祝丽萍等：赤泥矿渣一脱硫石膏一少熟料胶结剂的适应性及早期水化 417 2.2RSGC净浆的凝结时间、强度发展、安定性和体 ■RSGC 积稳定性 ☐P042.5 10 RSGC净浆的凝结时间和早期强度发展如图2所 示.从图2可以看出RSGC的初凝时间在2h左右，终 凝时间在2.5h左右.净浆试块的强度在4h后开始形 成：6~12h区间快速上升，从2.6MPa增加到了12.5 MPa:到72h时强度达到45.7MPa.这说明在2.5h内 体系水化反应已经开始进行，4h后生成的水化产物已 13728 13728 13728 骨料：铁尾矿 铅锌尾矿 铜尾矿 金尾矿 经累积到一定的数量，使得试块在此刻开始形成强度 养护龄期d 这在后文扫描电镜和核磁共振分析中得到证实 图1RSGC充填料和P042.5硅酸盐水泥充填料的强度发展 由于采用全新胶凝材料制备充填料，因此需要对 Fig.1 Strength development of RSGC filling materials and PO 42.5 RSGC的安定性和体积稳定性进行评估.采用GB/T Portland cement filling materials 1346一2011测试RSGC的安定性，两组试件煮沸后增 由表3可看出以水泥为胶结剂制备的铁尾矿和铅 加的距离分别为3.0mm和2.5mm,为安定性合格品. 锌尾矿充填料料浆出现离析和泌水的现象，而RSGC 体积稳定性研究方面，实验对比了P042.5硅酸盐水 制备的铁尾矿和铅锌尾矿胶结充填料的料浆保水性较 泥和RSGC在不同龄期的体积稳定性，实验结果如图3 好，没有出现离析和泌水现象.以铜尾和金尾矿为 所示.从图3可以看出PO42.5水泥和RSGC的净浆 骨料时，两种胶结剂制备的充填料料浆坍落度和保水 试样在标准养护条件下均表现为收缩特性，14d时收 性能差别不大；说明RSGC在与颗粒粒径略粗的尾砂 缩值分别为2490×10-6和1120×10-6，但同龄期 (见表2)搭配制备尾砂充填料时，可改善料浆工作性 RSGC对应的收缩值均远小于P042.5硅酸盐水泥， 能，提高其稳定性和保水性.这主要是由于RSGC中 RSGC的体积稳定性优于PO42.5硅酸盐水泥，应用到 的赤泥粒径较细，比表面积大，含大量亚微米和纳米级 充填时可提高充填采矿的安全性 的颗粒，其料浆具有较好稳定性和保水性，不容易离 % 析.这与赵传卿和胡乃联切的研究结果一致 从图1可以看出：采用RSGC作为胶结剂，四种尾 40 矿作为骨料时，铁尾矿制备的RSGC全尾砂充填料早 期强度发展最快，养护1d和3d的试块强度分别达到 30 终时间 3.8MPa和5.9MPa;以铜尾矿和铅锌尾矿作为骨料制 备的RSGC全尾砂充填料后期强度较高，28d强度可 20 分别达到13.6MPa和12.2MPa:以金尾矿作为骨料制 备的RSGC全尾砂充填料强度相对较低，28d强度为 10 初时间 7.2 MPa. RSGC制备的铁尾矿、铅锌尾矿、铜尾矿和金尾矿 0000d 15 30 45 60 75 充填料试块养护1~28d的抗压强度相对于42.5硅酸 水化时间h 盐水泥制备的这几类全尾矿充填料试块的抗压强度具 图2RSGC的凝结时间和早期强度发展 Fig.2 Setting time and strength development of RSGC 有明显优势.以铁尾矿为例，编号I一SGC试块相比 编号I-P042.5试块养护1、3、7和28d的抗压强度分 2.3X射线衍射分析 别高出533.3%、189.6%、113.3%和59.0%.因此，在 RSGC净浆块水化Id和3d的X射线衍射谱如图 同一矿山的同一强度要求下，相对于采用水泥作为胶 4所示.从图4可看出，水化试块的衍射峰强度较低， 结剂，在采用RSGC作为胶结剂时可适当降低其用量， 且峰繁多，在20°~40°有一个明显的鼓包，说明体系 从而进一步降低充填采矿成本 含大量的非晶态和结晶程度较差的物质.由水化1d 此外，采用RSGC制备的实验编号为I-RSGC、L- 和3d图谱看出，最强峰为钙矾石Ca。A山2(S0,),(OH)2· RSGC、C-RSGC和G-RSGC试块养护1d强度达到L.5~ 26H,0和赤泥中残留的石英的特征衍射峰.此外，X 3.8MPa,3d强度达到4.2~5.9MPa,满足一般矿山对 射线衍射仪给出的数据还能确认有水钙沸石（卡片号 充填体强度要求Ⅲ，充填体早期强度的迅速形成和发 20-0452)、钙沸石（卡片号11-0171）、方解石和原料中 展可以提高矿山充填开采效率. 未反应完的石膏.由于衍射峰密集而微弱，部分矿物祝丽萍等: 赤泥--矿渣--脱硫石膏--少熟料胶结剂的适应性及早期水化 图 1 ＲSGC 充填料和 PO 42. 5 硅酸盐水泥充填料的强度发展 Fig． 