減水劑對全尾砂膠結(jié)膏體充填材料性能的影響研究分析

原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究所取得的原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究做出重要奉獻的個人和集體，均己在文中以明確方式標明。本聲明的法律責任由本人承當。學(xué)位論文作者： 昱杉釤日期： 2∥牛年r月2鄉(xiāng)日學(xué)位論文使用授權(quán)聲明本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的論文及相關(guān)的職務(wù)作品，知識產(chǎn)權(quán)歸屬鄭州大學(xué)。根據(jù)鄭州大學(xué)有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保存或向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)鄭州大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或局部編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或者其他復(fù)制手段保存論文和匯編本學(xué)位論文。本人離校后發(fā)表、使用學(xué)位論文或與該學(xué)位論文直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，第一署名單位仍然為鄭州大學(xué)。保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定。學(xué)位論文作者： B杉杉日期：二D，牛年r月2衫日摘要摘要摘要摘要隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)、高速增長，采礦工業(yè)得到快速的開展。但是采礦工業(yè)在為國民經(jīng)濟建設(shè)提供原材料的同時也產(chǎn)生了大量廢棄物一尾砂。大量尾砂堆放于地表會破壞土地，污染環(huán)境，并且井下存在大量采空區(qū)，給自然生態(tài)與社會經(jīng)濟生活帶來負面影響，這已成為目前亟待解決的重大問題。對于尾砂的處理，最重要的手段是將其制成全尾砂膠結(jié)膏體充填材料并充填到地下采空區(qū)，這既解決了全尾砂堆積在地表的環(huán)境污染問題，又保證了采空區(qū)不塌陷的生態(tài)平衡問題。通過檢索相關(guān)文獻，了解全尾砂膏體料漿研究現(xiàn)狀和存在的問題，針對這些的問題，本文主要進行了如下工作：(1)對本論文中所用到的原材料的物理化學(xué)性能進行分析和測試，了解所用到的試驗方法的原理并掌握操作過程。(2)全尾砂膠結(jié)膏體料漿流動性測試方法的研究目前國內(nèi)測量全尾砂膠結(jié)膏體充填材料(CementedPasteBackfill，CPB)流動性的方法是參考混凝土流動度的測量方法一坍落度法進行測量。另外利用流變儀可以測量材料的流變特性，了解材料在輸送時的參數(shù)。本文通過試驗分析和研究了上述兩種方法測量CPB的原理及優(yōu)缺點，并提出了利用電動跳桌測量CPB流動度，分析了電動跳桌法測量CPB流動性的原理、可行性及精確性，并在后續(xù)試驗中使用電動跳桌法進行CPB流動性的測量。(3)研究減水劑對CPB中粉體材料的分散作用。選擇水泥混凝土領(lǐng)域常用的5類減水劑(聚羧酸系高效減水劑、萘系高效減水劑、氨基高效減水劑、脂肪族高效減水劑和木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑)和CPB中常用的5種粉料(水泥、粉煤灰、礦渣粉、細尾砂粉和石灰石粉)進行了減水劑對粉料分散性的比照試驗研究。實驗證明聚羧酸系高效減水劑對水泥、礦渣粉和粉煤灰的分散效果最好，脂肪族高效減水劑對石灰石粉和尾砂粉的分散效果最好，對粉煤灰的分散效果也較好(僅次于聚羧酸系高效減水劑)。由于全尾砂CPB中尾砂粉和粉煤灰和／或石灰石粉的含量遠大于水泥和礦渣粉，并且脂肪族高效減水劑的單價約為聚羧酸系高效減水劑單價的l／4，所以脂肪族高摘要效減水劑將是制備全尾砂膠結(jié)膏體充填材料性價比最高的減水劑。摘要效減水劑將是制備全尾砂膠結(jié)膏體充填材料性價比最高的減水劑。(4)減水劑對CPB性能的影響及機理探討本文共制備了18組試件，固定料漿的流動度(即坍落度為180mm)，采用摻減水劑和未摻減水劑的料漿及其固化體作比照研究，其中水泥摻量為3％、5％和7％，養(yǎng)護齡期為7d、14d和28d。試驗證明在保持料漿坍落度相同的條件下，摻減水劑比未摻減水劑的料漿濃度可提高四個百分點。結(jié)合壓汞測孔法得到的結(jié)果和抗壓強度試驗結(jié)果，說明減水劑可以翻開漿體中絮凝結(jié)構(gòu)，細化固化體孔徑，從而提高固化體的各齡期(7d、14d和28d)抗壓強度。關(guān)鍵詞：全尾砂膠結(jié)膏體充填材料；減水劑；粉料漿體的分散度；流動度；無側(cè)限抗壓強度IIAbstractAbstractAbstractAbstractWiththegrowthofChina'snationaleconomysustainedandrapidly，theminingindustryhasbeendevelopedwithahighspeed．Theminingindustryprovidesamountsofrawmaterialsforthenationaleconomybutalsogeneratesalotofwaste——tailings．Thelargetailingspilllingatthesurfacewilldestroythelandandpollutetheenvironment，andtherearealotofundergroundmined-outarea，allthoseCanbringnegativeimpactonthenaturalenvironmentandsocialandeconomiclife，whichhasbecomeanurgentmajorproblemtobesolvedatpresent．Forthehandlingoftotaltailings，themostimportantmethodisusingittopreparetotaltailingscementedpastebackfill(CPB)andfillingintoundergroundminedarea，whichnotonlysolvestheproblemofenvironmentalpollutionbroughtbythetotaltailingsdepositedonthesurface，butalsoensuresthebalanceofecologythattheminingemptyareadoesnotcollapseandthebalanceofecology．Byretrievingrelevantliteraturetounderstandtheresearchstatusandpresentproblemsoftotaltailingscementedpastebackfill，thispapercardedoutthefollowingtasks：(1)Analyzingandtestingphysicalpropertiesofrawmaterialsusedinthispaperaswell as chemicalproperties．Understanding experimentalprincipleandmethods．Masteringoperationalprocessesofexperiment．(2)Researchingfluiditytestmethodsofcementedpastebackfill(CPB)preparedbyfulltailings．ThemainperformanceofCPBisitsfluidity．Inpresent，themethodtomeasuretheflowabilityofCPBinOurcountryisreferencedinthemeasurementmethodoftheconcretefluidity--slumpmethod．Inaddition，therheometerCanmeasuretherheologicalpropertiesofCPB，andleamthematerialparameterswhentransported·Theprinciples，advantagesanddisadvantagesofthetwoexperimentalmethodsforCPBhavebeenananlsisedandstudied．