掺加粉煤灰混合骨料胶结充填体强度试验研究

为了解决金川矿山废石粗骨料充填采矿存在的分层离析技术难题,首先对该矿-12 mm破碎废石、-5mm棒磨砂及粉煤灰等充填骨料进行级配特征粒径分析。分析结果表明,3种骨料均不适合作为单一充填骨料;然后以粉煤灰作为细骨料,开展废石棒磨砂粗骨料掺合料的级配优化与胶结充填体强度试验,通过不同掺量粉煤灰替代混合粗骨料的胶结充填体强度试验,研究粉煤灰掺量与充填体强度和沉缩率的关系。试验结果表明,粉煤灰对充填体早期强度增长不利,对后期强度增长的促进作用明显,28d强度是3d强度的3.4倍,是7d强度的1.8倍。最终确定的充填料浆最优配比为:胶凝材料添加量为290kg/m~3,粉煤灰掺量为200kg/m~3,料浆质量分数为82%。     

基于抗离析性能的集料配比优选研究

将抗离析性能判定值M作为充填料浆中粗颗粒物料抵抗离析倾向的评价指标,进行正交试验设计,试验结果表明,料浆质量分数对M值的影响最大,集料配比次之,灰砂比的影响最小;泌水率测试结果表明,M值是抗离析性能较好的定量指标。M值与料浆质量分数呈正相关关系,当料浆质量分数为78%时,料浆泌水倾向小,M值均大于1,料浆具有良好的和易性及输送性能;随着尾砂掺量的加大,M值稳步提升。分析料浆质量分数78%、灰砂比1∶6条件下不同尾砂掺入量与料浆M值之间的关系,拟合关系式的相关系数R2大于0.997,根据关系式可知较优的全尾砂-碎石配比为22.1∶77.9～25.0∶75.0。     

废石-石粉混合骨料固结粉胶凝材料充填体强度试验研究

为了降低金川镍矿下向分层胶结充填的采矿成本,应用固结粉新型胶凝材料和废石粗骨料进行充填法采矿。针对废石粗骨料充填料浆存在的分层离析问题,以石粉作为细骨料,开展废石-石粉混合骨料的胶结充填体强度试验。首先,开展废石-石粉不同配比混合骨料的粒径级配分析;然后,针对不同石粉掺量,开展了混合骨料固结粉胶结充填体强度正交试验。通过对试验结果进行极差分析和二次多项式逐步回归分析,获得的充填料浆优化配比为:石粉质量分数30%、固结粉体积质量3 100kg/m~3、料浆质量分数80%;最后,对充填料浆优化配比进行验证试验。试验结果表明,废石-石粉混合骨料固结粉胶结充填体3d、7d、28d强度分别达到1.68MPa、3.06MPa、7.80MPa,满足该矿下向分层进路胶结充填强度要求,已在该矿山成功应用,获得了显著的经济、社会与环保效益。     

萘系减水剂对不同种类尾砂充填材料性能的影响

根据焦家金矿现有充填工艺,采用全尾砂替代分级尾砂作为充填集料,对比两种尾砂配制成的尾砂充填材料性能的优异,并且研究不同掺量下萘系高效减水剂对尾砂胶结充填料浆沉降速率、泌水率、流动性及充填体强度的影响.结果表明,与粗尾砂相比,全尾砂作为充填集料制成的全尾砂充填料浆具有更优的流动性能和悬浮性能,不易在管道内发生堵塞,且形成的充填体强度较高.萘系减水剂的加入可以降低尾砂充填料浆的沉降速率,改善浆体悬浮性,明显的增加料浆的流动性能,并且提高硬化后充填体的强度.在萘系减水剂掺量为0.3％时,全尾砂充填材料的各项性能均达到最优值.     

