水泥-分级尾砂充填料浆的凝结性能.pdf

第6 0 卷第3 期 20 08 年8 月 有色金属 N O n f e r r o k t M e t a l s V 0 1 ．6 0 ．N o ．3 A u g u s t 2 00 8 水泥一分级尾砂充填料浆的凝结性能 邓代强1 ，姚中亮2 ，杨耀亮2 ，孟稳权3 1 ．北京科技大学土木与环境工程学院，北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ．长沙矿山研究院，长沙4 1 0 0 1 2 ；3 ．中南大学，长沙4 1 0 0 8 3 摘要通过凝结试验测定充填料浆的固结性质，分析凝结时间随浓度、配比变化的规律．推测实际采场中料浆硬化固结的 时间范围。为安全生产提供技术支持。结果表明．在一定浓度范围内干科中水泥掺量是影响科浆凝结性能的重要因素，浓度的影 响次之。当干料中水泥掺量和浓度不变时，细度对料浆凝结时间影响显著，即粒径大的分级尾砂比粒径小的全尾砂料浆凝结速度 快许多，但不同细度的尾砂对料浆凝结时间影响的程度也有差异。 关键词采矿工程；尾砂充填；凝结性能；细度 中图分类号T D 8 5 3 ．3 4 3文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 8 0 3 0 1 1 2 0 4 普通水泥的凝结性能受其细度、矿物成分、微量 元素、烧成方式、外加剂种类及添加量、温度、水灰比 等多种因素的影响，水泥一分级尾砂充填料浆的硬 化固结是水泥凝结的集中体现。水泥颗粒分散到分 级尾砂和水形成的混合物中，相当于受到稀释，其水 化反应也没有纯水泥浆那样剧烈和迅速，因而耗时 较长。若将分级尾砂质量固定而改变水泥的添加 量，即对于相同数量的分级尾砂颗粒，附着和包裹的 在其上的水泥颗粒数目存在差异，因而导致其凝结 性能的不同，这种差异会随着水泥颗粒数量的不断 增加而趋于显著。对于采用分级尾砂充填的矿山， 采场中料浆的状态对于生产和接续工作具有重大的 影响，尤其对于充填料浆经过充填挡墙的过程更为 重要，并且往往采用分层固结接续充填的方式进行。 为掌握不同浓度和灰砂比的充填料浆的凝结性能， 往往都从凝结试验着手【1 - 1 l | 。 1实验方法 I 。I 试验材料 分级尾砂试样来自于尾矿分级站，选矿厂的全 尾砂在浓密机消泡桶前被分为两部分，一部分进入 尾砂2 4 m 浓密机消泡桶，另一部分进入尾砂分级 站。尾砂分级采用两段分级，一段分级采用 夺3 5 0 m m 旋流器共1 6 台，二段分级采用中1 5 0 m m 旋 流器共3 2 台，旋流器工作压力为O ．0 8 ～0 ．1 2 M P a ， 收稿日期2 0 0 8 一0 3 0 7 作者简介邓代强 1 9 7 4 一 ．男，新疆石河子市人，工程师。博士生。 主要从事岩体力学和岩土工程等方面的研究。 试验用分级尾砂样是全尾砂样进行分级后沉砂样。 试验中测得分级尾砂密度为3 ．3 4 2 ，松散、密实 容重分别为1 ．6 8 7 和1 ．9 2 2t ／m 3 ，通过计算得出孔 隙率、孔隙比分别为4 2 ．4 9 ％和0 ．7 3 8 。根据分级尾 砂自然堆积状态，数次测定安息角，求得平均值为 3 9 ．5 。。由塔博方程式计算出分级尾砂d 6 0 ／d l o 4 d 6 0 和d 1 0 分别为1 0 和6 0 t L m 的颗粒含量 ，反映了 粗颗粒含量较高，对于本次取样的全尾砂，d ∞／d l o 4 反映了细颗粒含量较高，这与图1 中粒径分布 曲线所反映的情况一致。 1 0 0 捌I 眯 孟6 0 钿 鑫4 0 餐舯 0 f } ∥ 少一 二- 分级尾砂 - 全尾砂 } ／ ／ ， ／ ／ ／ ／ ／ ／ I g r 6 “ 垃径／i t m l ∞ 图1 尾砂粒径分布曲线 F i g ．1 P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o nc u r v eo ft a i l i n g s 1 ．2 试验仪器 为了解和掌握水泥一分级尾砂充填料浆的固结 性能，须对其进行凝结测试，所用仪器是纯水泥标准 稠度及凝结时间测定仪，即维卡仪。