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.     

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。     

混杂纤维掺量对尾砂充填体力学性能影响研究

为了探究混杂纤维掺量对尾砂胶结充填体力学性能的增强效果,选取三种纤维材料进行坍落度、单轴压缩和SHPB冲击试验。结果表明：纤维材料对充填体流动性影响较大,纤维掺量越高时流动性越弱,其中聚丙烯纤维对流动性影响最显著;混杂纤维对充填体的动、静力学性能提高幅度均受混杂纤维掺量影响,在一定范围内随纤维掺量增高呈现先变大后减小的趋势,0.4%质量分数的聚丙烯纤维对充填体早期抗压强度增幅最为显著,28d标准养护龄期时钢纤维对充填体动、静力学性能的提高均大于另外两种纤维;总纤维掺量在1.4%~1.5%的混杂纤维对充填体动态抗压强度提高最大,提高幅度大于更高或更低纤维掺量的方案;在相同的平均应变率下,随着混杂纤维掺量增加,充填体的反射能和吸收能先减小后增大,透射能先增大后减小。试验结果表明适量的混杂纤维可以有效提高充填体的力学性能,有利于充填开采的安全性,同时对矿山充填体材料设计具有一定指导作用。     

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.     

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...     

玄武岩纤维尾砂充填体力学性能及损伤本构模型研究

为了提高采空区充填体的力学性能,对加入玄武岩纤维的尾砂充填体进行抗压强度试验,研究不同纤维掺量、灰砂比和养护龄期对充填体的抗压强度影响规律,构建充填体损伤本构模型并分析其能量耗散规律。研究结果表明：玄武岩纤维的加入能够明显提高尾砂充填体的抗压强度,随着纤维掺量的增加,充填体的抗压强度呈先增大后减小的趋势,且最优掺量为0.4%,对比素尾砂充填体强度提升了13.277%~24.865%。纤维充填体峰后残余强度较高,引入损伤修正系数的损伤本构模型能合理表述纤维充填体峰后残余强度,根据损伤本构模型可得到充填体的峰值比能演算模型,适量掺加纤维可以提升充填体的峰值比能并减少能量耗散。玄武岩纤维能提高充填体的力学性能,强化矿山采空区充填效果。     

改性镁渣基充填材料的性能评价及其孔结构演变规律研究

工业产生的固废所造成的环境污染问题是实现清洁生产的主要阻碍。为实现可持续发展,将镁渣(MS)和粉煤灰(FA)回收作为胶凝材料,再与尾砂(TL)混合,制成一种可用于采矿工程中的膏体充填材料,研究了不同粉煤灰掺量和尾砂含量充填体的流变特性、力学性能和孔结构演变。结果表明:(1)随着粉煤灰掺量增加,微型坍落度值先增大后减小,粉煤灰掺量为20%时,充填体的流动性最好。(2)单轴抗压强度随养护龄期和粉煤灰掺量的增加而增加,随尾砂含量增加而降低,低粉煤灰含量的充填体在早期强度发展缓慢,而高粉煤灰掺量的充填体早期强度发展较快。(3)临界孔径和孔隙率随着粉煤灰掺量的增加而减小,掺量越大临界孔径减小的幅度越大,随着尾砂含量增加,临界孔径和孔隙率逐渐增大。     

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。     

尾砂胶结充填体试样早期强度与孔结构关联规律研究

本文为研究尾砂胶结充填体试样单轴抗压强度与其孔结构的关联规律,开展了不同类型胶结剂、不同浓度硫酸盐条件下共8组配比试验,并对养护龄期为28d的所有充填体试样进行了单轴抗压强度测试和压汞法孔结构测试(MIP),系统分析了尾砂胶结充填体试样早期强度和孔隙结构的关联规律,研究结果表明:(1)密封恒温养护条件下,不同配比的尾砂胶结充填体试样具有不同的单轴抗压强度、孔隙率和孔径分布;(2)尾砂胶结充填体试样的28d抗压强度与其孔隙率存在一定的线性相关规律,即在总体上表现出孔隙率越高强度越低的趋势;(3)尾砂胶结充填体试样中直径大于0.2μm的多害孔体积与其单轴抗压强度的线性相关性比孔隙率与其单轴抗压强度的线性相关性更为显著,说明试样强度的降低主要与多害孔体积增大有关,得了到尾砂胶结充填体试样充填体试样28d强度与多害孔总体积相关性方程。     

