胶结充填中粉煤灰替代水泥的比例研究

王正辉

(金川镍钴研究设计院, 甘肃金昌市 737100)

胶结充填中粉煤灰替代水泥的比例研究

王正辉

(金川镍钴研究设计院, 甘肃金昌市 737100)

阐述了在细砂胶结充填中,确定粉煤灰替代水泥合理比例的研究过程。研究表明:粉煤灰对水泥性能及充填质量的影响,主要体现在延长其初凝时间和降低强度两方面。根据充要条件原理,要满足32.5级普通硅酸盐水泥的各项技术指标,粉煤灰替代水泥的最高比例不得超过21.9%;要满足金川矿山充填体技术标准的各项指标,粉煤灰替代水泥的最高比例不得超过9.59%。

胶结充填;粉煤灰;水泥;替代比例

热电厂干粉煤灰既是一种工业废料,也是一种具有火山灰特性的胶凝材料。研究胶结充填中粉煤灰替代水泥的合理比例,对粉煤灰的科学利用具有十分重要的指导意义。为此,选用热电厂干粉煤灰、32.5级普通硅酸盐水泥和棒磨砂,根据相关规范和技术标准,开展了胶结充填中粉煤灰替代水泥的合理比例研究。

1 试验材料及方案

选用甘肃金昌地区的热电厂粉煤灰、32.5级普通硅酸盐水泥、棒磨砂做试验材料。粉煤灰替代水泥比例试验从5%开始,每次增加5个百分点,直到替代40%水泥,获得不同替代比例粉煤灰对水泥质量的影响数据和对充填体强度的影响数据,最后对试验数据进行分析,获得试验结论。

1.1 粉煤灰及棒磨砂的性质

对试验用粉煤灰、棒磨砂进行检测,其物理性质、化学性质分别见表1～表4。

表1 粉煤灰及棒磨砂的物理性质

表2 粉煤灰及棒磨砂的化学性质

1.2 试验参数设计

选用32.5级普通硅酸盐水泥,粉煤灰替代水泥的比例从5%递增到40%,按GB/T1346-2001标准对掺入不同量粉煤灰的水泥进行凝结时间、安定性检验和3d、28d胶砂强度进行检验。同时胶结充填砂浆的重量浓度按77%、水泥消耗量按310 kg/m3、粉煤灰替代水泥的比例从5%递增到40%,进行各龄期胶结充填砂浆的强度试验。试验配合比见表5。

表3 粉煤灰的粒度组成

表4 棒磨砂的粒度组成

表5 试验配合比设计

2 试验数据的分析

按照GB/T1346-2001标准对添加粉煤灰的水泥进行实验,获得的数据见表6。

表6 水泥掺入5%～40%粉煤灰后的质量变化

按《金川集团有限公司充填技术标准》对添加粉煤灰的水泥进行充填砂浆强度试验,获得的数据见表7。

表7 粉煤灰替代水泥5%～40%后砂浆不同龄期强度数据

对表6、表7中的数据进行趋势分析,获得各种关系曲线(见图1～图3)。

图1 32.5级水泥在不同粉煤灰掺量条件下的初凝时间、终凝时间与3d抗折强度

图2 32.5级水泥在不同粉煤灰掺量条件下的28d抗折强度、3d抗压强度与28d抗压强度

图3 粉煤灰替代水泥的比例与充填体3d抗压强度、7d抗压强度、28d抗压强度的关系

3 试验结论

根据回归公式,按照GB/T1346-2001和《金川集团有限公司充填技术标准》,对满足不同条件的水泥技术指标和充填体强度指标的粉煤灰替代水泥的比例进行计算,根据计算结果可以总结出以下试验结论:

(1)在32.5级普通硅酸盐水泥中,粉煤灰的替代比例为5%～40%时,其安定性、初凝时间、终凝时间合格,但凝结时间随粉煤灰掺量的增加而延长,其初凝时间比未掺粉煤灰时延长了13.3%～99.1%,终凝时间比未掺粉煤灰时延长了1.64%～41.0%。

(2)当粉煤灰的替代比例超过27.43%时,水泥的3d抗折强度不合格;当粉煤灰的替代比例超过47.51%时,水泥的28d抗折强度不合格。

(3)当粉煤灰的替代比例超过31.51%时,水泥的3d抗压强度不合格;当粉煤灰的替代比例超过21.9%时,水泥的28d抗压强度不合格。

(4)在粉煤灰替代水泥的比例从5%逐次增加到40%的过程中,充填体的3d、7d和28d抗压强度均呈递减趋势,其中3d强度趋势变化最为激烈,而7d和28d强度变化趋势比较缓和,说明粉煤灰对充填体的早期强度影响严重,对充填体的后期强度影响不严重。

(5)当粉煤灰的替代比例超过9.59%时,充填体的3d抗压强度不合格;当粉煤灰的替代比例超过25.54%时,充填体的7d抗压强度不合格;当粉煤灰的替代比例超过18.28%时,充填体的28d抗压强度不合格。

(6)根据充要条件原理,要满足32.5级普通硅酸盐水泥的各项技术指标,粉煤灰替代水泥的最高比例不得超过21.9%;要满足金川集团有限公司矿山充填体技术标准的各项指标,粉煤灰替代水泥的最高比例不得超过9.59%。

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2010-03-20)

王正辉(1966-),四川泸州人,高级工程师,长期从事充填采矿技术研究工作,Emali:abkj@vip.sina.com。