鐵尾礦的物理力學性質(zhì)及用作充填骨料研究

緒論1.1引入地球上有許許多多的礦產(chǎn)資源為人類提供源源不斷地能源，但是人類在享受礦產(chǎn)資源的同時也向慷慨的地球母親排放許許多多的固體廢物，尾礦的排放占其中的一大部分。大量的尾礦排放占用了許許多多的土地資源使得許多土地得不到有效的利用，而且污染了居住的生活環(huán)境，使環(huán)境惡化。中國是一個大采礦國，每年都要儲存和排放許多固體廢物，同時也會儲存許多。采礦挖礦提取資源的同時產(chǎn)生的尾礦就成為工業(yè)固體廢物的主要廢物，約占總量的80％。年產(chǎn)尾礦總量為650萬噸，總庫存量超過700萬噸。僅冶金尾礦就達到60多億噸，年儲量達到4千萬噸。每年增加約500萬升，年排放量急劇增加900萬噸。隨著自然積累。提煉完鐵的鐵尾礦都被排放在尾礦庫中儲存起來并堆積成鐵尾礦庫，損失了大量貴金屬和非金屬資源，這是一個嚴重的問題。還限制了土地的發(fā)展。顯然，改善尾礦設(shè)施設(shè)計，降低管理成本，開發(fā)土地，節(jié)約能源，節(jié)約材料，環(huán)保廢棄物等新興產(chǎn)業(yè)是尾礦控制的有效途徑，對我國的可持續(xù)發(fā)展具有深遠的影響。1.2研究的意義鐵尾礦是選礦后從選礦廠排出的廢物，即礦石與精礦分離后的殘余固體廢物。具有粒徑小，數(shù)量多，成本低，利用率高等優(yōu)點。作為固體廢物，尾礦被排放到礦井附近的礦井或尾礦池附近的溝渠中。因此，尾礦開采的發(fā)展，特別是金屬采礦業(yè)發(fā)展造成的主要污染源，受到礦物加工技術(shù)水平的限制。生產(chǎn)設(shè)備也是采礦業(yè)發(fā)展中常見的資源流失模式。為此，著名的采礦工程專家錢明高[6]提出了“綠色采礦”的概念[7][8]，創(chuàng)新采礦技術(shù)，防止生態(tài)破壞和綠色采礦道路，與“發(fā)展和利用“和生態(tài)維護。使煤炭工業(yè)化研究最大程度地提高低開采高利用的可持續(xù)發(fā)展目標。a.堆存尾礦占用大量土地、投資巨大目前，除了少量尾礦外，還有大量的尾礦只能儲存。截至2014年底，中國礦產(chǎn)資源開采已破壞了330萬公頃土地[6]。隨著尾礦的增加和利用，該地區(qū)將繼續(xù)擴大。據(jù)粗略統(tǒng)計，2000年，國家尾礦荒地和蓄水面積分別達到1.87平方公里和24700平方公里，年均增長300平方公里，其中農(nóng)林用地較多。即使被占用的土地目前沒有種植或不適合種植，它畢竟減少了在未來土地資源中開墾和種植保護土壤的需要，這對人口來說顯然是一個嚴重的威脅。農(nóng)業(yè)大國，人均耕地面積小。給社會帶來的壓力和問題將是長期的。此外，尾礦庫的維護和維修以及獲得尾礦庫的成本也值得考慮。b.排放廢料目前的采礦系統(tǒng)實際上是一個采礦和排放廢物的過程。采礦開發(fā)是廢物的主要來源，占工業(yè)固體廢物的80％和工業(yè)固體廢物的85％。據(jù)報道，澳大利亞每年生產(chǎn)約2100億噸工業(yè)固體廢物，其中80％來自采礦業(yè)。世界每年采礦并且開發(fā)尾礦產(chǎn)量出的尾礦的數(shù)量超過50億噸數(shù)據(jù)非常龐大。在世界范圍內(nèi)，我國在采礦金屬冶煉過程中向自然界所排放的尾礦是最大的所占比例也是最大的。排放和排放總量為85％。數(shù)據(jù)顯示，僅一年內(nèi)，國有煤礦已建成1500多座煤石山，共計3億噸，覆蓋5000h。全國有2762種尾礦庫，累計儲量超過25億噸。增長率約為30倍。九種主要有色金屬的年排放量超過5000萬噸。根據(jù)40個有色金屬地下礦的數(shù)據(jù)，每噸礦石產(chǎn)生1.27噸固體廢物。在中國，以有色金屬和黃金為主的地下礦山每年排放超過2億噸固體廢物。不符合生態(tài)保護要求。c.安全隱患采礦后采空區(qū)，廢棄采石場和尾礦庫的建設(shè)給礦區(qū)安全和尾礦場和尾礦庫的發(fā)展帶來了嚴重的隱患。地質(zhì)災害，如山體滑坡，地震，等災害的發(fā)生，甚至嚴重威脅了礦區(qū)人民正常的生活起居和礦區(qū)人民的生命財產(chǎn)，與此同時造成了大量不可估計的經(jīng)濟損失并伴隨大量的人員傷亡。據(jù)統(tǒng)計，在中國采礦礦山的采空已造成了180多次山體滑坡，30多個城市發(fā)生了山體滑坡災害。造成嚴重破損壞。特別是尾礦池塘和采空區(qū)已成為我國煤礦安全隱患之一。根據(jù)2004年全國尾礦庫調(diào)查，截至2004年，我國各類尾礦庫的風險庫，風險庫和病害庫數(shù)量較大。在1035個安全尾礦池中，5.9％是危險的礦，6.7％是危險庫。病庫占25.3％。圖1-1潰壩Figure1-1Breakingthedam在許多國家的采礦和冶金領(lǐng)域，通過尾礦的綜合利用來衡量科學技術(shù)水平和經(jīng)濟發(fā)展水平。利用的目的不僅是為了最大限度地提高經(jīng)濟效益，還要全面考慮資源的綜合回收和生態(tài)環(huán)境的保護。自20世紀70年代以來，國際廢物在使用技術(shù)交流活動方面一直非?；钴S。1930年，該公司成功完成了第一次和第二次尾礦和渣干填充?，F(xiàn)代采礦和冶金環(huán)境討論巖石，礦物及其元素的使用，而不是使用傳統(tǒng)的礦物原料資源。為了將廢物利用水平提高到可理解的資源高度，提出了一項21世紀的綠色無污染戰(zhàn)略。隨著科學技術(shù)的發(fā)展用鐵礦石尾礦，耐化學玻璃產(chǎn)品和化學管道生產(chǎn)玻璃陶瓷。使用從尾礦中回收的石英作為水泥惰性混合物和銅冶煉量。有些在捷克共和國。石灰和重晶石以及從浮選尾礦中提取的人體色素被壓入石灰砂磚中。尾礦利用是一個涉及地質(zhì)，礦物加工，材料，玻璃，陶瓷，建筑等的系統(tǒng)工程。一方面，原因與國家的重要性有關(guān)。重要性，中國資源的特點和利用相關(guān)。中國有豐富的金屬礦產(chǎn)資源，有許多相關(guān)成分和許多中小型礦藏。目前，中國大部分采礦業(yè)處于中后期，資源成本越來越高，經(jīng)濟效益日益下降。這種情況迫使一些礦山走上了聯(lián)合開發(fā)和綜合利用各種礦產(chǎn)品的道路。1992年，國家舉辦了綜合利用學術(shù)研討會，并發(fā)表了一系列有關(guān)的論文。國家計劃每年撥款1.5億元，實施礦產(chǎn)資源綜合利用和循環(huán)利用綜合發(fā)展規(guī)劃。借鑒，支持工業(yè)化的發(fā)展。尾礦的開發(fā)和利用。使用新的生產(chǎn)技術(shù)和新材料來減少水泥的用量。