不同尾砂级配料浆的优化配比试验研究

为探求某矿尾砂级配料浆的最优配比,调整尾砂原样的粒径组成,并通过三轴剪切试验得到各级配试样的剪切变形、强度特性规律,设计正交试验,分别得到级配组成、料浆质量分数、灰砂比对泌水率、坍落度、抗压强度等的影响关系。结果表明:调整尾砂级配后,各级配试样变形规律大致相同,但峰值强度和残余强度得到明显改善;3个因素对试样泌水率、抗压强度的敏感性排序为:料浆质量分数灰砂比级配,而对坍落度的敏感性排序为:灰砂比级配料浆质量分数。考虑矿体的深部力学环境和经济因素,最终确定该矿充填体料浆的最优配比为:粒径0.15~0.30mm占16.7%,0.30~0.50mm占66.8%,料浆质量分数为70%,灰砂比为1∶4。     

高沙充填材料的输送性能研究

通过研究质量浓度、灰沙比、减水剂、缓凝剂等对高沙充填料浆的坍落度、泌水率、初凝时间等输送性能的影响规律,确定了满足充填料浆自流输送性能要求的高沙充填材料配比:灰沙比为1:8,质量浓度为85％,聚羧酸高效减水剂为0.3％～0.4％,葡萄糖酸钠缓凝剂为0.07％.研究结果表明,随着料浆质量浓度增大,泌水率下降,初凝时间减小.风积沙掺量增加,料浆流动性变差,初凝时间逐渐减小,泌水率增加.减水剂的加入使得泌水率得到大幅度的下降,坍落度显著改善.缓凝剂的加入有效延长了充填料浆的凝结时间,有利于长距离管道输送,葡萄糖酸钠缓凝剂掺量在0.05％～0.09％范围内缓凝效果明显.     

建筑垃圾再生骨料沥青混合料性能研究

为了加强建筑垃圾的再生利用,提高资源利用率,将建筑垃圾再生粗骨料应用到沥青路面当中进行相关路用性能研究。再生粗骨料与天然石灰岩碎石性能差别较大,替代部分天然碎石应用到中、下面层的可行性研究至关重要。对再生粗骨料进行压碎值、洛杉矶磨耗、粘附性、筛分及密度等相关室内试验得出,再生骨料整体性能低于天然石灰岩碎石,但满足相关规范技术要求。通过配合比设计确定再生骨料掺量分别为0%、20%、40%、60%时,AC-20C沥青混合料的矿料级配及最佳油石比;对不同再生骨料掺量的AC-20C沥青混合料分别进行相关路用性能研究得出：随着再生骨料掺量的增加,高温稳定性先升高后降低,低温抗裂性逐渐降低,水稳定性逐渐升高,建筑垃圾再生骨料的推荐掺量为25%。     

掺级配良好再生PVC骨料混凝土的力学和吸能性能

将级配良好的再生聚氯乙烯(PVC)颗粒以不同掺量等体积替代天然细骨料后加入混凝土中制成试件,进行力学性能试验和冲击试验,得到立方体压缩强度、劈裂抗拉强度、卸载弹性模量、能量吸收率和微观结构图,用来探究不同掺量的再生PVC骨料混凝土的力学和吸能性能。结果表明,当PVC骨料掺量为0%,5%,10%,15%,20%,30%时,其混凝土压缩强度分别为49.34,52.44,45.79,46.41,45.6,43.46 MPa,劈裂抗拉强度为2.73,3.58,3.2,2.92,2.69,2.44 MPa,混凝土的压缩强度和抗拉强度均随掺量增加呈先增加后缓慢降低趋势,并且用级配良好的再生PVC颗粒替代天然细骨料加入混凝土的力学性能比单一粒径塑料颗粒优良;随PVC骨料掺量增加,混凝土脆性得到改善且延性增强;混凝土的能量吸收能力随再生PVC细骨料掺量增加呈直线增加趋势。     

充填体中全尾砂、江砂和水泥混合材料配比研究

针对某矿选厂的全尾砂硫含量较高,不利于充填体输送的问题,将江砂掺入胶结充填体的骨料中,并按不同的江砂与全尾砂比、灰砂比制备全尾砂、江砂和水泥的混合充填体料浆。通过全尾砂、江砂混合配比的可行性分析、单轴抗压强度试验、沉降性能与脱水性能分析,再结合该矿的充填能力与技术要求,最终确定最佳配比为:江砂与全尾砂比1∶4,灰砂比1∶8,料浆质量分数70%。     

