粉煤灰充填材料早齡期物理力學(xué)特性化過程分析.pdf

1、充填開采是綠色開采的重要組成部分，目前在充填開采方面已經(jīng)取得了一定的成果。粉煤灰是很好的充填材料，粉煤灰充填在控制地表沉陷、解決廢棄物方面取得了一定的成就，但是粉煤灰充填材料存在著早期強(qiáng)度低、變形量大、坍落度小及泌水嚴(yán)重等一系列的問題，使地表下沉量大，工作面的排水量增加，增加排水負(fù)擔(dān)，影響工作面正常生產(chǎn)。本文以西山煤電興能發(fā)電廠的粉煤灰，鎮(zhèn)城底煤礦的煤矸石和西山水泥的水泥為原材料，研究充填材料的物理力學(xué)特性及其水化過程，以掌握充填材料結(jié)

2、構(gòu)發(fā)展階段，以期為優(yōu)化充填材料配比，改善充填材料的性能提供理論基礎(chǔ)。在對(duì)組成粉煤灰充填材料的原材料特性測(cè)試和優(yōu)化配比試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取5種配比材料，對(duì)其早齡期的體積電阻率、孔隙溶液電阻率、水化產(chǎn)物、孔隙度、單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量等的變化規(guī)律進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)其相關(guān)性和水化過程進(jìn)行了分析。同時(shí)，研究了外加劑對(duì)充填材料體積電阻率的影響，進(jìn)而分析對(duì)充填材料水化過程的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴試驗(yàn)用的粉煤灰顆粒大于10μm的篩余量為

3、90.4％，大于45μm的篩余量為56.7％，大于210μm的篩余量為9.4％，為等外灰，其礦物成分為石英8.3％，莫來(lái)石29.8％和非結(jié)晶相的硅鋁質(zhì)玻璃體61.9％，主要化學(xué)成分為SiO246.3％，Al2O328.84％，CaO7.68％，F(xiàn)e2O34.24％，為活性較低的低鈣粉煤灰，粉煤灰球狀顆粒表面凹凸不平，呈塊斑狀紋理，并且附著有少量的氧化鈣或白云母表面粘結(jié)物;試驗(yàn)用的煤矸石需要破碎處理，破碎分級(jí)為粒徑均小于25mm，其中小于

4、5mm的占50％，5～10mm占35％，10～25mm占15％，主要礦物組成為莫來(lái)石48.5％，石英36.2％和白云母14.3％，主要化學(xué)成分為SiO248.78％，Al2O321.86％，F(xiàn)e2O35.38％和CaO3.87％，屬粘土巖類矸石，煤矸石顆粒表面多為碎屑狀和片狀的堆積體，形狀不規(guī)則，形成了顆粒表面凹凸不平的褶皺形貌。⑵粉煤灰充填材料的體積電阻率呈升高、降低、再升高的傾倒的Z字型變化規(guī)律。粉煤灰充填材料的孔隙溶液的電阻率呈先

5、下降后趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律。隨著粉煤灰摻量的增加，水泥摻量相對(duì)減少，可溶解的離子較少，導(dǎo)電性較差，電阻率相對(duì)較大。粉煤灰充填材料的單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨水化時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，隨粉煤灰摻量的增加而降低。⑶考慮到水化開始時(shí)材料為飽和度100％的固-液兩相體，將阿爾奇（Archie）公式推廣并應(yīng)用到粉煤灰充填材料中，根據(jù)水的體積與材料總體積的比即為材料的初始孔隙度和壓汞法測(cè)得的水化1d的孔隙度，得出了5種配比材料孔隙度隨時(shí)間變化的負(fù)指數(shù)曲線。

6、⑷通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，得出了水化后期5種配比試樣的單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量與其體積電阻率之間呈對(duì)數(shù)相關(guān)，這一結(jié)果為快速無(wú)損預(yù)測(cè)粉煤灰充填材料的力學(xué)性能提供了一種新的方法。⑸根據(jù)5種配比材料體積電阻率及其變化率隨時(shí)間的變化和水化過程中水化產(chǎn)物的生成，以及相關(guān)研究成果，將粉煤灰充填材料早齡期的水化過程劃分為吸附期、溶解期、凝結(jié)期和硬化期等4個(gè)階段，各階段持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短與材料配比、水化過程中的離子濃度、孔隙度的變化及相關(guān)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)形成等有關(guān)。