高分子乳液对水泥基充填材料性能的影响

为解决水泥基充填材料存在的流动性差、强度低的问题，提出以高分子乳液改性其性能。对比研究了苯丙乳液、纯丙乳液、VAE乳液3种乳液对充填料浆流动性能和力学性能的影响，采用SEM扫描电镜观测微观结构形貌。结果表明：2%掺量的苯丙乳液和6%掺量的纯丙乳液对浆体流动度具有促进作用；VAE乳液则增加了浆体黏度，但对充填体抗压强度和抗折强度的改性效果优于苯丙乳液和纯丙乳液，当VAE乳液掺量为10%时，充填体3 d、7 d抗压强度和抗折强度达最大值为12.82 MPa、16.55 MPa和4.37 MPa、5.63 MPa;当VAE乳液掺量为6%时，28 d抗压强度和抗折强度达最大值为16.25 MPa和5.63 MPa。苯丙乳液对充填体的抗拉强度改性效果最好，当苯丙乳液掺量为10%时，充填体3 d、7 d和28 d抗拉强度达最大值为1.77 MPa、2.55 MPa、2.91 MPa。随着水化龄期的延长，聚合物乳液改性充填体微观结构形貌由细针状钙矾石和絮状C-S-H凝胶发育为短棒状和团聚状，水化产物与乳胶颗粒构筑成紧密结合的有机-无机三维互穿网状结构，填充至骨料基体孔隙之间，使充填体具备良好的宏观力...     

高掺量钢渣无熟料体系制备全尾砂胶结充填料

以钢渣和尾砂为主要充填材料,综合分析料浆流动性能和胶结充填体强度,确定胶结充填料的优化配比,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)微观分析观察其微观结构和水化产物。试验结果表明,当钢渣掺量为63%、脱硫石膏掺量为12%、矿渣掺量为25%时,料浆流动性能满足自流型胶结充填的流动性要求,充填体28 d抗压强度为3.73 MPa,满足矿山充填强度要求。     

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。     

胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰固化机理研究

为确定低成本、安全、高效处置危废城市垃圾焚烧飞灰(MSWI)的方法,以钢渣微粉、矿渣粉、脱硫石膏、垃圾焚烧飞灰和尾砂为充填材料,进行了砂浆流动性能和胶结充填料强度试验,根据胶结充填料强度确定了胶凝材料的最优配比,并通过X射线衍射(XRD),红外(FTIR)和扫描电镜(SEM)分析了净浆试块的微观结构和水化产物。试验结果表明,当垃圾焚烧飞灰掺量为15%、钢渣微粉掺量为4%、脱硫石膏掺量为14%、矿渣粉掺量为67%时,料浆的流动度为260 mm,满足自流型胶结充填的流动性需求,充填料试块28 d的抗压强度为24.54 MPa,满足矿山充填强度要求;充填料试块养护28 d重金属离子浸出浓度全部低于饮水标准;冶金渣-垃圾焚烧飞灰胶凝材料水化产物主要有钙矾石、C—S—H凝胶和Friedel盐。     

海水条件下矿山充填应用硅灰的试验研究

三山岛金矿充填用水中Cl-、SO42-和Mg2+等成分浓度较高,影响充填体的强度。根据海水和硅灰的化学成分检测结果,分析研究海水中氯盐、硫酸盐、镁盐对充填体的破坏机理,并通过试验验证硅掺量为8%时,卤水制作充填试块的抗压强度显著提高;另外,提高充填料浆的浓度和灰砂比,也对提高充填体抗压强度有较大的作用。分析认为,硅灰对于提高充填体的密实性,减少氯离子的渗透性和硫酸盐的流动性,降低充填料浆中的Ca(OH)2含量,减少钙矾石形成发挥了重要作用。因此,为了提高卤水条件下的充填体强度,掺加硅灰有一定的意义。     

粉煤灰-脱硫石膏充填材料性能及微观结构研究

为了有效处理电厂两大工业废渣粉煤灰和脱硫石膏,实现火电厂固废资源化利用。将粉煤灰和脱硫石膏与生石灰、水泥以适当比例混合,通过开展泌水率、流动度、单轴抗压试验、X射线衍射、扫描电镜等实验,综合考虑流动性能和力学性能,得到适宜煤矿充填的粉煤灰-脱硫石膏充填材料配比方案。结果表明：粉煤灰、脱硫石膏、生石灰、水泥以3:1:1:1配比时,该矿物掺和料料浆流动度可达300mm以上、泌水率为4.71%。充填体7d抗压强度大于3MPa,28d抗压强度高于4MPa;随着粉煤灰与脱硫石膏比例的增加,7d强度逐渐增大,28d强度呈现先增大后减小的规律。粉煤灰-脱硫石膏充填材料水化产物主要包括钙矾石、水化硅酸钙、水合碳酸铝钙、石膏。水化产物会填充充填体内部的孔隙结构,宏观表现为提高了充填体强度。     

