究

针对水泥-尾砂基复合充填体脆性高、强度低、质量差等问题,以聚丙烯纤维作为增强剂,探究纤维掺量和纤维长度对复合充填料浆流变行为的影响,采用Hershel-Bulkey模型(简称H-B模型)进行非线性回归拟合分析,获得充填料浆流变特性参数,借助正交设计的试验方法,考察纤维掺量、纤维长度和粉煤灰掺量对充填体养护龄期1 d、3 d、7 d和28 d抗压强度的影响。研究结果表明：随着纤维掺量的增加,充填料浆初始表观黏度和屈服应力不断增大。纤维掺量从0.2%增加至0.8%的过程中,屈服应力增加了60.19%；纤维长度从3 mm增加至12 mm的过程中,屈服应力增加了35.3%。不同养护龄期下充填体抗压强度随着纤维长度和纤维掺量的增加均表现为先上升后降低的趋势,纤维掺量0.6%和纤维长度9 mm是其临界点,适宜的纤维能在充填体内部均匀分散,形成致密的网络结构以承载外界荷载,从而改善充填体力学性能。     

大掺量粉煤灰充填材料优化配比及性能研究

为获得一种经济、环保、高性能的浆体充填材料,以粉煤灰作主要材料,水泥、矿渣、石灰为辅助材料,采用正交试验方案,进行粉煤灰充填材料优化配比试验,探讨了水泥掺量、粉煤灰掺量、料浆质量浓度、石灰掺量对充填体流动性、凝结时间、抗压强度的影响,并对测试结果进行极差分析,结果表明:当水泥∶矿渣∶粉煤灰=6∶4∶90,石灰掺量为2%,质量浓度为62%时,充填材料各项性能指标均达到最优。     

玻璃纤维增强水泥基尾砂胶结充填体力学性能试验研究

针对山东烟台某金矿充填体强度低、稳定性差等问题,选用高炉矿渣、钢渣、脱硫石膏等工业固体废弃物制备胶凝材料,掺入玻璃纤维作为加筋材料以改善充填体力学性能.首先,分析充填材料的物理化学性质,然后,开展正交试验,探究纤维掺量、纤维长度和钢渣掺量对水泥基尾砂胶结充填体抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的影响.研究结果表明:随着纤维掺量的增加,充填体力学性能表现为先增加后降低的趋势,当纤维掺量为０．５％时,充填体抗压强度和抗拉强度达到最大值,当纤维掺量为０．３％时,充填体抗折强度改善效果最好;随着纤维长度的增加,充填体抗折强度和抗拉强度逐渐增大,充填体抗压强度先增加后降低,在纤维长度为６mm 时,抗压强度达到最大值;适量的纤维掺入弥补了充填体内部结构的缺陷,抑制了裂缝扩展,增加了致密度,使充填体力学性能不断上升,但过量掺入会导致纤维相互缠结形成应 力 集 中 区,削 减 了 充 填 体 力 学 性 能.钢 渣 掺 量 为１０％时,充填体力学性能最优,继续增加钢渣掺量,胶凝体系中用于支撑充填体宏观强度的水化产物钙矾石、C—S(A)—H凝胶、Ca(OH)２ 的生成量减少,充填体试件难以抵抗较大的荷载,充填体力学性能降低.     

泵送剂掺量对充填料浆流动性能及充填体力学性能的影响

泵送剂作为改善充填料浆流动性能的添加剂,已经被广泛应用于矿山,但泵送剂对料浆凝固后充填体力学性能的影响却尚不明确。针对某矿不同泵送剂掺量的充填料浆,开展了料浆塌落度试验、流变试验 、充填体试块单轴抗压强度试验及试块电镜细观试验。结果表明：泵送剂对塌落度呈非线性梯度影响,随着泵送剂掺量不断增加,同剂量的泵送剂对塌落度的影响能力慢慢减弱;屈服应力与塑性黏度均随泵送剂掺量 的增加而降低,泵送剂掺量在超过3%后,屈服应力的下降幅度明显减缓,而对于塑性黏度,掺量超过2%时,其下降幅度就已经开始明显减缓;泵送剂对3 d养护龄期试块强度的影响较弱,而对于7 d、28 d养护龄期试 块,掺量为1%和2%时,对充填体抗压强度的影响是正面的,当掺量大于2%时,充填试块抗压强度呈下降趋势;掺量在1%时充填试块的细观结构是最致密的,随着泵送剂掺量的增加,大孔隙逐渐增加。综合考虑泵送剂 成本、料浆流动性及抗压强度,针对试验中的料浆配比,推荐泵送剂掺量为2%。     