棒磨砂-河砂-粉煤灰混合充填料配比试验研究

充填料浆配比对充填体强度和砂浆输送特性产生显著影响。针对金川矿山棒磨砂供应严重不足,开展了棒磨砂、棒磨砂+河砂和棒磨砂+河砂+粉煤灰三种充填材料添加相同水泥的充填体强度、砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率的试验研究。结果显示,2:8的河砂+棒磨砂混合充填料与单一棒磨砂充填体强度相当,砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率稍差,但满足金川矿山充填采矿要求。当添加水泥重量的30%粉煤灰后,不仅显著提高充填体强度,而且还可改善砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率;同时还降低棒磨砂浆充填料浆的分层度,有利于提高充填体质量和充填接顶率。研究成果已经应用于金川矿山充填料浆制备和工业化生产。     

选硫全尾砂胶结充填取得新成果

一种以选硫全尾砂作为矿山胶结充填骨料的新技术,日前在铜化集团新桥矿业公司取得突破性成果. 选硫尾砂以其含硫成份高,硫化矿物对胶结充填体破坏性强,特别是全尾砂又因综合粒度细,渗透性差,充填脱水难度大等原因,一直被国内外视为不良胶结充填骨料而很少开发利用.中南工业大学与新桥矿业公司组成联合技术攻关,通过在含硫高达10%左右的全尾砂中添加一定量添加剂(粉煤灰等)的胶结配比试验,发现添加剂不仅可替代部分水泥降低充填成本,而且还可有效阻止含硫矿物对胶充体的浸蚀作用.同时,粉煤灰的泌水率低,可大大缓解充填脱水难题,缩短充填体胶凝时间,提高胶充体强度.据实验室1∶6灰砂配比试验,28天充填体强度可达1.63MPa,90天可达2.0MPa以上,满足充填采矿的生产要求.该项成果的取得和应用, 不仅可使新桥矿实现充填骨料自给,降低井采充填成本,同时还为选硫尾砂的综合利用开辟了新途径. (吴大敏)     

超细全尾砂胶结充填体的强度特征分析

以中关铁矿全尾砂为充填骨料、水泥为胶凝材料制作胶结充填体,采用单因素四水平试验设计,分析了全尾砂的物理化学性质,探讨了全尾砂胶结充填体强度与灰砂比、料浆质量浓度和养护龄期之间的定量关系,并对其敏感程度进行了研究。研究结果表明：中关铁矿全尾砂中值粒径仅为14.2μm,碱度系数为2.31,活性系数为2.12,属于碱性超细全尾砂,级配良好、活性较高;全尾砂胶结充填体的强度随灰砂比的增加和料浆质量浓度的增加呈指数函数增长,随养护龄期的增加呈线性增长,拟合相关系数平均值分别为0.97、0.96和0.92;充填体强度对养护龄期的敏感程度最高,灰砂比次之,料浆质量浓度最小。     

PVC粗骨料混凝土的力学和吸能性能分析

将聚氯乙烯(PVC)软板进行粉碎得到级配良好的片状PVC颗粒以不同掺量等体积替代天然粗骨料后加入混凝土中制成试件,做单轴压缩试验和钢球自由落体冲击试验,得到立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、卸载弹性模量和能量吸收率,用来探究不同掺量的PVC粗骨料混凝土力学和吸能性能。结果表明,随PVC粗骨料掺量增加,混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均呈显著降低趋势,在实际工程中,PVC粗骨料掺量应该控制在20%左右;随PVC粗骨料掺量增加,混凝土脆性得到改善以及延性增强;混凝土的能量吸收能力随PVC粗骨料掺量增加呈显著增加趋势。     

全尾砂胶结充填材料配合比及性能研究

以矿渣、水泥、半水石膏、脱硫石膏与生石灰作为胶凝材料,并且加入少量萘系高效减水剂,制备全尾砂胶结充填材料.采用正交试验,进行极差分析和方差分析,分析出影响3d抗压强度与膨胀性能的最主要因素为半水石膏与脱硫石膏的比例,影响流动性最主要因素为生石灰掺量,其次为半水石膏和二水石膏比例和石膏总掺量,确定出最佳配合比为A3B2C3.结果表明,采用最佳配合比,全尾砂胶结充填材料3d抗压强度可达到0.75 MPa,28 d抗压强度可达到2.92 MPa,料浆流动性为173 mm,充填体高度为64.47 mm.     