目前，隨著采礦技術(shù)和接近技術(shù)水平的不斷發(fā)展與不斷提高，對尾礦的利用也越來越廣泛，尾礦的利用技術(shù)正在越來越先進，這也為尾礦以后的利用和提升奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。尾礦礦石可以根據(jù)礦山本身的條件進行處理，即尾礦中的有價成分可以全面回收。剩余的尾礦將用于實現(xiàn)綜合利用。尾礦根據(jù)國內(nèi)外尾礦利用的影響，尾礦利用量仍然很少，不能大幅度減少或避免。因此，從長遠來看，我們應該繼續(xù)開展無尾技術(shù)的研究。實現(xiàn)無尾氣排放的基本方式。首先，在尾礦中分離粗粒和中粒，以取代礫石，用黃沙作為建筑骨料。重新選擇剩余的細尾礦，尾礦中有價值的金屬和非金屬成分被全面回收，然后其余部分固化，生產(chǎn)出不同等級的建筑材料或凝固塊。含有沉陷區(qū)或尾礦的土地被開墾。利用鐵尾礦制磚普通墻磚是建筑業(yè)中最常見的建筑材料之一。我們國家建筑行業(yè)日益蓬勃，而磚的需求也越來越大，這是使用尾礦制作為磚的好方法。研究磚結(jié)構(gòu)和加工工藝，以盡快生產(chǎn)經(jīng)濟，耐用，輕便的產(chǎn)品。大學的學生們，以鐵尾礦和石灰等材料為主要原料，加入其他的粘結(jié)劑和其他材料，燒出來的尾礦制成的磚磚具有良好的性能，標號可達100多個。滿足標準磚的要求。3）生產(chǎn)其他建筑材料a.混凝土梁，地板，柱，墻板是礦山廢石和選礦尾礦的集料制作而成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，統(tǒng)稱鐵尾礦混凝土構(gòu)件。由鐵尾礦制成的混凝土構(gòu)件與市場上普通的混凝土構(gòu)件大致相同，同時還具備一些其他的有點，只是材料主要來自廢石和尾砂，因此可以從骨料破碎和環(huán)保中獲得額外的利潤。尾礦和混凝土空心砌塊由于其生產(chǎn)簡單靈活，適用范圍廣，產(chǎn)業(yè)政策廣泛，適合礦區(qū)附近的工廠生產(chǎn)。承載能力可分為承重塊和非承重塊。如果用于運輸，可分為結(jié)構(gòu)建筑砌塊（主要用作建筑砌塊），砌塊（如梁砌塊，環(huán)梁砌塊，門窗裝飾區(qū)木，樓板砌塊，煙道砌塊，等等）b.其他建筑材料北京工業(yè)大學石門溝集中器的細粒尾礦開發(fā)出一些由輕骨料組合制作而成的輕骨料產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有很多的有點與性能如重量特別輕，強度也很高，隔熱性能好，抗沖擊性能好等特點。鐵尾礦還可以作為基本材料用在路基上。鐵尾礦可以與其他材料混合，路面墊層可以通過混合，鋪展，軋制，固化等工藝制成。例如，我國僅有10公里長的二級公路，這需要數(shù)十億立方米的沙子。使用尾礦代替沙子和石頭作為路基墊，節(jié)省了三分之一的成本。4）尾礦復墾a.復墾是農(nóng)地：這種復墾工程一般應包括表土，早期使用庭院材料或種植豆科植物改善尾礦。c.用作建筑用地：一些尾礦庫的開發(fā)利用必須與城市建設(shè)規(guī)劃相協(xié)調(diào)，以實現(xiàn)更好的社會，經(jīng)濟和環(huán)境效益。建設(shè)用地的基礎(chǔ)處理是關(guān)鍵。根據(jù)尾礦的特點，地層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式等，設(shè)計了相應的基本條件，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采取了可靠的措施，達到了完美，經(jīng)濟，合理的目的。然而，尾礦的建筑一般為2至4層，不超過5層。d.泥砂直接用于種植和改良土壤：泥砂一般具有良好的透氣性和透氣性，有些泥砂還含有必需的營養(yǎng)成分，特別是微量元素，因為礦物質(zhì)和巖石的性質(zhì)以及礦物加工技術(shù)不同。1.4鐵尾礦在填充中的應用尾礦水泥灌裝是一種回收率高，廢棄物利用率高的灌裝技術(shù)。它也是實現(xiàn)高效清潔采礦的重要技術(shù)。尾礦水泥漿填充技術(shù)的研究和利用不僅可以彌補填料的不足，降低填料的加工成本，而且可以有效地控制地下巖層的沉降。因此，研究了尾礦水泥填充技術(shù)，將尾礦填入井中，有效解決了地面沉降問題。它還可以實現(xiàn)尾礦沒有儲存在倉庫中的美觀，廢石不會從坑中流出，從而很好地解決了表層樁中的尾礦問題。節(jié)約了環(huán)境污染問題，減少了尾礦的排放，減少了對地球的破壞，使礦山的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益得到協(xié)同增效?？梢钥闯觯F尾礦在未來市場的前景非常廣闊。在許多國家，使用混凝土泵將鐵尾礦以糊狀狀態(tài)運輸?shù)骄幸曰靥畈煽諈^(qū)。高濃度尾礦填充技術(shù)的過程主要分為三個部分：尾礦脫水過程；尾礦填料漿的制備工藝；尾礦填充和填充過程的運輸[13]。研究新工藝，新材料，以減少水泥的數(shù)量，而不會導致填料的強度下降。在許多國家，尾礦被運輸?shù)降孛娌⒂没炷帘没靥?。實現(xiàn)了干灌，水砂填充，分級尾礦填充，高濃度全尾礦填料，膏體填充等先進水平，并在南京鉛鋅銀礦和金川鎳礦得到應用。等等，取得了良好的效果。尾礦庫不能在鐵礦開采區(qū)附近建造，全尾礦砂用于填充采空區(qū)，因此尾礦庫不建在礦山表面。與傳統(tǒng)的水泥灌裝相比，高固水灌裝具有泥漿濃度范圍大，養(yǎng)護速度快，無脫水，填充效果好等特點，污染降低了工人的勞動強度。因此，其在水泥填充中的應用前景廣闊。有明顯的優(yōu)勢。目前，該技術(shù)已成功應用于我國許多黃金和有色金屬礦山，取得了良好的效果。生產(chǎn)實踐表明，金尾礦高水凝固填料可實現(xiàn)快速非脫水充填，早期強度高，地下生產(chǎn)條件改善，灌裝作業(yè)周期縮短，生產(chǎn)效率提高。近十年來，中國有越來越多的金屬礦山，如填充材料的制備，運輸技術(shù)，填充材料的開采，填充等。隨著地下無軌自動化設(shè)備的廣泛應用，填充采礦已成為我國的一種自動化設(shè)備。一種有效的采礦方法。隨著已探明礦產(chǎn)資源消耗的增加，采礦業(yè)的深入發(fā)展，地表溫度的提高和環(huán)境保護的要求，灌裝和采礦方法將在21世紀得到更加發(fā)展。1.5研究內(nèi)容、思路與技術(shù)路線1.5.1主要研究內(nèi)容本文以阜新鎮(zhèn)同乃鐵礦的鐵尾礦，阜新五家子村普通電廠粉煤灰以及普通硅酸鹽水泥為主要試驗原材料，以試驗分析的方法得出具體數(shù)據(jù)并結(jié)合理論分析的方法對數(shù)據(jù)進行加工總結(jié)最后得出結(jié)論。