1 Strength development of ＲSGC filling materials and PO 42. 5 Portland cement filling materials 由表 3 可看出以水泥为胶结剂制备的铁尾矿和铅 锌尾矿充填料料浆出现离析和泌水的现象，而 ＲSGC 制备的铁尾矿和铅锌尾矿胶结充填料的料浆保水性较 好，没有出现离析和泌水现象． 以铜尾矿和金尾矿为 骨料时，两种胶结剂制备的充填料料浆坍落度和保水 性能差别不大; 说明 ＲSGC 在与颗粒粒径略粗的尾砂 ( 见表 2) 搭配制备尾砂充填料时，可改善料浆工作性 能，提高其稳定性和保水性． 这主要是由于 ＲSGC 中 的赤泥粒径较细，比表面积大，含大量亚微米和纳米级 的颗粒，其料浆具有较好稳定性和保水性，不容易离 析． 这与赵传卿和胡乃联［7］的研究结果一致． 从图 1 可以看出: 采用 ＲSGC 作为胶结剂，四种尾 矿作为骨料时，铁尾矿制备的 ＲSGC 全尾砂充填料早 期强度发展最快，养护 1 d 和 3 d 的试块强度分别达到 3. 8 MPa 和 5. 9 MPa; 以铜尾矿和铅锌尾矿作为骨料制 备的 ＲSGC 全尾砂充填料后期强度较高，28 d 强度可 分别达到 13. 6 MPa 和 12. 2 MPa; 以金尾矿作为骨料制 备的 ＲSGC 全尾砂充填料强度相对较低，28 d 强度为 7. 2 MPa． ＲSGC 制备的铁尾矿、铅锌尾矿、铜尾矿和金尾矿 充填料试块养护 1 ～ 28 d 的抗压强度相对于 42. 5 硅酸 盐水泥制备的这几类全尾矿充填料试块的抗压强度具 有明显优势． 以铁尾矿为例，编号 I--ＲSGC 试块相比 编号 I--PO42. 5 试块养护 1、3、7 和 28 d 的抗压强度分 别高出 533. 3% 、189. 6% 、113. 3% 和 59. 0% ． 因此，在 同一矿山的同一强度要求下，相对于采用水泥作为胶 结剂，在采用 ＲSGC 作为胶结剂时可适当降低其用量， 从而进一步降低充填采矿成本． 此外，采用 ＲSGC 制备的实验编号为 I--ＲSGC、L-- ＲSGC、C--ＲSGC 和 G--ＲSGC 试块养护1 d 强度达到 1. 5 ～ 3. 8 MPa，3 d 强度达到 4. 2 ～ 5. 9 MPa，满足一般矿山对 充填体强度要求［1］，充填体早期强度的迅速形成和发 展可以提高矿山充填开采效率． 2. 2 ＲSGC 净浆的凝结时间、强度发展、安定性和体 积稳定性 ＲSGC 净浆的凝结时间和早期强度发展如图 2 所 示． 从图 2 可以看出 ＲSGC 的初凝时间在 2 h 左右，终 凝时间在 2. 5 h 左右． 净浆试块的强度在 4 h 后开始形 成; 6 ～ 12 h 区间快速上升，从 2. 6 MPa 增加到了 12. 5 MPa; 到 72 h 时强度达到 45. 7 MPa． 这说明在 2. 5 h 内 体系水化反应已经开始进行，4 h 后生成的水化产物已 经累积到一定的数量，使得试块在此刻开始形成强度． 这在后文扫描电镜和核磁共振分析中得到证实． 由于采用全新胶凝材料制备充填料，因此需要对 ＲSGC 的安定性和体积稳定性进行评估． 采用 GB / T 1346—2011 测试 ＲSGC 的安定性，两组试件煮沸后增 加的距离分别为 3. 0 mm 和 2. 5 mm，为安定性合格品． 体积稳定性研究方面，实验对比了 PO 42. 5 硅酸盐水 泥和 ＲSGC 在不同龄期的体积稳定性，实验结果如图 3 所示． 从图 3 可以看出 PO 42. 5 水泥和 ＲSGC 的净浆 试样在标准养护条件下均表现为收缩特性，14 d 时收 缩值 分 别 为 2490 × 10 － 6 和 1120 × 10 － 6，但 同 龄 期 ＲSGC 对应的收缩值均远小于 PO 42. 5 硅酸盐水泥， ＲSGC 的体积稳定性优于 PO 42. 5 硅酸盐水泥，应用到 充填时可提高充填采矿的安全性． 图 2 ＲSGC 的凝结时间和早期强度发展 Fig． 2 Setting time and strength development of ＲSGC 2. 3 X 射线衍射分析 ＲSGC 净浆块水化 1 d 和 3 d 的 X 射线衍射谱如图 4 所示． 从图 4 可看出，水化试块的衍射峰强度较低， 且峰繁多，在 20° ～ 40°有一个明显的鼓包，说明体系 含大量的非晶态和结晶程度较差的物质． 由水化 1 d 和3 d 图谱看出，最强峰为钙矾石 Ca6Al2 ( SO4 ) 3 ( OH) 12· 26H2O 和赤泥中残留的石英的特征衍射峰． 此外，X 射线衍射仪给出的数据还能确认有水钙沸石( 卡片号 20--0452) 、钙沸石( 卡片号 11--0171) 、方解石和原料中 未反应完的石膏． 由于衍射峰密集而微弱，部分矿物 · 714 ·