海水條件下礦山充填萘系減水劑應(yīng)用試驗(yàn)*

張　浩　呂文生　王　昆

(1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院；2.金屬礦山高效開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

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海水條件下礦山充填萘系減水劑應(yīng)用試驗(yàn)*

張浩1,2呂文生1,2王昆1,2

(1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院；2.金屬礦山高效開(kāi)采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

摘要三山島金礦充填用水中含有較高濃度的、 Cl-、Mg(2+)，對(duì)充填體的單軸抗壓強(qiáng)度有一定的負(fù)面影響。通過(guò)檢測(cè)充填用水和分級(jí)尾砂的化學(xué)成分，分析了海水中硫酸鹽、鹵鹽、鎂鹽對(duì)充填體的破壞機(jī)理。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了充填料漿濃度70%，灰砂比1∶4、1∶6，萘系減水劑摻加量分別為0.3%、0.1%時(shí)對(duì)提高充填試塊的單軸抗壓強(qiáng)度有較大的改善作用，灰砂比越高、養(yǎng)護(hù)齡期越長(zhǎng)、充填試塊的單軸抗壓強(qiáng)度越大。試驗(yàn)結(jié)果表明：摻加萘系減水劑對(duì)提高海水條件下的充填體單軸抗壓強(qiáng)度有一定作用。

關(guān)鍵詞萘系減水劑分級(jí)尾砂灰砂比充填體單軸抗壓強(qiáng)度

外加劑是現(xiàn)代高性能混凝土的重要組成部分，在工程中應(yīng)用較廣泛[1-3]。外加劑具有品種多、摻量小等特點(diǎn)，在改善新拌混凝土和硬化混凝土性能方面具有重要作用[4-5]。對(duì)此，韓松等[6]等研究了萘系減水劑與水泥相容性的影響，王新民等[7]研究了減水劑在充填料漿中的作用，何廷樹(shù)等[8]研究了萘系減水劑對(duì)不同種類尾砂充填材料性能的影響，李茂輝等[9]研究了萘系減水劑對(duì)新型全尾砂充填膠凝材料強(qiáng)度的影響。有關(guān)萘系減水劑對(duì)全尾砂新型充填膠凝材料影響的研究成果豐碩，但針對(duì)萘系減水劑對(duì)鹽鹵水充填體強(qiáng)度影響的研究相對(duì)薄弱。為更好地調(diào)節(jié)三山島金礦鹽鹵水膠結(jié)充填體的強(qiáng)度、流動(dòng)性、凝結(jié)時(shí)間，本研究選用萘系高效減水劑，通過(guò)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證等手段研究萘系高效減水劑對(duì)鹽鹵水膠結(jié)充填體單軸抗壓強(qiáng)度的影響，進(jìn)而確定最佳的萘系高效減水劑添加量。

1海水成分對(duì)分級(jí)尾砂充填體的破壞機(jī)理

1.1硫酸鹽

2(3CaO·Al2O3·12H2O)+3(Na2SO4·10H2O)→

3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O+2Al(OH)3+6NaOH+6H2O

Ca(OH)2+Na2SO4·10H2O→CaSO4·2H2O+2NaOH+8H2O .

隨著侵蝕作用的加劇，生成的膨脹產(chǎn)物便會(huì)增多從而導(dǎo)致膨脹應(yīng)力加大，當(dāng)膨脹應(yīng)力增加至一定程度時(shí)會(huì)導(dǎo)致充填體膨脹開(kāi)裂，從而影響充填體強(qiáng)度。

1.2鹵鹽

鹵鹽破壞充填體的作用主要體現(xiàn)在氯化鈉與氫氧化鈣反應(yīng)生成松軟膨脹而無(wú)膠凝作用的氫氧化鎂，化學(xué)反應(yīng)式為

MgCl2+Ca(OH)2→CaCl2+Mg(OH)2.

另外，當(dāng)海水中鹵鹽濃度較高時(shí)，還會(huì)與氧化鈣反應(yīng)生成氯氧化鈣(3CaO·CaCl2·15H2O)結(jié)晶體，當(dāng)期累計(jì)較多時(shí)，便會(huì)像鈣礬石一樣使充填體膨脹，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致充填體開(kāi)裂。

1.3鎂鹽

Ca(OH)2+MgSO4+2H2O→

CaSO4·2H2O+Mg(OH)2.

生成的氫氧化鎂松軟膨脹，無(wú)膠凝作用，生成的二水石膏在充填體中繼續(xù)結(jié)晶膨脹。

2試驗(yàn)分析

2.1試驗(yàn)結(jié)果

三山島金礦現(xiàn)場(chǎng)膠結(jié)充填用鹽鹵水的離子成分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。該礦現(xiàn)場(chǎng)膠結(jié)充填用尾砂的粒度分析結(jié)果見(jiàn)表2。試驗(yàn)所用水泥為普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)42.5。萘系高效減水劑的最大特點(diǎn)是減水率高，與普通硅酸鹽水泥有較好的適應(yīng)性，減水率18%～25%。