利用高MB值机制砂制备泵送C50自密实混凝土的研究

高MB值机制砂中较高的黏土含量在混凝土拌合过程中会大量吸附自由水及减水剂,破坏混凝土的工作性。研究中使用绝对体积法设计配合比,通过调整水胶比、砂率、粗骨料体积率、粉煤灰掺量和粗骨料级配,成功配制出C50机制砂自密实混凝土。结果发现水胶比、粗骨料体积率对自密实混凝土工作性具有较大影响,通过选择适当的砂率、粉煤灰掺量、粗骨料级配也可在一定程度上改善工作性,试验中最佳值分别为45%、20%及7∶3。     

尾砂粒级组成对充填体强度特性影响的试验研究

分析了5种尾砂的粒级组成和级配关系,对包含尾砂粒级组成在内的3种强度影响因素进行正交试验。研究表明:对充填体强度影响的敏感性顺序为:灰砂比料浆质量分数尾砂粒级组成,但是在灰砂比相同的情况下,质量分数较低的B尾砂试块强度反而较大,因为B尾砂的级配关系最优;适量的细粒级尾砂有助于增加充填体强度,这是由于细粒级尾砂被水泥包裹后填充在大颗粒之间的空隙,促进了颗粒间的胶结,增加了试块的强度;但是当细粒级尾砂过多时导致胶结外膜的含水增多,阻碍了各种颗粒之间的胶结,降低了试块的强度,因此尾砂的粒级组成对充填体强度有明显的影响。     

充填料浆流变参数试验研究

针对某矿山全尾砂胶结充填料浆在管道内的稳定输送问题,对充填料浆流变特性进行了试验研究,通过设置质量分数为66%、68%、70%、72%全尾砂料浆和添加胶结剂情况下灰砂比1∶8的料浆流变参数试验,分析不同质量分数及灰砂比1∶8的充填料浆流变参数。试验结果表明:尾砂料浆的流变参数与料浆质量分数有关,质量分数越大,流变参数值越大;在相同的料浆质量分数下,添加胶结剂的尾砂屈服应力和黏性系数比没有添加胶结剂的尾砂大。     

大掺量粉煤灰再生混凝土配合比试验研究

试验研究了水胶比、粉煤灰掺量和再生粗骨料取代率对大掺量粉煤灰再生混凝土抗压强度的影响。正交试验结果表明,大掺量粉煤灰再生混凝土7d、14d、28d、56d、90d抗压强度的最主要影响因素为粉煤灰掺量,其次为水胶比及再生粗骨料取代率,通过正交设计可以得出大掺量粉煤灰再生混凝土的配合比设计方法。     

再生粗骨料粒径对混凝土力学和耐久性能的影响

为了改善粗骨料系统并进一步提高再生混凝土的性能，在不改变天然粗骨料级配的情况下制备了再生粗骨料取代率分别为64%和36%的两个系列再生混凝土，研究了混合粗骨料体系中不同粒径(5～<10 mm、10～<20 mm、20～31.5 mm)天然/再生粗骨料对混凝土工作性、力学性能、耐久性能的影响。结果表明，当再生粗骨料总取代率不变时，随着再生粗骨料取代粒径增大，再生混凝土的坍落度/扩展度不断增大，抗压强度、抗折强度与弹性模量基本呈增大趋势，电通量和碳化深度逐步降低。在再生粗骨料取代率较高条件下，提高20～31.5 mm再生粗骨料的比例，更有利于改善再生混凝土的力学性能与耐久性能。     

废弃混凝土作为再生粗骨料对新拌混凝土性能的影响

废弃混凝土资源化再利用是绿色循环经济的重要方法,目前主要通过将其破碎制成再生粗骨料进行循环利用.主要研究了再生粗骨料的掺量、最大粒径、不同级配形式、间断级配再生粗骨料的掺量等因素对混凝土性能的影响.结果 表明:再生粗骨料的掺量越大,最大粒径越小,则混凝土的坍落度和抗压强度越小;掺入间断级配再生粗骨料的混凝土的坍落度和强度大于掺入连续级配再生粗骨料的混凝土;间断级配再生粗骨料的掺量对混凝土的性能影响与连续级配再生粗骨料的影响一致.与未掺加再生粗骨料的混凝土的强度增长率相比,掺加再生粗骨料的混凝土的强度增长较大.为了解释上述宏观性能变化,通过激光拉曼光谱法研究了废弃混凝土中未水化水泥的水化等对强度发展的影响.