新型氟石膏基充填材料性能及水化机理研究

目的针对矿山充填材料成本高,工业固废堆积占地等问题,研制了一种含工业固废的新型矿山充填材料。方法用氟石膏和粉煤灰代替水泥作为胶凝材料,通过正交实验法探究氟石膏基充填材料的最优配比,并对其力学特性、水化产物、水化作用机理和微观结构进行研究。结果结果表明,最优配比材料充填体的1,7,28 d强度分别可以达到1.41,4.11,6.47 MPa,可满足矿山充填基本要求;膏体坍落度、扩散度、泌水率分别为22.7 cm,42.6 cm,2.58%,膏体流动性较好,便于运输。氟石膏含量、粉煤灰含量和浆料浓度为材料配比中的3个变量因素,其中对充填体1 d强度影响最大的因素为浆料浓度,对充填体7,28 d强度和泌水率影响最大的因素为粉煤灰含量,对膏体坍落度和扩散度影响最大的因素为氟石膏含量。充填体的单轴破坏形式为剪切破坏,破坏后内聚力和内摩擦角分别为2.02 MPa,32.6°。水化产物包含钙矾石、二水硫酸钙和水化硅酸钙凝胶,水化过程中氟石膏固结体由无水相转化为二水相,其中钙矾石和水化硅酸钙凝胶的增多会形成致密结构,有利于提升充填体抗压强度。结论用氟石膏和粉煤灰替代水泥制备的充填材料具备可行性,且成本较低,固废用量占比90%以上,有显著的经济效益,应用前景广阔。

石膏基充填材料的改性研究

在分析煤矿高浓度充填材料的基础上,通过掺入粉煤灰、矿粉和煅烧高岭土等矿物掺合料,研究石膏基充填材料的力学性能、耐水性能和收缩性能。试验结果表明,粉煤灰、矿粉和煅烧高岭土等矿物掺合料均能提高石膏基充填材料的强度和耐水强度,在矿粉为30%时,石膏基充填材料具有最高的28 d强度和耐水强度,为12.43 MPa和9.41 MPa。