ThemethodusingfluidityelectricjumpingtabletomeasuretheflowabilityofCPBhavebeenproposed，theprincipleisIIIAbstractexplained，andAbstractexplained，andthefeasibilityandtheaccuracyofthismethodisproofed．ThentheflowabilityofCPBpreparedbyfulltailingshavebeentestedinsubsequentexperiments．(3)ResearchingthedispersioneffectofwaterreduceronkindsofpowdercommonlyusedinCPB．Fivecategoriesofwaterreducercommonlyusedinthefieldofconcrete化e．polycarboxylatesuperplasticizer，aliphaticsuperplasticizer，aminosuperplasticizer，naphthalenesuperplasticizerandlignosulfonatewaterreducer)andfivekindsofpowdercommonlyusedinCPB(i．e．Portlandcement，flYash，slagpowder，tailingspowderandlimestonepowder)areselectedtoconductacomparativeexperimentalstudyonthedispersiondegreeofwaterreducingagentonthepowders．ExperimentalresultsshowedthatpolycarboxylatesuperplasticizerhasthebestdispersioneffectonPortlandcement，slagpowderandflyash，andaliphaticsuperplasficizeronlimestonepowderandtailingspowder，aliphaticsuperplasticizersdispersioneffectonflyashisalsobetter(afterpolycarboxylatesuperplasticizer)．Sincethecontentoftailingspowderandflyashand／orlimestonepowderinCPBoffulltailingsismuchgreaterthanPortlandcementandslagpowder，andtheunitpriceofaliphaticsuperplasticizerisaboutaquarterofpolycarboxylatesuperplasticizer．Therefore．thealiphaticsuperplasticizerwillbethemostvalueablewaterreducertoprepareCPB．(4)ResearchingtheinfluenceofwaterreduceronperformanceofCPB．18groupsofspecimensarepreparedinthisarticle，thefluidityofCPBslurryisfixed(fluidity—slumpis180mm)，comparativestudyontheslurryandcuredsampleswithandwithomsuperplasticizersamples，inwhichPortlandcementcontentis3％，5％and7％(bytotalmassofsolid)andcuringperiodisfrom7d，14dto28d．TheresultsshowthatthesolidconcentrationintheslurryCanincrease4percentagepointsbyaddingsuperplasticizer．TheexperimentalresultsofporesizedistributionobtainedbymercuryporosimetryandcompressivestrengthtestresultsprovethatwaterreducercanopenslurryflocculationstructureandrefineporesizeinsolidifiedsamplestoincreasecompressivestrengthofCPB．KeyWords：totaltailingscementedpastebackfill；water-reducingagent；dispersiondegreeofthepowderslurry；fluidity；unconfinedcompressivestrengthIV目錄目錄目錄目錄摘要 ．IAbstract ．I工I目錄 ．V1緒論 ．．11．1研究背景及研究意義 11．2全尾砂膠結(jié)膏體充填材料的定義及應(yīng)用領(lǐng)域 ．31．1．1全尾砂膠結(jié)膏體充填材料的定義 ．．31．1．2全尾砂膠結(jié)膏體充填材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用前景 31．3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問題 41．3．1國外研究現(xiàn)狀 41．3．2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 51．3．3全尾砂膠結(jié)膏體充填材料存在的問題 ．61．4本論文研究內(nèi)容及研究意義 62試驗原材料及試驗方法 ．．82．1實驗原材料 ．．82．1．1全尾砂 82．1．2膠結(jié)劑 92．1．3減水劑 ．．102．1．4其他材料 112．2實驗內(nèi)容及方法 122．2．1粉狀材料凈漿流動度的測定方法 ．132．2．2CPB的制備 ．14V目錄2．2．3目錄2．2．3CPB料漿澆筑成型 ．162．2．4CPB材料無側(cè)限抗壓強度測定及壓汞法分析孔隙率 183CPB料漿流動性的測試方法 203．1流變儀測定CPB料漿的流變性 203．1．1流變學(xué)原理 ．203．1．2流變性試驗 ．213．2坍落度法測定CPB料漿的流動性 ．243．3電動跳桌流動度法測量CPB料漿的流動性 ．．253．3．1電動跳桌法原理、儀器及測量方法 ． ．253．3．2電動跳桌法可行性驗證 273．3．3坍落度與跳桌流動度的比擬 ．．28烈m口4減水劑對CPB中粉狀材料流動。蝴比照實驗研究． ．．29／|4．1減水劑對水泥流動性的比照實驗研究 294．1．1水膠比對水泥凈漿流動度的影響 ．294．1．2聚羧酸類高效減水劑對水泥凈漿流動度的影響 ．304．1．3萘系高效減水劑對水泥凈漿流動度的影響 ．．314．1．4脂肪族系高效減水劑對水泥凈漿流動度的影響 ．324．1．5氨基系高效減水劑對水泥凈漿流動度的影響 334．1．6木質(zhì)素磺酸鹽系減水劑對水泥凈漿流動度的影響 ．．344．1．7各類減水劑對水泥凈漿流動度影響比照 ．354．2減水劑對尾砂粉凈漿流動度的影響 ．．374．2．1減水劑對細尾砂粉凈漿流動度的影響 384．2．2減水劑對粗尾砂粉凈漿流動度的影響 404．2．3各類減水劑對尾砂粉凈漿流動度影響比照． ．424．3減水劑對粉煤灰凈漿流動度的影響 ．．444．4減水劑對礦渣粉凈漿流動度的影響 ．．454．5減水劑對石灰石粉凈漿流動度的影響 46VI目錄4．6減水劑對凈漿流動度影響機理分析目錄4．6減水劑對凈漿流動度影響機理分析 ．．475減水劑對全尾砂CPB性能的影響及分析 ．．495．1減水劑對CPB料漿固體濃度的影響及分析 ．．495．2減水劑對不同水泥摻量的CPB抗壓強度的影響及分析 ．5l5．3減水劑對不同齡期CPB抗壓強度的影響及分析 ．566結(jié)論及建議 ．．596．1結(jié)論 ．596．2建議 ．60參考文獻 ．．61個人簡歷、在校期間學(xué)術(shù)論文及參與研究工程 ．64致謝 65VII1緒論1緒論1緒論1緒論1．1研究背景及研究意義近年來隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)、快速增長，各種工業(yè)得到了飛速開展。但是各種工業(yè)在為國民經(jīng)濟建設(shè)做出重大奉獻的同時也帶來了許多亟待解決的重大問題，例如各種各樣的工業(yè)廢料。