粉煤灰基可控低强度充填材料制备及其性能研究

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1、２０１５年第１２期（总第１６５期）江西建材试验研究粉煤灰基可控低强度充填材料制备及其性能研究殷景阁李端乐陈雷郑大鹏任才富崔勇王栋民（中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院＆混凝土与环境材料研究所北京１０００８３）摘要：可控低强度材料是替代传统充填材料改善充填效率及成本的有效途径之一。本文以粉煤灰为原料制备可控低强度材料，并研究不同掺量粉煤灰对可控低强度的工作性和力学性能的影响。研究结果表明：当粉煤灰粉煤灰掺量１∶２（６７％）时，可控低强度材料的坍落度和扩展度分别高达２４０ｍｍ和５９０ｍｍ；泌水率低至６．９％；凝结时间为８ｈ；其３ｄ、７ｄ、２８ｄ的强度分别高至１．３、２．８

2、、４．５ＭＰａ。综合成本考虑，１∶２粉煤灰掺量制备的可控低强度材料的性能最佳。关键词：可控低强度材料；粉煤灰；高流动性；低强度用粉煤灰等大宗固体废弃物的有效途径之一，实现１引言［１］工业废弃物的资源化利用。本文主要以粉煤灰为充填开采是煤矿绿色开采技术体系的主要内容原料制备ＣＬＳＭ，并对其工作性及力学性能进行相应之一，但传统的充填开采方法，受充填系统、充填效的研究。率和充填成本的制约，未能得到大规模工程应用。２实验原料及方法而可控低强度材料（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＬｏｗＳｔｒｅｎｇｔｈＭａｔｅｒｉａｌ，ＣＬＳＭ）是取代传统充填开采材料的有效途径之一。２．１实验原料ＣＬＳＭ是一

3、种主要用于替代夯实填土回填的自密实２．１．１水泥水泥质材料。因其高流动性、自密实、自流平及低强本论文所用水泥为山西省孝义市水泥厂生产的度的特性被广泛应用于矿井充填、路基回填及管道普通硅酸盐４２．５型水泥，化学成分如表２．１所示，矿填充等回填工程，是替代砂石或土壤等传统回填材物组成如表２．２所示，物理性能如２．３所示，ＸＲＤ如料的有效途径之一。ＣＬＳＭ不仅可解决传统回填材图２．１所示。料填充不密实或存在结构死角等问题，也是大量利２１９２０１５年第１２期（总第１６５期）江西建材试验研究表２．１水泥的化学组成，ｗｔ％ＣａＯＳｉＯ２ＡＩ２Ｏ３ＭｇＯＦｅ２Ｏ３ＴｉＯ２ＳＯ３Ｌｏｓｓ

4、ＴｏｔａＩ５９．６５２０．２０７．８３３．４１３．４６０．４０２．２５１．６５９９．８５表２．２水泥矿物组成，ｗｔ％Ｃ３ＳＣ２ＳＣ３ＡＣ４ＡＦＲ２Ｏ总计４７．０６２３．１９８．８７１０．４６０．７６９０．３４表２．３水泥的主要物理性能凝结时间（ｍｉｎ）抗压强度（ＭＰａ）抗折强度（ＭＰａ）标准稠度用水量细度（％）初凝终凝３ｄ２８ｄ３ｄ２８ｄ（％）２３０３８０２２．８４９．４４．９８．８２．３２４．９图２．１粉煤灰的粒径分布２．１．２粉煤灰生产的粉煤灰，化学成分如表２．４所示，粒径分布如本论文所用粉煤灰为汾西矿业（集团）下属电厂图２．２所示，能谱分析如图２．３所示。表２．４粉

5、煤灰的化学组成，ｗｔ％ＡＩ２Ｏ３ＳｉＯ２ＳＯ３Ｋ２ＯＣａＯＴｉＯ２Ｆｅ２Ｏ３ＬｏｓｓＴｏｔａＩ２６．７３４７．３９０．５５１．１７１．５４１．６３４．５１１６．１７９９．３９２．１．３煤矸石７５ｍｍ的颗粒含量仅占３０．６％，而在＜４．７５ｍｍ的破本实验所用煤矸石为汾西矿业（集团）新阳矿矸碎煤矸石中，粒径＜０．１５ｍｍ的颗粒含量高达１０．石山的原状矸石，经过二级鄂式破碎机制，被破碎成１％。煤矸石的筛分实验及结果如表２．５、表２．６所为最大粒径＜１５ｍｍ的矸石颗粒。对破碎后的煤矸示。石进行了筛分分析，发现破碎后的煤矸石中＞４．２２０２０１５年第１２期（总第１６５期）江西建材试

6、验研究图２．２粉煤灰的能谱分析图图２．３煤矸石的能谱分析图表２．５煤矸石的筛分分析表标号样品／ｋｇ筛径／ｍｍ筛余质量／ｋｇ筛余／％筛余均值／％１５．００４．７５１．３４２６．８２５．００４．７５１．８２３６．４３５．００４．７５１．５３３０．６３０．６４５．００４．７５１．４４２８．８５５．００４．７５１．５２３０．４表２．６煤矸石砂的筛分分析表筛径／ｍｍ名称总计细度模数４．７５２．３６１．１８０．６００．３００．１５筛底筛余质量／ｇ０．００１５９．１０１０８．００８０．３０６６．４７３１．６６５３．９０４９９．４３３．３８累计筛余／％０．００３１．８６５３．４８６９．５

7、６８２．８７８９．２１１０．７９３３７．７７筛余质量／ｇ０．００１５７．４６１１７．５７８１．５８６６．６７３０．２０４５．９９４９９．４７３．４３累计筛余／％０．００３１．５３５５．０６７１．４０８４．７５９０．７９９．２１３４２．７３筛余质量／ｇ０．００１４６．６８１０７．３０８３．３９６９．６５３４．２５５２．０８４９３．３５３．３２累计筛余／％０．００２９．７３５１．４８６８．３８８２．５０８９．４４１０．５６３３２．１０筛余质量／ｇ０．００１６１．１３１０８．９７７８．０５６５．６４３２．９４５１．６５４９８．３８３