超细尾砂充填胶凝材料配比试验研究及工业应用

针对超细尾砂利用生石灰、脱硫石膏、脱硫灰渣、芒硝和矿渣开展充填胶凝材料配比试验研究。通过扫描电镜(SEM)分析,研究充填胶凝材料水化机理,确定充填胶凝材料最优配方。结果表明,超细尾砂充填胶凝材料的最优配方是:生石灰掺量6%、脱硫石膏掺量15%、脱硫灰渣掺量0%和芒硝掺量3%;充填胶凝材料胶结充填体与水泥胶结体相比,钙矾石产状物粗大,浆体结构致密,大幅提高了充填体抗压强度。通过工业试验验证,开发的超细尾砂充填胶凝材料可缩短凝结时间,适当改变胶砂比和料浆浓度,可提高充填体强度和减小沉缩率。     

基于响应面法的煤矸石胶结充填体抗压强度试验研究

煤矸石胶结充填可有效控制煤矿开采造成的地表沉陷,减少环境破坏。为研究细矸率、水泥掺量和料浆质量浓度对充填体抗压强度的影响规律,优化充填材料配比,在单因素试验基础上采用响应面法设计3因素17组配比试验,构建响应面回归模型并计算优化配比,为工程上获得合理充填材料配比提供科学方法。研究表明:单因素对充填体抗压强度的影响大小依次为料浆质量浓度、水泥掺量、细矸率;细矸率和料浆质量浓度交互作用对充填体早期抗压强度影响较小,水泥掺量和料浆质量浓度交互作用对充填体中后期抗压强度影响最大;为满足充填强度要求（一般≥5.0 MPa）,经模型优化确定充填料浆最佳配比为m（煤矸石）︰m（粉煤灰）︰m（水泥）︰m（水）=50%︰22%︰8%︰20%,细矸率为52%时,充填体28 d抗压强度为5.07 MPa,验证试验误差范围在2%左右,模型精准可靠;水泥水化生成Ca(OH)₂激发粉煤灰和煤矸石活性物质生成钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,随着龄期不断增长对胶凝体系起到了良好的连接作用,网状结构更加稳定,能有效提高充填体抗压强度。      

脱硫灰渣的改性及其对矿渣基充填料性能的影响研究

为解决脱硫灰渣堆放所带来的环境污染问题,并以其和其他固废为主要原料生产矿山井下充填所需的低成本充填料,在对脱硫灰渣进行改性的基础上,以改性脱硫灰渣、增强剂、石膏、矿渣、尾砂为原料进行了充填料性能试验,并对充填料试件的水化产物进行了SEM分析。结果表明:(1)改性剂CHJ-1可在掺量为2%、改性温度为120℃、改性时间为12 h情况下使脱硫灰渣中CaSO_3的含量降低48.30%。(2)改性脱硫灰渣掺量的变化对充填料浆流动性影响不大。改性脱硫灰渣掺量从10%提高至15%,充填料浆的沉缩率明显减小,各龄期试件的抗压强度均明显增大;改性脱硫灰渣掺量继续提高至20%,充填料浆的沉缩率显著增大,各龄期试件的抗压强度均明显减小。改性脱硫灰渣掺量为15%时充填料浆扩展度为152 mm、沉缩率为1.41%,充填料试件7 d、28 d的抗压强度分别为1.28 MPa和2.86 MPa,满足矿山井下充填要求。(3)改性脱硫灰渣能成功激发矿渣发生水化反应,水化产物主要是棒状的钙矾石、团簇状的水化硅酸钙凝胶,它们之间相互穿插形成的空间网络结构使充填料试件具有结构强度,且随着养护龄期的延长,水化产物数量增多,充填料试件的抗压强度提高。     

以冶金渣为胶凝材料的全尾砂胶结充填料的制备

以矿渣-钢渣-脱硫石膏为胶结剂,以密云铁矿全尾砂为骨料,制备用于胶结充填采矿的充填材料。综合分析料浆流动度和胶结充填体试块强度,优化胶结充填料配比,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)微观分析观察其微观结构和水化产物。试验结果表明,当胶结剂中矿渣掺量为60%、脱硫石膏掺量为12%、钢渣掺量为28%、胶砂比为1∶4、充填料浆浓度为80%时,料浆适应膏体泵送的流动性要求,充填体28 d抗压强度为8.62 MPa,满足矿山充填强度要求。     

矿渣微粉对细尾砂胶结充填体力学性能及微观结构影响

研究了不同矿渣微粉掺量对充填体早期、长龄期强度以及充填料浆流动性、泌水率的影响规律,通过采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等技术手段对特定龄期下充填体水化产物进行了微观表征并揭示其强度发展机制。结果表明：充填体养护早期（3d）,矿渣微粉的掺入不利于其强度的发展,且掺量越高充填体强度降低幅度越大;养护龄期超7d后,矿渣微粉对充填体强度提升作用开始显现,且充填体养护龄期越长,相同掺量下抗压强度提升效果越明显。充填浓度70%,灰砂比1:6,矿渣微粉掺量80%时,充填体养护28d、90d后抗压强度分别为5.02MPa和6.53MPa,相较养护7d充填体强度分别提高211.80%和305.59%。少量矿渣微粉的掺入在一定程度上会降低充填料浆流动性和泌水率,但当矿渣微粉掺量较高时,充填料浆流动性和泌水率均有一定程度的提高。矿渣微粉掺入后充填体内部水化硅酸钙（C-S-H）、钙矾石（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）等水化产物生成数量的增加,是导致其强度高于纯水泥充填体的重要原因。     

