全尾砂膠凝材料激發(fā)劑配比試驗(yàn)研究

0新型膠凝材料激發(fā)劑配比確定在傳統(tǒng)的填充法中，水泥被用作粘合劑。一方面,由于全尾砂中含有大量細(xì)泥,采用水泥作為膠結(jié)劑的全尾砂膠結(jié)充填體強(qiáng)度低;另一方面,水泥成本較高,從而使鐵礦充填法開(kāi)采的采礦經(jīng)濟(jì)效益面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。所以,大部分礦山采用分級(jí)尾砂或與其他充填料混合充填。但這又增加了充填工藝處理細(xì)泥的困難。因此,開(kāi)展低成本和高強(qiáng)度的適應(yīng)鐵礦全尾砂充填料的新型膠凝材料的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用顯得至關(guān)重要。大量試驗(yàn)研究表明,基于水淬渣開(kāi)發(fā)的新型膠凝材料不僅適應(yīng)含泥量較高的充填材料,而且能夠提高充填體強(qiáng)度,降低水灰比,提高經(jīng)濟(jì)效益。而新型充填膠凝材料的全尾砂充填體強(qiáng)度取決于膠凝材料激發(fā)劑的種類(lèi)和配比。本文根據(jù)司家營(yíng)鐵礦采用的嗣后充填采礦法對(duì)28d充填體強(qiáng)度的要求,以司家營(yíng)鐵礦全尾砂作為充填料,采用石膏和石灰作為主要激發(fā)劑,進(jìn)行不同配比的全尾砂充填料的膠砂試驗(yàn),并與水泥進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上,對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,并利用DPS數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)建立28d強(qiáng)度與激發(fā)劑配比的回歸方程,確定了新型膠凝材料激發(fā)劑的最優(yōu)配方。試驗(yàn)表明,采用該激發(fā)劑配方方案,與32.5水泥膠凝材料相比,膠砂比是1:5和1:8的28d的新型膠凝材料的充填體強(qiáng)度,分別是水泥材料的5倍和8倍左右。1測(cè)試1.1s95級(jí)礦渣、唐山陡河電廠的石膏、因地制宜的二水脫硫石膏、唐山陡河電廠的全尾砂本次試驗(yàn)主要材料有唐山唐龍新型建材有限公司的S95級(jí)礦渣微粉、唐山陡河電廠的二水脫硫石膏、灤縣當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的普通建筑石灰、冀東水泥以及司家營(yíng)鐵礦全尾砂。所用材料的粒徑分析結(jié)果如表1所示。1.2水泥膠砂試驗(yàn)裝置、養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)研究由于此次試驗(yàn)的目的在于尋求激發(fā)劑的最佳配比,考慮到砂漿濃度和灰砂比對(duì)其材料的配比選擇影響不大,所以在此確定試驗(yàn)的膠砂比為1:5和1:8兩種,在砂漿濃度為68%的條件下,進(jìn)行不同激發(fā)劑配比的膠砂試驗(yàn)研究。試驗(yàn)按照國(guó)標(biāo)GB177—1985《水泥膠砂試驗(yàn)方法》進(jìn)行,使用水泥膠砂攪拌機(jī),將膠凝材料、水、全尾砂攪拌180s制成膠砂,將其倒入7.07cm×7.07cm×7.07cm三聯(lián)試模中;然后立即用水泥膠砂試體成型振實(shí)臺(tái)進(jìn)行振實(shí)成型,將做好編號(hào)的三聯(lián)試模放入溫度為(20±1)℃,濕度≥90%的標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)48h,再進(jìn)行脫模、編號(hào);然后繼續(xù)放養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù),直至達(dá)到養(yǎng)護(hù)期齡;最后參照GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》,在SANS數(shù)顯固定位移壓力機(jī)上分別測(cè)試試塊3d、7d、28d的單軸抗壓強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。1.3試驗(yàn)結(jié)果此次共進(jìn)行56組試驗(yàn),選擇強(qiáng)度較高的前10組試驗(yàn)方案進(jìn)行分析(見(jiàn)表2)。