風積沙基煤礦充填膏體的制備及其性能研究

郭磊 廖興

摘要：本研究因地制宜，利用榆林地區毛烏素沙漠豐富的風積沙資源、電廠固廢粉煤灰和商用硅酸鹽水泥作為原材料，成功制備了高鈣水泥。實驗探究了游離CaO、白糖（緩凝劑）、NaCl對于粉煤灰膏體的強度影響。通過壓力實驗檢測膏體性能，結果顯示：游離CaO對于膏體抗壓性能有較強的削弱效果;白糖在初期會延緩水泥凝固，但28天時，水泥強度得到較大提升;NaCl對于水泥膏體性能影響也主要體現在后期，28天時，膏體抗壓強度最大可達18.1MPa。

關鍵詞：風積沙;粉煤灰;充填膏體;CaO

0 緒論

粉煤灰是燃煤電廠在燃煤過程中，從煙氣中捕捉的細灰。粉煤灰成分復雜，主要組成成分包括二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鈦等，其中很多物質對人體均有不同程度傷害;同時，粉煤灰顆粒小，不經處理會產生揚塵。目前，粉煤灰已經是我國排量較大的工業廢渣之一，粉煤灰的污染問題，已經迫在眉睫。

本研究提出，以風積沙為基礎，加入粉煤灰提高強度為回填材料，對礦井進行回填。在解決粉煤灰固廢堆放問題的同時，可以有效降低礦井回填成本。由于粉煤灰中游離CaO遇水會生成Ca（OH）2，且CaO吸水后體積膨脹，造成回填材料強度下降，甚至引起安定性不良。本文的研究內容為通過加入NaCl減少Ca（OH）2生成，并且以白糖為緩凝劑延長膏體成型時間，從而減小游離CaO對粉煤灰基充填膏體強度的影響。

1 實驗原料及試劑

粉煤灰，取自陜西未來能源化工有限公司。實驗所用成品水泥為P.C32.5R的特性水泥中的硅酸鹽水泥，購自榆林山水有限公司，主要成分含CaO、SiO2、Al2O3、和Fe2O3等。

2 結果與討論

2.1游離CaO對充填膏體性能的影響

實驗考察了游離CaO氧化鈣對充填膏體抗壓強度的影響，結果如表2.1所示。

由表2.1可知，粉煤灰中游離CaO對充填膏體性能影響明顯，在游離CaO含量為6.285%時，28天測定抗壓強度為4.3MPa，不足5 MPa，不滿足充填要求。由此得出結論，在將粉煤灰作為充填材料時，粉煤灰中游離CaO含量對充填膏體性能影響明顯，在充填時，應該嚴格控制粉煤灰中游離CaO的含量[7]。

2.2白糖摻量對粉煤灰充填膏體性能的影響

實驗在保證游離CaO和NaCl不變的情況下，通過調整白糖摻量，測定膏體抗壓強度，結果如表2.2所示。

由表2.2可以看出，在養護3天時，白糖摻量對膏體性能影響不明顯，抗壓強度都保持在0.6MPa左右。但養護時間為7天時，強度抗壓有了較大差異，在28天時，差異最大化。曲線滿足，初始階段（3-7天），抗壓強度隨著白糖摻量的增加而降低;經過7天后，強度隨著白糖摻量的增加而增加。這是由于白糖的緩凝效果顯現，導致七天時的強度略微降低，隨著時間的延長，充填膏體強度在白糖的影響下顯著增加[8]。因此，有理由認為緩凝劑對充填膏體前期強度影響較小，但后期能夠顯著提升充填膏體的強度。

2.3 NaCl摻量對粉煤灰充填膏體性能的影響

實驗通過改變NaCl摻量，測定膏體抗壓強度，探究了NaCl摻量對粉煤灰充填膏體性能的影響，結果如表2.3所示。

由表2.3可以看出：隨著養護時間增加，膏體抗壓強度增大;在3-7天內，NaCl含量和膏體抗壓強度沒有直接關系;但在28天時，充填膏體的抗壓強度隨著NaCl摻量的增加，呈現明顯上升趨勢。因此，可以確定NaCl摻量對于粉煤灰基充填膏體抗壓強度前期基本無影響，對于后期來說，在一定范圍內，NaCl摻量增加，可以提升粉煤灰基充填膏體的抗壓強度，在一定程度上提升充填膏體的性能。

3結論

本論文在對國內煤礦充填的現狀的了解下，進行了粉煤灰游離氧化鈣測定及比較實驗以及對降低游離氧化鈣對充填膏體的強度的影響探究，得出以下結論。

（1）高鈣粉煤灰的28天強度只有4.3Mpa，相較普通粉煤灰低了接近3.3倍，甚至不滿足國家對于充填膏體的強度要求，無法用作充填。因此，確定粉煤灰中游離氧化鈣對充填膏體的強度影響非常明顯。

（2）探究了白糖對于膏體抗壓強度的影響，結果顯示：在7天時，強度隨著白糖摻量的增加而降低，在28天時，強度隨著白糖摻量的增加而增加。這是由于白糖的緩凝效果達到，導致七天時的強度反而降低，隨著時間的延長，充填膏體強度在白糖的影響下顯著增加。因此，可以得出結論：緩凝劑會影響粉煤灰基充填膏體前期強度，使其降低，但后期能夠顯著提升充填膏體的強度。

（3）NaCl對于膏體抗壓強度的影響實驗顯示：NaCl摻量對于粉煤灰基充填膏體抗壓強度前期基本無影響，對于后期來說，在一定范圍內，NaCl摻量增加，可以提升粉煤灰基充填膏體的抗壓強度，在一定程度上提升充填膏體的性能。

參考文獻：

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