高峰公司胶结充填材料的试验研究

在对充填骨料主要物理力学性质和化学成分测定分析的基础上,进行了充填材料优化配比试验.试验表明,用尾砂和跳汰砂混合料作骨科可获得好的充填效果;粉煤灰具有潜在的胶结性能,可用作胶结充填胶凝材料替代部分水泥.试验确定适合高峰公司胶结充填的材料配比为水泥:粉煤灰:混合骨料=1:2:6.按此配比充填,与不添加粉煤灰相比可减少水泥消耗量26.5%,节省单位充填材料费用lO%左右,且能有效提高充填体后期强度.     

粉煤灰—矿渣基固结粉胶凝材料开发与配比优化研究

为了提高黄土坡铜锌矿采矿经济效益,利用当地廉价的粉煤灰和矿渣固废资源,然后开展尾砂骨料低成本绿色充填胶凝材料试验研究,开展胶砂比1∶4和料浆浓度74%的粉煤灰-矿渣基固结粉胶凝材料配比的胶结充填体强度试验。在此基础上,分别针对粉煤灰掺量为40%和45%,开展2种固结粉胶凝材料配方优化试验,由此获得A种固结粉优化配方为粉煤灰40%、水泥熟料12%、脱硫石膏10%和矿渣微粉38%,材料成本为132元/t;B种固结粉优化配方为粉煤灰45%、为水泥熟料10%、脱硫石膏12%和矿渣微粉33%,材料成本为122元/t;2种固结粉胶凝材料胶结充填体强度均满足黄土坡铜锌矿胶结充填体强度要求,其固结粉胶凝材料成本比普通硅酸水泥材料降低了67.8%～70.2%。黄土坡矿应用实践证明,该胶凝材料具有显著经济效益和环保效益。     

煤矿充填料浆的配合比研究

为了提高煤矿充填材料的性能,采用煤气化粗渣和特细沙作为骨料,以普通水泥作为胶凝材料配置了充填材料。测定了料浆的塌落度和充填体的强度。结果表明:随着特细沙含量的增加,料浆的塌落度降低;当充填骨料的不均匀系数K0满足塔博方程(K0=4~5)时,充填体的强度最高。在煤气化粗渣作为粗骨料,水泥含量为8%的条件下,特细沙作为充填细骨料的充填性能优于煤气化细渣。     

磷石膏作为胶结充填骨料性能的试验研究

在充填料中添加水泥,可提高充填料的初期强度,却使充填成本居高不下。虽然磷石膏不是理想的充填骨料,但利用具有活化剂作用的粉煤灰等工业废料作为水泥的代用品,在磷石膏、粉煤灰胶结充填过程中取代一部分水泥用量,可改善浆体的胶凝特性,延长管道使用寿命,对降低充填成本,减少环境污染,推动矿业资源的可持续性发展有重要意义,是充填工艺技术发展的一个重要方向。     

基于活性材料的全尾砂胶结充填技术

为解决尾砂地表堆积危害,全尾砂充填细泥含量多、水泥离析严重及NPA药剂絮凝成团所造成的全尾砂胶结充填采场脱水难、固结体强度偏低、水泥单耗大、充填成本较高等难题,将粉煤灰和炉渣(活性材料)应用于全尾砂胶结充填,研究了其物化性能、胶结作用机理、优化配比及全尾砂胶结充填系统。结果表明,粉煤灰、水淬炉渣胶凝活性明显,大大减少水泥离析,提高充填强度;推荐水泥:活性材料:全尾砂配比为1:2:8充填料充填,1:2:6的充填料胶面,质量浓度均为70%;充填材料胶结过程包括水化期、水硬期和强度期;设计的全尾砂胶结充填系统简便、灵活,采场充填效果理想,尾砂利用率达100%。     

煤矸石作井下充填材料的研究

介绍了用硫铝酸盐-铝酸盐水泥体系制备高水充填材料的方法,进行了单浆凝结时间、胶凝时间和抗压强度测试。结果表明,用铝酸盐水泥熟料替代5%～30%的硫铝酸盐水泥熟料来制备高水充填材料,能大幅度提高材料后期强度,28d抗压强度最大可提高44.9%,而对材料胶凝时间及早期强度影响不大。用自燃后的煤矸石（红矸）作骨料,采用不同的水灰比、灰砂比,可制备出28d抗压强度达6.7MPa的充填体。     

煤矸石制充填材料配比试验探究

针对充填开采高成本的问题,本文以锦丘煤矿提供的煤矸石、粉煤灰固体为骨料,以水泥为胶结剂,进行充填材料试验探索。试验结果表明:胶结体中,煤矸石和粉煤灰最佳配比为5∶1,单体水泥用量为0.23～0.27 t/m3,浓度为76%时,材料可以达到较高应用强度。     

