水泥活性系數(shù)在磁化水充填體中的應(yīng)用

劉光清

（湖南水口山有色金屬集團有限公司，湖南 衡陽 421513）

水泥活性系數(shù)在磁化水充填體中的應(yīng)用

劉光清

（湖南水口山有色金屬集團有限公司，湖南 衡陽 421513）

為確定某磁化水充填體的最佳磁化參數(shù)，利用兩種方法來確定其最佳磁化條件，一是采用水泥活性系數(shù)，二是通過測定不同條件下充填體最大單軸抗壓強度來確定，兩者得到的結(jié)果是一致的。使用水泥活性系數(shù)得到最佳參數(shù)的時間比方法二早了28 d，說明利用水泥活性系數(shù)能夠快速地得到磁化水的參數(shù)，提高了工作效率，可以廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。

水泥活性系數(shù)；磁化水；充填體；抗壓強度

由于環(huán)境保護越來越受到國家的重視，加上充填采礦法具有較低的貧化率和較高的回采率，能夠充分地利用現(xiàn)有資源，并且能夠控制地表的沉陷及控制地壓等特點［1］，充填采礦法得到越來越廣泛的應(yīng)用。充入采空區(qū)的充填體需要一定的強度，否則就沒有實際的價值，且強度越大越好。充填體的強度和水泥的含量、灰砂比、水的含量有關(guān)，一定條件下，水泥含量越高，充填體的強度越大，但是也增加了采礦的成本。在如何降低成本的情況下提高充填體的強度，這是一個值得探討的問題。磁化水在生活當(dāng)中的應(yīng)用非常廣泛，比如在礦山、醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)、化工、冶金等方面，國內(nèi)外很多的學(xué)者對磁化水混泥土進行過研究［2］。

在磁化水充填體方面，霍廣新［3］等對磁化水處理后的高水充填體的抗壓強度進行了研究，發(fā)現(xiàn)磁化水處理后的高水充填體強度比沒有經(jīng)過磁化水處理的高水充填體的抗壓強度高35%。王新明［4］等發(fā)現(xiàn)在一定磁化條件下，磁化水全尾砂漿體的黏度、屈服剪切應(yīng)力、沿程阻力損失都有一定程度的下降，特別是對于含硫高黏性的全尾砂來說優(yōu)勢更加明顯。在磁感應(yīng)強度B＝100～200 mT，水循環(huán)流速V＝1.4 ～2.0 m／s，磁化時間10～20 min時，經(jīng)過不同的養(yǎng)護天數(shù)，磁化水全尾砂的抗壓強度都有不同程度的改變，7 d后能提高19%～28%，14 d后提高17% ～25%，28 d后提高13% ～15%［5］。文獻［6］發(fā)現(xiàn)磁感應(yīng)強度為200 mT，水流速度0.3 m／s，經(jīng)磁化水處理后的建筑垃圾充填體的坍落度、稠度提升15%～20%，抗壓強度提升20%～30%，管道阻力損失減少27%。如果要得到最佳的磁化參數(shù)，需要測出經(jīng)過養(yǎng)護的充填體的抗壓強度，充填體的抗壓強度最大，則使充填體抗壓強度最大的磁化參數(shù)為最佳。這個過程需要很長的時間，文獻［7］認為磁化水改變了水泥的活性，證實水泥的活性系數(shù)與磁程長度呈現(xiàn)顯著相關(guān)，可以用水泥的活性來表示磁化效果，水泥活性越大，磁化效果越好。水泥活性與水流速度、磁化時間相關(guān)，與水泥的品種關(guān)系不大。這種方法大大地縮短了試驗過程，提到了工作效率。

1 均勻布點試驗

以某礦全尾砂為例，為獲得全尾砂的最佳磁化參數(shù)，首先考慮影響磁化水效果的因素，主要有磁場強度、磁化時間、水流速度等。按照均勻布點的理論［8］，設(shè)計試驗方案。磁場強度取值分別為 50 mT、100 mT、150 mT、200 mT、250 mT、300 mT。時間取值為5 min、10 min、15 min、20 min、25 min。水流速度為0.8 m／s、1.1 m／s、1.4 m／s、1.7 m／s、2.0 m／s、2.3 m／s。表1為均勻布點設(shè)計方案表，圖中的數(shù)字是各個取值從小到大排列，如1表示各個因子取值的最小值，x1代表磁場強度，x2代表磁化時間，x3代表水流速度。

表1 均勻設(shè)計方案表

本試驗采用直徑50mm×高 100mm圓柱形試模，在試模內(nèi)進行充填漿料的澆注，養(yǎng)護72 h后進行試件脫模，每做完一組編上組號與日期，并送恒溫、恒濕養(yǎng)護室繼續(xù)養(yǎng)護。養(yǎng)護28 d后測試充填體抗壓強度。試驗采用中國科學(xué)院武漢巖石力學(xué)研究所研制的RMT-150C巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)，充填體的單軸壓縮試驗分成30組試驗，每3個分為一組，共有90塊充填體。以最大充填體抗壓強度為目標，試驗得到的最佳參數(shù)磁感應(yīng)強度為200 mT，時間為20 min，水流速度為2 m／s。