目前大宗工業(yè)廢棄物的排放量日益增加，不僅占用大量的土地資源，造成諸多的二次污染，同時與環(huán)境保護要求不斷提高愈發(fā)不相協(xié)調(diào)，如何處理這些廢料日益成為研究的熱門話題?！敖⒖沙掷m(xù)開展的經(jīng)濟體系、社會體系和保持與之相適應(yīng)的可持續(xù)利用的資源和環(huán)境根底〞【lJ是?中國21世紀議程?明確確立的目標，開源與節(jié)流并重，充分利用工業(yè)廢棄物，變廢為寶，使國家資源得到良性循環(huán)，并可持續(xù)利用。工業(yè)廢棄物對環(huán)境的污染如圖1．1所示。圖1．1工業(yè)廢棄物對環(huán)境的污染Fig．1．1Thepollutionofindustrialwasteenvironment調(diào)查顯示[21：我國有95％的能源、80％的工業(yè)原料和70％的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料來自于礦產(chǎn)資源的消耗，并且礦物原料能夠生產(chǎn)90％的工業(yè)產(chǎn)品和大約17％的消費品用于人類的生產(chǎn)和生活。但是在礦產(chǎn)資源在開發(fā)利用的同時不僅會破壞環(huán)境，而且會產(chǎn)生大量的尾砂。尾砂是選礦廠使用一定的技術(shù)方法，把礦石磨細，浮選出有用的礦物成分后排放的廢棄物。統(tǒng)計說明【3】全尾砂是大宗固體廢棄物中排放量最大的一種。尾礦與礦石的比例通常為0．5／1～0．95／1，我國的金屬礦山每年開采礦石2x108t，因此每年排出的尾礦約1．5x108t[41。采礦活動會在地下留大量下采空區(qū)；選礦后的大量廢料即尾砂堆放于地表，會造成地表土壤破壞和環(huán)境污染。另外尾砂的儲存方式也是一大隱患。尾砂大量堆放在尾砂庫中，隨l緒論著尾砂排量不斷增大，尾砂庫壩體也在升高，管理難度不斷加大，使得尾砂庫l緒論著尾砂排量不斷增大，尾砂庫壩體也在升高，管理難度不斷加大，使得尾砂庫不僅需要巨額投資和占用大量土地，而且嚴重污染周邊環(huán)境、極易誘發(fā)泥石流和尾砂庫潰壩事故，給人民的生命財產(chǎn)平安帶來極大的威脅和破壞壚】。2023年9月8號，山西新塔礦業(yè)有限公司塔山鐵礦尾礦庫發(fā)生嚴重潰壩事故16J。這座尾砂庫位于山西省臨汾市襄汾縣陶寺鄉(xiāng)，總庫容約三十萬立方米，壩體高約五十米。潰壩時，尾砂流失量大約為二十萬立方米，沿途帶出大量的泥沙，流經(jīng)長度達兩公里，最大扇面寬度約為三百米，過泥面積為三十多公頃，造成二百六十二人死亡，財產(chǎn)損失無法估量。尾砂庫潰壩造成的損害見圖1．2。據(jù)初步統(tǒng)計17-91：目前我國采礦業(yè)破壞的土地面積已經(jīng)到達四萬多平方千米，并正在以每年兩百平方千米的速度增加，五十多個礦區(qū)出現(xiàn)嚴重地面沉陷現(xiàn)象；我國現(xiàn)有礦山十八萬四千座，全國各類礦山產(chǎn)出各類礦廢石己累積為一百六十三億噸；選礦過程中產(chǎn)生大量尾礦，我國現(xiàn)有尾砂庫一萬三千座，截至2023年，全國尾砂堆放總量為八十一億噸，僅2023年全國尾礦排量約為十億噸。圖1．2尾砂庫潰壩造成的損害Fig．1．2Thedamageofrailingsdambreak近幾年我國對大宗工業(yè)廢棄物的綜合利用愈加重視。大宗固體廢物產(chǎn)量大，對環(huán)境影響程度深，資源化利用的前景很好。我國“十二五〞資源綜合利用指導(dǎo)意見中指出，要對大宗固體廢物進行綜合利用，以此提升我國循環(huán)經(jīng)濟開展，促進落實節(jié)能減排制度，加快構(gòu)建可持續(xù)開展生產(chǎn)方式的步伐，這對于改善我國能源結(jié)構(gòu)，推動“美麗中國〞的建設(shè)方針在我國早日實現(xiàn)具有重要意義l101。對于尾砂的處理，最重要的手段是將其制成全尾砂膠結(jié)膏體充填材料并充填到地下采空區(qū)，這既解決了全尾砂堆積在地表的環(huán)境污染問題，又保證了采空區(qū)不塌陷的生態(tài)平衡問題。21緒論1．2全尾砂膠結(jié)膏體充填材料的定義及應(yīng)用領(lǐng)域1緒論1．2全尾砂膠結(jié)膏體充填材料的定義及應(yīng)用領(lǐng)域1．1．1全尾砂膠結(jié)膏體充填材料的定義膠結(jié)膏體充填材料(CementedPasteBackfill)，簡稱CPB，是指將粗細骨料與一些膠凝材料加水拌合配制而成的粥狀漿體。這種狀態(tài)的材料中，固體顆粒不會游離沉淀，所以料漿不會分層?？梢允褂萌采白鳛榧毠橇吓渲迫采澳z結(jié)膏體充填材料。對于“膏體〞和“膏體充填〞具有如下兩種典型的描述：膏體輸送至充填工作面后不會出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，料漿中的膠質(zhì)顆粒可以保存膏體中的所有水分，這種膠質(zhì)特性使膏體在輸送時不存在臨界流速，同時膏體在管道中滯留時不會出現(xiàn)分層現(xiàn)象111J；將水和一種或幾種充填材料按一定的比例配置而成具備良好流動性、穩(wěn)定性和可塑性的牙膏狀料漿，通過自重或施加外力(泵壓)使料漿能夠以穩(wěn)定的狀態(tài)輸送至充填區(qū)域，此過程稱為膏體充填I(lǐng)l引。全尾砂膠結(jié)膏體充填材料具有以下特征：1)全尾砂膠結(jié)膏體料漿的質(zhì)量濃度大，一般為75％--一85％，參加減水劑和粉煤灰后那么可到達90％，這可以大大增加尾砂的利用率(高達90％～95％)。2)配制全尾砂膠結(jié)膏體料漿所需膠凝材料用量少，大大降低材料本錢。已有資料說明113】，當設(shè)計的充填體強度相同時，全尾砂膏體膠結(jié)充填料的充填成本比分級尾砂膠結(jié)充填料的充填本錢降低23．6％。3)要配制全尾砂膠結(jié)膏體料漿，物料中的超細級顆粒需要到達一定的比例。超細級顆粒可以包裹較粗的顆粒，使之呈懸浮狀態(tài)；并且可以減小粗顆粒間的摩擦力和料漿與運輸管道間的摩擦力，起到潤滑作用，降低管道磨損。4)全尾砂膠結(jié)膏體充填材料充填完成后，充填體外表不泌水，可以改善充填體周圍的作業(yè)環(huán)境，節(jié)省了排水與清污等方面的費用。5)全尾砂膠結(jié)膏體充填材料是一種可以自密實的材料，成型后不需要震動、擊實等施工工序，在保證工程質(zhì)量要求的條件下可以很大程度的提高施工進度，減少人工和相關(guān)機械的使用，節(jié)約資源并降低工程本錢。6)全尾砂膠結(jié)膏體充填材料充填成型后沉陷性小，由于膠結(jié)膏體充填料中較粗顆粒之間的孔隙由水、膠凝材料水化產(chǎn)物和超細顆粒充滿，一般壓縮性只有1％左右11鍆。1．1．2全尾砂膠結(jié)膏體充填材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用前景31緒論全尾砂是采礦工程中產(chǎn)生的廢棄料，將其配制成膠結(jié)膏體充填材料不僅可1緒論全尾砂是采礦工程中產(chǎn)生的廢棄料，將其配制成膠結(jié)膏體充填材料不僅可以應(yīng)用于礦洞的回填，在建筑工程中也具有廣泛的應(yīng)用：1)回填工程：由于全尾砂膠結(jié)膏體充填材料的流動性，使得它可以應(yīng)用于各種管道溝渠、廢棄的隧道、地下室等其他地下空洞的充填工程。2)路基工程：全尾砂膠結(jié)膏體充填材料可以作為一種路基材料，解決粉狀材料平整度與密實度的矛盾和土壤凍融翻漿的現(xiàn)象。將其用于立交橋橋涵臺背回填時，可以減少回填材料的沉降并降低擋墻荷載。3)管線敷設(shè)工程：全尾砂膠結(jié)膏體充填料漿能夠很好地滿足電力電訊管道、熱力管道等對于底部填充的要求，可以做到流動性的均勻支撐。4)管道隔熱或散熱工程：在全尾砂膠結(jié)膏體充填料漿中添加引氣劑，引入微小氣泡，既可以增強材料的流動性，又可以作為隔熱材料；或者向全尾砂CPB中摻加隔熱或傳熱材料，也可以到達保溫或散熱的效果。5)管路防腐工程：對于那些有防腐要求的結(jié)構(gòu)或管道，可以通過提高全尾砂膠結(jié)膏體充填料漿的密實度，對管道形成致密保護層，從而到達防腐要求。將全尾砂應(yīng)用于膏體膠結(jié)充填材料中，可以很好地解決大宗工業(yè)廢棄物對于環(huán)境的污染問題，對于保護環(huán)境，節(jié)約資源和能源，實現(xiàn)可持續(xù)開展具有重大意義，具有廣闊的應(yīng)用前景。1．3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問題全尾砂膠結(jié)膏體充填最初是起源于金屬礦山。