文摘

利用高炉slag-based绑定巩固了粘贴回填(CPB)在中国变得越来越流行,因为它的低成本和优越的早期强度。增加固体含量可以增加心脏的力量,但它会导致降低流动性。作为一种化学剂,可以改善心脏泥浆流动性强塑剂体领域的兴趣正在增加。在这项研究中,强塑剂类型和用量的影响,养护时间、固体含量、粘结剂含量对流变性能的新鲜心脏的高炉slag-based粘合剂(Slag-CPB)进行了研究。Slag-CPB样本,polycarboxylate (PC)的减效果最好,其次是polymelamine磺酸盐(PMS)和polynaphthalene磺酸盐(pn)。在缺乏强塑剂,Slag-CPB的剪切屈服应力和塑性粘度低于心脏的普通硅酸盐水泥(OPC-CPB)。PC上的减效果OPC-CPBs样品比Slag-CPB样本。在slag-based样品的降解率减效果高于在水泥基样品。电脑的影响受到固体含量和活页夹内容。这些结果将有助于更好的理解和强塑剂Slag-CPB的流变行为。

1。介绍

采矿活动不仅获得矿产资源,而且还产生大量的固体废物(例如,尾矿)和地下空洞1- - - - - -5]。国家环境保护的持续改进需求促使矿山企业寻求科学有效的方法对地下空洞和尾矿管理(6]。这些新兴的技术之一是巩固了粘贴回填(CPB),它提供了更好的技术和经济优势其他填充方法喜欢摇滚/砂浆填充。巩固了粘贴回填(CPB)是一种复合材料由混合一定质量比的尾矿,绑定(如水泥、粉煤灰或矿渣),和水(7- - - - - -12]。它提供了一系列的优势包括有效的处置处理尾矿,改善了工作环境,提高资源回收以及改善地面控制(13- - - - - -18]。

CPB应该达到一定的机械稳定性抵制外部动态和静态负载。增加泥浆浓度是一种最有效的方法来改善心脏的机械稳定性和降低充填成本(19]。然而,泥浆浓度的增加将不可避免地导致其流动性降低。当泥浆浓度超过某一临界值,剪切屈服应力和动态粘度可以与浓度呈指数增长,这很容易导致管道堵塞,有重大财务影响20.]。因此,至关重要的是尽可能提高体外循环泥浆的流动性而不降低料浆的固体含量。作为一种化学剂,可以减少水的消耗,同时保持泥浆的衰退主要不变,强塑剂提供了一个技术解决方案高浓度体外循环泥浆的流动性问题(13,14]。

目前,有很多研究的影响强塑剂在体外循环泥浆的流动性。例如,Haruna和下降21)研究了超塑化剂的影响心脏在不同养护温度下的流变特性。结果表明,固化温度的增加会导致体的屈服应力和粘度的增加新鲜泥浆将强塑剂。应等。22)评价不同强塑剂的影响内容体的流变特性。他们表明,强塑剂具有重要影响心脏的流变特性,并适当地可以用来改善流动性的缅共包含飞船在处理尾矿。研究不同的强塑剂类型对强度和流变行为的影响心脏,Mangane et al。23强塑剂)混合四种类型(木质素磺酸盐,萘,三聚氰胺和polycarboxylate)与体外循环泥浆含有各种粘结剂用量。他们发现polycarboxylate-based强塑剂表现出最好的性能;它可以减少粘结剂的用量和维护心脏在同一时间的力量。

然而,据我们所知,大多数以前的研究集中在CPB采用普通硅酸盐水泥(OPC-CPB)。没有研究解决体流变特性的超塑化剂的影响由高炉slag-based粘合剂(Slag-CPB)。众所周知,水合(或消费)水泥水化能力弱(水灰比0.2 - -0.25对水泥水化来说是足够的),和一个典型的水灰比体3 - 8。因此,缅共的OPC硬化速度缓慢,导致低强度(尤其是早期强度)。此外,成本占水泥的回填总成本的75%作为体外循环(唯一的粘结剂24]。近年来,高炉slag-based绑定得到迅速推广和应用在很多矿山在中国由于其高强度和低价格。因此,研究强塑剂对slag-based体外循环泥浆的流动性的影响尤其重要的制备、运输和slag-based填充材料的结构优化设计。