2 水泥活性試驗

如圖1所示，將一薄層水泥均勻地鋪攤在水平放置的玻璃板上，用酸性滴定管分別滴入自來水和磁化水，相同時間間隔內(nèi)記錄水的濕潤面積［7，8］。

磁化水對水泥的活性應(yīng)該強于自來水，在相同的時間間隔內(nèi)，磁化水濕潤區(qū)域的面積應(yīng)該較自來水濕潤面積大。為定量描述磁化水對水泥的活性，引入公式（1）：

圖1 浸濕區(qū)域面積測量示意圖

式中：A為磁化水作用于某種水泥時浸濕的面積；A0為在相同時間內(nèi)自來水作用于某種水泥時浸濕的面積；Vgc為活化系數(shù)。如果Vgc大于0，說明磁化水的水泥活性強于自來水，反之則差，該數(shù)值越大越好，其值測量采用網(wǎng)格法。

3 試驗結(jié)果與分析

按照上述的均勻布點理論方法及設(shè)計方案，測試不同條件下的水泥活性系數(shù)，得到的結(jié)果見表2、表3。

表2 水泥活性系數(shù)試驗結(jié)果表

表3 單軸抗壓強度試驗結(jié)果表

從表2可以得到基于水泥活性系數(shù)的最佳磁化參數(shù)條件，這和基于充填體抗壓強度得到的磁化條件是相同的。通過兩者比較可以發(fā)現(xiàn)磁化水充填體強度與水泥活性系數(shù)成正相關(guān)，即水泥活性系數(shù)越大，磁化水充填體的抗壓強度也越大。圖2為磁化水單軸抗壓強度與水泥活性系數(shù)的關(guān)系。

圖2 充填體抗壓強度與磁化水水泥活性關(guān)系

通過對數(shù)據(jù)進行擬合，得到如下公式：

式中：y為磁化水充填體的單軸抗壓強度；x為水泥活性系數(shù)。

對此，分析其主要原因，首先因為水泥的水化只發(fā)生在水泥顆粒的表面，但是水泥表面的膠體膜會阻止水泥顆粒的充分水化，從而降低充填體的強度。但是被磁場磁化后的水（一定流速切割磁場線的水），使得原來是大分子的團分解成單個分子的水，這些單分子的水物理化學(xué)活性很強，滲透能力也很強，能夠滲入到水泥顆粒的內(nèi)部，讓水泥進行深度的水化。普通的水則相反，基本上單分子的水組合成大的分子團，極小數(shù)的單分子游離在水中，不能充分地浸入到水泥分子的內(nèi)部，使水泥充分水化，故不能夠提高充填體的強度［2］。水泥活性系數(shù)越大，表明磁化的效果越好，水中單分子數(shù)目越多，能充分使水泥水化，最終提高充填體的抗壓強度。

4 結(jié) 論

1.按照均勻布點的理論設(shè)計試驗方案，得到了最佳的磁化參數(shù)是磁場強度200 mT、時間為20 min、水流切割磁場線的速度是2 m／s，這和基于水泥活化系數(shù)得到參數(shù)是一致的，說明水泥活性系數(shù)能夠用于確定最佳的磁化水參數(shù)。

2.傳統(tǒng)的試驗方法確定最佳的磁化水充填體參數(shù)要28 d，本次試驗是測試28 d的充填體單軸抗壓，所以需要較長的時間，但是基于活化性系數(shù)的方法只需要較短的時間。

3.用均勻布點理論能夠確定最佳磁化條件，可以減少試驗次數(shù)，能夠方便地找出最佳磁化條件。

4.經(jīng)過一定條件磁化后的水用于攪拌充填體，能夠提高充填體的單軸抗壓強度，在另一方面相當(dāng)于能夠減少充填成本，具有實際價值。

［1］張海波，宋衛(wèi)東，許英霞.充填采礦技術(shù)應(yīng)用發(fā)展及存在問題研究［J］.黃金，2010，（1）：23-25.

［2］王立久，李慧芝.磁化水混凝土的研究現(xiàn)狀及進展［J］.建材技術(shù)與應(yīng)用，2007，（1）：13-16.

［3］霍廣新，張洪濤，胡全利，等.磁處理提高水充填材料凝膠體的抗壓強度［J］.東北大學(xué)學(xué)報，1996，（2）：163-166.

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［5］王新民，楊建，張欽禮.基于磁化水的建筑垃圾深井充填新技術(shù)［J］.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014，（6）：981-986.

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［8］熊瑞生，姚慶釗，易秋玲.磁化水對水泥活性影響的檢測［J］.信陽師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，（1）：113-115.

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Activity Coefficient of Cement in the Application of the Magnetized Water Filling Body

LIU Guang-qing
（Shuikoushan of Hunan Nonferrous Metals Group Co.，Ltd.，Hengyang 421513，China）

To determine optimum magnetized parameters of magnetized water filling body，using two methods to determine its optimum magnetization conditions，one is to use cement activity coefficient，the second is by measuring different filling body under the condition of maximum uniaxial compressive strength to determine.The results are consistent.Using cement activity coefficient to get the best parameters for 28 days earlier than method 2，which shows that using cement activation coefficient can quickly get the parameters of the magnetized water，improve the working efficiency.It can be widely used in practical production.

activity of cement coefficient；magnetized water；filling body；the compressive strength

TD352+.3

A

1003-5540（2015）06-0004-03

2015-09-16

劉光清（1990-），男，助理工程師，主要從事采礦工程與礦井通風(fēng)等方面的工作。