不同养护温度下尾砂胶结充填体抗压强度及破坏形态的试验研究

为探究养护温度对尾砂胶结充填体抗压强度及破坏特征的影响,开展充填体单轴抗压强度试验,并通过扫描电镜试验分析不同养护温度下充填体的微观结构。研究结果表明：养护温度的增加有利于提高充填体的早期抗压强度,但当养护龄期超过14d后,充填体的抗压强度随着养护温度的增加呈先增大后减小的趋势;当养护温度处于20℃~30℃时,充填体抗压强度随着养护龄期的增加而增大,但当温度超过30℃后,充填体抗压强度随着养护龄期的增加呈先增大后减小的趋势,并且充填体抗压强度的降幅也随着养护温度的增加而增大;养护温度的改变不会对充填体应力-应变曲线形态产生显著的影响,并且充填体的单轴受压破坏主要经历了孔隙、裂隙压密、线弹性变形、屈服破坏和峰后破坏4个阶段;不同养护温度下的充填体均表现出了明显的拉伸破坏,并且随着养护温度的增加,充填体的变形破坏也越严重;微观结果表明,合适的养护温度能够显著提高充填体微观结构的致密性,有利于强度的发展,而高温产生的自由水蒸发效应会导致水化产物的减少及空隙结构的增多,从而对充填体抗压强度产生不利的影响。     

聚丙烯纤维加筋尾矿砂力学特性试验研究

为探索加筋尾矿砂用作路堤填料的可行性,将不同长度、不同含量的聚丙烯纤维掺入铁尾矿砂中,开展纤维对尾矿砂单轴抗压强度、黏聚力和内摩擦角影响的室内试验。结果表明,掺加聚丙烯纤维能够显著提高尾矿砂的单轴抗压强度,但连续增大聚丙烯的纤维长度、持续提高纤维含量对尾矿砂抗压强度影响不大;加筋尾矿砂的黏聚力随纤维长度和含量的增加呈先增大后减小的趋势,但掺加纤维后尾矿砂的黏聚力整体上高于未添加纤维的尾矿砂;尾矿砂的内摩擦角几乎不受聚丙烯纤维长度和含量的影响。长度1.5 mm、含量0.20%的聚丙烯纤维是最优的加筋配比,这为尾矿砂用于路堤填料提供了试验依据。     

碎石及纤维对细粒级尾砂充填体强度影响研究

针对如何提高细粒级尾砂充填体强度的问题,探索添加不同破碎细度碎石、不同长度聚丙烯纤维对细粒级尾砂充填体强度的影响。结果表明：碎石添加有利于充填体强度的提高,碎石的级配、添加比例是关键因素,其中碎石尾砂质量比为1∶10时充填体强度最优,3 d、7 d、14 d、28 d单轴抗压强度可分别提高47.5%、94.8%、90.6%、85.3%,对应充填料浆屈服应力降低47.86%,黏度降低25%;纤维的添加有利于提高充填体的单轴抗压强度、抗弯强度及剪切强度,添加量宜在0.2%～0.6%之间,且18 mm聚丙烯纤维对充填体强度及韧性的提高效果优于6 mm纤维,7 d充填体单轴抗压强度、抗弯强度、剪切强度能分别提高15.36%、24.91%、29.49%;添加纤维有利于提高充填体峰后残余强度,使充填体在承压时能保证更好的整体稳定性。研究结果为黄金矿山使用细粒级尾砂充填时优化充填体强度提供参考依据。     