维卡仪根据 I S 0 9 5 9 7 1 9 8 9 规定制造，用于测试水泥标准稠度 用水量、凝结时间和游离氧化钙造成的体积安定性。 如图2 所示，仪器的主体为支架和底座连接而成，支 架上部加工有两个同心直径为1 2 m m 的光滑孔，保 证滑动部分在测试过程中能垂直下降。试验时应一 万方数据 第3 期邓代强等水泥．分级尾砂充填料浆的凝结性能1 1 3 次性将净浆装入圆模，振动数次后刮平，同时将圆模 周边的水泥尾砂净浆擦净，最后放人湿汽养护箱里 养护。使用前需将滑动部分注入少许润滑油，并检 查是否能够上下滑动。在最初测定的操作时应轻轻 扶持金属柱，使其徐徐下降，以防试针撞弯，但结果 以自由下落为准，在整个测试过程中，试针沉入的位 置至少要距试模内壁1 0 m m ，每次测试完毕，须将试 针擦净并将试模放回湿气养护箱，整个测试过程要 防止试模受振L 12 f 。 2 试验结果与分析 2 ．1 充填料浆凝结时间 水泥一分级尾砂充填料浆从加水拌和至料浆初 凝所需要的时间称为“初凝时间”，至料浆终凝所需 要的时间称为“终凝时间”，料浆的凝结程度和状态 随着时间的变化而变化，当达到初凝状态时浆体失 去流动性和部分可塑性，具有一定的初始强度。能抵 抗一定的外来压力，达到终凝则具有较高的强度和 能够承受较大的外力。充填料浆凝结时间的快慢直 接影响着料浆凝结硬化速度，矿山充填时，若料浆凝 结过快，则影响充填材料制备过程中的搅拌及输送。 增加了料浆制备难度，极易造成充填管路的堵塞。 若料浆充入采空区后，料浆不能及时泌水凝结，充填 料浆凝结耗时过长将导致采场充填周期延长，不利 于生产管理，并会对安全造成威胁。因而，充填料浆 的凝结试验对充填管理及及时掌握采场内部充填料 浆凝结状况具有现实意义。根据影响充填料浆凝结 的主要因素并结合生产实际，选取4 2 5 普通硅酸盐 水泥，设计灰砂比为1 4 ，1 6 ，1 8 ，1 1 2 ，1 1 6 ，浓度 为6 8 ％，7 2 ％，7 6 ％，共计1 5 组不同材料进行凝结 试验，各组凝结试验数据如表1 所示，试验测定如图 2 所示。 表1 凝结时间测定参数 T a b l e1P a r a m e t e r so fs e t t i n gt i m e 图2 维卡仪和初终凝时间测定装置 F i g ．2V i c a m a t i ci n s t r u m e n ta n ds e t t i n g t i m i n gm e a s u r e m e n td e v i c e 不同因素对料浆凝结性能影响见图3 ～图8 。 灰砂比比质量浓度对充填料浆的初凝时间、终凝时 间、初终凝时问差的影响要大得多。试验中看到，分 级尾砂料浆凝结硬化性能好，凝结较快，固结过程耗 时较短，试饼在相对较短的时间内就可以达到较高 的强度。所有试饼固结硬化较快，各浓度和灰砂比 的试饼终凝过程基本上均能够在2 4 h 以内完成，6 ～ 1 2 h 初步具有可塑形态，2 4 h 后试饼成型较好，其中 1 4 和1 6 的试饼手感最好、强度高，1 1 2 和1 1 6 各试饼固结硬化较快，形状规整，但手感硬度较低。 凝结试验结果表明，随着浓度的增大，料浆凝结速度 加快。随着灰砂比的增加，料浆凝结速度加快，灰砂 比比浓度对料浆凝结性能的影响要大得多。料浆脱 万方数据 1 1 4 有色金属第6 0 卷 水速度加快，凝结时间相应减少。相同可比条件下， 由于沉降和脱水过程缩短，分级尾砂比全尾砂料浆 凝结硬化速度得到一定程度的提高。 点 墨 墨 揲 犀 ．E 点 a 莒 摧 瓣 ；一 彦∥ ∥卅- , - 6 8 ％％一 簟；’” - - 7 6 ％ l 41 6l 8I 1 2 1 1 6 炙殄} 匕 图3 灰砂比对初凝时间的影响 F i g ．3 E f f e c to fc e m e n t ＆r a i l i n g sr a t i oo n p r i m a r ys e t t i n gt i m e 图4 浓度对初凝时间的影响 F i g ．4C o n s i s t e n c ye f f e c tt op r i m a r ys e t t i n gt i m e 彭多勿 勿多少 眵勿∥ 憾％。 戮 1 4l t i1 81 1 21 1 6 炙眇比 图S 灰砂比对终凝时间的影响 F i g ．