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《湖南科技大学》 2012年
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泥浆固化矿山充填材料的制备、结构及性能研究

蒋建宏  
【摘要】:目前,矿山主要采用硅酸盐水泥或高水材料作为胶结剂构筑充填体来提高矿产资源的回采率。硅酸盐水泥凝结时间过长,而高水材料则成本较高、易风化且后期稳定性差。针对这些不足,本文采用高水材料和矿渣基胶结材料复合胶结泥浆制备泥浆固化矿山充填材料。研究的主要内容及结论如下: 第一,成功制备了高水和超高水材料。结果表明:高水材料单组份浆体24h内可不沉淀、不凝结,浆体混合后强度发展很快,水灰比为2.0时,高水材料固化体2h的抗压强度为2.56MPa,7d时高达6.65MPa;水灰比为11.0的超高水材料固化体须1d后才硬化,其3d的抗压强度达到0.08MPa。 第二,研究了以石膏-石灰、水玻璃-烧碱及两者复合激发体系制备的矿渣基胶结材料。结果表明:在水灰比为0.75,矿渣:石膏:石灰为1:0.125:0.375时,石膏-石灰激发体系对矿渣活性的激发最佳,其胶砂试块3d的抗压强度为20.90MPa,28d的抗压强度达37.50MPa;水玻璃-烧碱激发体系的胶砂试块的早强性好,水灰比为0.273、矿渣:水玻璃:烧碱为1:0.43:0.053矿渣基胶砂试块3d的抗压强度达到41.70MPa;以抗压强度为衡量标准,水玻璃-烧碱与石膏-石灰体系混合激发的效果不如单一的激发体系。 第三,在高水材料和矿渣基胶结材料实验的基础上,利用正交实验法研究了硅灰/高水材料、粘土/高水材料、矿渣/高水材料及(水玻璃+烧碱)/矿渣对泥浆固化效果的影响。结果表明:泥浆固化体早期(3d和7d)强度较高,后期(28d)强度稳定增长;粘土/高水材料对泥浆固化体各龄期强度的影响最大,水玻璃与烧碱能提高泥浆固化体的早期强度,但导致后期强度略有降低,矿渣和硅灰均能提高泥浆固化体的后期强度;对泥浆固化体早期(3d和7d)抗压强度的影响程度为:粘土/高水材料硅灰/高水材料(水玻璃+烧碱)/矿渣矿渣/高水材料;对后期(28d)抗压强度的影响程度为:粘土/高水材料矿渣/高水材料硅灰/高水材料(水玻璃+烧碱)/矿渣。在泥浆中掺入粉煤灰对提高泥浆固化体强度的效果不理想。 第四,运用扫描电镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)对各种充填材料固化体的微观结构进行表征分析。实验结果表明:泥浆固化矿山充填材料中生成高含结晶水的钙矾石晶体和无定形的水化铝酸钙(C-A-H)与水化硅酸钙(C-S-H)等胶凝性物质,前者可将泥浆中大量的水分转化为结晶水并提供了泥浆固化充填材料的早期强度,后者包裹钙矾石晶体和粘土颗粒,阻止其风化和水化,并使泥浆固化充填材料的后期强度稳定增长。 泥浆固化矿山充填材料具有使用方便、性价比高、耐风化、早期强度高及后期强度稳定等特点,在矿山充填领域有很好的应用前景。
【学位授予单位】:湖南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TU528

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