表1離子成分檢測(cè)結(jié)果

mg/L

表2　分級(jí)尾砂粒度分析結(jié)果

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，目前三山島金礦采用全尾砂膠結(jié)充填的灰砂比為1∶4、1∶6、1∶10，充填料漿濃度控制在70%左右。為此，本研究選用灰砂比1∶4、1∶6、1∶10，料漿濃度70%，萘系減水劑參量0%、0.1%、0.3%、0.5%進(jìn)行試驗(yàn)。配置灰砂比為1∶4、1∶6、1∶10，濃度為70%的充填料時(shí)，使用JJ-5型行星式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌后，注入規(guī)格為7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm的三聯(lián)試模，常溫狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)24 h后脫模，脫模后放入溫度(20±1)℃、濕度95%的標(biāo)準(zhǔn)恒溫養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)。試塊3，7，28 d的單軸抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　充填試塊抗壓強(qiáng)度

由表3可知：灰砂比越高，充填試塊的單軸抗壓強(qiáng)度越大，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，充填試塊的單軸抗壓強(qiáng)度也不斷增加。當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到28 d時(shí)，灰砂比1∶4、萘系減水劑摻量0.3%的充填試塊的單軸抗壓強(qiáng)度最大(5.465 MPa)；灰砂比1∶6、萘系減水劑摻量0.1%的充填試塊單軸抗壓強(qiáng)度最大(2.11 MPa)。

一般來(lái)說(shuō)，充填體的單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.0～3.0 MPa即可滿足常規(guī)要求[8]。表3中灰砂比1∶4，萘系摻加量0.1%、0.3%，養(yǎng)護(hù)齡期3 d及灰砂比1∶4，任意萘系摻加量，養(yǎng)護(hù)齡期7，28 d與灰砂比1∶6，萘系摻加量0.1%，養(yǎng)護(hù)齡期28 d的充填試塊單軸抗壓強(qiáng)度均滿足要求。

2.2試驗(yàn)結(jié)果分析

不同萘系減水劑摻量(0%、0.1%、0.3%、0.5%)對(duì)灰砂比1∶4、1∶6、1∶10，充填料漿濃度70%的充填試塊單軸抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖1。

圖1　萘系減水劑摻量對(duì)不同灰砂比充填試塊單軸抗壓強(qiáng)度的影響

由圖1可知：灰砂比為1∶4、萘系減水劑摻量為0.3%時(shí)可有效提高養(yǎng)護(hù)3，7，28 d充填試塊的單軸抗壓強(qiáng)度；灰砂比為1∶6、萘系減水劑摻量為0.1%時(shí)對(duì)提高充填試塊的單軸抗壓強(qiáng)度效果明顯；對(duì)于灰砂比為1∶10的充填試塊，萘系減水劑摻量對(duì)養(yǎng)護(hù)3，7，28 d的充填試塊單軸抗壓強(qiáng)度的影響較小，只有在萘系減水劑為0.1%時(shí)對(duì)養(yǎng)護(hù)3，7，28 d的充填試塊單軸抗壓強(qiáng)度比不摻加萘系減水劑時(shí)略有提高。

3結(jié)論

(2)摻加萘系減水劑可在一定條件下提高充填體單軸抗壓強(qiáng)度，充填料漿濃度70%，灰砂比1∶4、1∶6，萘系摻加量分別為0.3%、0.1%時(shí)有助于提高充填體單軸抗壓強(qiáng)度。

(3)灰砂比越高、養(yǎng)護(hù)齡期越長(zhǎng)，充填試塊的單軸抗壓強(qiáng)度越大。對(duì)于不同萘系減水劑摻量，灰砂比為1∶4、1∶6、1∶10的充填試塊，在不同萘系減水劑摻量的條件下，其單軸抗壓強(qiáng)度均隨養(yǎng)護(hù)齡期的增加呈明顯的增大趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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Test of the Application of Naphthalene Superplasticizer in Mine Filling Under the Seawater Condition

Zhang Hao1,2Lu Wensheng1,2Wang Kun1,2

(1.School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing;2.Key Laboratory of the Ministry of Education of China for High-efficient Mining and Safety of Metal Mines)

AbstractThe high contents of 、 Cl-、Mg(2+) and other ingredients of the filling water has great negative influence on the uniaxial compressive strength of the filling body in Sanshandao gold mine.The chemical compositions of the filling water and classified tailings are tested,the destruction mechanism of the sulfate,halide sate and magnesium sate in seawater to filling body is analyzed.The test results show that the uniaxial compressive strength of the filling block can be improved effectively by using the filling slurry that the concentration is 70%,the cement-sand ratio are 1∶4、1∶6,the mixing contents of is naphthalene superplasticizer are 0.3%,0.1% respectively.Besides that,the higher the cement-sand ratio,the longer the curing age,the uniaxial compressive strength of filling block is greater.The test results further show that the adding naphthalene superplasticizer has a certain significance to improve the uniaxial compressive strength of the filling body under the seawater condition.

KeywordsNaphthalene superplasticizer, Classified tailings, Cement-sand ratio, Filling body, Uniaxial compressive strength

(收稿日期2016-01-07)

*“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2012BAB08B01)。

張浩(1990—)，男，碩士研究生，100083 北京市海淀區(qū)學(xué)院路30號(hào)。

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