為了解決采礦工程產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物及污染環(huán)境的問題，提高礦洞平安及回采率，國內(nèi)外廣泛使用充填采礦的方法。充填采礦最初始于霍恩礦山，20世紀30年代霍恩礦山使用尾礦和爐渣等進行干式充填開采取得成功。隨后礦洞充填經(jīng)歷了水砂充填、低濃度膠結(jié)充填、高濃度充填和膏體充填幾個階段。目前全尾砂膠結(jié)膏體充填材料已經(jīng)先后在國外一些大型礦山陸續(xù)推廣使用，效果良好Il51。從世界范圍以及長遠開展來看，膏體充填技術(shù)是充填工程開展的主力方向。1．3．1國外研究現(xiàn)狀20世紀80年代以來，全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)首先在德國、加拿大、南非等國進行了試驗研究和應(yīng)用[16-18】。1993年加拿大進行了膏體充填的研究，20年來41緒論膏體充填1緒論膏體充填開展極為迅速，世界上一些礦業(yè)興旺的國家投入了大量的人力和物力，研究和開發(fā)應(yīng)用膏體充填技術(shù)，例如加拿大國際鎳公司加森礦Il引、德國瓦爾蘇蒙煤礦和莫洛波煤礦‘201、美國LuckyFriday金礦‘211等。俄羅斯的一些充填實例說明，采用全尾砂膠結(jié)膏體充填，在充填體強度不變的情況下，可以使水泥消耗量從200kg／m3下降至120kg／mjI比J。除開常規(guī)的充填材料，例如尾砂、粉煤灰、水泥、爐渣和水以外，在充填料混合之前或制備之后，參加外加劑，可以改善充填料漿的工作性能，包括穩(wěn)定性、強度、可輸送性、凝結(jié)時間等。例如美國Getchell金礦公司在格徹爾礦山使用塊石膠結(jié)充填，向充填料中參加減水劑，配合比為50mm的骨料，6％～10％水泥，減水劑3．3mL／kg。與不摻加減水劑的充填體相比，參加減水劑后的充填體抗壓強度有顯著提高，相對的就降低了膠凝材料的用量，降低充填材料本錢。1．3．2國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國于“七五〞期間，在凡口礦對全尾砂膠結(jié)充填進行試驗并獲得初步成功；“九五〞期間開展了“深部全尾礦膠結(jié)充填新材料新技術(shù)研究〞；20世紀90年代，全尾礦活化攪拌機的應(yīng)用標志著全尾礦膠結(jié)充填技術(shù)在我國走向成熟122l，同期我國科技工作者提出了似膏體充填【231和結(jié)構(gòu)流全尾砂自流膠結(jié)充填理論與技術(shù)12訓(xùn)，其核心是利用15％-20％的．20um的超細顆粒在充填材料的運輸過程起到潤滑作用并呈整體流動，控制料漿的固體濃度約70％，使充填料漿在采場中不產(chǎn)生離析脫水現(xiàn)象或者少量脫水。近十幾年，我國充填膠凝材料開展很快，從通用硅酸鹽水泥、高水固結(jié)材料、全砂土固結(jié)材料、赤泥膠結(jié)材料，開展到目前的新型尾砂膠凝材料(但現(xiàn)場使用的主要膠凝材料還是通用硅酸鹽水泥)。最近的研究說明125J：對于某礦全尾砂，濃度為70％的充填料漿，其固化體28天抗壓強度為2．3MPa時，通用硅酸鹽水泥：砂=1：5(即水泥含量16．7％)或新型尾砂膠凝材料：砂=1：10(且rl新型尾砂膠凝材料含量9％)。這說明目前我國全尾砂膠結(jié)充填材料中膠凝材料摻量還過大(與國外膏體充填料中膠結(jié)劑3‰6％相比)。在膏體充填料中引入泡沫以到達自流輸送的目的，在我國已有應(yīng)用研究【261。大量泡沫(或空氣氣泡)對改善膏體膠結(jié)充填料的輸送性能是有效的，但會急劇降低強度或明顯增加充填材料中膠凝材料的摻量。51緒論1．3．3全尾砂膠結(jié)膏體充填材料存在的問題1緒論1．3．3全尾砂膠結(jié)膏體充填材料存在的問題全尾砂膏體充填材料用于不同的位置，對固化體強度要求不同，如充填到采空區(qū)的固化體抗壓強度大約1MPa；用作地面的固化體抗壓強度約2．5MPa；用作頂板的固化體抗壓強度約5MPa。全尾砂膠結(jié)膏體充填料漿是采用高壓泵輸送到井下，一般要求料漿的坍落度160mm"--'230mm。由于高壓輸送的設(shè)備投資較大，技術(shù)要求高，長期以來，我國采用自流輸送方式(即料漿坍落度230mm'--'280mm)，完全是通過增加含水量來到達料漿自流，但要使固化體到達一定抗壓強度，其膠凝材料摻量相當大。為了降低全尾砂膠結(jié)充填料漿中膠凝材料的摻量，主要措施是提高料漿的固體濃度。提高膏體料漿固體濃度，會增大料漿在管道輸送的阻力，因此在膏體料漿中添加泵送劑以改善料漿的流動腫IZT-厶匕I=J匕是一種趨勢127‘28J。我國金川集團有限公司在工程試驗中驗證1291：在膏體料漿中添加1％～1．5％的JKJ．NF型泵送減水劑后，能降低膏體料漿管路的沿程阻力損失，提高膏體料漿的流動性及充填體早期強度等。目前對于減水劑在充填料漿中所起作用規(guī)律及機理研究還比擬少。1．4本論文研究內(nèi)容及研究意義(1)緒論通過檢索與本論文有關(guān)的文獻，了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問題。(2)試驗原材料及試驗方法對本論文中所用到的原材料的物理化學(xué)性能進行分析和測試，了解所用到的試驗方法的原理并掌握操作過程。(3)全尾砂膠結(jié)膏體料漿流動性測試方法的研究CPB材料最主要的工作性能是它的流動性。目前國內(nèi)測量CPB材料流動性的方法是參考混凝土流動度的測量方法一坍落度法進行測量。另外利用流變儀可以測量材料的流變特性，了解材料在輸送時的參數(shù)。本文通過試驗分析和研究了上述兩種方法測量CPB的原理及優(yōu)缺點，并提出了利用電動跳桌測量CPB流動度，分析了電動跳桌法測量CPB流動性的原理、可行性及精確性，并在后續(xù)試驗中使用電動跳桌法進行CPB流動性的測量。(4)幾種減水劑對CPB中粉狀材料分散性的比照試驗研究61緒論選擇水泥混凝土領(lǐng)域常用的5類減水劑(聚羧酸系高效減水劑、萘系高效1緒論選擇水泥混凝土領(lǐng)域常用的5類減水劑(聚羧酸系高效減水劑、萘系高效減水劑、氨基高效減水劑、脂肪族高效減水劑和木質(zhì)素磺酸鹽減水劑)和CPB中常用的5種粉料(水泥、粉煤灰、礦渣粉、細尾砂粉和石灰石粉)進行了對比試驗研究。(5)減水劑對CPB性能的影響及機理探討本文共制備了18組試件，固定料漿的流動度(即坍落度為180mm)，采用摻減水劑和未摻減水劑的料漿及其固化體作比照研究，其中水泥摻量為3％、5％和7％，養(yǎng)護齡期從7d、14d到28d。采用光學(xué)顯微鏡分析了水泥和細尾砂顆粒的絮凝結(jié)構(gòu)，采用壓汞測孔法測出了固化體的總孔隙率和孔徑分布。結(jié)合壓汞測孔法得到的孔徑分布和抗壓強度試驗結(jié)果，探討了減水劑提高固化體抗壓強度的機理，為制備全尾砂膠結(jié)膏體充填材料添加減水劑的必要性提供理論依據(jù)。72試驗原材料及試驗方法2試驗原材料及試驗方法2試驗原材料及試驗方法2試驗原材料及試驗方法2．1實驗原材料2．1．1全尾砂本論文使用的全尾砂取自于安微的李樓鐵礦，干尾砂呈現(xiàn)紅褐色，見圖2．1。鐵尾砂的主要礦物成分是石英(Si02)，白云石[CaMg(C03)2】和赤鐵礦(Fe203)，尾砂的化學(xué)成分如表2．1所示，圖2．2為鐵尾砂X射線衍射圖譜(XRD圖)。圖2．3為干尾砂的電子顯微鏡掃描圖，從圖中可以看出尾砂顆粒為不規(guī)那么顆粒。用圖像處理法和篩分法確定全尾砂顆粒的尺寸分布，約有8％的顆粒小于20Ltm(見表2．2)，尾砂的比重為3．049／cm3。圖2．1干尾砂Fig．2．1Drytailings表2．1鐵尾砂的化學(xué)成分Tab．2．1Chemicalcompositionofirontailings82試驗原材料及試驗方法82試驗原材料及試驗方法8O006OO040O0∞_c300、>=∞c∞一c一2OO0O10 20 30 40 50 60 70 802Theta／Degree圖2．2鐵尾砂X射線衍射圖譜(xIm圖)Fig．2．2X-raydiffractionofirontailings(XRDdiagram)(a) (b)圖2．3干尾砂的電子顯微鏡掃描圖(圖a為放大200倍，圖b為放大2000倍)Fig．5．3Electronmicroscopefigureofdrytailings(Figureismagnificationof200times．2000timesinfigureb)表2．2鐵尾砂篩分析結(jié)果Tab．2．2Sieveanalysisresultsofirontailings2．