海水條件下礦山充填萘系減水劑應用試驗*

張　浩　呂文生　王　昆

(1.北京科技大學土木與環境工程學院；2.金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室)

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海水條件下礦山充填萘系減水劑應用試驗*

張浩1,2呂文生1,2王昆1,2

(1.北京科技大學土木與環境工程學院；2.金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室)

摘要三山島金礦充填用水中含有較高濃度的、 Cl-、Mg(2+)，對充填體的單軸抗壓強度有一定的負面影響。通過檢測充填用水和分級尾砂的化學成分，分析了海水中硫酸鹽、鹵鹽、鎂鹽對充填體的破壞機理。通過試驗驗證了充填料漿濃度70%，灰砂比1∶4、1∶6，萘系減水劑摻加量分別為0.3%、0.1%時對提高充填試塊的單軸抗壓強度有較大的改善作用，灰砂比越高、養護齡期越長、充填試塊的單軸抗壓強度越大。試驗結果表明：摻加萘系減水劑對提高海水條件下的充填體單軸抗壓強度有一定作用。

關鍵詞萘系減水劑分級尾砂灰砂比充填體單軸抗壓強度

外加劑是現代高性能混凝土的重要組成部分，在工程中應用較廣泛[1-3]。外加劑具有品種多、摻量小等特點，在改善新拌混凝土和硬化混凝土性能方面具有重要作用[4-5]。對此，韓松等[6]等研究了萘系減水劑與水泥相容性的影響，王新民等[7]研究了減水劑在充填料漿中的作用，何廷樹等[8]研究了萘系減水劑對不同種類尾砂充填材料性能的影響，李茂輝等[9]研究了萘系減水劑對新型全尾砂充填膠凝材料強度的影響。有關萘系減水劑對全尾砂新型充填膠凝材料影響的研究成果豐碩，但針對萘系減水劑對鹽鹵水充填體強度影響的研究相對薄弱。為更好地調節三山島金礦鹽鹵水膠結充填體的強度、流動性、凝結時間，本研究選用萘系高效減水劑，通過試驗方案設計、試驗驗證等手段研究萘系高效減水劑對鹽鹵水膠結充填體單軸抗壓強度的影響，進而確定最佳的萘系高效減水劑添加量。

1海水成分對分級尾砂充填體的破壞機理

1.1硫酸鹽

2(3CaO·Al2O3·12H2O)+3(Na2SO4·10H2O)→

3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O+2Al(OH)3+6NaOH+6H2O

Ca(OH)2+Na2SO4·10H2O→CaSO4·2H2O+2NaOH+8H2O .

隨著侵蝕作用的加劇，生成的膨脹產物便會增多從而導致膨脹應力加大，當膨脹應力增加至一定程度時會導致充填體膨脹開裂，從而影響充填體強度。

1.2鹵鹽

鹵鹽破壞充填體的作用主要體現在氯化鈉與氫氧化鈣反應生成松軟膨脹而無膠凝作用的氫氧化鎂，化學反應式為

MgCl2+Ca(OH)2→CaCl2+Mg(OH)2.

另外，當海水中鹵鹽濃度較高時，還會與氧化鈣反應生成氯氧化鈣(3CaO·CaCl2·15H2O)結晶體，當期累計較多時，便會像鈣礬石一樣使充填體膨脹，嚴重時導致充填體開裂。

1.3鎂鹽

Ca(OH)2+MgSO4+2H2O→

CaSO4·2H2O+Mg(OH)2.

生成的氫氧化鎂松軟膨脹，無膠凝作用，生成的二水石膏在充填體中繼續結晶膨脹。

2試驗分析

2.1試驗結果

三山島金礦現場膠結充填用鹽鹵水的離子成分檢測結果見表1。該礦現場膠結充填用尾砂的粒度分析結果見表2。試驗所用水泥為普通硅酸鹽水泥，強度等級42.5。萘系高效減水劑的最大特點是減水率高，與普通硅酸鹽水泥有較好的適應性，減水率18%～25%。

表1離子成分檢測結果

mg/L

表2　分級尾砂粒度分析結果

據現場調查，目前三山島金礦采用全尾砂膠結充填的灰砂比為1∶4、1∶6、1∶10，充填料漿濃度控制在70%左右。為此，本研究選用灰砂比1∶4、1∶6、1∶10，料漿濃度70%，萘系減水劑參量0%、0.1%、0.3%、0.5%進行試驗。配置灰砂比為1∶4、1∶6、1∶10，濃度為70%的充填料時，使用JJ-5型行星式攪拌機進行攪拌后，注入規格為7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm的三聯試模，常溫狀態下養護24 h后脫模，脫模后放入溫度(20±1)℃、濕度95%的標準恒溫養護箱中養護。試塊3，7，28 d的單軸抗壓強度測試結果見表3。