首先對鐵尾礦的基本物理力學性質(zhì)進行了相關(guān)的試驗，包括鐵尾礦的比重的確定，含水率的確定，以及鐵尾礦固結(jié)特性的試驗研究。然后以不同的材料不同配比條件下對試件進行了抗壓強度的測定以及相應的力學試驗研究得出結(jié)論。1）緒論部分：通過查找與鐵尾礦有關(guān)的參考文獻與書籍，了解鐵尾礦的定義，研究鐵尾礦的意義以及背景，對國內(nèi)外對鐵尾礦的研究現(xiàn)狀和綜合利用途徑以及存在的問題充分的了解。2）鐵尾礦的物理力學性質(zhì)：通過一系列的物理力學實驗測出鐵尾礦的物理力學性質(zhì)包括：天然含水率、比重、最小干密度、級配情況、不同含水率下的抗剪強度、鐵尾礦的密實程度。從而確定鐵尾礦砂的物理力學性質(zhì)是否允許其作為骨料應用于礦山充填中去。3）充填體強度的強度要求以及經(jīng)驗公式的要求以及水泥、鐵尾礦、粉煤灰的相互作用機理和水化反應機理為后面的實驗研究做出理論指導。4）鐵尾礦用作充填骨料：由實驗的方法，在幾種材料在不同配比條件下制作不同的試件，對試件進行養(yǎng)護3d，7d到14d，進行養(yǎng)護期為3d、7d、14d的單軸抗壓強度試驗，測試其早期強度和后期強度。對實驗結(jié)果分析，確定這些材料的最佳配合比，研究不同材料對充填體強度的影響。從而為礦山提出最具效益的方法。5）將所有試驗結(jié)論以及結(jié)果轉(zhuǎn)化成理論得出最后結(jié)論然后對鐵尾礦做出展望希望它向著更加有用更加綠色環(huán)保的方向發(fā)展。1.5.2.論文研究思路（1）收集阜新鎮(zhèn)同乃鐵礦以及細河區(qū)五家子村的粉煤灰的相關(guān)資料，實地考察，分析鐵尾礦作為充填骨料在礦山中應用的現(xiàn)狀以及存在的問題。（2）以試驗的方法對同乃鐵礦產(chǎn)出的鐵尾礦進行物理性質(zhì)、力學性質(zhì)、充填材料性質(zhì)的研究，分析相關(guān)性質(zhì)。（3）查閱資料，分析充填體力學特性，分析水泥、粉煤灰、鐵尾礦的膠凝機理、強度機理和水化反應機理，研究充填體的強度特性。（4）通過配比試驗的方法在不同材料不同配合比的條件下制作試件，然后在不同養(yǎng)護時間的條件下進行單軸抗壓強度試驗研究，確定最佳配合比。如圖1-2為本文基本技術(shù)路線圖。Fig.Fig.1-2Technicalroadmapforthisarticle2充填材料的物理力學性質(zhì)試驗研究2.1鐵尾礦的物理力學性質(zhì)鐵尾礦作為充填骨料具有很多優(yōu)勢，不需要運輸成本直接就地取材配制充填料漿，直接應用到采出的礦山中去，而且堆存數(shù)量巨大足以完成礦山充填量的要求，鐵尾礦作為細骨料，顆粒較小與其他骨料配合可以充當細骨料密實充填體，還可以充當“滾珠”的角色增加流動性減少對管道的磨損，總的來說鐵尾礦是一個非常不錯的充填材料，本文采用阜新本地同乃鐵礦的鐵尾礦進行試驗研究，尾砂為粗尾砂且表面形狀不規(guī)則，呈暗灰色。對鐵尾礦進的物理性質(zhì)以及力學性質(zhì)進行實驗研究，是鐵尾礦作為充填骨料應用于礦山之中的前提，也是建立礦山充填體系統(tǒng)和分析充填體強度的堅實基礎(chǔ)。2.1.1鐵尾礦的天然含水率知道了含水率就可以確定鐵尾礦作為充填骨料的諸多性質(zhì)。鐵尾礦的含水率對以后的研究具有很重要的意義。土的含水率是試樣在105～110℃下烘至恒量時所失去的水質(zhì)量和干土質(zhì)量的比值，用百分比表示。本實驗以烘干法測定鐵尾礦的天然含水率。取三個干燥的小鋁盒并稱取鋁盒的質(zhì)量并記為m0，記錄盒號，用天平量取15g鐵尾礦放入小鋁盒內(nèi)，立即蓋好盒蓋，用天平稱出盒與濕土的總質(zhì)量記為m1。打開盒蓋，將盒置于烘箱內(nèi)，由于鐵尾礦在室內(nèi)放置的時間較長所以較為干燥只在105～110℃的烤箱內(nèi)烘干8h即可，8h后用坩堝鉗將稱量盒從烘干箱中取出，蓋上盒蓋，放入干燥容器內(nèi)冷卻至室溫，稱盒加干土質(zhì)量。此試驗一共做了3組平行試驗最后取平均值，計算含水率按下式（2-1）計算：（2-1）式中：——含水率（%）；——干土質(zhì)量（g）；——干土質(zhì)量（g）；由上式得到計算結(jié)果見表（2-1）。表2-1天然含水率數(shù)據(jù)及處理Table2-1NaturalWaterContentDataandProcessing盒號盒質(zhì)量(g)盒加濕土質(zhì)量(g)盒加干土質(zhì)量(g)濕土質(zhì)量(g)干土質(zhì)量(g)含水率平均含水率114.3229.3229.241514.920.536%214.7729.7729.731514.960.535%0.513%314.1629.1629.091514.930.469%由表（2-1），可以知道含水率試驗的結(jié)果，可以看出鐵尾礦的天然含水率平均值僅為0.513%，與事先估計的值相差不大，試驗結(jié)果認為鐵尾礦的含水率不大、較為干燥，其天然含水率不大的原因可能是鐵尾礦在實驗室內(nèi)放置太久，且沒有密封好導致其中的水分自然蒸發(fā)掉，但可以看出鐵尾礦與其他材料混和適合作為充填骨料使用。2.1.2鐵尾礦的比重許多由混凝土制成的構(gòu)件如：大橋、梁，其上面所承受的荷載遠小于其自重的載荷，所以研究鐵尾礦的比重對于由鐵尾礦制成的混凝土構(gòu)件的自重對構(gòu)件本身性質(zhì)的影響有很大的意義。本實驗以比重瓶法測得鐵尾礦的比重情況。取通過烘干箱烘干過的的鐵尾礦15g，將稱好的鐵尾礦裝入干燥的比重瓶內(nèi)并用天平稱量比重瓶與土的質(zhì)量記為m0，將水注入比重瓶的一半高度處，將比重瓶連同水和鐵尾礦一起放在電爐上煮沸，使各個沙粒之間的氣體排出，因為鐵尾礦為沙粒土所以煮沸時間設(shè)定為30min，這樣可以使各個顆粒之間的空氣充分排出，如圖（2-1）所示。煮沸完畢后取清水，將水注入比重瓶內(nèi)至近滿，放入室內(nèi)冷卻并使土顆粒沉淀，如圖（2-2）所示。待到水冷卻到室溫土顆粒沉淀之后用溫度計量取冷卻后的溫度c，用天平稱量比重瓶瓶加水加鐵尾礦的質(zhì)量記為m2將瓶內(nèi)的鐵尾礦和水倒出，將比重瓶清洗干凈取清水加入水至和剛才一樣的高度用天平稱取瓶加液體的質(zhì)量為m1。此實驗共做三組平行試驗取平均值視為鐵尾礦的比重。Figure2-2Specificgravitybottlecooledtoroomtemperature報錯Figure2-2Specificgravitybottlecooledtoroomtemperature報錯Figure2-1Specificgravitybottleboiledinelectricfurnace按下列公式（2-2）計算出鐵尾礦的比重：（2-2）式中：—土粒比重，計算精確至0.001；