2試驗(yàn)結(jié)果的分析2.1單軸抗壓強(qiáng)度根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析,表3分別給出了膠砂比為1:5和1:8條件下新型膠凝材料前十組最優(yōu)配比方案平均強(qiáng)度值、水泥強(qiáng)度值以及兩者的比值。以上試驗(yàn)結(jié)果表明,膠砂比為1:5的試驗(yàn)方案中的最優(yōu)配方,28d的單軸抗壓強(qiáng)度最高達(dá)到7.24MPa,10組方案的3d、7d和28d的平均值分別是水泥的5倍左右,而膠砂比為1:8的試驗(yàn)方案中的最優(yōu)配方,28d的單軸抗壓強(qiáng)度最大達(dá)到3.38MPa;10組方案的3d、7d和28d的平均值分別達(dá)到水泥的6倍左右。顯然,與水泥膠凝材料相比,以石膏、石灰為主要激發(fā)劑基于水淬渣開(kāi)發(fā)的新型膠凝材料更適合含泥量較大的司家營(yíng)全尾砂。2.2充填體配方優(yōu)化試驗(yàn)圖1分別給出了膠砂比為1:5和1:8新型膠凝材料10組膠砂試驗(yàn)配方中激發(fā)劑材料百分含量與28d強(qiáng)度的關(guān)系。圖2分別給出了兩種變化規(guī)律下充填體的平均強(qiáng)度值。(1)由圖1可見(jiàn)配方中的激發(fā)劑材料含量,無(wú)論是1:5還是1:8的膠砂比,激發(fā)劑材料水泥、石灰、石膏遵循小、小、大和小、大、小兩種變化規(guī)律。(2)對(duì)于1:5的膠砂比,10組優(yōu)化方案,其中有7組的材料配方遵循小小大規(guī)律,3組遵循小大小規(guī)律。由圖2可知7組小小大的優(yōu)化配方的3d和28d的單軸抗壓強(qiáng)度均優(yōu)于小大小的優(yōu)化配方方案,但7d的強(qiáng)度略小。對(duì)于1:8的膠砂比試驗(yàn)方案也顯示出十分相似的變化規(guī)律。(3)綜合上述分析結(jié)果可見(jiàn),激發(fā)劑材料水泥、石灰、石膏配方按照小小大的配方,所獲得的膠砂充填體強(qiáng)度較好,從而獲得了司家營(yíng)鐵礦全尾砂新型膠凝材料的配方取值范圍。水泥、石灰、石膏的取值范圍分別為:2.3dps數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證針對(duì)司家營(yíng)鐵礦嗣后開(kāi)采對(duì)充填體28d強(qiáng)度值的要求,利用DPS數(shù)據(jù)優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)1:8膠砂比28d強(qiáng)度值進(jìn)行回歸分析,建立強(qiáng)度值與激發(fā)劑配比的回歸方程,水泥、石灰、石膏含量分別用X1、X2、X3表示?；貧w方程:相關(guān)系數(shù):R=0.963504最優(yōu)結(jié)果:X1=6.0%;X2=3.1%;X3=16.0%;Y=3.684根據(jù)預(yù)期的最優(yōu)配方分別按照膠砂比為1:5和1:8做了2組驗(yàn)證性試驗(yàn),測(cè)得28d強(qiáng)度值分別為7.238MPa和3.355MPa,1:8膠砂比充填體強(qiáng)度值與回歸結(jié)果的相對(duì)誤差為8.9%,結(jié)果在誤差允許的范圍,因此通過(guò)DPS數(shù)據(jù)處理軟件建立的回歸方程是可靠的。因此確定=6.0%、石灰=3.1%、石膏=16.0%和礦渣=74.9%為激發(fā)劑最優(yōu)配方,兩種膠砂比充填體28d強(qiáng)度值分別達(dá)到同齡期水泥的5倍和8倍左右。3激發(fā)劑為復(fù)合泥量開(kāi)尾砂新型膠凝材料配方(1)無(wú)論膠砂比是1:5還是1:8的新型膠凝材料,56組試驗(yàn)前10組最優(yōu)配比方案3d、7d、28d的平均強(qiáng)度值,均達(dá)到了同膠砂比同濃度下水泥膠凝材料強(qiáng)度值的6倍左右,說(shuō)明本研究以石膏、石灰為主要激發(fā)劑基于水淬渣開(kāi)發(fā)的新型膠凝材料更適合含泥量較大的司家營(yíng)全尾砂。(2)膠砂試驗(yàn)配方中的激發(fā)劑材料含量,無(wú)論是1:5還是1:8的膠砂比,激發(fā)劑材料水泥、石灰、石膏遵循小、小、大和小、大、小兩種變化規(guī)律,且按照小小大的配方,所獲得的膠砂充填體強(qiáng)度較好。(3)綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,確定了滿(mǎn)足司家營(yíng)鐵礦階段嗣后充填法開(kāi)采全尾砂充填體強(qiáng)度的新型膠凝