混合骨料胶结充填体的力学性能及其配比优化设计

针对质量浓度、水泥掺量、粗骨料含量及减水剂掺量４种因素对废石与尾砂混合骨料胶结充填体力学性能的影响,进行正交试验设计.通过对充填体抗压强度、坍落度进行极差分析和方差分析,得到了４种因素的影响程度和显著性影响因素.研究结果表明:质量浓度、粗骨料含量及减水剂掺量为充填料浆坍落度的显著性影响因素,而水泥掺量对充填料浆坍落度无显著影响;粗骨料含量及质量浓度为充填体早 期强度的显著性影响因素,而质量浓度及水泥掺量为充填体中后期强度的显著性影响因素;充填体后期抗压强度随粗骨料含量的增加呈先增加后减小的趋势,最佳粗骨料含量为６０％;最后就４种因素对混合骨料胶结充填体力学性能的影响进行了机理分析,建立了混合骨料充填体坍落度及抗压强度的回归模型,该模型能够准确预测混合骨料充填体的坍落度和抗压强度的变化规律.由试验结果得出该金属矿山充填料浆配比参数的最佳组合.     

废石尾砂胶结充填材料流动与强度性能的研究

为了解决极细全尾砂作为充填骨料制备充填料浆脱水困难、充填体强度偏低的问题,通过开展废石尾砂胶结充填试验,改善充填骨料粒级组成,研究废石掺量对充填料浆流动性能及充填体强度的影响规律。结果表明:相比较全尾砂胶结充填,掺入废石可以显著改善充填料浆的流动性能,提高充填料浆的输送浓度;在相同灰砂比和浓度情况下,废石尾砂胶结充填体强度高于全尾砂胶结充填体。因此,废石尾砂胶结充填体可以降低灰砂比,减少水泥用量,消纳地表废石。在云南金厂河矿山开展工业试验,确定了充填参数为浓度80%、灰砂比1∶8、废石掺量60%,原位取芯平均抗压强度为3.36MPa,满足采场充填体强度设计要求。     

水泥协同多固废固化铬铁渣充填材料的制备及性能研究

为解决铬铁渣堆存占地面积大、污染土壤与水体、资源化利用水平低的问题，以矿渣-石灰-脱硫石膏-水泥熟料协同激发制备四元体系新型充填材料，揭示料浆流变性能、力学性能的变化规律，结合扫描电镜阐述充填体水化机理，通过毒性浸出试验探明充填材料固化/稳定化机理。结果表明：料浆流变曲线符合Hershel-Bulkley模型，随着减水剂掺量的增加，料浆屈服应力显著降低，铬铁渣掺量是影响料浆屈服应力变化的非显著性因素。随着铬铁渣掺量的增加，充填体抗压强度呈降低趋势；减水剂掺量从0.1%增加至0.4%的过程中，抗压强度呈先上升后降低的趋势；随着脱硫石膏掺量的增加，早期强度呈上升趋势，后期强度呈先上升后降低的趋势；石灰掺量从5%增加至20%的过程中，抗压强度呈快速上升趋势，且掺量越大，上升幅度越明显。当铬铁渣∶矿渣∶石灰∶脱硫石膏∶水泥∶减水剂为30∶30∶20∶8∶12∶0.3,抗压强度达最优值。充填体微观结构形貌以柱状钙矾石和团聚状C-S-H凝胶为主，二者紧密黏结形成整体。水化28 d充填体毒害离子浸出浓度满足《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)要求，对Cr³⁺和Cr<...     