5 E f f e c to fc e m e n t ＆t a i l ．sr a t i oO nf m a ls e t t i n gt i m e 2 ．2 水泥．分级尾砂充填料浆凝结性能 水泥一分级尾砂充填料浆的各种不同性质是多 因素作用的综合反映，充填物料的化学成分、密度、 容重、粒级组成和孔隙率等性能指标，对凝结过程都 有直接的影响，充填材料物化性质不同，导致其凝结 性能各异。充填料浆的凝结时间对充填挡墙的受力 及稳定具有决定性作用，充填料浆凝结时间短，可以 缩短矿体回采周期，保证充填挡墙的安全稳定。通 过凝结时间测定结果表1 可知，灰砂比1 4 时， 6 8 ％，7 2 ％，7 6 ％浓度的充填料浆终凝时间 即充填 体开始具有强度的时间 分别为1 2 ．3 ，1 1 ．6 ，1 1 ．2 h 。 灰砂比1 6 时，6 8 ％，7 2 ％，7 6 ％浓度的充填料浆终 凝时间分别为1 4 ．1 ，1 3 ．5 ，1 3 ．O h 。灰砂比1 8 时， 6 8 ％，7 2 ％，7 6 ％浓度的充填料浆终凝时间分别为 1 8 ．7 ，1 7 ．8 ，1 7 ．1 h 。灰砂比l 1 2 时，6 8 ％，7 2 ％， 7 6 ％浓度的充填料浆终凝时间分别为2 1 ．5 ，2 0 ．8 ， 2 0 ．4 h 。灰砂比1 1 6 时，6 8 ％，7 2 ％，7 6 ％浓度的充 填料浆终凝时间分别为2 3 ．8 ，2 3 ．1 ，2 2 ．6 h 。相同可 比条件下，分级尾砂凝结时间均比全尾砂料浆短，质 量浓度为6 8 ％，7 0 ％，7 2 ％的1 4 全尾砂料浆的终 凝时间分别为2 5 ．8 ，2 4 ．8 ，2 3 ．9 h 。质量浓度为 6 8 ％，7 0 ％，7 2 ％的1 6 全尾砂料浆的终凝时间分别 】鲫J I 钾I 口l 艄0 差9 6 0 墓7 2 0 躲 删 2 4 f l 0 4 一-一 6 _一 一 8 ． J 2 一 ● 1 6 ● -一 6 6 ％硝％7 1 ％7 2 吗7 4 ％7 6 ％7 8 ％ 重量浓度 图6 浓度对终凝时间的影响 F i g 。6C o n s i s t e n c ye f f e c tt Of i n a ls e t t i n gt i m e ．／ ／■二二r ／ 彳乏二r ／／ r厂 ．一。在 一7 6 ％一 l 4J 1 61 81 1 2I 1 6 灰砂比 图7 灰砂比对初终凝时间差的影响 F i g ．7 E f f e c to fc e m e n t ＆r a i l i n g sr a t i oo nd i f f e r e n c e b e t w e e np r i m a r y ＆f i n a ls e t t i n gt i m e ．兰 乓 制 量 莒 裂 嚣 毒 2 一＼ ；} 2 之之 、～． ．1 6 1 、 S 、＼ 1 图8 浓度对初终凝时间差的影响 F i g ．8 C o n s i s t e n c ye f f e c tt Od i f f e r e n c eb e t w e e n p r i m a r y ＆f i n a ls e t t i n gt i m e ㈣ 枷 舢 咖 仫 妻茔 绷 。 北瓢啊攫研耵甄● 删 碱 洲 删 | 垦 删 硝 。 万方数据 第3 期 邓代强等水泥一分级尾砂充填料浆的凝结性能 1 1 5 为3 4 ．6 ，3 3 ．8 ，3 2 ．9 h 。质量浓度为6 8 ％，7 0 ％，7 2 ％ 的1 8 全尾砂料浆的终凝时间分别为4 0 ．7 ，4 0 ．3 ， 4 0 ．0 h 。 3结语 水泥是影响水泥．分级尾砂充填料浆凝结性能 的核心因素，是料浆固结硬化作用的根本来源，水泥 掺量的增加对水泥一分级尾砂充填料浆的凝结时间 有明显的加快作用，凝结时间随着水泥掺量的增加 而缩短，在浓度较高的料浆中，这种现象更为显著。 尾砂的细度对水泥一尾砂充填料浆的凝结时间 参考文献 具有显著的影响，即相同条件下粒径大的分级尾砂比 粒径小的全尾砂料浆凝结速度快许多，特别是灰砂比 较大时，尾砂的细度对料浆的凝结时间的影响越大， 但不同细度尾砂对凝结时间影响的程度不同。 浓度较高的水泥一分级尾砂充填料浆的凝结时 间比较低浓度料浆的略短，适当的提高浓度可以缩 短凝结时间。