基于重復正交法的風積砂充填材料抗壓強度影響因素研究

基于重復正交法的風積砂充填材料抗壓強度影響因素研究

中國大部分礦山采用綠色填充技術。1充填材料配比及性能研究本試驗主要以風積砂，粉煤灰和水泥為充填原料開展充填材料配比及性能研究。其中試驗選用西安海螺水泥制造有限公司生產的32.5級普通硅酸鹽水泥作為原材料進行試驗研究。1.1主要化學成分本試驗選用陜北沙溝岔礦區(qū)風積砂為原材料。主要化學成分是硅氧化物，及鈣、鋁鐵、鎂等氧化物。風積砂主要化學成分和含量見表1。風積砂粒度主要為細粒，其次是粉粒，中砂較少1.2主要礦物成分本試驗選用西安市灞橋區(qū)發(fā)電廠粉煤灰作為充填原材料。粉煤灰XRD衍射圖譜如圖1。由XRD衍射圖可知粉煤灰主要礦物成分是硅酸鹽玻璃體、莫來石和石英。使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察灞橋發(fā)電廠粉煤灰在5um和10um下的顆粒特征，粉煤灰SEM掃描如圖2，并分析微觀結構特征，結果發(fā)現顆粒較細，球狀玻璃微珠多，對管道潤滑作用好。粉煤灰主要由（硅、鈣、鋁、鐵）的氧化物以及燃燒不充分的炭組成，此外也含有一些少量的K2抗壓強度分析1）試驗方案。通過總結前人試驗研究成果2）坍落度試驗。潤濕坍落度筒、工作鏟等，在裝料前固定坍落度筒位置并保持地面無明顯積水。根據表4配制充填料漿并分為3次裝入坍落度桶內，每次裝料高出筒高的1/3，并用搗棒均勻插搗30次，料漿裝滿以后將筒口處理平整，使筒邊周圍保持干凈無多余料漿，將筒直直向上且平穩(wěn)地提起，整個過程大概持續(xù)5～10s內3）泌水率試驗。首先潤濕容量筒內壁后立即稱重記錄，然后將充填料漿倒入容量筒，放在振動臺上振至表面出漿并稱重記錄，開始計時后的第1個1h內，每隔10min吸1次水，第1個1h以后，每0.5h吸1次水，直至沒有水析出為止，將吸出的水倒入量筒稱量并記錄總量，精確到1mL。根據相關記錄數據可求得泌水率大小。4）抗壓強度試驗。根據表4配制充填料漿，將料漿裝入試驗所用70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方體試驗模具中，靜置1d進行脫模養(yǎng)護（常溫，濕度95%），達到對應齡期后，通過儀器測出其立方體單軸抗壓強度3試驗結果與分析3.1分析確定正交試驗結果見表5。影響試驗結果的主要因素可由極差分析確定。計算重復試驗結果各列的指標總和K和重復次數k以及極限值R值，其中K由表5可知，9組充填膏體的坍落度處于18.1～23.6cm的范圍，其中除了13.2料漿輸送離析機理作為充填料漿保水性大小的指標，泌水率大小對料漿輸送影響較大，泌水率過大，則充填材料和易性差，這會引起輸送過程中產生離析現象。一般要求靜置狀態(tài)下泌水率應不超過3%3.37抗壓強度試驗d和28d的結果3.3.1抗壓強度試驗結果分析充填體結構穩(wěn)定性的重要參數之一便是單軸抗壓強度，本次試驗要求充填體28d抗壓強度高于5MPa。7d和28d抗壓強度隨4因素變化趨勢如圖3和圖4。由圖3和圖4可知：除風積砂以外，隨著其余各因素水平增大，抗壓強度也隨之增大，并且抗壓強度隨料漿質量濃度增加的浮動最小，抗壓強度隨著水泥摻量增加的浮動最大，其中7d和28d不同水平抗壓強度分別增加了0.74MPa和0.84MPa。由表5可知，第1組、第4組第2次試驗齡期28d抗壓強度不符合要求，其余均大于5MPa。抗壓強度試驗極差分析見表8。由表8可知各因素的敏感度順序為：B>A>C>D。水泥摻量對抗壓強度影響最大，由于硅酸鹽水泥發(fā)生水化會產生大量水化硅酸鈣（C-S-H）和鈣礬石晶體。最終，水化產物形成的三維凝聚網會使料漿凝結產生強度。試件齡期不斷增加，會導致水化產物逐漸增加，漿體空隙數量逐漸減少、結構更為致密，充填體強度進一步增大，這與文獻3.3.2試驗結果的方差分析為了準確區(qū)分抗壓強度試驗結果之間的差異是由因素和水平變化引起的，還是由試驗操作結果不確定性引起的，對抗壓強度試驗結果進行方差分析在該方差分析中，取顯著水平α=0.10，從F表中查閱F4充填材料配比1）粉煤灰摻量、風積砂摻量以及水泥摻量對坍落度的影響較小且相近，充填料漿的質量濃度對坍落度的影響最大，并且遠大于其余3種因素的影響。當料漿質量濃度為74%和76%時均符合坍落度要求。2）料漿質量濃度遠大于其余因素對泌水率的影響。料漿的含水量是決定泌水率大小的主要因素，當料漿質量濃度為74%和76%時均符合泌水率要求。3）水泥摻量對充填體7d和28d抗壓強度的影響最顯著，水化產物會因為水泥摻量和試件養(yǎng)護齡期的增加而變多，充填體會因為孔隙減少而形成更加致密且強度更高的結構。其次是粉煤灰，隨著粉煤灰摻量的增加能夠明顯地減小充填材料的孔隙率，增加充填體密實度。風積砂與質量濃度對抗壓強度影響最小，當風積砂摻量超過45%，由于風積砂吸水性較強，因此導致充填體抗壓強度逐漸降低，這是由于砂漿膠凝體之間的黏結度下降所導致的。4）最優(yōu)配比為B5）由于現階段風積砂膏體充填材料應用于煤