矸石粉替代粉煤灰膏体充填材料性能研究

针对传统煤矿膏体充填材料对粉煤灰的需求量较大、成本较高的问题，研究矸石粉替代粉煤灰作为辅料时的膏体充填材料性能，采用正交试验方法以及MATLAB进行线性回归预测和3D可视化模型的建立，分析水掺量和水泥掺量对膏体充填材料流动性和力学性能的影响规律。试验结果表明：随着水泥掺量的增加，充填料浆流动性缓慢下降，同龄期抗压强度也持续缓慢增加，且1～3d变化较明显，3～28d变化较小|水掺量是影响流动性的主要因素，尤其是对充填料浆的扩展度的影响最为明显，随着水掺量的增加，同龄期抗压强度在显著减少，且龄期越长，结果越为明显。综合分析得出最优配比为15%水泥掺量，23%水掺量的充填材料，既满足充填强度要求也满足膏体的流动性要求。     

碱激发矿渣/粉煤灰体系流动性及力学性能试验研究

针对某金矿水泥胶结充填体强度低、经济效益差的问题,以当地固体废弃物矿渣、粉煤灰等为主要原料,通过添加水玻璃作为激发剂制备新型矿山充填碱激发胶凝材料。借助正交设计的试验方法,考察激发剂掺量、激发剂模数、粉煤灰掺量、水胶比对矿渣/粉煤灰复合胶凝体系流动性及力学性能的影响。试验结果表明：激发剂掺量与浆体流动度和抗压强度呈正相关;激发剂模数从1.0增加至1.5的过程中,浆体流动度和抗压强度均呈先上升后降低的趋势;在无粉煤灰的胶凝体系中,浆体流动度较差,随着粉煤灰掺量的增加,浆体流动度不断增加,抗压强度逐渐降低;水胶比与浆体流动度呈正比关系,随着水胶比的不断增大,抗压强度快速降低,波动幅度较大。当水胶比为0.30、激发剂掺量为6%、激发剂模数为1.2、粉煤灰掺量为20%时,浆体流动度为164 mm,养护龄期3 d、7 d、28 d的抗压强度分别为2.15, 3.66, 4.83 MPa,均满足矿山生产要求。     

聚丙烯腈纤维调控水泥基充填材料凝结硬化性能研究

为保证聚丙烯腈纤维调控水泥基复合充填料浆满足深井矿山管输要求，以纤维掺量、纤维长度、激发剂掺量、磷石膏掺量为影响因素，开展正交试验，研究各因素对充填料浆凝结时间、稠度、分层度、泌水率及流变性能的影响。研究结果表明：随着激发剂掺量的增加，料浆凝结时间和和易性能呈先降低后增加的趋势，磷石膏对复合充填料浆具有显著缓凝作用。纤维对充填料浆具有促凝增稠作用，当纤维长度为11 mm、掺量为0.2%时，初凝时间为311 min,终凝时间为426 min;当纤维长度为11 mm、掺量为0.15%时，初凝时间为268 min,终凝时间为372 min。掺纤维复合充填料浆流变曲线符合Hershel-Bulkley模型，纤维消耗了胶凝体系的自由水和水化产物，增加了固相颗粒间的碰撞接触，增强了水化产物间的黏滞力和摩擦力，提高了料浆的屈服应力和黏度。     

胶结剂种类及掺量对尾砂胶结膏体充填材料性能的影响

对三种胶结剂的不同掺量对粗、细尾砂胶结膏体充填材料性能的影响规律进行了试验研究,并对部分硬化体进行了扫描电镜分析。试验结果表明,无论尾砂是粗或细,均随胶结剂外掺量增加,硬化体7d和28d抗压强度增加,但对料浆析水率影响不大;对于细尾砂,在5%胶结剂掺量下,矿渣基复合胶结剂的胶结强度比纯硅酸盐水泥(包括复合硅酸盐水泥)强;对于粗尾砂,在30%胶结剂掺量下,矿渣基复合胶结剂的胶结强度比硅酸盐水泥弱。扫描电镜分析表明,在胶结膏体充填材料中矿渣基复合胶结剂水化产物比纯硅酸盐水泥水化产物分布均匀,前者比后者显微结构更密实。对胶结膏体充填材料的增强机理分析表明,增加充填集料之间的胶结连结、晶体连结能有效提高充填硬化体强度。结论是要制备低胶结剂掺量的胶结膏体充填材料,分散胶结剂水化产物是有效措施。     

基于重复正交试验的风积砂膏体充填材料配比

为找到适合陕北沙沟岔煤矿充填开采需要的高质量、低价格的膏体充填材料,选用风积砂作为充填骨料,以(粉煤灰、水泥、风积砂)掺量及料浆质量浓度4种因素为对象,每个对象取3个水平,采用重复正交试验研究其对充填材料坍落度、泌水率以及7 d和28 d抗压强度的影响。结果表明:料浆质量浓度对坍落度和泌水率影响最为显著,其余因素影响较小,当选取74%和76%的料浆质量浓度时均符合坍落度和泌水率要求;通过极差和方差分析得出,对充填体7 d和28 d抗压强度影响最显著的因素是水泥掺量,其次是粉煤灰的掺量,再次是风积砂掺量,但当风积砂掺量大于45%,不同龄期抗压强度则逐渐降低,最后料浆质量浓度对抗压强度影响最小。综合分析得到最优配比:粉煤灰为440 kg/m~3,水泥为220 kg/m~3,风积砂为45%,质量浓度为76%。     

