膠結充填中粉煤灰替代水泥的比例研究

王正輝

(金川鎳鈷研究設計院, 甘肅金昌市 737100)

膠結充填中粉煤灰替代水泥的比例研究

王正輝

(金川鎳鈷研究設計院, 甘肅金昌市 737100)

闡述了在細砂膠結充填中,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量的影響,主要體現在延長其初凝時間和降低強度兩方面。根據充要條件原理,要滿足32.5級普通硅酸鹽水泥的各項技術指標,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標準的各項指標,粉煤灰替代水泥的最高比例不得超過9.59%。

膠結充填;粉煤灰;水泥;替代比例

熱電廠干粉煤灰既是一種工業廢料,也是一種具有火山灰特性的膠凝材料。研究膠結充填中粉煤灰替代水泥的合理比例,對粉煤灰的科學利用具有十分重要的指導意義。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,根據相關規范和技術標準,開展了膠結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量的影響數據和對充填體強度的影響數據,最后對試驗數據進行分析,獲得試驗結論。

1.1 粉煤灰及棒磨砂的性質

對試驗用粉煤灰、棒磨砂進行檢測,其物理性質、化學性質分別見表1～表4。

表1 粉煤灰及棒磨砂的物理性質

表2 粉煤灰及棒磨砂的化學性質

1.2 試驗參數設計

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標準對摻入不同量粉煤灰的水泥進行凝結時間、安定性檢驗和3d、28d膠砂強度進行檢驗。同時膠結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%,進行各齡期膠結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 試驗配合比設計

2 試驗數據的分析

按照GB/T1346-2001標準對添加粉煤灰的水泥進行實驗,獲得的數據見表6。

表6 水泥摻入5%～40%粉煤灰后的質量變化

按《金川集團有限公司充填技術標準》對添加粉煤灰的水泥進行充填砂漿強度試驗,獲得的數據見表7。

表7 粉煤灰替代水泥5%～40%后砂漿不同齡期強度數據

對表6、表7中的數據進行趨勢分析,獲得各種關系曲線(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抗壓強度的關系

3 試驗結論

根據回歸公式,按照GB/T1346-2001和《金川集團有限公司充填技術標準》,對滿足不同條件的水泥技術指標和充填體強度指標的粉煤灰替代水泥的比例進行計算,根據計算結果可以總結出以下試驗結論:

(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重,對充填體的后期強度影響不嚴重。

(5)當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)根據充要條件原理,要滿足32.5級普通硅酸鹽水泥的各項技術指標,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標準的各項指標,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研究工作,Emali:abkj@vip.sina.com。