针对这一点,本研究旨在评估Slag-CPB包含强塑剂的流变特性,特别强调量化的影响强塑剂类型和用量、固化时间、固体含量,和粘结剂含量对流变参数,主要是屈服应力和塑性粘度。

2。材料和方法

2.1。材料
2.1.1。尾矿

测试中使用的尾矿不保密的山东省金矿尾矿,中国。尾矿的粒度分布是由莫尔文激光Mastersizer 2000,结果如图所示1和表1。−20的体积比例μ米粒子的尾矿是42.9%,尾矿介质可分为(25]。曲率系数和一致性系数是0.50和25.75,分别。x射线荧光(光谱仪)结果表明,尾矿的主要化学成分是SiO2(62.5%)2O3(16.2%),K2O (8.11%)、Na2O(3.07%)和曹(2.98%),和一些痕量成分也被发现。x射线衍射(XRD)测试结果表明,尾矿主要由石英、钠长石和云母(图2)。


图1
对尾矿粒度分布曲线,OPC和渣。
表1
尾矿的主要物理和化学性质,OPC和渣。

图2
XRD尾矿的模式。
2.1.2。绑定

本研究中使用的粘合剂代理商业OPC(即,阿宝42.5 r,作为参考)和slag-based粘合剂。slag-based粘合剂材料由渣(70%)和复合活化剂(30%)。复合催化剂的主要成分是硫酸,硅酸盐,碱金属盐。渣的粒度分布是由莫尔文激光Mastersizer 2000(图1)。微粒(−20μ矿渣占70.1%,m)含量和曲率系数和一致性系数是1.10和3.38,分别。光谱仪分析是用来确定渣的主要化学成分,结果表明,渣主要包含曹(40.01 wt. %)、SiO2(33.8 wt. %)2O3(15.71 wt. %),分别以(6.90 wt. %)和一些痕量化学成分(表1)。渣的XRD分析显示了弥散衍射模式典型的非晶态玻璃材料,如图3。碱度系数(Kb=(曹+分别)/ (SiO2+基地2O3渣)是0.95,因此可分为酸渣。曹渣的活度系数(HM = +分别以+2O3)/ SiO21.85)。


图3
XRD渣的模式材料。
2.1.3。强塑剂和水

三种类型的超塑化剂被用于这个实验:一个polynaphthalene磺酸盐(pn),一个polymelamine磺酸盐(PMS),和一个polycarboxylate (PC),所有以粉末形式,从巴斯夫(图购买4)。自来水的pH值7.5作为混合水泥浆的实现所需的一致性(26]。水主要包含Ca (45.33 ppm),钠(4.62 ppm),和Mg (2.74 ppm)27]。


图4
三种类型的强塑剂用于测试。
2.2。混合的比例

这个实验分为两个阶段。我阶段:三种不同类型的超塑化剂检测不同剂量下减水效果,和强塑剂的最佳类型被选中。第二阶段:基于最优强塑剂类型、治疗年龄的影响,固体含量,活页夹内容减效应进行了研究。固体含量是固体的比率(尾矿和粘合剂)总质量。粘结剂含量之间的质量比是粘结剂和固体。强塑剂用量是强塑剂的质量比固体的总质量。总结了缅共混合物的细节表2。

表2
混合比例的新鲜。
2.3。样品制备和流变测试

CPB样本不同的强塑剂类型和用量,固化时间,固体含量和粘结剂内容准备使用双螺旋混合机。机械混合之前,preweighed尾矿、粘结剂和强塑剂均质。然后,所需的水被添加到固体,其次是2分钟的慢速搅拌2分钟,快速搅拌(见图5和6)。


图5
流程图的混合和流变测量序列。
(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图6
体样品的准备阶段:(一)混合,(b)固化,(c)测试。

布鲁克菲尔德RSR-SST流变仪的四叶叶片(20毫米直径和长度为40毫米)用于流变测试。转子在60年代首次剪切剪切速率的100年代−1,然后剪切率降低到0.001秒−1在60年代。在这项研究中,十字架的上下边界板、侧边界距离,和测试容器边界距离都大于在ASTM D4648 / D4648M-16指定的尺寸要求。因此,边界效应可以忽略。每组实验至少重复3次,以确保结果的重复性和准确性。

