风积沙基煤矿充填膏体的制备及其性能研究

郭磊 廖兴

摘要：本研究因地制宜，利用榆林地区毛乌素沙漠丰富的风积沙资源、电厂固废粉煤灰和商用硅酸盐水泥作为原材料，成功制备了高钙水泥。实验探究了游离CaO、白糖（缓凝剂）、NaCl对于粉煤灰膏体的强度影响。通过压力实验检测膏体性能，结果显示：游离CaO对于膏体抗压性能有较强的削弱效果;白糖在初期会延缓水泥凝固，但28天时，水泥强度得到较大提升;NaCl对于水泥膏体性能影响也主要体现在后期，28天时，膏体抗压强度最大可达18.1MPa。

关键词：风积沙;粉煤灰;充填膏体;CaO

0 绪论

粉煤灰是燃煤电厂在燃煤过程中，从烟气中捕捉的细灰。粉煤灰成分复杂，主要组成成分包括二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化钛等，其中很多物质对人体均有不同程度伤害;同时，粉煤灰颗粒小，不经处理会产生扬尘。目前，粉煤灰已经是我国排量较大的工业废渣之一，粉煤灰的污染问题，已经迫在眉睫。

本研究提出，以风积沙为基础，加入粉煤灰提高强度为回填材料，对矿井进行回填。在解决粉煤灰固废堆放问题的同时，可以有效降低矿井回填成本。由于粉煤灰中游离CaO遇水会生成Ca（OH）2，且CaO吸水后体积膨胀，造成回填材料强度下降，甚至引起安定性不良。本文的研究内容为通过加入NaCl减少Ca（OH）2生成，并且以白糖为缓凝剂延长膏体成型时间，从而减小游离CaO对粉煤灰基充填膏体强度的影响。

1 实验原料及试剂

粉煤灰，取自陕西未来能源化工有限公司。实验所用成品水泥为P.C32.5R的特性水泥中的硅酸盐水泥，购自榆林山水有限公司，主要成分含CaO、SiO2、Al2O3、和Fe2O3等。

2 结果与讨论

2.1游离CaO对充填膏体性能的影响

实验考察了游离CaO氧化钙对充填膏体抗压强度的影响，结果如表2.1所示。

由表2.1可知，粉煤灰中游离CaO对充填膏体性能影响明显，在游离CaO含量为6.285%时，28天测定抗压强度为4.3MPa，不足5 MPa，不满足充填要求。由此得出结论，在将粉煤灰作为充填材料时，粉煤灰中游离CaO含量对充填膏体性能影响明显，在充填时，应该严格控制粉煤灰中游离CaO的含量[7]。

2.2白糖掺量对粉煤灰充填膏体性能的影响

实验在保证游离CaO和NaCl不变的情况下，通过调整白糖掺量，测定膏体抗压强度，结果如表2.2所示。

由表2.2可以看出，在养护3天时，白糖掺量对膏体性能影响不明显，抗压强度都保持在0.6MPa左右。但养护时间为7天时，强度抗压有了较大差异，在28天时，差异最大化。曲线满足，初始阶段（3-7天），抗压强度随着白糖掺量的增加而降低;经过7天后，强度随着白糖掺量的增加而增加。这是由于白糖的缓凝效果显现，导致七天时的强度略微降低，随着时间的延长，充填膏体强度在白糖的影响下显著增加[8]。因此，有理由认为缓凝剂对充填膏体前期强度影响较小，但后期能够显著提升充填膏体的强度。

2.3 NaCl掺量对粉煤灰充填膏体性能的影响

实验通过改变NaCl掺量，测定膏体抗压强度，探究了NaCl掺量对粉煤灰充填膏体性能的影响，结果如表2.3所示。

由表2.3可以看出：随着养护时间增加，膏体抗压强度增大;在3-7天内，NaCl含量和膏体抗压强度没有直接关系;但在28天时，充填膏体的抗压强度随着NaCl掺量的增加，呈现明显上升趋势。因此，可以确定NaCl掺量对于粉煤灰基充填膏体抗压强度前期基本无影响，对于后期来说，在一定范围内，NaCl掺量增加，可以提升粉煤灰基充填膏体的抗压强度，在一定程度上提升充填膏体的性能。

3结论

本论文在对国内煤矿充填的现状的了解下，进行了粉煤灰游离氧化钙测定及比较实验以及对降低游离氧化钙对充填膏体的强度的影响探究，得出以下结论。

（1）高钙粉煤灰的28天强度只有4.3Mpa，相较普通粉煤灰低了接近3.3倍，甚至不滿足国家对于充填膏体的强度要求，无法用作充填。因此，确定粉煤灰中游离氧化钙对充填膏体的强度影响非常明显。

（2）探究了白糖对于膏体抗压强度的影响，结果显示：在7天时，强度随着白糖掺量的增加而降低，在28天时，强度随着白糖掺量的增加而增加。这是由于白糖的缓凝效果达到，导致七天时的强度反而降低，随着时间的延长，充填膏体强度在白糖的影响下显著增加。因此，可以得出结论：缓凝剂会影响粉煤灰基充填膏体前期强度，使其降低，但后期能够显著提升充填膏体的强度。

（3）NaCl对于膏体抗压强度的影响实验显示：NaCl掺量对于粉煤灰基充填膏体抗压强度前期基本无影响，对于后期来说，在一定范围内，NaCl掺量增加，可以提升粉煤灰基充填膏体的抗压强度，在一定程度上提升充填膏体的性能。

参考文献：

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