粉煤灰—石膏—钢渣复掺充填料浆制备与性能研究

针对水泥作为胶结材料会增大充填采矿成本的问题,采用钢渣、粉煤灰及石膏作为材料开展粉煤灰—石膏—钢渣基胶结材料研究,并对充填体强度进行了分析。研究表明:充填体强度随着粉煤灰掺量增加表现出先增大后减小的趋势,并且都在粉煤灰掺量为15%时达到最大值,说明单掺粉煤灰存在最佳掺量现象;充填体的强度随着钢渣掺量增加也表现出先增大后减小趋势,并且都在钢渣掺量为30%时达到最大值,说明单掺钢渣也存在最佳掺量值;当石膏掺量从0增加至8%时,单掺粉煤灰或钢渣下的充填体抗压强度随着石膏掺量增加表现出不断增大趋势,并且石膏掺量增加更有利于提高充填体的早期抗压强度;复掺粉煤灰和钢渣情况下,充填体的抗压强度得到了显著提高,并且复掺粉煤灰和钢渣的充填体强度均要高于单掺粉煤灰或钢渣的充填体强度。     

某金矿合理级配尾砂膏体充填体强度研究与试验

尾砂级配为影响膏体充填体强度力学性质的主要因素之一。配制8组不同颗粒级配的尾砂试样,在实验室中进行标准养护条件下和井下养护条件下充填体抗压强度的试验测试,对比分析尾砂级配对充填体强度的影响,并到井下采场进行试验验证。试验结果表明:在一定范围内,随着尾砂中+150μm含量的增加,配制的充填料浆形成的充填体强度先增大后降低。优化组合后的合理级配尾砂制备成的膏体充填料浆在同等条件下充填体强度最高。试验数据可为该矿膏体充填工艺流程选择提供参考。     

锡冶炼渣-全尾砂胶结充填体强度特性研究

充填体材料的选择以及强度特性的研究有助于解决矿山生产安全、环境破坏、充填成本等问题。为了将冶炼生产中的固体废渣二次利用,并与矿山尾砂胶结后将其运用于回填矿山采空区,本文选用锡冶炼渣-全尾砂作为充填试验材料,通过室内实验、逐步回归分析以及双因素交互作用分析的方法研究了不同锡冶炼渣掺量、质量浓度、灰砂比、养护龄期下充填体抗压强度的特性。实验结果表明：其他条件固定不变,充填体的单轴抗压强度随养护龄期的增加呈递增规律;同质量浓度及灰砂比条件下,充填体单轴抗压强度随锡冶炼渣掺量的增加呈递减的趋势;28 d养护龄期,质量浓度78%灰砂比1:4,,掺入30%锡冶炼渣强度降至7.04 MPa,与未掺锡冶炼渣强度值9.5 MPa相比,降幅为25.9%。低灰砂比、低质量浓度,掺入同量锡冶炼渣对充填体试件抗压强度影响较小。经逐步回归分析得出充填体单轴抗压强度回归方程以及影响充填体强度大小的因素排序。锡冶炼渣掺量与灰砂比交互作用对充填体的强度影响较为显著。     

聚丙烯纤维增强半水磷石膏人工土壤的研究

以天然土壤为骨架,β半水磷石膏为胶凝材料,掺入粉煤灰和泥炭土制备人工土壤。研究了聚丙烯纤维长度、掺量对人工土壤强度、收缩率及抗冲刷性能的影响。结果表明:聚丙烯纤维长度和掺量对人工土壤强度、收缩率和侵蚀系数有一定影响。当聚丙烯纤维长度为12 mm时,抗折、抗压强度最大,侵蚀模数和收缩率最小。当纤维长度为12 mm时,随着纤维掺量的增加,人工土壤14 d、28 d和绝干抗折、抗压强度先增后减,侵蚀模数先减后增,收缩率先降后升。当聚丙烯纤维掺量为0.3%时,人工土壤抗折、抗压强度最大,侵蚀模数和收缩率最小。     