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。     

磷石膏复合水泥基充填料的制备及其强度性能研究

基于“绿色矿山”的理念,选用磷石膏、水泥与尾砂等矿物固废制备充填料,开展流动性、泌水率和强度性能的测试,结合 X射线衍射和扫描电镜技术测试矿物成分与微结构特征,最后对充填料水化机理进行了初步探究.结果发现:水泥基充填料在膏体质量分数为７２％~７５％且减水剂浓度为０．２mol/L时,坍落度和泌水率指标可以满足浆料泵送的要求;磷石膏改性作用使得水泥基充填料的早期强度显著上升;磷石膏掺量为１５％时材料的无侧限抗压强度最高;层状水化硅酸钙与针状钙矾石为磷石膏复合充填料中的主要水化产物;磷石膏的改性使得水化反应早期的水化硅酸钙和钙矾石含量提高,形成致密结构,从而加速了材料早期强度的形成.     

不同纤维调控水泥基胶结充填体强度性能研究

为了提高充填体稳定性和采空区充填质量,采用聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维和玻璃纤维作为增强剂,探讨了3种纤维不同掺量对尾砂胶结充填体力学性能的影响规律,比较了掺纤维和无纤维作用下胶结充填体的破坏模式,采用扫描电子显微镜揭示了掺纤维尾砂胶结充填体水化机理。试验结果表明,胶结充填体抗压强度随着纤维掺量的增加呈先上升后降低的趋势,当纤维掺量为0.6%时,充填体抗压强度达最大值,从强度增益效果来看,聚丙烯纤维最好,聚丙烯腈纤维次之,玻璃纤维最差。纤维对充填体抗折强度增益效果优于抗压强度的增益效果,当聚丙烯纤维掺量为0.9%,聚丙烯腈纤维掺量为1.2%,玻璃纤维掺量为1.2%时,胶结充填体抗折强度达最大值,掺纤维胶结充填体3 d、7 d、14 d和28 d最大抗折强度增幅为157.89%、216.00%、217.86%、143.40%。在单轴荷载破坏作用下,无纤维充填体试块出现多条长且宽的贯穿性裂纹,边角部位伴有较多碎块脱落,而掺纤维充填体试块仅出现细短微裂纹,试块保持较高的完整性。掺纤维充填体水化产物以钙矾石、C—S—H凝胶和Ca(OH)₂为主,纤维与充填体基体交界处被大量水化...     

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。     

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。     

丁苯乳液改性水泥基充填料浆的性能与微观结构研究

为提高水泥基尾砂料浆的充填性能,采用丁苯乳液聚合物为外加剂制备水泥砂浆,通过实验分析了不同浓度的聚合物对料浆充填性能的影响规律,并采用扫描电镜得到的图像对不同浓度条件下充填体的微观形貌进行观察。实验结果表明,随着丁苯乳液浓度的增加,砂浆的流动性、稠度与强度指标呈先增后减的变化趋势,泌水率则呈先减后增的变化趋势；浓度为4 mol/L是改性料浆充填性能的最优浓度,该浓度条件下的砂浆和易性与强度性能均可满足实际充填采矿的工作要求；水化硅酸钙与钙矾石是充填体内部的主要水化产物,形成了凝胶体系；未掺聚合物的充填体样品微观结构表现为蜂窝状,颗粒间裂隙和孔洞较多；聚合物的掺入使得料浆中的活性物质数量增加,与游离的Ca_²⁺、Si_⁴⁺和Al_³⁺发生反应形成化学键,增强了料浆的黏聚力；随着丁苯乳液浓度提高,料浆结构的形貌由蜂窝状向着为排列紧密的层状结构过渡,大量水化硅酸钙和钙矾石将骨料连接聚合形成整体,进而促进强度性能的提升；当丁苯乳液浓度过大时,水化反应生成的钙矾石含量显著提高,水化硅酸钙含量有所降低,导致和易性与抗压强度有所下降。     

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。     

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<...     

不同温度场下充填体热稳定性特征

为揭示不同温度场下粉煤灰尾砂胶结充填体性能演变规律,以粉煤灰尾砂胶结充填体为研究对象,通过控制料浆温度和养护温度,采用单轴压缩试验,探讨了不同温度场下充填体抗压强度与加热时间的关系,以及不同料浆温度下充填体抗压强度与温度场的关系.结果表明,温度场一致时料浆温度越高,充填体抗压强度越大,加热时间越长,充填体抗压强度越小,即料浆温度与充填体抗压强度正相关、加热时间与充填体抗压强度负相关;温度场影响下,高料浆温度充填体的抗压强度均更大,且温度场温度越高,这种效应越显著,料浆温度合理调控对于抵抗高温下充填体强度损耗有积极作用.研究结果可为不同温度差异的尾砂胶结充填提供理论支撑.