某多金属矿新型充填胶凝材料性能及微观结构研究

采用矿渣新型胶凝材料为胶结剂,细尾砂为骨料,开展充填料浆流动度、泌水率和充填配比试验,研究浓度、灰砂比对料浆流动性、泌水率、充填体抗压强度的影响,以及不同养护龄期下充填体抗压强度的发展规律。结果表明：充填浓度对料浆流动度、泌水率的影响较大,随着浓度的提高,料浆流动度和泌水率显著降低;灰砂比的影响相对较小,随着灰砂比的降低,料浆流动度、泌水率略有提高;充填体抗压强度随浓度的增加而提高,随灰砂比的减小而降低,新型胶凝材料充填体在养护早期3 d强度发展较为缓慢,7 d后强度开始明显提高,28 d后强度仍能持续增长,且养护60 d强度相比28 d提高约20%;矿渣微粉在水泥、石膏等激发作用下生成纤维状C-S-H、针棒状钙矾石等水化产物是充填体产生强度的主要原因。     

全尾砂固废基充填材料胶凝特性与纤维强化效应研究

针对某金矿全尾砂超细颗粒含量高导致充填体强度不足的问题,选用矿山固废制备碱激发胶凝材料,加入不同长 度聚丙烯纤维(3~18 mm)作为增强剂,研究其对充填材料流动性和抗压强度的影响,并借助SEM 从微观结构揭示材 料胶凝特性和纤维强化效应.结果表明:(1)全尾砂中超细颗粒表面极易形成水膜,导致黏结力下降,这是造成充填体 强度偏低的主要原因;(2)随着纤维长度增加,充填料浆坍落度、流动度、稠度均降低,泌水率先降低再增大;(3)充填体抗压强度随纤维长度增加先升高后降低;当纤维长度为12 mm 时,3 d抗压强度和28 d抗压强度达最大值,分别为3.12 MPa和8.05 MPa,较同龄期未掺纤维试块分别增加了254.55％和41.48％;(4)纤维在基体中发挥桥接和锚固作用,有效抵抗和传递外界荷载,增加充填体抗压强度,但纤维过长易造成团簇和缠结而形成弱面,导致其强度削减.     

新型胶凝材料在某铁矿配比方案优化中的应用

为解决国内某铁矿充填成本高,充填体早期强度低,充填料浆堵管等问题,基于正交试验展开了充填配比方案优化设计。试验以胶凝材料类型(A)、质量浓度(B)、灰砂比(C)为影响因素,以尾砂料浆塌落度、尾砂胶结体3d、7d、28d单轴抗压强度为评价指标,运用极差和方差分析法对比研究了各因素对试验指标的敏感性。极差分析表明:对胶结体3d、7d强度影响顺序为ACB,对胶结体28d强度的影响顺序CAB,对全尾砂料浆塌落度的影响顺序为BAC。方差分析表明:胶凝材料类型对胶结体3d强度影响显著;灰砂比及胶凝材料类型对胶结体7d强度影响显著;各因素对胶结体28d强度均无显著影响;料浆浓度对全尾砂料浆塌落度影响显著。最终,根据充填工程实际需求,推荐的最优方案胶凝材料类型为TC-Ⅱ,料浆质量浓度为76%,灰砂比为1∶6。     