宾汉模型被用来适应剪切stress-shear率下降部分(100年代的数据−1⟶0.0001秒−1),以获得流变参数(屈服剪切应力和塑性粘度)的泥浆。应该注意的是,模型拟合相关系数R2在这个实验中都获得高于0.98: 在哪里 是剪切应力(Pa); 是剪切屈服应力(Pa); 是塑料粘度(Pa·s);和 是剪切速率(s−1)。

3所示。结果与讨论

3.1。强塑剂的类型和用量的影响

图7显示不同的强塑剂类型和用量的影响的流变参数Slag-CPBs 0分钟。应该注意的是,没有Slag-CPBs流变参数为1.45‰和1.81‰PC是由于严重的出血。从图可以看出,超塑化剂的类型和用量显著影响Slag-CPBs的流变参数。无论强塑剂的类型,与强塑剂用量的增加,Slag-CPBs的剪切屈服应力和塑性粘度逐渐降低;即泥浆的流动性逐渐改善。类似的观察也一直通过之前的研究(例如,28,29日])。

(一)
(一)
(b)
(b)
图7
强塑剂类型和用量对发展的影响(a)屈服应力和塑性粘度(b)。

结果在图7还表明,强塑剂的类型有重大影响Slag-CPBs的流变特性。可以观察到个人电脑更有效提高Slag-CPBs的流动性,而经前综合症和pn。类似的观察也在CPB混合水泥制成的波特兰水泥渣(80%和20%),瓦塔拉et al。30.]。电脑大大降低Slag-CPBs屈服应力和塑性粘度,这积极的影响与PC剂量近似线性增加。以相对较低的剂量,pn显示了良好的改善效果的塑性粘度泥浆,但当剂量达到0.72‰,减效应趋于饱和。经前综合症的严重减效果,其减效应随剂量的增加变化不明显与PC相比,pn。它还可以看到从图7随着强塑剂用量的增加,减效果个人电脑和其他强塑剂之间的差异逐渐增加。PC的饱和含量远低于pn和经前综合症。此外,通过比较数据7(一)和7 (b)可以看出,超塑化剂在屈服应力的影响程度高于塑料粘度。

3.2。时间流变特性的进化

图8显示的时间演化OPC的流变特性和Slag-CPBs PC剂量不同。很明显,所有样品的屈服应力和塑性粘度增加随着固化时间无论电脑用量的增加和粘结剂类型。这主要是因为随着固化时间的增加,粘结剂水化产物的数量继续增加(31日,32]。在没有个人电脑,屈服应力和塑性粘度比Slag-CPB OPC-CPB更高。这是因为渣颗粒的绝对电动电势高于水泥粒子(33,34]。粘结剂类型显著影响电脑的影响。PC上的减效果OPC-CPBs Slag-CPBs比。这个观察与调查的结果由瓦塔拉et al。30.],他得出结论,80%的混合粘结剂使渣和20% OPC似乎更兼容PC OPC相比。此外,Adjoudj et al。35]表明,PC强塑剂渣时变得更有效。这些差异在个人电脑的影响表明,复合催化剂研究中使用显著减少电脑渣颗粒的吸附。

(一)
(一)
(b)
(b)
图8
屈服应力时间的进化(a)和(b)塑料粘度的缅共包含不同的粘结剂类型和PC剂量。

结果在图8也表明,无论粘结剂类型、流变参数的样本包含电脑以更高的速度增长随着时间比样品没有电脑;也就是说,随着时间的推移PC降解的影响。这是因为连续的粘结剂的水化,水化产品将涵盖吸收电脑生成的固体颗粒表面,从而导致退化的影响电脑。此外,PC的降解效果随着时间的推移在比OPC-CPBs Slag-CPBs更明显。

3.3。固体含量的影响

PC Slag-CPBs的流变参数的影响与不同的固体含量(76%,77%,和78%)如图9。粘结剂含量的样品是9.1。从图可以看出9,固体含量从76%增加到77%和78%,心脏没有电脑剪切屈服应力的增加从142 Pa - 201 Pa和247 Pa,和相应的塑性粘度增加从0.59 Pa·s 0.83 Pa Pa·s·s和1.17。这表明仅在固体含量略有增加会导致显著增加体流变参数对高固体含量。这个观察是一致的结果瓦塔拉等开展的调查。36]。