细颗粒尾砂含量对充填体强度影响的试验研究

为探究细颗粒尾砂含量对充填体强度特性的影响,利用液压伺服试验系统进行充填体单轴抗压强度试验,分析细颗粒尾砂含量、水泥含量和料浆浓度对充填体强度的影响规律。结果表明:细颗粒尾砂含量对充填体强度存在一定影响,充填体强度影响因素敏感性顺序为水泥含量、料浆浓度和细颗粒尾砂含量;各因素之间存在交互作用,水泥含量和料浆浓度一定时,细颗粒尾砂含量在35%～50%范围时,充填体强度最大;当水泥含量高于15%,料浆浓度高于72%后,充填体强度急剧上升。推荐矿山在充填过程中使细颗粒尾砂含量处于50%左右,同时提高浓度,降低水泥用量,可降低充填成本,增加企业经济效益。     

尾砂胶结充填体试样早期强度发展监测探索研究

本文研究不同胶凝材料、不同硫酸盐浓度的尾砂胶结充填体试样的强度发展过程,分别对养护龄期为1、3、7和28天的试样系统进行了单轴抗压强度、基质吸力、含水率和孔隙率测试,分析了尾砂胶结充填体试样早期强度和基质吸力发展变化的原因及二者的相关性,研究结果表明：密封养护条件下尾砂胶结充填体试样的早期单轴抗压强度与其基质吸力存在显著的线性相关规律,获得了尾砂胶结充填体试样早期单轴抗压强度与基质吸力相关性方程,探讨了基于基质吸力监测尾砂胶结充填体强度的可能性。     

掺纤维加筋水泥基充填材料力学性能及流动性能研究

针对深部开采复杂地下环境带来的充填体质量低、易开裂、稳定性差等问题,利用矿渣微粉、镁渣、脱硫石膏开发低成本胶凝材料,采用玻璃纤维作为改性材料调控充填体力学性能。首先,对试验材料开展物化特性研究;其次,采用正交试验法设计25组配比组合进行试验,综合极差分析和方差分析,探讨纤维掺量、纤维长度、镁渣掺量对充填料浆流动性能及力学性能的影响规律。试验结果表明：单位体积内纤维掺量和纤维长度的增加,提升了纤维与骨料颗粒间的接触面积,阻滞了颗粒的正常流动,增加了料浆黏度和屈服应力,充填料浆流动性呈不断降低趋势。随着纤维掺量、纤维长度和镁渣掺量的增加,充填体强度呈先上升后降低的趋势,当纤维掺量0.6%、纤维长度9 mm、镁渣掺量15%时,充填体的抗压强度达到最大值。极差分析和方差分析表明,各试验因素对充填体1 d、3 d和7 d抗压强度影响的主次排序为纤维掺量>纤维长度>镁渣掺量;纤维掺量是影响充填体28 d抗压强度的主要因素,镁渣掺量次之,纤维长度的影响最小。     

聚丙烯纤维对膏体充填料流动性影响的分析

掺入聚丙烯纤维的膏体中能有效改善充填体的抗压强度及峰后韧性,但由于聚丙烯纤维膏体的流动性与材料特性之间关系复杂,在一定程度上严重影响了膏体的管输阻力.以某矿山全尾砂和棒磨砂为试验材料,研究聚丙烯纤维掺量及长度对膏体流变性能的影响规律,建立不同纤维掺量及长度下的膏体塌落度及扩展度回归模型,并在此基础上计算出聚丙烯纤维膏体的经济成本.研究结果表明:塌落度及扩展度随聚丙烯纤维长度和掺量的增加而减小,聚丙烯纤维长度和掺量基本与塌落度呈负线性关系,聚丙烯纤维掺量与扩展度基本呈负指数函数关系;影响塌落度及扩展度的顺序由大到小依次为纤维掺量、纤维长度,且扩展度受聚丙烯纤维长度和掺量的影响大于塌落度;与未掺聚丙烯纤维相比,掺入纤维的膏体 塌 落 度 降 低 了０．７７％ ~５．０２％,扩 展 度 降 低 了３．７０％~３６．５４％,膏体成本增加了２．９５％~１５．６１％.最后,建立了关于纤维掺量及长度的流动性回归模型,回归效果显著.