1．2膠結(jié)劑92試驗原材料及試驗方法本實驗所采用的膠結(jié)劑主要是中國建筑材料科學(xué)研究總院的基準水泥。2試驗原材料及試驗方法本實驗所采用的膠結(jié)劑主要是中國建筑材料科學(xué)研究總院的基準水泥。GB8076．2023?混凝土外加劑?和GB／T18736．2023?高強高性能混凝土礦物用外加劑?等標準規(guī)定檢測普通減水劑、高性能減水劑和礦物外加劑等17種混凝土外加劑必須使用基準水泥【30l，因此基準水泥的各項指標要求都非常嚴格。本文使用的基準水泥檢測結(jié)果見表2．3～表2．5。表2．3基準水泥熟料化學(xué)分析結(jié)果及礦物組成MTab．2．3Chemicalanalysisresultsandmineralcompositionofbasiscementclinker／％成分Si02A1203Fe203CaOMgOS03Na20eqf-CaO C35 C25 C3AC4AF含量21．864．56 3．4765．442．600．37 1．58 0．93 59．8817．496．22 10．552．1．3減水劑減水劑是混凝土和砂漿中經(jīng)常使用的化學(xué)添加劑中的一類，它能夠使混凝土或砂漿在配合比不變的情況下坍落度或流動度顯著增加，或者在膠凝材料用量及坍落度不變的情況下顯著減少拌合用水量。參加減水劑能夠顯著提高混凝土或砂漿的強度及耐久性。目前行業(yè)內(nèi)經(jīng)常使用的減水劑有聚羧酸系高效減水劑、萘磺酸鹽類減水劑、氨基磺酸鹽類減水劑、脂肪族系減水劑、木質(zhì)磺酸鹽系減水劑。本實驗中使用的外加劑為取自不同廠家不同性能的外加劑，比照考慮其效果。各類減水劑的性能指標見表2．6。102試驗原材料及試驗方法2試驗原材料及試驗方法表2．6各類減水劑性能指標Tab．2．6Performanceindicatorsofvarioustypesofwaterreducer公司名稱 牌號 細廢眥值∥。 藕張離含％ 硫鈉量酸含慌 淋靴水比＼9含水率％ 總堿量惕 減水率惕 含氣量慌O．315m萘系 ≤ ≤ ≥ ≤≤5 ≤90 m篩余FDN．A 8％7～9≤0．1 10 14 3．0<15％山東省萊萘系 0-315m蕪市汶河 ≤ ≤ ≥ ≤FDN—A m篩余化工有限 8％7--9≤0·l≤IO 15‘ 1。4≤90 3．0‘I <15％公司萘系 0．315m≤ ≤ ≥ ≤FDN．A m篩余8％7--9≤0·2≤20 18。 ‘14≤90 3．0、II <15％0．315m聚羧酸6 6。20 0。06 2。60 4．22 31 0 3．2 m篩余PCS<15％0．315m脂肪族8．2 9。72 0。28 0。74 5．27 25 45 2．1 m篩余系A(chǔ)K<15％北京慕湖 0．315m氨基系外加劑有 6．7 9．82 O．24 0．88 5．38 23 0 1．9 m篩余AS限公司 <10％O．315m萘系6 9．42 0．28％ 0．95 6％ 25 64 2 m篩余UNF．5<10％0．315m囂87m眈·≤3 3．2 t5 5·2．2 m篩余<10％蘇州弗克 聚羧酸新型建材 FOX．C 5 8．50 0．2 8 10 25公司 900O．315m萋i!!!：j簍 聚羧酸 3 7—9 ≤o．1m篩余建材公司PM．109 。i<10％2．1．4其他材料ll2試驗原材料及試驗方法目前全尾砂膠結(jié)膏體充填材料中使用的膠凝材料一般為傳統(tǒng)的膠凝材料一2試驗原材料及試驗方法目前全尾砂膠結(jié)膏體充填材料中使用的膠凝材料一般為傳統(tǒng)的膠凝材料一水泥，但因其價格昂貴，許多采礦場對全尾砂膠結(jié)膏體充填只能望而卻步，加上水泥行業(yè)是一個高能耗、高污染的行業(yè)，與目前環(huán)境保護及節(jié)能減排的政策不符，許多采礦場開始尋找一些廉價的、具有膠結(jié)性能的工業(yè)副產(chǎn)品來代替或者局部代替水泥，如水淬高爐礦渣粉、粉煤灰和石灰石粉等【3l】。本研究擬向全尾砂中摻入粉煤灰、石灰石粉、礦渣粉等工業(yè)廢料，為確定適合全尾砂膠結(jié)膏體充填材料的減水劑的品種及用量，研究了減水劑對粉狀材料的分散作用。粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢棄物，是我國當前排量較大的工業(yè)廢渣之一，隨著對環(huán)境保護要求的提高、粉煤灰收集技術(shù)的開展和大量低等級煤的使用，粉煤灰排放量日益增加【321。粉煤灰如不加處理會造成嚴重的環(huán)境污染問題，如粉煤灰會產(chǎn)生揚塵，污染空氣；會進入河流水系，淤塞河道，粉煤灰中含有的有毒化學(xué)物質(zhì)會進入飲用水體，從而對人體和生物產(chǎn)生危害。目前我國粉煤灰年排量已經(jīng)到達三千萬噸以上。將其作為膠凝材料摻入混凝土或砂漿中可節(jié)約大量的水泥，同時粉煤灰也可作為混凝土或砂漿中的細骨料。摻入粉煤灰可增加混凝土的坍落度，換言之可以減少拌合用水量；可以改善混凝土拌和物的和易性；增強混凝土的可泵性；減少水化熱、熱能膨脹性；提高混凝土抗?jié)B能力；增加混凝土的修飾性；減少混凝土的徐變。石灰石粉是以碳酸鈣為主要成分的白色粉末狀物質(zhì)，廣泛的應(yīng)用于食品行業(yè)和建筑行業(yè)。石灰石礦產(chǎn)在我國面廣量豐，儲量豐厚，占世界總儲量的百分之七十左右。石灰石粉摻入砂漿中可以改善砂漿的和易性，在用水量不變的情況下增加砂漿流動性和保水性，改善砂漿的分層、泌水狀態(tài)。本論文使用了400目石灰石粉和1250目石灰石粉，1250目石灰石粉是由400目石灰石粉球磨30min后得到的。礦渣粉是?；郀t礦渣粉的簡稱，是一種優(yōu)質(zhì)的混凝土摻合料，共分為$105，395，S75三個級別。本論文使用的是$95級礦渣粉。水：本論文使用城市自來水。2．2實驗內(nèi)容及方法本文進行的主要實驗內(nèi)容包括組成全尾砂膠結(jié)膏體充填材料各個組分細顆粒的凈漿流動度試驗和CPB漿體流動性及全尾砂CPB固化體無側(cè)限抗壓強度的122試驗原材料及試驗方法試驗。不同類別的減水劑對細顆粒的適應(yīng)性不同，分散效果也不相同，進行細2試驗原材料及試驗方法試驗。不同類別的減水劑對細顆粒的適應(yīng)性不同，分散效果也不相同，進行細顆粒的凈漿流動度試驗的主要目的是研究各類外加劑對粉狀材料的分散作用，以便于選擇最適合由全尾砂配制的CPB的外加劑。CPB料漿需要滿足一定的工作性能，流動性是其最重要的特性。本文對目前測量流動性的方法做了總結(jié)和對比，并提出一種測量流動度的新方法，進行參加減水劑后CPB料漿流動度的測試。之后將全尾砂CPB料漿澆筑成型養(yǎng)護一定齡期后測量其無側(cè)限抗壓強度，并用壓汞法研究其孔隙分布。圖2．4為本論文主要實驗內(nèi)容及流程。霧一一一蓄譬蠹下緩戮鹺鬻鞫震霪攀簍麓糕l蠢≤蠢翟_盞潤■簟誓攀鬻豳攀■嶙圖2．4實驗內(nèi)容及流程圖Fig．2．4Experimentalcontentandflowcharts2．2．1粉狀材料凈漿流動度的測定方法組成全尾砂膠結(jié)膏體充填材料的粉狀材料有水泥，尾砂中的細顆粒，粉煤灰，石灰石粉，礦渣等。GB／T8077．2023?混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法?中規(guī)定了水泥凈漿流動度的試驗方法。水泥凈漿流動度測試是檢驗混凝土外加劑勻質(zhì)性的方法之一，是外加劑進廠檢驗的重要指標【3引。外加劑進場時，使用基準水泥，采用相同的配合比，相同的檢驗程序與原來留存的外加劑進行比照試驗，當比照結(jié)果一致時，說明外加劑的質(zhì)量合格。假設(shè)使用同一批次的減水劑進行水泥凈漿流動度的實驗，逐步改變外加劑的用量那么可以得到外加劑用量與水泥凈漿流動度的曲線關(guān)系，從而可以測量減水劑對水泥的分散程度，并且確定最正確132試驗原材料及試驗方法的減水劑用量。除水泥外，組成全尾砂膠結(jié)膏體充填材料的其他粉狀材料同樣2試驗原材料及試驗方法的減水劑用量。除水泥外，組成全尾砂膠結(jié)膏體充填材料的其他粉狀材料同樣可以使用這個方法進行凈漿流動度的測試，測試減水劑對粉料的分散程度和確定最正確減水劑用量。粉狀材料凈漿流動度的測試方法參照GB／T8077．2023?混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法?進行，首先將400x400玻璃板放置在水平位置，用濕抹布擦凈玻璃板、截錐圓模、攪拌叉和攪拌鍋，使其外表呈濕潤狀態(tài)但不帶水漬，將截錐圓模放在玻璃板的中央，并用濕布覆蓋待用。然后稱取水泥(細顆粒)300g，倒人攪拌鍋內(nèi)。