促凝剂在粉煤灰基新型充填胶凝材料中的应用

金川矿床采用下向分层进路胶结充填采矿法,应用棒磨砂骨料和水泥胶凝材料进行高灰砂比、高浓度充填。针对金川降低充填成本、提高早期强度,试验选取酒钢渣粉为主要原料,添加促凝剂、生石灰和脱硫灰渣等复合激发剂制成粉煤灰基新型胶凝材料。通过正交试验考察了促凝剂、粉煤灰和生石灰等的添加量对新型胶凝材料充填体强度的影响,获得了粉煤灰基新型胶凝材料的最佳配合比,减少至少20%的水泥掺量,既降低了充填成本,又充分利用了固体废弃物,获得了显著的经济效益和社会效益。     

煤矸石-粉煤灰用作井下充填材料实验研究

黄金矿山由于尾矿氰化物含量较高无法用于井下采空区充填,但随着井下采空区逐渐扩大,亟需充填材料用于回填,实验研究利用煤矸石-粉煤灰用作骨料与水泥混合充填至采空区。岩质煤矸石的普氏硬度为2.74,易于破碎加工。电厂干排粉煤灰,测得细度为18.6%,颗粒较细。将煤矸石破碎至20mm以下用作粗骨料,粉煤灰为细骨料,当煤矸石-粉煤灰比为7:3时,混合骨料级配与Fuller理论曲线接近,级配良好。以水泥为胶凝材料配制1:7、1:9两种灰砂比的充填材料,混合料浆浓度为83%时,均能满足采空区管道高浓度输送的流动度要求。测定不同养护龄期下充填材料的单轴抗压强度,两种灰砂比材料在浓度为83%、82%下,28d的强度均超过4MPa,最高可达6.03MPa,可满足采空区顶底部或中心部位的充填强度要求。     

基于正交试验的充填材料改性最优配合比及其机理研究

为了改善充填体在抗折强度、收缩和抗冲刷性能方面的不足,用现代材料改性技术对充填体材料进行最优配合比的研究。采用脱硫石膏、石灰、粉煤灰、水泥和尾矿砂粗骨料作为试验材料,通过正交试验的方法系统研究了几种外掺料在骨料中的比例料对试件强度性能、收缩率的抗水性能的影响程度,并采用扫描电子显微镜对改性的微观机理进行了探究。试验结果表明:改性充填体材料的最佳配合比为:骨料56%、粉煤灰掺量4%、石灰掺量10%、石膏掺量10%、水泥掺量20%。外掺料分别从物理和化学2方面对生土材料的性能进行了改良;孔隙结构的改变和粒间黏聚力的增强是强度、收缩和抗水性能提高的根本原因。     

减水剂对磷尾矿胶结充填料浆输送流动性能影响研究

采用贵州某磷尾矿为骨料、粉煤灰和水泥为胶凝材料,制备了胶结充填料浆。采用扩展度法、流动度法及L型管法研究了聚羧酸系和萘系减水剂对磷尾矿充填料浆流动性能的影响。结果表明,聚羧酸系减水剂添加量为1.2%时对充填料浆流动性能的改变较大,萘系减水剂添加量为8%时料浆流动性可达到较好的效果;二者相比,聚羧酸系减水剂优于萘系减水剂。同时聚羧酸系减水剂对磷尾矿充填料浆具有较强的分散作用,能改变水泥絮凝结构,提高充填料浆的流动性能。     

粉煤灰替代矿渣作为胶凝材料早期强度激发的研究

粉煤灰是热电厂排放的火山灰粉体废弃物,具有潜在活性通常用于水泥掺合料。但掺加粉煤灰的胶凝材料降低早期强度,导致粉煤灰掺加量受到很大限制。针对金川矿山充填采用棒磨砂充填料和水泥胶凝材料,开展了粉煤灰和矿渣微粉等复合胶凝材料早期强度激发剂试验。试验设计料浆浓度为78%,胶砂比为1:4。首先,采用生石灰、脱硫灰渣、芒硝、亚硫酸钠等复合激发剂的正交设计,进行粉煤灰和矿渣微粉早期激发作用的材料配比试验;然后,采用DPS数据处理软件,建立充填体强度与激发剂材料掺量的回归方程,并通过优化决策确定激发剂最优配比。结果显示,由质量分数分别为5%的生石灰、17.5%的脱硫灰渣、3%的芒硝、1.5%的亚硫酸钠构成的复合激发剂,胶结充填体3d强度达到2.19MPa,大于金川矿山设计的1.5MPa强度要求。当采用20%的粉煤灰替代矿渣微粉时,3d强度达到1.504MPa,也满足金川矿山对充填体强度要求,且28d沉缩率仅为8.68%。由此可见,充分利用粉煤灰和矿渣微粉开发充填胶凝材料,不仅可以降低充填成本、提高采矿经济效益,而且还能够保护环境,实现绿色开采。     