—干土質(zhì)量，g；—瓶、水質(zhì)量，可查瓶、水質(zhì)量關(guān)系曲線；—瓶、水、土質(zhì)量，g；—t℃時蒸餾水的比重，準確至0.001；如表（2-2）為鐵尾礦的比重數(shù)據(jù)表2-2比重試驗數(shù)據(jù)及處理Table2-2SpecificGravityTestDataandProcessing試樣編號溫度（℃）液體比重干土質(zhì)量（g）瓶加液體質(zhì)量（g）瓶加液體加土總質(zhì)量（g）與干土同體積液體質(zhì)量（g）比重兩組平均比重1272.81115.00144.37154.059.682.8112.8732212.93515.29144.76154.8510.092.935通過三組平行試驗取平均值，鐵尾礦的比重為2.873。一般沙粒土的比重為2.6，可以看出鐵尾礦的比重比普通沙粒土略大。造成鐵尾礦的比重比一般沙土比重大的原因可能是選礦廠沒有將鐵完全提取，鐵尾礦中含有鐵，鐵的存在使得鐵尾礦的比重變大。由結(jié)果可以得出，用鐵尾礦制成的混凝土構(gòu)件材料其自重也比普通混凝土較大，不適合作跨度較大的梁，適合用作公路路基以及適合用作充填骨料。2.1.3最小干密度在鐵尾礦的使用運輸以及存儲過程中都需要知道其最小干密度，知道最小干密度就能計算出攪拌罐中所能容納鐵尾礦的量以及運輸及儲存成本。實驗室測量鐵尾礦的最小干密度。首先用天平稱取700g經(jīng)過烘干箱烘干后的鐵尾礦，將鐵尾礦沿撫平器的桿用漏斗緩慢倒入量筒中，在鐵尾礦的倒入過程中用撫平器不斷地輕輕撫平表面，使得顆粒之間盡量松散，使土樣表面盡可能蓬松，用撫平器撫平土表面方便讀數(shù)。在量筒上讀取鐵尾礦的體積并做三組平行試驗取平均值。由公式計算出最小干密度。Figure2-3MeasuringVolumewithaQuantitativeCylinderFigure2-4VectorCylinderSlowlyLoadingTailings圖2-3用量筒測體積圖2-4向量筒中緩慢裝入尾礦砂Figure2-3MeasuringVolumewithaQuantitativeCylinderFigure2-4VectorCylinderSlowlyLoadingTailings表2-3最小干密度數(shù)據(jù)整理試驗編號質(zhì)量（g）體積（cm3）最小干密度(g/cm3)平均密度（g/cm3）1700.475151.3601.3722700.105091.3753701.065081.380Table2-3MinimumDryDensityDataCompilation由上表（2-3），三組平行試驗取平均值測得鐵尾礦的最小干密度為1.372。由此得出鐵尾礦的最小干密度比較大，攪拌罐中可以裝入較多的鐵尾礦。造成鐵尾礦最小干密度較大的原因是由于鐵尾礦的顆粒較小，顆粒分布較為均勻且其中含有鐵造成比重較大，使得各個顆粒之間緊密聯(lián)系在一起導致空隙較小。2.1.4鐵尾礦的顆粒分析確定鐵尾礦的顆粒分布就可以確定鐵尾礦與其他材料混合使用時作為骨料的狀態(tài)。利用篩分法來確定鐵尾礦的級配情況，從鐵尾礦中，用四分對角法取出代表樣取干砂500g稱量準確至0.2g。圖2-5鐵尾礦在篩中篩分圖2-6篩分結(jié)果Figure2-5ScreeningofIronTailingsinScreeningFigure2-6ScreeningResults將試樣分別過10mm、5mm、2mm、1mm、0.25mm、0.074mm篩，將篩子從大到小依上而下排列好如圖（2-5），稱取500g鐵尾礦砂放在最上面的篩子蓋上蓋子用力搖晃篩子。篩好后將各級篩共做子拿開排列好如圖（2-6），依次稱取各級篩上土樣的質(zhì)量，篩上的試樣質(zhì)量小于試樣總質(zhì)量的10%時不作粗篩分析。此實驗共做三組平行試驗對比結(jié)果取最優(yōu)。各粒組的百分含量按下式（2-3）計算：（2-3）式中：X——小于某粒徑土重占總土重的百分比，%；——小于某粒徑的土重，g；——篩分試樣總重，g；——粒徑大于2mm的土重占總土重的百分比，如土中無大于2m的顆粒，dx＝100％；篩分結(jié)果以及各質(zhì)量百分數(shù)見表（2-4）表2-4顆粒分析結(jié)果Table2-4ParticleAnalysisResults粒徑大?。╩m）質(zhì)量（g）百分比（%）各粒組的百分含量（%）>100010010～5001005～2001002～16.761.3698.61～0.25126.525.3973.260.25～0.074322.8664.798.46<0.07442.188.462.84用土的質(zhì)量百分數(shù)為縱坐標，顆粒直徑（mm）的對數(shù)值為橫坐標，繪制顆粒大小級配曲線。如圖（2-7）所示。圖2-7鐵尾礦顆粒分析曲線Figure2-7GradationCurveofIronTailings由圖級配曲線可以看出鐵尾礦中沒有大于2mm的顆粒也沒有太細的顆粒，大部分顆粒主要分布在0.074～1mm之間，跨度不大，而且曲線上升趨勢較陡，可以看出鐵尾礦屬于級配良好的土樣。適合作為充填骨料應用到礦山充填中去。2.1.5不同含水率下鐵尾礦的抗剪強度充填材料被充填到井下工作時只承受壓應力。當充填體受壓失穩(wěn)時,破壞的形態(tài)為一部分相對于另一部分沿某一分界面產(chǎn)生滑移即剪切破壞，因此，在研究鐵尾礦的填充體強度時，主要研究它的抗剪強度。抗剪強度對尾礦庫的堆存、邊坡穩(wěn)定的研究也是一個重要的力學指標用直剪儀進行直剪試驗，以鐵尾礦為主要原料取兩份1000g經(jīng)烘干箱烘干的鐵尾礦分別加入70g、100g水配制成7%、10%含水率的鐵尾礦土樣如圖（2-8）所示。Figure2-8PreparationofSoilSamples對齊上下剪力盒插入銷釘，在下盒底放入濾紙用環(huán)刀取一環(huán)刀土樣放入剪力盒內(nèi)，將調(diào)杠桿水平，按實驗要求分別施加每個剪力盒的垂直荷載，拔掉銷釘，由于此時的鐵尾礦抗剪強度較小所以以速率0.8mm/min開始剪切。剪切的過程中觀察表的變化并讀取千分表的最大讀數(shù)。圖2-9開始剪切圖2-10各個百分表表讀數(shù)Figure2-9BeginsShearingFigure2-10Percentimeterreadings對于7%含水率的土樣由公式（2-4）計算試樣的剪應力：＝CR（2-4）式中：——剪應力，；C——量力環(huán)校正系數(shù)，/0.01mm；R——量力環(huán)測微表讀數(shù)，0.01mm；表2-57%含水率直剪試驗數(shù)據(jù)處理Table2-57DataProcessingofDirectShearTestwithWaterContent垂直應力（）50100150200位移（mm）0.2330.3940.6780.835剪應力（）37.662.0107.4130.8如表2-5所示為不同垂直壓力的作用下試樣所承受的剪應力。