表3　充填試塊抗壓強度

由表3可知：灰砂比越高，充填試塊的單軸抗壓強度越大，隨著養護齡期的增加，充填試塊的單軸抗壓強度也不斷增加。當養護齡期達到28 d時，灰砂比1∶4、萘系減水劑摻量0.3%的充填試塊的單軸抗壓強度最大(5.465 MPa)；灰砂比1∶6、萘系減水劑摻量0.1%的充填試塊單軸抗壓強度最大(2.11 MPa)。

一般來說，充填體的單軸抗壓強度達到2.0～3.0 MPa即可滿足常規要求[8]。表3中灰砂比1∶4，萘系摻加量0.1%、0.3%，養護齡期3 d及灰砂比1∶4，任意萘系摻加量，養護齡期7，28 d與灰砂比1∶6，萘系摻加量0.1%，養護齡期28 d的充填試塊單軸抗壓強度均滿足要求。

2.2試驗結果分析

不同萘系減水劑摻量(0%、0.1%、0.3%、0.5%)對灰砂比1∶4、1∶6、1∶10，充填料漿濃度70%的充填試塊單軸抗壓強度的影響見圖1。

圖1　萘系減水劑摻量對不同灰砂比充填試塊單軸抗壓強度的影響

由圖1可知：灰砂比為1∶4、萘系減水劑摻量為0.3%時可有效提高養護3，7，28 d充填試塊的單軸抗壓強度；灰砂比為1∶6、萘系減水劑摻量為0.1%時對提高充填試塊的單軸抗壓強度效果明顯；對于灰砂比為1∶10的充填試塊，萘系減水劑摻量對養護3，7，28 d的充填試塊單軸抗壓強度的影響較小，只有在萘系減水劑為0.1%時對養護3，7，28 d的充填試塊單軸抗壓強度比不摻加萘系減水劑時略有提高。

3結論

(2)摻加萘系減水劑可在一定條件下提高充填體單軸抗壓強度，充填料漿濃度70%，灰砂比1∶4、1∶6，萘系摻加量分別為0.3%、0.1%時有助于提高充填體單軸抗壓強度。

(3)灰砂比越高、養護齡期越長，充填試塊的單軸抗壓強度越大。對于不同萘系減水劑摻量，灰砂比為1∶4、1∶6、1∶10的充填試塊，在不同萘系減水劑摻量的條件下，其單軸抗壓強度均隨養護齡期的增加呈明顯的增大趨勢。

參考文獻

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[9]李茂輝，楊志強，高謙，等.外加劑對新型全尾砂充填膠凝材料強度影響研究[J].礦業研究與開發，2015(5)：47-51．

Test of the Application of Naphthalene Superplasticizer in Mine Filling Under the Seawater Condition

Zhang Hao1,2Lu Wensheng1,2Wang Kun1,2

(1.School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing;2.Key Laboratory of the Ministry of Education of China for High-efficient Mining and Safety of Metal Mines)

AbstractThe high contents of 、 Cl-、Mg(2+) and other ingredients of the filling water has great negative influence on the uniaxial compressive strength of the filling body in Sanshandao gold mine.The chemical compositions of the filling water and classified tailings are tested,the destruction mechanism of the sulfate,halide sate and magnesium sate in seawater to filling body is analyzed.The test results show that the uniaxial compressive strength of the filling block can be improved effectively by using the filling slurry that the concentration is 70%,the cement-sand ratio are 1∶4、1∶6,the mixing contents of is naphthalene superplasticizer are 0.3%,0.1% respectively.Besides that,the higher the cement-sand ratio,the longer the curing age,the uniaxial compressive strength of filling block is greater.The test results further show that the adding naphthalene superplasticizer has a certain significance to improve the uniaxial compressive strength of the filling body under the seawater condition.

KeywordsNaphthalene superplasticizer, Classified tailings, Cement-sand ratio, Filling body, Uniaxial compressive strength

(收稿日期2016-01-07)

*“十二五”國家科技支撐計劃項目(編號：2012BAB08B01)。

張浩(1990—)，男，碩士研究生，100083 北京市海淀區學院路30號。

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