刘娟红等：低浓度拜耳赤泥充填材料制备及水化机理 .1459 探讨水化机理 流动扩展度和抗压强度步骤均按照《普通混凝 土拌合物性能试验方法(GB/T50080一2016)》《建 Fly ash 筑砂浆基本性能试验方法标准(JGJ/T70一2009)》 6 565 所做的规定进行.流动扩展度使用上部直径70mm, 下部直径100mm,高60mm的砂浆扩展度试模配 Red mud 合光滑玻璃板进行测量.试块制作采用70.7mm× 70.7mm×70.7mm标准三联试模，试块在室温(20± 2℃)放置24h拆模，放入水泥标准养护箱（设定温 10 20 30 40 50 60 70 2) 度20℃、相对湿度为90%)，养护至规定龄期进行 图1赤泥和粉煤灰矿物分析.1-一加藤石：2一钙霞石：3一碳硅钙石； 抗压强度测试，抗压强度测试采用WHY-600单轴 4一斜硅钙石；5一石英：6一斜方钙沸石：7一重硅钙石：8一铝酸三钙： 压力机.标准试模高度G,使用游标卡尺测量养 9一硬石背 护后标准试块的高度G2,计算沉缩率1. Fig.1 Mineral analysis of red mud and fly ash:1-katoite;2- 1=(G1-G2)/G1×100% (1) cancrinite;3-tilleyite;4-belite;5-quartz;6-gismondine;7- reinhardbraunsite:8-tricalcium aluminate:9-anhydrite 泌水率的测定方法同参考文献[16) 水化机理分析实验：分别取水化3d和28d的 1.2实验要求及方法 低浓度赤泥充填不同于膏体充填或者似膏体 样品，用无水乙醇终止水化，在60℃真空干燥箱 充填，对流动性及体积稳定性有较高要求.控制充 烘干至恒重，喷金处理后，用环境扫描电镜(Quanta 填浆料的初始流动扩展度在200mm以上，60min 250)观察样品表面形貌并用能谱仪进行元素分 析.用X射线衍射仪(D/max-2550,理学)进行水化 流动扩展度不损失；为了满足局部充填开采的要求， 充填材料3d单轴抗压强度应达到1MPa,28d单 产物分析，实验条件为40kV,40mA,Cu靶，扫描 轴抗压强度应达到3MPa;在赤泥基充填材料中， 速度10°min,扫描范围：5°~70° 赤泥中含有大量游离碱未被固化，将导致上层泌 2实验结果及分析 水中含有大量碱性离子，污染土壤和水源，因此要 求无泌水现象 2.1赤泥-粉煤灰充填材料抗压强度分析 分别以不同比例赤泥-粉煤灰-脱硫石膏-石 由于赤泥含有大量游离碱，碱性物质可以激 灰-激发剂体系进行实验，配比如表2，测试流动 发粉煤灰火山灰效应1为研究不同掺量粉煤 度、沉缩率及不同龄期抗压强度，并通过微观分析 灰对充填体抗压强度的影响，对不同比例赤泥-粉 煤灰充填材料进行实验，实验结果如图2 表2自流型充填料浆各组分配比 Table 2 Designed proportion of self-flowing filling slurry 0.40 Red mud fly ash desulfurization ■一R3F7 Number Solid content/ gypsum lime activator % 0.35 -R4F6 4-R5F5 R3F7 3:7:/:/:/ 60 -R6F4 R4F6 4:6:1:1:1 60 R5F5 5:5:/:/:/ 60 0.25 R6F4 6:4:/:/:/ % G1L2J0 4:6:0.6:0.9:/ 58 0.15◆ G2L2J0 4:6:0.9:0.9:/ 58 G3L2J0 4:6:1.2:0.9:/ 58 0.103 7 14 21 G2L1J0 4:6:0.9:0.7:/ 58 Curing time/d G2L3J0 4:6:0.9:1.1:/ 58 图2赤泥-粉煤灰体系不同龄期抗压强度 G2L2J1 4:6:0.9:0.9:0.1 58 Fig.2 Different age compressive strength of red mud-fly ash system G2L2J2 4:6:0.9:0.9:0.2 从图2的实验结果可以看出，随着赤泥摻量的 G2L2J3 4:6:0.9:0.9:0.3 58 提高，3d抗压强度不断增强，但是充填材料28d1.2    实验要求及方法 低浓度赤泥充填不同于膏体充填或者似膏体 充填，对流动性及体积稳定性有较高要求. 