以剪應力為縱坐標，垂直應力為橫坐標，繪制剪應力與垂直應力關(guān)系曲線。根據(jù)關(guān)系曲線，求出土的凝聚力c和內(nèi)摩擦角φ。如圖（2-11）。yy=0.65x+3.2圖2-117%含水率垂直應力-剪應力關(guān)系Table2-5.7DataProcessingofDirectShearTestwithWaterContent從圖的擬合直線中可以清晰地看出7%含水率鐵尾礦試樣的粘聚力c為3.2，內(nèi)摩擦角為33°。對于10%含水率下鐵尾礦試樣由公式（2-5）計算試樣的剪應力計算結(jié)果見表（2-6）。＝CR（2-5）表2-610%含水率直剪試驗數(shù)據(jù)處理Table2-6.10%MoistureContentDataProcessingofDirectShearTest垂直應力（）50100150200位移（mm）0.2070.3770.6430.796剪應力（）32.559.3101.9124.7由表（2-6）可以明顯的看出在各級垂直壓應力的作用下的剪應力都略小于7%含水率下的剪應力。以剪應力為縱坐標，垂直應力為橫坐標，繪制剪應力與垂直應力關(guān)系曲線。根據(jù)-關(guān)系曲線，求出土的凝聚力c和內(nèi)摩擦角。yy=0.61x+2.8圖2-12.10%含水率垂直應力-剪應力關(guān)系Fig.2-12.7%MoistureContentVerticalStress-ShearStressRelation由圖2-12中的擬合直線得出粘聚力c為2.8，內(nèi)摩擦角為31°。由公式（2-6）分別計算兩種含水率在不同垂直壓力下的下抗剪強度，如表（2-7）所示。（2-6）分別計算兩種含水率在不同垂直壓力下的下抗剪強度，如表（2-7）所示。表2-7不同含水率下抗剪強度Table2-7Shearstrengthatdifferentmoisturecontents垂直應力501001502007%含水率抗剪強度（KPa）356810013310含水率抗剪強度（KPa）326292122表（2-7）清楚的表明了各級垂直應力的作用下兩組不同含水率下的抗剪強度。圖2-13.兩組含水率下抗剪強度對比Figure2-13.Comparisonofshearstrengthbetweentwogroupsunderwatercontent由上圖（2-13）知道通過兩組不同含水率土樣隨著含水率的不斷增加抗剪強度減小。而且隨著垂直應力的增加這種現(xiàn)象會越來越明顯，土體的抗剪強度，一般用抗剪強度與內(nèi)摩擦角來反映，即c、值。這也是對下雨時尾礦庫易發(fā)生滑坡等事故的有力解釋。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)了一個現(xiàn)象，當試件被剪切破壞了之后，表上讀數(shù)仍然維持原有的值，它的抗剪強度依然存在，其原因可能是由于鐵尾礦密實程度不一樣，表上讀數(shù)仍然維持原有的值，該種特情況說明它在剪切破壞之后仍然具有一定的抵抗外界破壞的能力。2.1.6鐵尾礦固結(jié)性能試驗研究本試驗的目的是測定鐵尾礦的沉降變形，了解鐵尾礦在側(cè)限條件下變形與時間～壓力的關(guān)系?？梢詫﹁F尾礦在充填過程中的工作情況充分了解。配制飽和水下的鐵尾礦試樣如圖（2-14）。圖2-14飽和水狀態(tài)下的鐵尾礦Figure2-14Irontailingsinsaturatedwater用固結(jié)儀來測定鐵尾礦的固結(jié)性能。將護環(huán)、透水板和薄濾紙依次裝入固結(jié)儀容器內(nèi)，用環(huán)刀稱取土樣裝入容器內(nèi)，調(diào)節(jié)固結(jié)儀是杠桿使其平衡，裝好千分表并調(diào)到適當位置，施加第1級壓力50KPa，加壓至規(guī)定時間后讀數(shù)，依次施加后面的各級壓力（100、200、400kPa），分別加壓至規(guī)定時間后記下百分表讀數(shù)。表2-8固結(jié)試驗鐵尾礦參數(shù)Table2-8ConsolidationTestIronTailingsParameters環(huán)刀加濕土質(zhì)量（g）環(huán)刀質(zhì)量（g）環(huán)刀加干土質(zhì)量/g環(huán)刀體積/cm3濕密度(g/cm3)干密度(g/cm3)含水率（%）初始孔隙比初始高度（mm）土粒比重環(huán)刀體積（cm3）157.6343.48135.24601.901.530.2440.637202.5100表2-9飽和鐵尾礦孔隙比與壓力關(guān)系數(shù)據(jù)Table2-9Dataontherelationshipbetweenporeratioandpressureofsaturatedirontailings時間(min)壓力值（kPa）百分表讀數(shù)壓力值（kpa）百分表讀數(shù)壓力值（kPa）百分表讀數(shù)壓力值（kPa）百分表讀數(shù)0508.0001007.6152007.4114007.121107.7907.6157.3807.081207.7897.6097.3737.076307.7897.6007.3707.067407.7507.4827.3697.061507.7487.4827.3657.060607.7487.4807.3617.059Δh0.2520.1330.0500.062ei0.6160.6050.6010.596按下式（2-7）計算試樣的初始孔隙比：（2-7）式中：—試樣初始密度，；—試樣的初始含水率，%；計算結(jié)果為初始孔隙比為0.637。按下式（2-8）計算各級壓力下固結(jié)穩(wěn)定后的孔隙比ei。（2-8）式中：—某級壓力下試樣高度變化，即總變形量減去儀器變形量，cm；——試樣初始高度，cm；計算結(jié)果：e1為0.616、e2為0.605、e3為0.601、e4為0.596，可以看出在各級壓力作用下孔隙比略有減小但是變化不大。按下式（2-9）計算某一級壓力范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)（2-9）經(jīng)計算在50MPa～100MPa壓縮系數(shù)為2.2×10-4，在100MPa～20MPa壓縮系數(shù)為4×10-4，在200MPa～40MPa壓縮系數(shù)為2.5×10-5。以垂直壓力為橫坐以孔隙比為縱坐標繪制e～p的關(guān)系曲線如圖（2-14）所示。圖2-14孔隙比與壓力關(guān)系曲線Figure2-14PorosityRatioversusPressureCurve從壓縮系數(shù)和e～p關(guān)系曲線可以看出開始時可壓縮性較好，隨著承載力的增加鐵尾礦的壓縮性隨之減弱。