加一定量的減水劑及879或1059水，立即攪拌(慢速120S，停15S，快速120s)。攪拌結(jié)束后，卸下攪拌鍋，將拌合好的凈漿迅速倒入截錐圓模內(nèi)，并讓凈漿有稍許溢出，之后使用刮刀將截錐圓模上外表刮平。將截錐圓模向上垂直提起，同時開啟秒表計時，凈漿會在玻璃板上擴展，到30s時，用直尺測量凈漿擴展后最大直徑，測量垂直兩個方向的直徑并取其平均值作為水泥(細顆粒)凈漿流動度。圖2．5為凈漿流動度測試過程。圖2．5凈漿流動度測試過程Fig．2．5Testingprocessofpastefluidity2．2．2CPB的制備142試驗原材料及試驗方法目前全尾砂膠結(jié)膏體充填材料的最2試驗原材料及試驗方法目前全尾砂膠結(jié)膏體充填材料的最根本的組成成分有集料、膠結(jié)劑、水、化學(xué)外加劑，另外還會添加粉煤灰等，已有的研究和實驗探索均說明，CPB料漿流動性的影響因素除了有料漿濃度和外加劑種類、摻量外，集料也是一個不可忽略的因素。因此料漿制備考慮的因素有濃度(變化范圍為70％．86％)，膠結(jié)劑用量5％．15％(按干物料質(zhì)量計)，外加劑摻量(按每噸固體質(zhì)量計)，摻合料用量(按干物料質(zhì)量計)。根據(jù)流動性的測量方法不同(跳桌流動度法所需料漿用量小，坍落度法所需料漿用量大)，采用JJ．5型水泥膠砂攪拌機(如圖2．6)或HX．15型砂漿攪拌機(如圖2．7)，制備CPB料漿。之后用NLD．3型電動跳桌水泥膠砂流動性測定儀(如圖2．8)進行CPB料漿流動性的測試。全尾砂膠結(jié)膏體充填材料制備流程如圖2．9所示。圖2．6JJ．5型水泥膠砂攪拌機 圖2．7HX．15型砂漿攪拌機Fig．2．6JJ一5-typecementmortarmixer Fig．2．7HX一15-typemortarmixer圖2．8NLD一3型水泥膠砂流動度測定儀Fig．2．8NLD-3cementmortarfluiditytester152試驗原材料及試驗方法2試驗原材料及試驗方法唾盔 赫鬣|||燃糖燃緩{|||鬻越謦薹||||i縫㈣一黌霪一滋圖2．9CPB流動度測試流程Fig．2．9FluiditytestprocessofCPB(1)根據(jù)不同攪拌鍋的大小及配合比計算全尾砂、水泥、水、減水劑、粉煤灰等所需的質(zhì)量。使用跳桌進行料漿流動度實驗時，由于所需料漿比擬少，使用JJ．5型水泥膠砂攪拌機進行攪拌，攪拌鍋的容量比擬小，干物料的總質(zhì)量需要控制在2Kg左右；使用坍落度法進行料漿流動度實驗時，由于坍落度筒容量較大，需要使用HX．15型砂漿攪拌機，此時干物料的總質(zhì)量需要控制在20Kg左右：(2)根據(jù)步驟(1)的計算結(jié)果稱量全尾砂、水泥、水、減水劑、粉煤灰等備用；(3)將攪拌鍋和攪拌葉片用濕抹布擦凈，使攪拌鍋和葉片呈濕潤狀態(tài)但不能存留水漬。將物料倒入攪拌鍋內(nèi)，混合均勻之后參加稱量好的水開始攪拌。JJ．5型水泥膠砂攪拌機使用內(nèi)置程序攪拌，先慢攪60s然后快攪30s，靜置90s，最后快攪60s，共4min；HX．15型砂漿攪拌機攪拌時間為2min，攪拌速度恒定；(4)攪拌結(jié)束后取出適量料漿，按照坍落度法或電動跳桌法(具體測試方法在第三章中論述)進行流動度測試。2．2．3CPB料漿澆筑成型由于新拌制的全尾砂CPB料漿會產(chǎn)生泌水現(xiàn)象，而在工程實際應(yīng)用中，離析出來的水分會被周圍的介質(zhì)吸收，本文為反響料漿泌水后的真實濃度，采用70．7mm×70．7mm×70．7mm的三聯(lián)鐵試模進行料漿澆筑成型，料漿中泌出的水162試驗原材料及試驗方法分會從鐵模的縫隙中流出，可以通過稱量計算出泌水后料漿的水灰比。具體過2試驗原材料及試驗方法分會從鐵模的縫隙中流出，可以通過稱量計算出泌水后料漿的水灰比。具體過程如下：(1)鐵模內(nèi)涂刷薄層機油，稱量質(zhì)量，記為ml；(2)使用JJ．5型水泥膠砂攪拌機進行攪拌。攪拌結(jié)束后取下攪拌鍋，將新拌合的料漿倒入事先備好的鐵模中，用平口小刀順時針插搗15次，插搗過程中如砂漿沉落低于試?？冢瑧?yīng)隨時添加料漿，并用手將試模一邊抬高5mm一-．10mm各振動5次，用小刀將料漿外表抹平，使之與試模頂面相平；(3)將鐵模外外表和底面擦凈，稱量鐵模和料漿總質(zhì)量，記為m2，之后用塑料薄膜覆蓋試模外表；(4)將試件在室溫下(20±5)℃靜置(24±2)h，用抹布擦干試模外表面和底面，稱量泌水后試模和試塊總質(zhì)量，記為in3；(5)然后對試件進行編號、拆模，用塑料薄膜密封后立即放入YH．40B標準恒溫恒濕養(yǎng)護箱中(圖2．10)，溫度為(20±2)℃，相對濕度95％以上。養(yǎng)護期間，試件彼此間隔不小于10mm。圖2．10YH-40B恒溫恒濕標準養(yǎng)護箱Fig．2．10YH-40BStandardcuringboxwithconstanttemperatureandhumidity泌水后水灰比按下式計算：W2IC：=—mw—2：：—mwl-(m—2-m3)聊c m‘mⅣl=(，咒2一m1)×(1一c1)172試驗原材料及試驗方法mc2試驗原材料及試驗方法mc2(肌2一m1)XClam彤?！谒霸嚹Ｖ兴馁|(zhì)量；mc——試模中料漿的質(zhì)量；c．——新拌CPB料漿質(zhì)量濃度；口——水泥占干物料質(zhì)量比重。2．2．4CPB材料無側(cè)限抗壓強度測定及壓汞法分析孔隙率CPB固化體無側(cè)限抗壓強度試驗參照JGJ／T70．2023?建筑砂漿根本性能試驗方法標準?[341中砂漿立方體試件抗壓強度試驗進行。由于試塊強度較低，加荷速度為1．5KN／s。另外測得試件的算術(shù)平均值后不再乘以1．3。圖2．11為試驗所用YWE．300型數(shù)顯壓力試驗機。圖2．11YwE．300型數(shù)顯壓力試驗機Fig．2．11YWE-300Digitalpressuretestingmachine壓汞法分析孔隙分布試驗參照GB／T21650．1—2023?壓汞法和氣體吸附法測定固體材料孔徑分布和孔隙度第1局部：壓汞法?【35J進行。壓汞測孔試樣選擇測完強度后的大塊試樣、烘干(在60℃電烘箱中烘72小時)并放入枯燥器中待測，為了防止成型時由于泌水而使孔結(jié)構(gòu)不均勻，應(yīng)選擇成型方向上中部采樣。本次試驗采用的壓汞測孔儀的型號：AutoPoreⅣ9500V1．09；進汞壓力：0-414MPa(60000psi)，可測的孔徑范圍為3409m-182試驗原材料及試驗方法3．0nm；所用汞的技術(shù)指標：汞對固體的潤濕角130。，汞的2試驗原材料及試驗方法3．0nm；所用汞的技術(shù)指標：汞對固體的潤濕角130。，汞的外表張力為0．495N／m(25℃)。圖2．12AutoPoreIV9500V1．09壓汞測孔儀Fig．2．12AutoPoreIV9500V1．09-typeofmercuryporosimeter33CPB料漿流動性的測試方法3CPB料漿流動性的測試方法3．1流變儀測定CPB料漿的流變性3．1．1流變學(xué)原理流變學(xué)(Rheology)詞是Bingham和Crawford提出的，它可以表示液體的流動和固體的變形現(xiàn)象。流變學(xué)主要是研究物質(zhì)或材料的流動和變形的發(fā)生與發(fā)展的一般規(guī)律，也就是研究材料的流動和變形與造成材料流變的各種因素之間的關(guān)系[361。液體和膠體(水、油、膠體、乳狀液等)和懸浮體(泥漿、水泥漿體、新拌水泥砂漿、新拌水泥混凝土、CPB料漿等)的流動，固體的變形(徐變和松弛等)，以及各種或多或少軟一些的物質(zhì)的變形都是流變學(xué)研究的對象。物質(zhì)的流動是通過剪切速率和剪切應(yīng)力之間的關(guān)系表征的。牛頓(Newton)研究發(fā)現(xiàn)：對于簡單液體，剪切速度與剪切應(yīng)力成正比；即v=rl(dv／dx) 式(3．1)式中：卜剪切應(yīng)力(Pa)；T1——(動態(tài))粘度(Pa·s)；dV／dx——剪切速度(s。1)。低相對分子質(zhì)量的液體(如水、油等)，稀的穩(wěn)定溶膠及乳狀液通常都是牛頓流體；高濃度的膠體、乳狀液及懸浮液那么多為非牛頓流體。CPB料漿是典型的非牛頓流體，對于非牛頓流體，存在一個與時間無關(guān)的重要參數(shù)是屈服應(yīng)力。經(jīng)實驗研究發(fā)現(xiàn)當剪切應(yīng)力很小時，料漿并不流動。但剪切應(yīng)力有一個閾值，超過這個閾值后流體開始流動，這一閾值就是屈服應(yīng)力‘371。對于非牛頓流體，剪切速度與剪切應(yīng)力之間的關(guān)系用下式表示：f=To+11(dv／dx)n 式(3．