赤泥在煤礦井下巷道噴射混凝土中應(yīng)用研究

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1、赤泥在煤礦井下巷道噴射混凝土中應(yīng)用研中圖分類號(hào)：TD文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-0745(2012)12-0272-02摘要：為有效利用氧化鋁廠生產(chǎn)的廢渣赤泥，降低煤礦掘進(jìn)巷道成本，研制開(kāi)發(fā)了赤泥-水泥噴射混凝土材料，分析了赤泥-水泥噴射混凝土的力學(xué)性能，分析了堿激發(fā)赤泥基復(fù)合膠凝噴射混凝土的凝結(jié)反應(yīng)機(jī)理，提出了赤泥在噴射混凝土中代替部分水泥的數(shù)量，采用了燒結(jié)法赤泥代替礦井巷道圍巖噴射混凝土所用部分水泥，經(jīng)試塊測(cè)試，符合煤礦井下巷道噴射C20混凝土的強(qiáng)度要求。現(xiàn)已在洛陽(yáng)龍門煤業(yè)有限公司常村煤礦推廣應(yīng)用巷道3680m,取得了良好效果。關(guān)

2、鍵詞：赤泥噴射混凝土膠凝材料堿激發(fā)噴射混凝土測(cè)試赤泥的大量排放給企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)了很多問(wèn)題。首先堆存赤泥占用大量土地，企業(yè)需要支付巨額的建設(shè)費(fèi)用；其次是企業(yè)每年還需要支付大量的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，露天堆放的赤泥會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，隨風(fēng)飄散的赤泥粉塵將會(huì)影響空氣的質(zhì)量，并會(huì)對(duì)所在區(qū)域內(nèi)居民的身體健康造成危害。赤泥的堆放造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，如何有效利用赤泥是氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)和社會(huì)共同關(guān)注的問(wèn)題，也是變廢為寶，減輕甚至消除赤泥對(duì)土地的占用、對(duì)環(huán)境的污染，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益亟待解決的問(wèn)題。煤礦井下巷道圍巖噴射混凝土中消耗大量的水泥。由于赤泥可適

3、當(dāng)改善水泥的某些性能，赤泥具有一定的潛在活性，和水泥搭配使用時(shí)，水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2和Aft對(duì)赤泥的活化有一定的激發(fā)作用。采用赤泥來(lái)替代部分水泥，變廢為寶，化害為利，達(dá)到節(jié)約水泥，降低生產(chǎn)成本的目的。1、試驗(yàn)原料及方法1.1原料水泥：本試驗(yàn)中采用的普通硅酸鹽水泥是由江蘇徐州中聯(lián)水泥集團(tuán)生產(chǎn)的，標(biāo)準(zhǔn)球磨機(jī)粉磨70min,比表面積350m2/kg,0.080mm方孔篩篩余1.2%。硅酸鹽水泥的物理力學(xué)性能見(jiàn)表l-lo赤泥：取自河南煤化工集團(tuán)氧化鋁廠生產(chǎn)過(guò)程中排放的赤泥，為板結(jié)塊狀，外觀呈土黃色。經(jīng)測(cè)定，赤泥的基本物理性質(zhì)見(jiàn)表2,赤泥的化

4、學(xué)組成分析結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，該燒結(jié)法赤泥的主要成分以Si02、CaO為主，占50%以上，20%以上的鐵、鋁氧化物的水合物及多種微量元素。另外該赤泥的燒失量較髙，說(shuō)明赤泥中存在較多的水合礦物和碳酸鹽礦物等高溫下易分解并釋放出水分或氣體的物質(zhì)，形成多孔結(jié)構(gòu)。1.2試驗(yàn)方法1.2.1試驗(yàn)地點(diǎn)及步驟試驗(yàn)地點(diǎn)為常村煤礦西翼皮帶運(yùn)輸巷。試驗(yàn)步驟為對(duì)赤泥-普通硅酸鹽水泥的噴射混凝土強(qiáng)度性能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)巷道130m,分為13段，每段10m,不同段所用普通硅酸鹽水泥和赤泥的比例分別為1：0、9：1、7：1、5：1、3：1、7:3、6：4、

5、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6。為便于分析，赤泥、普通硅酸鹽水泥分別用符號(hào)C、C2表示。1.2.2試塊制作、養(yǎng)護(hù)和強(qiáng)度檢測(cè)在井下巷道噴射混凝土段制作混凝土試塊，試塊邊長(zhǎng)為100mm的正方體；然后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和分3天、14天、28天進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。2、試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1赤泥加入量對(duì)赤泥-普通硅酸鹽水泥噴射混凝土力學(xué)性能的影響由圖1可以看出，試塊3d的抗折強(qiáng)度隨著赤泥用量的增大變化不大，基本維持在3.5MPa左右，直至赤泥摻量超過(guò)40%才開(kāi)始顯著降低；14d齡期的抗折強(qiáng)度隨著赤泥用量的增大有所增加，當(dāng)赤泥的摻量達(dá)到12.5%時(shí)達(dá)到最

6、大，然后隨著赤泥的用量的增加，試塊的抗折強(qiáng)度不斷下降，當(dāng)赤泥的摻量達(dá)到25%和不摻赤泥的抗折強(qiáng)度相當(dāng)。28d齡期的抗折強(qiáng)度則隨著赤泥用量的增大而降低，在赤泥摻量不大的條件下，試塊各齡期的抗折強(qiáng)度下降幅度很小。綜合3d、14d、28d抗折強(qiáng)度的變化來(lái)看，赤泥的摻量可以達(dá)到25%。超過(guò)這一摻量，赤泥-普通硅酸鹽水泥膠砂的抗折強(qiáng)度開(kāi)始大幅下降。由圖2可以看出，隨著赤泥用量的增大，試塊3d的抗壓強(qiáng)度有所增加，當(dāng)赤泥的摻量達(dá)到12.5%時(shí)達(dá)到最大，并一直維持在較高的水平，直至赤泥用量達(dá)到25%試塊3d的抗壓強(qiáng)度才開(kāi)始大幅下降。試塊的14d和28d齡期

7、的抗壓強(qiáng)度均隨著赤泥用量的增大而下降，在赤泥摻量不大（＜25%）的條件下，試塊的抗壓強(qiáng)度下降幅度較為平緩。綜合3d、14d、28d抗壓強(qiáng)度的變化來(lái)看，赤泥的最大摻量能達(dá)到25%。2.2赤泥-普通硅酸鹽水泥體系的水化機(jī)理有研究表明，在一定的摻量范圍內(nèi)，赤泥摻入水泥膠砂中，可以使水泥的水化程度得到提高，水化產(chǎn)物的增加提高了硬化漿體間的連接度，從而提高了混凝土的強(qiáng)度。本試驗(yàn)采用的水泥是以粉煤灰為主要混合材的普通硅酸鹽水泥，其粉煤灰摻量超過(guò)20%0由粉煤灰水泥水化動(dòng)力學(xué)可知，粉煤灰水泥中粉煤灰的水化主要是粉煤灰與水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣之間的反應(yīng)，由

8、此使得粉煤灰和水泥的水化相互影響，相互促進(jìn)，加速其中一個(gè)反應(yīng)的同時(shí)也加速了另外一個(gè)的反應(yīng)。因此，赤泥摻入到粉煤灰-水泥膠砂中具有兩方面的作用：一方面是赤泥與水泥的反應(yīng)，這個(gè)反應(yīng)促