隨著垂直荷載的繼續(xù)增大鐵尾礦的壓縮性略微增加，可以看出鐵尾礦的壓縮性規(guī)律。鐵尾礦壓縮試驗研究結(jié)果表明，鐵尾礦的壓縮系數(shù)a50～a100變化在2.2×10-4，a100～a200變化在4×10-5，a200～a400變化在2.5×10-5。由此可得鐵尾礦為低縮性材料。適合用在礦山充填骨料中。2.2其他材料的物理力學性質(zhì)2.2.1水泥水泥是建筑行業(yè)中主要的膠凝材料，它會使攪拌中的各種材料具有一定的黏聚性、保水性和流動性能。將各種骨料膠結(jié)在一起使其固化，擁有足夠的強度。所以力求使充填過程中盡可能的減少水泥的用量來達到為礦山節(jié)省成本，保證要求。本文使用的是強度為42.5的普通硅酸鹽水泥。如圖（2-15）。圖2-15實驗用普通硅酸鹽水泥Figure2-15ExperimentalPortlandcement1）水泥的物理性質(zhì)一般情況下，像普通硅酸鹽水泥廣泛的應用于礦山充填系統(tǒng)。在結(jié)合工程實際應用及材料性能的綜合考慮下，試驗采用P·O425普通硅酸鹽水泥，其在密度、容重及比表面積方面都基本滿足需求。該種水泥的早期抗壓強度可達到28MPa左右，后期可達到56MPa左右，強度方面也可滿足要求。2）水泥的化學性質(zhì)如表2-9所示為試驗用水泥的主要成分。表2-9硅酸鹽水泥的化學成分Table2-9ChemicalCompositionsofPortlandCement化合物CaOMgOSO3Na2OK2Of-CaOLass含量%25.266.384.0554.672.682.660.079成分按占比大小排序依次為：C2S（2CaO·SiO2）、C4AF（4CaO·Al2O3·Fe2O3）、以及C3A（3CaO·Al2O3），分別可占到總量的10%～20%、10%及5%～10%。2.2.2粉煤灰粉煤灰數(shù)量巨大、儲存豐富，因矸石堆積和火力發(fā)電產(chǎn)生的粉煤灰越來越多，造成的環(huán)境問題越來越嚴重。用粉煤灰作為礦物摻合料，可以提高煤炭資源利用水平，解決固體廢棄物污染的問題。因為水泥價格昂貴所以一些企業(yè)對水泥的用量望而卻步，而粉煤灰具有火山灰活性，能夠代替一部分水泥作為膠凝材料，為企業(yè)節(jié)省成本，粉煤灰的顆粒較細可以填到尾礦砂的空隙中去充當更細的細骨料使材料更密實，使充填料漿級配更合理。本文所使用的粉煤灰為普通五家子村的電廠粉煤灰，顆粒較細為粉末狀，灰黑色。如圖（2-16）所示。圖2-16試驗用細河區(qū)五家子村粉煤灰Figure2-16ExperimentalflyashinWujiaziVillage,XiheDistrict1）粉煤灰的礦物組成原煤中含有豐富的化學物質(zhì)，在高溫燃燒的物理作用下，煤粉中的各種化學物質(zhì)之間不斷發(fā)生著化學反應，最終產(chǎn)生了各種礦物質(zhì)和玻璃體，并由此構(gòu)成粉煤灰。粉煤灰常見的礦物組分及特征見下表（2-10）所示。表2-10粉煤灰化學成分Table2-10ChemicalConstituentsofFlyAsh成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OK2O含量%56.8831.895.381.50.460.350.89成分P2O5TiO2CuOB2O3SO3CZnO含量%0.1450.5680.00411.920.32511.70.0052由表（2-10）可知，化學成分SiO2所占的比例較高達55%以上，Al2O3的含量也達到了31%以上，這兩種成分比重就高達80%，另外Fe2O3有一定含量，比重達到5.38%，其他化學成分含量極低，如：K2O、CaO、TiO2，有的不足1%。2.3小結(jié)本章通過以上一系列在力學院土力學實驗室的基本土力學試驗對鐵尾礦及其他材料的物理力學性質(zhì)做了一些初步的研究，主要包括了鐵尾礦的天然含水率，比重，固結(jié)，抗剪強度，最小干密度以及級配，得出如下結(jié)論：（1）所選鐵尾礦的天然含水率為0.513%，處于較為干燥狀態(tài)。（2）鐵尾礦的比重為2.835，由于有鐵的原因與其他普通沙粒土相比比重略大。（3）鐵尾礦的最小干密度為1.372；最小干密度略大。（4）鐵尾礦不同含水率下的抗剪強度；抗剪強度與含水率成反比。（5）鐵尾礦壓縮試驗研究結(jié)果表明，鐵尾礦的壓縮系數(shù)變化得出鐵尾礦屬于低壓縮性材料，即鐵尾礦的壓縮性較差。（6）由鐵尾礦的顆粒分析認為鐵尾礦屬于級配良好的材料。以上有關(guān)物理性質(zhì)以及力學性質(zhì)的測試對鐵尾礦的性質(zhì)有了全面的了解，也為鐵尾礦作為充填骨料奠定了堅實的基礎(chǔ)。而且以上性質(zhì)也都驗證了鐵尾礦這種材料可以作為骨料應用到礦山充填中。而水泥是非常好的膠凝材料。粉煤灰也能起到一部分膠凝材料的作用。3充填骨料的理論研究3.1鐵尾礦做充填骨料強度機理在作為礦山充填骨料的研究中，研究充填材料的性質(zhì)及其性能，確定合理的充填材料強度，充填材料的合理配比，控制充填材料的成本，保障充填的效果，都是充填所要關(guān)注的重要問題，而其中充填材料的強度更是重中之重。只有充填強度滿足要求該材料才能被應用到礦山充填中去。以下是礦山經(jīng)驗對充填材料的早期強度和晚期強度的要求：1）早期強度要求充填體的早期強度是指將充填材料輸送到工作區(qū)一段時間后產(chǎn)生水化反應使充填體能夠定型、自立而不發(fā)生垮塌的強度要求由于充填體剛剛脫模所以早期強度通常比較低，通常由經(jīng)驗公式（3-1）確定：（3-1）式中：y為充填體高度；x為充填體強度，MPa；a為經(jīng)驗系數(shù)，一般取600。2）后期強度要求根據(jù)金屬礦山已有的充填經(jīng)驗，現(xiàn)場制備充填體的整體強度可按下式（3-2）計算：（3-2）式中：為單軸抗壓強度，MPa；b為充填體寬度，m；h為充填體高度，m；為充填體強度，MPa。3）對于充填骨料要求級配良好。3.2水泥、粉煤灰、尾砂漿結(jié)構(gòu)的形成過程與水化反應機理粉煤灰中的主要化學成分為SiO2、Al2O3、CaO，其中有不少活性SiO2、Al2O3的存在，普通水泥中主要礦物為C2S、C3S、C3A及C4AF、CaSO4等，C2S、C3S的早期水化反應生成大量的Ca(OH)2，由于Ca(OH)2堿性激發(fā)劑以及CaSO4酸性激發(fā)劑的存在，可促使粉煤灰水化反應的加速進行。由于礦物種類較多，其化學反應相對復雜，但主要是活性SiO2、Al2O3與Ca(OH)2的反應、C3S與CaSO4的反應、C4AF與CaSO4的反應。