2)式中：卜剪切應(yīng)力(Pa)；Tr屈服應(yīng)力(Pa)；T1——(動態(tài))粘度(Pa·s)；d“dx——剪切速度(S。1)；n——與料漿性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)，當n=l時，為賓漢姆(Bingham)型流體。料漿的屈服應(yīng)力To和運動粘度T1是選擇料漿輸送泵的工藝參數(shù)和管道直徑的2033CPB料漿流動性的測試方法重要參數(shù)。一般來說，料漿的屈服應(yīng)力10和運動粘度T1越小，料漿越容易輸送。所以，通過流變學(xué)，從研究物質(zhì)內(nèi)部相互作用的角度來研究特定體系的動態(tài)行為，對于靠泵壓和管道系統(tǒng)輸送的全尾砂CPB料漿，具有特別重要的意義。3．1．2流變性試驗本論文曾經(jīng)使用洛陽市譜瑞慷達耐熱測試設(shè)備有限公司開發(fā)研制的流變儀進行全尾砂CPB料漿的流變性的測試，如圖3．1。圖3．1流變儀Fig．3．1Rheometer儀器通過四葉槳式轉(zhuǎn)子以可變化的剪切速率旋轉(zhuǎn)，通過在RHE03000軟件界面設(shè)置操作參數(shù)，采用扭矩傳感器實時監(jiān)測測量儀器扭矩的變化，并顯示在電腦終端的顯示屏上。儀器的主要的技術(shù)參數(shù)如下：1)電源：三相380V、10A；單相220V、5A；2)最大力矩：20N·m：3)攪拌叉最高轉(zhuǎn)速：400轉(zhuǎn)／分；4)骨料粒度：0．1—10mm；5)測試黏度范圍：1—900泊；6)外形尺寸：750x560×1630(蚴)；7)重量：320Kg；2133CPB料漿流動性的測試方法試驗的根本過程如下：l對轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn) 停轉(zhuǎn)l速進行矯正圖3．2流變儀實驗流程圖Fig．3．2Theexperimentalflowrheometer按照上述流程進行實驗，為研究不同外加劑摻量情形下的料漿流變性能，取外加劑摻量為自變量，配置四組實驗材料：其中除外加劑外，其余材料的用量均相同。實驗用料如下表3．1所示。表3．1流變儀試驗料漿配比Tab．3．1Therheometerexperimentalscale根據(jù)流變儀試驗結(jié)果繪制圖3．3。圖3．3(a)為平均力矩與平均轉(zhuǎn)速關(guān)系圖，平均轉(zhuǎn)速從20r／s增加到200r／s，間隔20r／s。圖3．3(b)為不同轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)速分別為80r／s、120r／s、160r／s、200ffs)時，減水劑摻量對平均力矩的影響圖。2233CPB料漿流動性的測試方法1。71．51．3莖之1．1羚9弘70．5030 50 100 150 200 250平均轉(zhuǎn)速_J(r／s)(a)平均轉(zhuǎn)速與平均力矩的關(guān)系圖(a)Therelationshipbetweenaveragespeedandaveragetorque1．81．61．4莖1．Z簍o．墨0．1；卜0．0．20400 600 800 1000減水劑摻量／(g／t)(b)減水劑摻量對平均力矩影響圖(b)Effectofsuperplasticizercontentaveragetorque圖3．3流變儀實驗結(jié)果Fig．3．3Rheometerexpedmentalresults由圖3．3(a)可以看出：不同轉(zhuǎn)速下的的平均力矩，在外加劑摻量相同的情況下隨著平均轉(zhuǎn)速的增加，平均力矩在逐漸增高；相同轉(zhuǎn)速，不同外加劑摻量情況下平均力矩的關(guān)系是：Msoo>Mgoo>M600>Msoo。由圖3．3(b)可以看出：外加劑摻量介于300—500egt時，平均力矩隨著外2333CPB料漿流動性的測試方法加劑的增加急劇下降；外加劑摻量介于500～9009／t時，平均力矩隨著外加劑的增加緩慢增加；數(shù)據(jù)比照顯示外加劑摻量在3009／t時平均力矩約為其他狀態(tài)下的2．5倍。這說明，理論上應(yīng)該存在一個最正確的外加劑摻量，使得平均力矩最小，這種情況下的泵送壓力最小，且這個最優(yōu)的外加劑摻量約為400．5009／t。流變儀的優(yōu)點：采用傳感器實時測定不同轉(zhuǎn)速下的料漿中的四葉槳式轉(zhuǎn)子受到的轉(zhuǎn)矩，通過計算機軟件處理，不僅可以得到每一個測量點的剪切轉(zhuǎn)速和剪切力矩，還可以基于每個周期內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速一平均力矩數(shù)值快速的繪制力矩和轉(zhuǎn)速的曲線圖，用流變特性的材料對儀器進行標定后，可以直接測定料漿的屈服應(yīng)力To和運動粘度〞等參數(shù)值，對于管道輸送工藝提供重要參數(shù)。本文只是研究外加劑摻量的變化對料漿流變性能的影響，所以，沒有對流變儀的設(shè)備參數(shù)進行標定。流變儀的缺點：設(shè)備本錢較高，需計算機編程才能完成有關(guān)的測量，且儀器的操作需要專人完成，在普通實驗室很難找到這種設(shè)備。3．2坍落度法測定CPB料漿的流動性目前，在工地和實驗室中，通常是用坍落度的方法測量拌合物的流動性，如圖3．4。坍落度試驗參照GB／T50080．2023?普通混凝土拌和物性能試驗方法標準?Ds]進行。用坍落度值的大小表征充填料漿流動性的好壞，坍落度值大那么流動性好。經(jīng)驗說明，坍落度值小于50mm時，料漿沒有流動性。(a)坍落度筒 (b)提起坍落度筒后料漿狀態(tài)(a)Slumpcone(b)Stateofslurrywhenslumpupgraded圖3．4坍落度法測流動性Fig．3．4Slumpmethodtomeasureliquidity坍落度實驗作為最常用的檢測料漿的流動性實驗方法，最突出的優(yōu)點是操2433CPB料漿流動性的測試方法作比擬簡單，可通過肉眼觀察實驗結(jié)果來直接衡量料漿的流動性能。但是坍落度方法測量料漿的流動性時，流動性是料漿在重力作用下的流動，即料漿的自重影響料漿的流動性。坍落度筒的體積是一定的，但是由于裝料過程中不同的人插搗的力度不同，導(dǎo)致料漿的密實度不同，因此料漿的自重不同，流動性會有差異。其次坍落度最終的測量結(jié)果因選擇測量的方位不同和測量人員的經(jīng)驗不同，也會造成很大的實驗誤差。如圖3．5，是同一個操作人員用坍落度方法測量減水劑摻量對全尾砂料漿流動性的影響。理論上講，隨著減水劑摻量的增加，料漿的坍落度會相應(yīng)增大，但是從圖中可以看出隨減水劑摻量的增加，所測得料漿的坍落度值整體有增大的趨勢，但是波動性很大，所以坍落度法測量全尾砂CPB料漿流動度不是很準確。用坍落度法測量全尾砂CPB料漿流動度時，借鑒混凝土坍落度的測量方法，無論在裝料過程中是否進行插搗，在將料漿裝滿坍落度筒，提起坍落度筒之前，都會有大量水分從坍落度筒底部滲出，這對于流動度的測量無疑也是不準確的。張美珍1391提出由于拌和物在裝入坍落度筒中并使用搗棒進行插搗時，坍落度筒會在混凝土擠壓力的作用下有向上運動的趨勢，使試驗結(jié)果不準確。該文獻提出測量坍落度應(yīng)有時間限制(采用時間為5分鐘)。另外，測量一次坍落度所用的全尾砂至少為20kg，如果這些物料只是測量坍落度而沒有其他用途，會造成材料的大量浪費。290270g250越230墼2101901701500 100 200 300 400 500 600外加劑摻量／(g／t)圖3．5外加劑摻量對砂漿坍落度的影響Fig．3．5Effectsofsuperplasticizercontentslumpoffulltailingsslurry3．3電動跳桌流動度法測量CPB料漿的流動性3．3．1電動跳桌法原理、儀器及測量方法2533CPB料漿流動性的測試方法電動跳桌流動度法測量充填料漿流動性采用的儀器是電動跳桌儀。電動跳桌儀又稱為水泥膠砂流動度測定儀，主要用于水泥膠砂流動度的測定。它主要分為機架局部和跳動局部(見圖3．6)，機架局部是直徑為250mm的圓盤底座和電動機，跳動局部主要分為圓盤桌面和推桿，圓盤為金屬材質(zhì)，外表光滑(渡硬鉻)，直徑為300mm，外表有有六條穿過中心的直線，方便測量料漿直徑；推桿下部與凸輪相接，當電動機帶動凸輪勻速轉(zhuǎn)動時，會使推桿有規(guī)律的上下移動，從而帶動圓盤桌面上升和下落(落距為10mm)，形成振動，為料漿施加外力。1．機架；2．接近開關(guān)；3．電動機；4．凸輪；5,6．推桿；7．圓盤桌面；8_／J、刀；9．模套；10一截錐圓模；11．專用扳手；12．電機控制器圖3．