固废基充填胶凝材料配比分步优化及其水化胶结机理

作者：朱庚杰; 朱万成^*; 齐兆军; 侯晨

来源：工程科学学报, 2023, 45(08): 1304-1315.

DOI：10.13374/j.issn2095-9389.2022.06.24.001

• 尾砂胶结充填
• 胶凝材料
• D-optimal混料设计方法
• 水化
• 抗压强度

充填体强度对安全高效采矿至关重要，而胶凝材料是获得高强度充填体的关键.本文以工业固废为原料，首先借助D-optimal设计方法通过建立强度回归模型和因素影响分析得到矿渣激发剂最佳配比，然后通过矿渣掺量优化试验获得最佳矿渣掺量，进而获得胶凝材料完整配比；并以水泥为参照，借助X射线衍射仪和扫描电镜从水化产物和充填体微观结构揭示充填体强度形成机制.结果表明：（1）激发剂各组分对矿渣敏感顺序为：氢氧化钠﹥熟石灰﹥脱硫石膏﹥硫酸钠，且相互之间存在不同程度的交互作用；（2）在最佳质量配比（矿渣85.00%，熟石灰8.03%，硫酸钠3.96%，脱硫石膏1.85%，氢氧化钠1.16%）下，可获得超过单一水泥3.5倍的早期(1～3 d)强度和2倍的后期(7～28 d)强度；（3）高强度充填体的形成主要与水化产物钙矾石（AFt）和C–S–H有关，钙矾石在早期快速成核与生长，形成有效物理填充作用是形成较高早期强度的主要原因，后期强度则得益于不断累积的C–S–H的包裹黏结作用，使充填体结构进一步致密化.使用该固废基胶凝材料有助于矿山安全采矿；工业固废质量占比86.85%，协同解决了尾砂、矿渣、脱硫石膏等固废；D-optimal设计方法可用于激发剂等多物料混合物的配比设计和因素作用分析.

• 单位
  土木工程学院; 岩石破裂与失稳研究所