m1Ca(OH)2+Al2O3→m1CaO·Al2O3·nH2O（3-1）m1Ca(OH)2+SiO2+nH2O→m1CaO·SiO2·nH2O（3-2）4鐵尾礦做充填骨料的力學強度試驗研究4.1充填試塊的制備以表（4-1）1為兩組不同材料的配比方案，按照兩組配比方案進行配比、制作試件。表4-1試驗配比方案Table4-1Testratioscheme不同材料含量%含水率鐵尾礦粉煤灰水泥第一組80101030第二組9001030由于模具為自制模具，模具容積較小所以第一組取1120g經(jīng)烘干箱烘干后的鐵尾礦與140g的五家子村普通粉煤灰和140g普通硅酸鹽水泥共1400g，混合成鐵尾礦∶粉煤灰∶水泥=8∶1∶1，另加420g水，配制如圖（4-1）、（4-2）所示的料漿。圖4-1第一組材料配制圖4-2第一組攪拌后Figure4-1DifferentaggregateformulationFigure4-2with30%water第二組取1260g的經(jīng)烘干后的鐵尾礦，140g硅酸鹽水泥0g粉煤灰共1400g另加30%的水，混合成鐵尾礦∶粉煤灰∶水泥=9∶0∶1，按此配合比混合攪拌如圖（4-3）、（4-4）。圖4圖4-4第二組攪拌后Figure4-4Afterthesecondgroupisstirred圖圖4-3第二組材料配制Figure4-3Preparationofthesecondgroupofmaterials將配制好的料漿倒入自制的模具中如圖（4-5）、（4-6）。等待24h，試件泌水、脫模。圖4-6第二組料漿倒入模具Figure圖4-6第二組料漿倒入模具Figure4-6Thesecondgroupofslurryispouredintothemold圖,4-5第一組料漿倒入模具Figure4-5Thefirstgroupofslurryispouredintothemold24h之后試件脫模，如圖（4-7）、（4-8）所示試件脫模之后能夠自立，脫模以后在90%水的潮濕環(huán)境下養(yǎng)護，養(yǎng)護期分別為3d、7d、14d。Figure4-7Releasestateofthefirstsetoftestpiecesafter24hFigure4-8ReleaseofthesecondFigure4-7Releasestateofthefirstsetoftestpiecesafter24hFigure4-8Releaseofthesecondsetoftestpiecesafter24h然后分別進行養(yǎng)護期為3d、7d、14d的單軸抗壓強度測試，測試其短期強度、中期強度、晚期強度。觀察試件的破壞方式，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制應力-應變關(guān)系曲線，從應力-應變關(guān)系曲線分析試件的抗壓強度，與實際充填要求與理論要求作對照，確定其是否滿足充填材料的強度要求，以及綜合各種因素確定各種材料的最佳配合比。以及確定其他材料的加入對試件強度的影響。4.2試件單軸抗壓強度測試對每組的試件進行加壓測試。作應力-應變曲線分析試件抗壓強度。充填體試件的單軸抗壓強度計算公式及試驗圖如下所示:（4-1）式中：P試件所受的軸向壓力（N）；A試件的橫截面積（mm2）（4-2）式中：d抗壓強度測試過程中的位移（mm）；h試件高度（mm）。1）養(yǎng)護期為3d抗壓強度圖4-9第一組試件養(yǎng)護3d抗壓強度圖4-10第二組試件養(yǎng)護3d抗壓強度Fig.4-9Compressivestrengthofthefirst Figure4-10Compressivestrengthofthegroupofspecimensmaintainedfor3dayssecondgroupofspecimensmaintainedfor3days如圖（4-9）、（4-10）為養(yǎng)護期3d的試件，由于試件脫模后僅養(yǎng)護三天，試件強度非常小，所以以0.3mm/min的速率作單軸抗壓強度試驗，才能明顯的看出應力應變變化規(guī)律，如圖（4-11）、（4-12）為應力-應變曲線，從應力-應變曲線上可以清楚的看出第一組80%鐵尾礦砂、10%粉煤灰、10%、外加30%水制成的試件初始變形階段試件屬于初變形期，曲線較陡說明試件內(nèi)部存在大量的孔隙、裂隙，在這一階段試件內(nèi)部的孔隙與裂隙都被壓實，當試件應力達到的最大抗壓強度時為0.55MPa，試件表面出現(xiàn)裂紋，此時的應變僅為0.025可以看出粉煤灰的加入使試件早期抵抗變形的能力較差。隨著軸向應力的繼續(xù)加載時間裂紋繼續(xù)擴展交錯形成滑動面試件被壓壞，而壓壞后的試件仍具有一定的殘余抗壓強度，應力-應變曲線較為平緩的下降。第二組90%鐵尾礦、10%水泥、0%粉煤、外加30%水制成的試件彈性階段較陡試件的孔隙較第一組略多當達到最大抗壓強度約為0.3MPa時試件表面出現(xiàn)裂紋，可以看出第一組的早期強度大于第二組但抵抗變形的能力比第二組差。由此可見粉煤灰的加入使得試件的早期抗壓強度提升的優(yōu)勢不明顯。圖4-11第一組3d試件應力-應變關(guān)系曲線圖4-12第二組3d試件應力-應變關(guān)系曲線Fig.4-11Stress-straincurvesoftheFig.4-12Stress-straincurvesoffirstgroupofspecimensthesecondgroupofspecimensBDCAOBDCAO圖4-13同一養(yǎng)護期為3d的應力應變曲線Figure4-13Stress-straincurveforthesamecuringperiodof3d充填體受壓過程中，充填體內(nèi)部的應力-應變曲線能夠很好的反應充填體試件內(nèi)部承載能力的變化過程，通過應力-應變曲線的變化過程推斷出充填體破壞的變化規(guī)律。如圖（4-13），根據(jù)充填體強度設(shè)計，為了更加直觀的分析充填體在不同配比情況下的強度變化情況及影響規(guī)律，將兩種不同配比條件下同一養(yǎng)護期為3d的試件抗壓強度應力-應變曲線綜合分析。充填體初始變形階段（OA段），試件剛開始受壓正處于受力初期階段，由于試件內(nèi)部存在大量的孔隙、裂隙，在這一階段，試件內(nèi)部的孔隙、裂隙被壓實。由圖可以看出粉煤灰的加入使試件3d時的受力初期階段曲線上升明顯，說明試件內(nèi)的孔隙被壓實的較為明顯。充填體塑性屈服階段（BC段），B點為試件由彈性變形變?yōu)樗苄宰冃蔚霓D(zhuǎn)折點，即為屈服點，該點的應力為屈服應力。從圖中可以看出第一組的3d屈服強度大于第二組。變形破壞階段（CD段），試件在C點達到應力峰值，第一組試件峰值為0.55MPa，第二組試件達到0.3MPa。此時試件表面出現(xiàn)裂紋。