灰砂比和浓度对初终凝时间差具有一 定的影响，即灰砂比越大初终凝时间差越小，浓度越 大初终凝时间差越小，从试验曲线可以看出，灰砂比 和浓度对初终凝时间差的影响基本相同。 [ 1 ] 邓代强，姚中亮，唐绍辉，等．充填体单轴压缩韧性性能试验研究[ J ] ．矿业研究与开发，2 0 0 5 ，2 5 5 2 6 3 0 ． [ 2 ] 黄克良．掺矿化剂对水泥凝结时间、安定性的影响[ J ] ．山东建材，1 9 9 9 ， 3 1 3 一1 4 ． [ 3 ] 李艳君，刘晓存，陈亚明．F e 2 C h 对阿利特一硫铝酸盐水泥性能影响的初步研究[ J ] ．建筑材料学报，2 0 0 0 ， 3 9 1 1 ． [ 4 ] 陈阳如，付德．硫铝酸盐水泥凝结性能的研究[ J ] ．江西建材，1 9 9 9 ， 1 2 0 2 3 ，2 7 ． [ 5 ] 吴海波，吴帆．改质磷石膏作水泥缓凝剂的试验[ J ] ．水泥，2 0 0 0 ， 8 4 6 ． [ 6 ] 蓝兴权，戴凤连，巫艺．水泥物理检验中操作对凝结时间和细度的影响[ J ] ．水泥，2 0 0 4 ， 6 3 5 3 8 ． [ 7 ] 冯培植，朱教群．不同粉磨系统对水泥凝结时间的影响[ J ] ．国外建材科技，1 9 9 7 ，1 8 3 6 3 6 7 ． [ 8 ] 赵铁军，王照图，王忠杰，等．高钙粉煤灰对混凝土凝结时间的影响[ J ] ．粉煤灰，1 9 9 8 ， 6 1 2 1 4 ． [ 9 ] B r o o k sJJ ，M e g a tJ o h a r iMA ，M a z l o o mM ．E f f e c to fa d m i x t u r e so nt h es e t t l i n gt i m e so fh i g h s t r e n g t hc o n c r e t e [ J ] ．C e m e n t ＆C o n c r e t eC o m p o s i t e s ，2 0 0 0 ， 2 2 2 9 3 3 0 1 ． [ 1 0 ] W a n gSD ，S c r i v e n e rKL ，P r a t tPL ．F a c t o r sa f f e c t i n gt h es t r e n g t ho fa l k a l i a c t i v a t e ds l a g [ J ] ．C e mC e n c rR e s ，1 9 9 4 ，2 4 6 1 0 3 3 1 0 4 3 ． [ 11 ] M a l o l e p s z yJ ．S o m ea s p e c t so f a l k a l ia c t i v a t e dc e m e m i t i o u sm a t e r i a l ss e t t i n ga n dh a r d e n i n g [ C ] ／／Y a n gN a r a - u ．P r o c e e d i n g so f 眦dI n t e r n a t i o r m lS y m p o s i u mo r ／C e m e n ta n dC o n c r e t e ．B e i j i n g T h eC h i n e s eS i l i c a t eS o c i e t y ，1 9 9 3 1 0 4 3 1 0 4 6 ． [ 1 2 ] 颜碧兰，江丽珍，刘宸，等．G B l 3 4 6 2 8 9 ‘水泥标准稠度用水量、凝结时同、安定性检验方法修订简介[ J ] ．施工技术， 2 0 0 1 。3 0 7 4 1 4 2 ． S e t t i n gP r o p e r t yo fC o n c r e t e - C l a s s e dT a i l i n g sB a c k f i l lS l u r r y D E N GD a i - q i a n 9 1 ，Y A OZ h o n g - l i a n 9 2 ，Y A N GY a o - l i a n 9 2 ，M E N GW e n q u a r t 3 1 ．