粉煤灰充填材料早齡期物理力學特性化過程分析.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度低、變形量大、坍落度小及泌水嚴重等一系列的問題，使地表下沉量大，工作面的排水量增加，增加排水負擔，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特性及其水化過程，以掌握充填材料結(jié)

2、構發(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。在對組成粉煤灰充填材料的原材料特性測試和優(yōu)化配比試驗的基礎上，選取5種配比材料，對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、單軸抗壓強度和彈性模量等的變化規(guī)律進行了測試，并對其相關性和水化過程進行了分析。同時，研究了外加劑對充填材料體積電阻率的影響，進而分析對充填材料水化過程的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴試驗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％，莫來石29.8％和非結(jié)晶相的硅鋁質(zhì)玻璃體61.9％，主要化學成分為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;試驗用的煤矸石需要破碎處理，破碎分級為粒徑均小于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石48.5％，石英36.2％和白云母14.3％，主要化學成分為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，水泥摻量相對減少，可溶解的離子較少，導電性較差，電阻率相對較大。粉煤灰充填材料的單軸抗壓強度和彈性模量隨水化時間的延長而增大，隨粉煤灰摻量的增加而降低。⑶考慮到水化開始時材料為飽和度100％的固-液兩相體，將阿爾奇（Archie）公式推廣并應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得的水化1d的孔隙度，得出了5種配比材料孔隙度隨時間變化的負指數(shù)曲線。

6、⑷通過對試驗結(jié)果的分析，得出了水化后期5種配比試樣的單軸抗壓強度和彈性模量與其體積電阻率之間呈對數(shù)相關，這一結(jié)果為快速無損預測粉煤灰充填材料的力學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間的變化和水化過程中水化產(chǎn)物的生成，以及相關研究成果，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個階段，各階段持續(xù)的時間長短與材料配比、水化過程中的離子濃度、孔隙度的變化及相關產(chǎn)物的結(jié)構形成等有關。