6電動跳桌儀結(jié)構(gòu)示意圖Fig．3．6Schematicdiagramoftheelectricjumpingtable電動跳桌儀測定水泥膠砂流動度的原理【40l：通過測量水泥膠砂漿體在特定振動次數(shù)下的擴展直徑來衡量其流動性。CPB料漿在輸送時會受到擠壓力或振動力，而電動跳桌儀能反映CPB料漿在外加作用力下的流動性。因此使用電動2633CPB料漿流動性的測試方法跳桌儀測定膠結(jié)充填材料的流動性符合工程實際對膠結(jié)膏體充填材料流動性的需求。GB／T2419．2023?水泥膠砂流動度測定方法?規(guī)定了電動跳桌儀測定水泥膠砂流動性的方法、儀器及計算等內(nèi)容。本研究試圖采用上述標準規(guī)定的方法測定CPB料漿的流動性，但是由于全尾砂CPB料漿在沒有外加力作用的情況下，擴展范圍就比擬大，跳動10次就會擴展到圓盤之外，因此標準中規(guī)定的跳動20次之后測定流動度的方法不適用于測定全尾砂CPB料漿的流動度。經(jīng)過試驗研究，本研究確定測定全尾砂CPB料漿流動性的合理震動次數(shù)為5次。電動跳桌儀測定膠結(jié)膏體充填料漿流動度的要點【4l】：(1)在電動跳桌桌面(即圓盤)中心放置一個帶模套的截錐圓模(高60mm，上口內(nèi)徑70mm，下口內(nèi)徑100mm)：(2)將待測漿體一次性倒入圓模中并高出試模邊緣約20mm，用手扶穩(wěn)試模，用平口小刀(長度大于80mm)由試模邊緣至中心均勻插搗10次，拿掉模套之后用小刀從中間向邊緣分兩次以近水平的角度刮出高出圓模的料漿；(3)將截錐圓模垂直向上輕輕提起，立即開動跳桌，在5秒內(nèi)完成5次跳動，立即關(guān)閉電機開關(guān)，跳桌停止跳動；(4)用卡尺測量膏體料漿底面相互垂直的兩個方向直徑，計算平均值，精確到lmm。3．3．2電動跳桌法可行性驗證對于使用電動跳桌儀測定膠結(jié)膏體充填材料流動性的可行性和精確性，本論文通過改變膠結(jié)膏體充填材料的濃度做出了驗證。如圖3．7為不同的料漿濃度對應(yīng)的跳桌流動度(水泥摻量為固體總質(zhì)量的10％)，重復(fù)進行了兩次實驗，每次的結(jié)果相差小于2mm。300250{200捌督150：S蔓100西50077％ 78％ 79％ 80％ 81％ 82％ 83％料漿濃度／％圖3．7跳桌法測定料漿流動度Fig．3．7Slurryfluiditymeasuredbyelectricjumpingtable2733CPB料漿流動性的測試方法3．3．3坍落度與跳桌流動度的比擬通過查閱文獻得知目前人們普遍認為可以泵送的料漿坍落度應(yīng)在160mm，---,230mm。人們對于坍落度值對應(yīng)的料漿狀態(tài)是有認知的，但是對于跳桌流動度值對應(yīng)的料漿狀態(tài)沒有明確的認知，因此本研究進行了跳桌流動度與坍落度關(guān)系實驗(坍落度值為180mm以上)。通過改變?nèi)采傲蠞{的濃度和配比，得到同一配比料漿的跳桌流動度值與坍落度值，結(jié)果見圖3．8。通過坍落度與跳桌流動度關(guān)系圖可以查到一定坍落度對應(yīng)的跳桌流動度值。通過屢次坍落度與跳桌流動度試驗得知料漿坍落度值為180mm時對應(yīng)的跳桌流動度值為178mm，所以跳桌流動度值大于178mm的料漿都是處于可泵送范圍的。300250200＼魁150犍密10050O100 150 200 250 300跳桌流動度／mm圖3．8坍落度與跳桌流動度的關(guān)系Fig．3．8Therelationshipbetweenslumpandjumptablefluidity從圖中可以看出曲線的斜率由大變小，說明跳桌流動度增加的速度要大于坍落度增加的速度。當坍落度值在100mm．220mm變化時，跳桌流動度變化范圍為140mm．190mm，料漿流動性很差，說明此時坍落度增加的速度大于跳桌流動度增加的速度，重力對于料漿的影響要大于震動對料漿的影響；當坍落度值在220mm．290mm變化時，跳桌流動度變化范圍為190mm．280mm，料漿流動性比擬好，此時坍落度增加的速度小于跳桌流動度增加的速度。284減水劑對CPB中粉狀材料流動性的比照4減水劑對CPB中粉狀材料流動性的比照實驗研究4減水劑對CPB中粉狀材料流動性的比照實驗研究不同種類的化學(xué)添加劑對不同水泥的分散作用不同，同樣，不同的化學(xué)添加劑對組成膏體料漿的各種摻合料的分散作用也不盡相同。探明各種摻合料對應(yīng)的最正確化學(xué)添加劑用量可以快速確定膏體料漿所需的最正確多't-an劑用量。市售的外加劑分為聚羧酸類高性能減水劑、氨基磺酸鹽類高性能減水劑、萘磺酸鹽類高效減水劑、脂肪族系高效減水劑和木質(zhì)磺酸鹽系減水劑等，各類減水劑的效果和作用機理大不相同，可以通過凈漿流動度試驗來選擇性能較好的減水劑。通過測定減水劑一粉狀組成漿體的流動性隨減水劑摻量的變化來評價減水劑對粉狀組成的分散程度。減水劑摻量越少，粉狀組成漿體流動度越大，說明該減水劑對該粉狀組成的分散程度越大，反之越小。CPB中常用的5種粉料是水泥、粉煤灰、礦渣粉、細尾砂粉和石灰石粉。4．1減水劑對水泥流動性的比照實驗研究水泥凈漿流動度測試是檢驗混凝土外加劑勻質(zhì)性的方法之一，是；'1-／Jn劑進廠檢驗的重要指標。外加劑進場時，使用基準水泥，采用相同的配合比，相同的檢驗程序與原來留存的外加劑進行比照試驗，當比照結(jié)果一致時，說明外加劑的質(zhì)量合格。當使用同一批次的外加劑進行凈漿流動度的實驗，逐步改變外加劑的用量那么可以得到外加劑用量與凈漿流動度的關(guān)系曲線，從而可以確定最佳的外加劑用量。4．1．1水膠比對水泥凈漿流動度的影響GB／T8077．2023?混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法?中規(guī)定，測定水泥凈漿流動度時需要標注用水量，標準規(guī)定，使用3009水泥時，需用水量為879或1059，此時的水膠比為O．29和O．35。本實驗從水膠比0．29"-'0．62，間隔0．03進行水泥凈漿流動度試驗，結(jié)果見圖4．1。水膠比為0．29"-'0．32時，水泥凈漿黏聚成一團，沒有流動度；水膠比為0．35"、一0．53時，水泥凈漿流動度隨著水膠比增大而增大；水膠比在0．53以后，水泥凈漿流動度不再變大。實驗結(jié)果可以說明當漿體體積固定時，水膠比對水泥凈漿流動度的影響中存在一個飽和點，即水294減水劑對CPB中粉狀材料流動性的比照4減水劑對CPB中粉狀材料流動性的比照實驗研究膠比為O．56，當水膠比在飽和點以下時，隨著水膠比的增大，水泥凈漿流動度增大；當超過此飽和點時，雖然水膠比增大，但是水泥凈漿流動度不會再改變。00重 0＼趙 0需煺 O※瑪n塢"坫BO史熙0*9070500．3 0．4 0．5 0．6 0．7水灰比圖4．1水泥凈漿流動度與水灰比關(guān)系圖Fig．4．1Therelationshipbetweenfluidityofcementpasteandwater-cementratio水泥加水拌后，水泥中的熟料礦物成分立即開始發(fā)生水化反響。水化反響從水泥顆粒外表開始，逐漸向里進行，形成相對應(yīng)的水化產(chǎn)物。水泥水化所需的水變成水化產(chǎn)物中的結(jié)合水，一般為水泥質(zhì)量1拘23％左右【421。而拌制混凝土或砂漿時的水灰比遠大于0．23是為了獲得必要的流動性。水量的增加會增大水化產(chǎn)物間的距離，水的流動會帶動水化產(chǎn)物的流動，從而產(chǎn)生流動性。4．1．2聚羧酸類高效減水劑對水泥凈漿流動度的影響聚羧酸系高效減水劑是繼木質(zhì)磺酸鹽系減水劑和萘系減水劑之后開展起來的第三代高性能減水劑【431。德國和日本于20世紀80年代開始研制聚羧酸系減水劑并于90年代成功生產(chǎn)，繼而在混凝土工程中得到推廣和應(yīng)用。聚羧酸系減水劑是目前世界上最前沿、科技含量最高、應(yīng)用前景最好、占市場比率最高的一種混凝土超塑化劑(減水劑)L44J。過去普遍認為聚羧酸類高性能減水劑本錢較高，只適合應(yīng)用于配制高強混凝土、預(yù)制混凝土構(gòu)件等重要的混凝土工程。但是經(jīng)過近些年來對聚羧酸類減水劑技術(shù)經(jīng)濟性的研究和聚羧酸類減水劑生產(chǎn)方法的優(yōu)化，逐漸降低了聚羧酸類減水劑的生產(chǎn)本錢，現(xiàn)在聚羧酸類減水劑已經(jīng)普遍應(yīng)用于普通的混凝土工程中。304減水劑對CPB中粉狀材料流動性的比照4減水劑對CPB中粉狀材料流動性的比照實驗研究本文用收集的三種聚羧酸類高性能減水劑進行水泥凈漿流動度的實驗，水灰LLo．29，試驗結(jié)果見圖4．2。350300巧0加0坫0加0重＼趙蔣螺崇建霹*5O0聚羧酸系占水泥比重／％水