(一)
(一)
(b)
(b)
图9
固体的影响内容和PC剂量的发展(一)屈服应力和塑性粘度(b)。

图10显示了流变参数的百分比减少Slag-CPB不同固体内容和PC剂量。从图可以看出,改进的程度屈服应力与不同的固体含量取决于电脑剂量。当PC剂量较低(0.36‰),个人电脑在剪切屈服应力的影响随着固相含量的增加而增加。然而,当添加高剂量的PC(0.54‰),减的效果往往会削弱与固体含量增加。结果在图10还表明,当电脑用量是固定的,改善的程度塑性粘度的PC与固体含量呈正相关。然而,杨et al。19)报道,随着固体含量的增加,巩固了尾矿回填样本更高剂量的强塑剂流动性下降率较低。这种差异在增加固体含量与超塑化剂的效果可以归因于不同的粘结剂的组成和尾矿。

(一)
(一)
(b)
(b)
图10
固体的影响内容和PC的百分比减少剂量(a)屈服应力和塑性粘度(b)。
3.4。粘结剂含量的影响

新鲜Slag-CPBs不同粘结剂的流变参数变化内容和PC剂量如图11。结果呈现在图11表明,泥浆的剪切屈服应力和塑性粘度没有PC与粘结剂含量的增加逐渐增加。已经观察到类似的结果Sandeep et al。22],西蒙和Grabinsky [37),而表象et al。38]。然而,速度增加的流变参数与PC逐渐减少剂量。与固体含量相比,粘结剂含量对流变参数的影响较少(见图9和11)。当PC剂量较低(0.36‰),水灰比越高,越高的屈服应力和塑性粘度CPB样本。当PC剂量高(0.54‰),屈服应力和塑性粘度泥浆与不同的固体内容基本上是相同的。

(一)
(一)
(b)
(b)
图11
粘结剂含量的影响和PC剂量的发展(a)屈服应力和塑性粘度(b)。

图12说明了PC的影响剂量的百分比减少流变参数。结果在图12表明,当PC剂量很低(0.36‰),个人电脑的积极影响屈服应力的增加,虽然这种影响塑性粘度减少随着粘结剂含量的增加。当PC含量高(0.54‰),PC的屈服应力的改善效果基本上不会改变与粘结剂含量的增加,而相应的改进塑性粘度的影响更显著。

(一)
(一)
(b)
(b)
图12
粘结剂含量的影响和PC剂量的百分比减少(a)屈服应力和塑性粘度(b)。

4所示。结论

在这项研究中,Slag-CPBs在不同的流变特性强塑剂类型和用量进行了测试,和固体含量和粘合剂的影响内容进行分析。可以得出以下主要结论:(1)屈服应力和塑性粘度的Slag-CPBs强塑剂用量降低而增强;也就是说,增加砂浆的流动特性。不同的强塑剂类型有显著差异减效果。个人电脑的减效果最好,其次是经前综合症和pn。(2)的屈服应力和塑性粘度高于Slag-CPBs OPC-CPBs。PC上的减效果OPC-CPBs Slag-CPBs比。的降解率在Slag-CPBs减效果明显高于OPC-CPBs。(3)的剪切屈服应力和塑性粘度Slag-CPB没有添加PC与固体含量迅速增加。电脑的程度的改善泥浆的剪切屈服应力与不同的固体含量取决于电脑用量。当PC剂量较低(0.36‰),固体含量越高,剪切屈服应力和塑性粘度越高。当电脑添加高剂量(0.54‰),剪切屈服应力改善更加明显随着固相含量的增加,而塑性粘度提高。(4)的剪切屈服应力和塑性粘度Slag-CPBs没有电脑的增加随着粘结剂含量的增加。当PC剂量较低(0.36‰),PC对屈服应力的改善效果更好,提高PC对塑性粘度的影响随着粘结剂含量的增加更糟糕。当PC剂量高(0.54‰),PC的屈服应力的改善效果基本上不会改变与粘结剂含量的增加,而塑性粘度的相应的改善效果更显著。

值得注意的是绑定在本文中只包含一个矿物掺合料。因此,在未来的工作中,我们将研究三元粘结剂的耦合效应由普通硅酸盐水泥、粉煤灰和粒状高炉矿渣强塑剂。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者想感激地承认金融支持国家重点研究发展计划(2018 yfc0604601)和振兴中国人才计划(XLYC1805008)。