膠結(jié)充填中粉煤灰替代水泥的比例研究

王正輝

(金川鎳鈷研究設(shè)計院, 甘肅金昌市 737100)

膠結(jié)充填中粉煤灰替代水泥的比例研究

王正輝

(金川鎳鈷研究設(shè)計院, 甘肅金昌市 737100)

闡述了在細(xì)砂膠結(jié)充填中,確定粉煤灰替代水泥合理比例的研究過程。研究表明:粉煤灰對水泥性能及充填質(zhì)量的影響,主要體現(xiàn)在延長其初凝時間和降低強度兩方面。根據(jù)充要條件原理,要滿足32.5級普通硅酸鹽水泥的各項技術(shù)指標(biāo),粉煤灰替代水泥的最高比例不得超過21.9%;要滿足金川礦山充填體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的各項指標(biāo),粉煤灰替代水泥的最高比例不得超過9.59%。

膠結(jié)充填;粉煤灰;水泥;替代比例

熱電廠干粉煤灰既是一種工業(yè)廢料,也是一種具有火山灰特性的膠凝材料。研究膠結(jié)充填中粉煤灰替代水泥的合理比例,對粉煤灰的科學(xué)利用具有十分重要的指導(dǎo)意義。為此,選用熱電廠干粉煤灰、32.5級普通硅酸鹽水泥和棒磨砂,根據(jù)相關(guān)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),開展了膠結(jié)充填中粉煤灰替代水泥的合理比例研究。

1 試驗材料及方案

選用甘肅金昌地區(qū)的熱電廠粉煤灰、32.5級普通硅酸鹽水泥、棒磨砂做試驗材料。粉煤灰替代水泥比例試驗從5%開始,每次增加5個百分點,直到替代40%水泥,獲得不同替代比例粉煤灰對水泥質(zhì)量的影響數(shù)據(jù)和對充填體強度的影響數(shù)據(jù),最后對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,獲得試驗結(jié)論。

1.1 粉煤灰及棒磨砂的性質(zhì)

對試驗用粉煤灰、棒磨砂進(jìn)行檢測,其物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)分別見表1～表4。

表1 粉煤灰及棒磨砂的物理性質(zhì)

表2 粉煤灰及棒磨砂的化學(xué)性質(zhì)

1.2 試驗參數(shù)設(shè)計

選用32.5級普通硅酸鹽水泥,粉煤灰替代水泥的比例從5%遞增到40%,按GB/T1346-2001標(biāo)準(zhǔn)對摻入不同量粉煤灰的水泥進(jìn)行凝結(jié)時間、安定性檢驗和3d、28d膠砂強度進(jìn)行檢驗。同時膠結(jié)充填砂漿的重量濃度按77%、水泥消耗量按310 kg/m3、粉煤灰替代水泥的比例從5%遞增到40%,進(jìn)行各齡期膠結(jié)充填砂漿的強度試驗。試驗配合比見表5。

表3 粉煤灰的粒度組成

表4 棒磨砂的粒度組成

表5 試驗配合比設(shè)計

2 試驗數(shù)據(jù)的分析

按照GB/T1346-2001標(biāo)準(zhǔn)對添加粉煤灰的水泥進(jìn)行實驗,獲得的數(shù)據(jù)見表6。

表6 水泥摻入5%～40%粉煤灰后的質(zhì)量變化

按《金川集團有限公司充填技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對添加粉煤灰的水泥進(jìn)行充填砂漿強度試驗,獲得的數(shù)據(jù)見表7。

表7 粉煤灰替代水泥5%～40%后砂漿不同齡期強度數(shù)據(jù)

對表6、表7中的數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢分析,獲得各種關(guān)系曲線(見圖1～圖3)。

圖1 32.5級水泥在不同粉煤灰摻量條件下的初凝時間、終凝時間與3d抗折強度

圖2 32.5級水泥在不同粉煤灰摻量條件下的28d抗折強度、3d抗壓強度與28d抗壓強度

圖3 粉煤灰替代水泥的比例與充填體3d抗壓強度、7d抗壓強度、28d抗壓強度的關(guān)系

3 試驗結(jié)論

根據(jù)回歸公式,按照GB/T1346-2001和《金川集團有限公司充填技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》,對滿足不同條件的水泥技術(shù)指標(biāo)和充填體強度指標(biāo)的粉煤灰替代水泥的比例進(jìn)行計算,根據(jù)計算結(jié)果可以總結(jié)出以下試驗結(jié)論:

(1)在32.5級普通硅酸鹽水泥中,粉煤灰的替代比例為5%～40%時,其安定性、初凝時間、終凝時間合格,但凝結(jié)時間隨粉煤灰摻量的增加而延長,其初凝時間比未摻粉煤灰時延長了13.3%～99.1%,終凝時間比未摻粉煤灰時延長了1.64%～41.0%。

(2)當(dāng)粉煤灰的替代比例超過27.43%時,水泥的3d抗折強度不合格;當(dāng)粉煤灰的替代比例超過47.51%時,水泥的28d抗折強度不合格。

(3)當(dāng)粉煤灰的替代比例超過31.51%時,水泥的3d抗壓強度不合格;當(dāng)粉煤灰的替代比例超過21.9%時,水泥的28d抗壓強度不合格。

(4)在粉煤灰替代水泥的比例從5%逐次增加到40%的過程中,充填體的3d、7d和28d抗壓強度均呈遞減趨勢,其中3d強度趨勢變化最為激烈,而7d和28d強度變化趨勢比較緩和,說明粉煤灰對充填體的早期強度影響嚴(yán)重,對充填體的后期強度影響不嚴(yán)重。

(5)當(dāng)粉煤灰的替代比例超過9.59%時,充填體的3d抗壓強度不合格;當(dāng)粉煤灰的替代比例超過25.54%時,充填體的7d抗壓強度不合格;當(dāng)粉煤灰的替代比例超過18.28%時,充填體的28d抗壓強度不合格。

(6)根據(jù)充要條件原理,要滿足32.5級普通硅酸鹽水泥的各項技術(shù)指標(biāo),粉煤灰替代水泥的最高比例不得超過21.9%;要滿足金川集團有限公司礦山充填體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的各項指標(biāo),粉煤灰替代水泥的最高比例不得超過9.59%。

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2010-03-20)

王正輝(1966-),四川瀘州人,高級工程師,長期從事充填采礦技術(shù)研究工作,Emali:abkj@vip.sina.com。