粉煤灰对三山岛金矿充填体强度影响的试验研究

为了研究和提高三山岛金矿分级尾砂胶结充填体的抗压强度,在充填体中加入粉煤灰及粉煤灰活化剂(CaO)以提高充填体的早期强度。设计了不同粉煤灰掺量替代胶结剂的充填体强度试验和最优粉煤灰掺量条件下不同CaO掺量的充填体强度试验,研究了粉煤灰掺量和CaO掺量与充填体强度之间的关系,并对出现这种关系的原因进行了理论分析。试验结果表明,当粉煤灰掺量为5%时,充填体试样的强度最大,充填用水中的Na+、Ca2+、Cl-离子对提高充填体的早期强度起了关键作用。当CaO掺量为最优粉煤灰掺量的20%时,各养护龄期的充填体强度最大。最终确定三山岛金矿分级尾砂胶结充填体粉煤灰掺量为5%,粉煤灰活化剂(CaO)的掺量为20%。     

充填质量影响因素的正交试验分析

为探索研究主要充填因素对充填质量的影响和优化工艺配比,以充填体强度、泌水率及流动性为指标,选取正交表L25(56),采用正交试验并进行方差分析考察料浆灰砂比(A)、粉煤灰掺量(B)、料浆浓度(C)3个因素对充填质量的影响。结果表明,影响强度的3个因素中,灰砂比影响最大,粉煤灰掺量次之,浓度最小;对砂浆泌水率影响最大的因素是含水量,次为灰砂比,最后是粉煤灰掺量;对砂浆流动性影响最大的因素是含水量,次为粉煤灰掺量,最后为灰砂比。     

水泥-粉煤灰胶结矸石充填材料的流变特性与固结机理

将粉煤灰、水泥、煤矸石和水作为充填材料进行制备矿山充填,既能实现固体废弃物的资源化利用,还能有效控制矿山采空区塌陷。本研究针对胶结矸石充填材料进行了流变测试、力学性能测试以及水化特性试验,分别研究了矸石充填材料的流变特性、抗压强度、水化产物以及微观结构。结果表明,当325普通硅酸盐水泥含量为15%、低钙粉煤灰掺量超20%、料浆质量浓度保持在77%以上时,所制备的矸石充填试样28d龄期的最小抗压强度超4.229MPa,这可以为井下充填开采提供良好的顶板支撑。其次,通过流变试验探究了粉煤灰掺量和料浆质量浓度变化对矸石充填料浆流变性能的影响,并得到了充填料浆所对应的流变参数以及流变方程拟合。此外,对矸石胶结充填材料的矿物成分、水化产物以及微观结构进行了研究。因此,该研究可以为大宗固体废弃物在矿山充填领域应用提供一定的理论指导。     

全尾砂膏体充填粉煤灰活性效应研究

为降低膏体充填成本,提高粉煤灰利用率,以粉煤灰替代部分水泥作为膏体胶凝剂。通过化学方法激发粉煤灰活性,设计了激发剂选型实验和优化配比实验,研究了化学激发下掺粉煤灰膏体强度的变化规律,旨在解决掺粉煤灰膏体早期强度低的问题。结果表明:三乙醇胺、NaOH、CaO能有效提高粉煤灰活性,而Ca(OH)2、Na_2SO_4、CaSO_4·2H_2O和CaCl_2对粉煤灰活性激发效果不明显。不同龄期三乙醇胺的最佳掺量一致,为粉煤灰质量的1.2%;Na OH激发时掺粉煤灰膏体不同龄期的强度随其掺量增加不断提高,掺量超过3%时,强度增长速度逐渐降低;不同龄期的CaO最佳掺量不一致,3 d最佳掺量为4%、7 d为2%、14 d和28 d为6%,CaO激发膏体后期强度不显著。     

复合激发剂对大掺量粉煤灰水泥强度的影响

为解决粉煤灰大宗利用的问题, 研究了复合激发剂对大掺量粉煤灰水泥强度的影响及其水化的机理。结果表明:NaOH、Ca(OH)₂、Na₂SO₄三种激发剂协同激发效果显著, 3 d及28 d抗压、抗折强度均超过42.5水泥强度指标; 最终得到粉煤灰胶凝材料的质量配比为:粉煤灰75%、熟料20%、石膏5%、激发剂3%;对制备的粉煤灰胶凝材料进行凝结时间、胶砂流动度、安定性等物理性能进行测试, 结果均达到粉煤灰水泥的国标要求。研究表明:采用复合激发剂可以提高粉煤灰的胶凝活性, 所制备大掺量粉煤灰水泥可以进行工程实用。      

利用粉煤灰级配提高混凝土力学性能

研究了Ⅲ级粉煤灰及3种不同细度的磨细灰的掺量对混凝土拌合物力学性能的影响,结果表明:磨细粉煤灰中的亚微米颗粒越多,早期活性越高;但粉煤灰的过度细化会造成坍落度大幅度下降.SEM形貌分析表明,在28 d时,Ⅲ级粉煤灰的玻璃微珠并未发生水化反应.利用Andreasen方程探索了不同细度粉煤灰之间级配的协同作用效应,证明了Ⅲ级粉煤灰的微集料效应对混凝土强度起主要贡献.在考虑实际生产和应用中的制约因素情况下,对粉煤灰掺量为50%的混凝土进行4阶混料设计,导出了以坍落度、28 d抗压强度为函数的回归方程.