C i v i la n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n gS c h o o l ，U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e i j i n g ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．C h a n g s h aI n s t i t u t eo fM i n i n gR e s e a r c h ，C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，C h i n a ；3 ．C e n t r a l , S o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t B yt e s t i n gt h es e t t i n gp e r f o r m a n c eo ft h eb a c k f i l ls l u r r y ，t h ec h a n g er u l e so fs e t t i n gt i m ef o l l o w i n gc o n c e n t r a t i o na n dr a t i oa r ea n a l y z e d ．a n dt h ea s s e m b l yt i m es c o p eo fb a c k f i l ls e t t i n ga f t e ri tf i l li nm i n e d o u ta r e ai sc a l c u l a t e di no r d e rf o re n s u r i n gs a f ep r o d u c t i o n ．T h er e s u l t ss h o wt h a ti nd e f i n i t ec o n c e n t r a t i o ns c o p et h ec e m e n t c o n t e n th a v ei m p o r t a n ti n f e c t i o nt Os e t t i n gp e r f o r m a n c eo ft h eb a c k f i l ls l u r r y ，a n dt h ea f f e c t i o no fc o n c e n t r a t i o n t Os e t t i n gp e r f o r m a n c ei sl e s st h a nt h a to fc e m e n tc o n t e n t ．W h i l ec o n c e n t r a t i o na n dc e m e n tc o n t e n ta r ei n v a r i - a b l e ，a f f e c t i o no ft a i l i n g sf i n e n e s st os e t t i n gp e r f o r m a n c ei sp r o m i n e n c e ，v i z ．t h es e t t i n gs p e e do fc l a s s e dt a i l i n g s s l u r r yi sh i g h e rt h a nt h a tt h ef u l lt a i l i n g s ，b u td i f f e r e n tt a i l i n g sf i n e n e s sa f f e c t i o ne x t e n tt os e t t i n gp e r f o r m a n c e a l s oh a v eo b v i o u sd i v e r s i t y ． K e y w o r d s m i n i n ge n g i n e e r i n g ；t a i l i n g sb a c k f i l l i n g ；s e t t i n gp e r f o r m a n c e ；f i n e n e s s 万方数据