基于超细粒级尾砂的水泥基充填复合材料性能研究

为提高超细粒级尾砂消纳量，降低充填成本，以尾砂替代部分水泥，研究尾砂取代率、粉煤灰掺量和偏高岭土掺量对复合充填材料流动性能、抗压强度、抗氯离子渗透能力、抗硫酸盐侵蚀性能及抗冻融性能的影响。研究结果表明：料浆流动度和抗压强度与尾砂取代率呈负相关，粉煤灰能够改善料浆流动性能，对充填体早期强度具有削弱作用，对后期强度的发展具有改善效果，当粉煤灰掺量为12%时，28 d和90 d抗压强度分别达最大值，为8.03 MPa和8.92 MPa;偏高岭土能够吸附自由水，加速水化反应进程，对料浆具有明显的增稠作用，促进C-S-H凝胶成核，改善充填体内部孔细结构，阻断氯离子传输通道，提高充填体力学性能和抗氯离子渗透性能；在硫酸盐和温度协同侵蚀作用下，充填体试块质量和抗压强度均呈先升高后降低的趋势，钙矾石和石膏的生成，增加了试块质量和抗压强度，但过量的钙矾石导致结构挤压膨胀，充填体出现损伤劣化；随着冻融循环次数的增多，充填体质量损失率和强度损失率逐渐增大，低温降低了水化反应速率，冰晶的膨胀作用，导致水化产物对骨料颗粒的黏结包裹作用减弱。     

冻融循环下纤维改性充填体的力学特性研究

为了有效降低矿山地下采场岩爆灾害、合理控制采场围岩变形,一般采用尾砂充填地下采空区,传统的尾砂强度很难在复杂的地下空间中发挥作用,尤其是高寒高海拔矿区的冻融循环环境,有必要确保冻融环境下的充填体具有良好的力学性能。为研究冻融循环对纤维改性充填体力学行为的影响,首先将不同质量百分比(0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)的纤维与充填料浆混合进行混合,然后对纤维—充填体混合物进行0、5、10、15次冻融循环,并讨论了纤维改性充填体混合物的坍落度、单轴抗压强度、劈裂抗拉强度随纤维掺量和冻融循环次数的变化趋势。结果表明:循环冻融显著降低了纤维改性充填体混合物的力学性能,纤维的适量掺入对充填体力学性能改善起到了主要作用,纤维掺量为0～0.6%时可以有效提高充填体的强度,纤维掺量超过0.6%时会劣化充填体的力学性能。此外,纤维的掺入极易与充填体内的水分融合而起到固水作用,从而抑制其流动性。     

苯丙乳液改性水泥基充填胶凝材料性能研究

为解决某金矿采用细粒级尾砂充填造成的料浆泌水率高、和易性差、充填体质量低等问题,研究采用苯丙乳液作为改性剂,对比分析了不同掺量的苯丙乳液对水泥基充填胶凝材料性能的影响.研究发现,随着苯丙乳液掺量的增加,充填料浆流动度、坍落度、稠度及各龄期抗压强度均呈先上升后降低的趋势,泌水率呈先降低后上升的趋势.苯丙乳液掺量为２％是其性能变化拐点,此条件下,充填料浆流动度、坍落度、稠度分别提高了２０％、１７．１４％、５．１％,泌水率降低了２８．０４％,充填体１d、３d、７d、２８d抗压强度分别增加２５％、１８．６８％、２４．２３％、２４．６８％,充填料浆和易性和力学性能均满足矿山采场充填需求.借助SEM 扫描电子显微镜观察不同掺量苯丙乳液改性下充填体微观结构形貌,研究发现,充填体主导水化产物为针棒状钙矾石和团絮状水化 C—S—H 凝胶,当水化体系中未掺加苯丙乳液时,微观结构形貌呈交联蜂窝状,相邻产物间的大孔洞数量较多;随着苯丙乳液掺量的增加,乳液 中 的 活 性 集 团 与 液 相 中 游 离 的 Ca２＋ 、Si４＋ 和Al３＋ 结合形成新化学键,增加了结构聚合度,微观形貌由稀疏的蜂窝状结构转变为堆积密实度较高的层状,钙矾石与C—S—H 凝胶交错搭接将骨料颗粒联结成整体,使充填体具有较高的力学性能。     

钢渣胶凝体系下矿山充填料的流动性研究

讨论了在无熟料钢渣胶凝材料体系下,矿山充填料流动性的主要影响因素。料浆流动性试验结果表明掺加粉煤灰能明显改善体系的流动性,在一定范围内浆体流动性随着粉煤灰掺量增大而增大,掺量为15%的粉煤灰流动度最高达到220 mm;矿渣对充填料浆体流动性的改善效果不如粉煤灰,但能提高充填体各龄期抗压强度;粗细颗粒级配合理的尾矿对流动性的改善有积极的作用,流动度能最多提高46.7%;料浆浓度对体系流动性和强度影响很大,73%浓度的充填料浆和易性好,流动度最高达到240 mm。