當試件所承載的壓力達到峰值以后，試件的應力達到極限狀態(tài)，試件內(nèi)裂紋快速聯(lián)通發(fā)展，試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，隨著繼續(xù)加載，試件承載能力降低，到達一個穩(wěn)定值。由此可見粉煤灰的加入使得試件的早期抗壓強度提升的優(yōu)勢不明顯。2）養(yǎng)護期為7d抗壓強度圖4-14第一組試件養(yǎng)護3d抗壓強度圖4-15第二組試件養(yǎng)護3d抗壓強度Fig.4-14CompressivestrengthofthefirstFigure4-15Compressivestrengthofthesecondgroupofspecimensmaintainedfor3daysgroupofspecimensmaintainedfor3days如圖（4-14）、（4-15）為養(yǎng)護期7d的試件，由于時間養(yǎng)護7d，試件的強度較3d時有所提升，所以以速率0.5mm/min作單軸抗壓強度測試就足以看出試件受壓破壞規(guī)律。圖4-16第一組試件7d應力-應變關(guān)系曲線圖4-17第二組試件7d應力-應變關(guān)系曲線Fig.4-16Stress-straincurvesoftheFig.4-17Stress-straincurvesofthefirstgroupofspecimenssecondgroupofspecimens如圖（4-16）、（4-17）為試件7d時的應力-應變曲線，從應力-應變曲線上可以清楚的看出兩組的彈性階段相差不大，應力-應變曲線出現(xiàn)尖點可能是試件中有較大的顆?；蚩障抖斐傻膽鞋F(xiàn)象。隨著繼續(xù)增加荷載，第一組試件達到最大抗壓強度約為1MPa，第二組試件也達到最大抗壓強度約為0.55MPa，此時的應變達到0.06，第一組試件抵抗變形的能力有所提高。兩組試件表面都有裂紋出現(xiàn)。隨著繼續(xù)加載兩組試件表面裂紋聯(lián)通發(fā)展試件被壓壞。第一組試件被壓壞之后殘余抗壓強度為0.8MPa，第二組試件殘余抗壓強度為0.8MPa。由此看出養(yǎng)護期為7d時抗壓強度抗比3d抗壓強度有所提升。而且第一組的最大抗壓強度明顯大于第二組的最大抗壓強度可以推測第一組試件中的粉煤灰的火山灰活性開始激活，并發(fā)揮作用。圖4-18同一養(yǎng)護期為7d的應力應變曲線Figure4-18Stress-straincurveofthesamecuringperiodof7d如圖（4-18），根據(jù)充填體強度設(shè)計，為了更加直觀的分析充填體在不同配比情況下的強度變化情況及影響規(guī)律，將兩種不同配比同一養(yǎng)護期為3d的試件抗壓強度應力-應變曲線綜合分析。充填體初始變形階段（OA段），試件剛開始受壓正處于受力初期階段，由于試件內(nèi)部存在大量的孔隙、裂隙，在這一階段，試件內(nèi)部的孔隙、裂隙被壓實。由圖可以看出粉煤灰的加入使試件7d時的受力初期階段曲線與第二組大致相同。說明兩組試件經(jīng)過7d的養(yǎng)護被壓實過程一樣明顯。充填體塑性屈服階段（BC段），B點為試件由彈性變形變?yōu)樗苄宰冃蔚霓D(zhuǎn)折點，即為屈服點，該點的應力為屈服應力。從圖中可以看出第一組的7d屈服強度大于第二組。變形破壞階段（CD段），試件在C點達到應力峰值，第一組試件峰值為1MPa第二組試件達到0.55MPa。此時試件表面出現(xiàn)裂紋。當試件所承載的壓力達到峰值以后，試件的應力達到極限狀態(tài)，試件內(nèi)裂紋快速聯(lián)通發(fā)展，試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，隨著繼續(xù)加載，試件承載能力降低，到達一個穩(wěn)定值。由此可以看出經(jīng)過7d的養(yǎng)護粉煤灰的優(yōu)點開始有所展現(xiàn)3）養(yǎng)護期為14d抗壓強度圖4-19第一組試件養(yǎng)護14d抗壓強度圖4-20第一組試件養(yǎng)護14d抗壓強度Figure4-2014dcompressivestrengthofthefirstsetofspecimensFigure4-2014dcompressivestrengthofthefirstsetofspecimensofthefirstsetofspecimens如圖（4-19）、（4-20）所示為試件養(yǎng)護期為14d的抗壓強度測試。由于養(yǎng)護時間較長強度較大，所以以0.5mm/min的速率進行單軸抗壓強度測試就可以清楚的看出試件受壓破壞的規(guī)律。Figure4-21Stress-strainrelationshipofthefirstsetof14dspecimensFigure4-22Stress-strainrelationshipcurveofthesecondsetof14dspecimens圖4-21第一組試件14d應力-應變關(guān)系曲線圖4-22第二Figure4-21Stress-strainrelationshipofthefirstsetof14dspecimensFigure4-22Stress-strainrelationshipcurveofthesecondsetof14dspecimens如圖（4-21）、（4-22）為兩組不同配比下試件的單軸抗壓強度測試的應力-應變曲線，從兩組不同配比的應力-應變曲線上可以清楚的看出第一組80%鐵尾礦砂、10%粉煤灰、10%水泥外加30%水制成的試件彈性階段較為平緩可以看出經(jīng)過14d的養(yǎng)護試件內(nèi)部發(fā)生率激烈的水化反應使得試件強度變大更加密實，當應力達到最大抗壓強度2.55MPa時試件表面出現(xiàn)裂紋，隨著繼續(xù)加載裂紋聯(lián)通發(fā)展試件被壓壞但壓壞之后仍保持2MPa的殘余抗壓強度。第二組90%鐵尾礦、10%水泥、不加粉煤、外加30%水制成的試件隨著時間的推移試件內(nèi)部水化反應沒有第一組劇烈，試件的強度不及第一組，所以彈性階段比第一組略陡，當最大抗壓強度達到2MPa時試件出現(xiàn)裂紋，隨著繼續(xù)施加荷載裂紋聯(lián)通發(fā)展試件被壓壞后仍保持1.8MPa的殘余抗壓強度，粉煤灰的優(yōu)勢在養(yǎng)護期為14d時完全展現(xiàn)。兩組配合比下所制成的試件的14d最大抗壓強度都已經(jīng)可以滿足礦山的充填強度要求。圖4-23同一養(yǎng)護期為14d的應-力應變曲線Figure4-23Thestrain-forcestraincurvewiththesamecuringperiodof14d如圖（4-23），根據(jù)充填體強度設(shè)計，為了更加直觀的分析充填體在不同配比情況下的強度變化情況及影響規(guī)律，將兩種不同配