控制充 填浆料的初始流动扩展度在 200 mm 以上，60 min 流动扩展度不损失；为了满足局部充填开采的要求， 充填材料 3 d 单轴抗压强度应达到 1 MPa，28 d 单 轴抗压强度应达到 3 MPa；在赤泥基充填材料中， 赤泥中含有大量游离碱未被固化，将导致上层泌 水中含有大量碱性离子，污染土壤和水源，因此要 求无泌水现象. 分别以不同比例赤泥–粉煤灰–脱硫石膏–石 灰–激发剂体系进行实验，配比如表 2，测试流动 度、沉缩率及不同龄期抗压强度，并通过微观分析 探讨水化机理. 流动扩展度和抗压强度步骤均按照《普通混凝 土拌合物性能试验方法 (GB/T50080—2016)》《建 筑砂浆基本性能试验方法标准 (JGJ/T70—2009)》 所做的规定进行. 流动扩展度使用上部直径 70 mm， 下部直径 100 mm，高 60 mm 的砂浆扩展度试模配 合光滑玻璃板进行测量. 试块制作采用 70.7 mm × 70.7 mm × 70.7 mm 标准三联试模，试块在室温（20 ± 2 ℃）放置 24 h 拆模，放入水泥标准养护箱（设定温 度 20 ℃、相对湿度为 90%），养护至规定龄期进行 抗压强度测试，抗压强度测试采用 WHY-600 单轴 压力机. 标准试模高度 G1，使用游标卡尺测量养 护后标准试块的高度 G2，计算沉缩率 l. l = (G1 −G2) /G1 ×100% （1） 泌水率的测定方法同参考文献 [16]. 水化机理分析实验：分别取水化 3 d 和 28 d 的 样品，用无水乙醇终止水化，在 60 ℃ 真空干燥箱 烘干至恒重，喷金处理后，用环境扫描电镜（Quanta 250）观察样品表面形貌并用能谱仪进行元素分 析. 用 X 射线衍射仪（D/max-2550，理学）进行水化 产物分析，实验条件为 40 kV，40 mA，Cu 靶，扫描 速度 10°·min–1，扫描范围: 5°～70°. 2    实验结果及分析 2.1    赤泥–粉煤灰充填材料抗压强度分析 由于赤泥含有大量游离碱，碱性物质可以激 发粉煤灰火山灰效应[17−18] . 为研究不同掺量粉煤 灰对充填体抗压强度的影响，对不同比例赤泥–粉 煤灰充填材料进行实验，实验结果如图 2. 从图 2 的实验结果可以看出，随着赤泥掺量的 提高，3 d 抗压强度不断增强，但是充填材料 28 d 表 2    自流型充填料浆各组分配比 Table 2    Designed proportion of self-flowing filling slurry Number Red mud∶fly ash∶desulfurization gypsum∶lime∶activator Solid content / % R3F7 3∶7∶/∶/∶/ 60 R4F6 4∶6∶/∶/∶/ 60 R5F5 5∶5∶/∶/∶/ 60 R6F4 6∶4∶/∶/∶/ 60 G1L2J0 4∶6∶0.6∶0.9∶/ 58 G2L2J0 4∶6∶0.9∶0.9∶/ 58 G3L2J0 4∶6∶1.2∶0.9∶/ 58 G2L1J0 4∶6∶0.9∶0.7∶/ 58 G2L3J0 4∶6∶0.9∶1.1∶/ 58 G2L2J1 4∶6∶0.9∶0.9∶0.1 58 G2L2J2 4∶6∶0.9∶0.9∶0.2 58 G2L2J3 4∶6∶0.9∶0.9∶0.3 58 10 20 30 40 50 60 70 5 6 5 7 8 5 6 7 8 6 7 6 5 6 5 2 2 1 1 2 1 23 1 3 4 1 2 2 1 2 1 3 2 1 1 1 1 2 2 2θ/(°) Intensity Red mud Fly ash 1 5 6 7 9 图 1    赤泥和粉煤灰矿物分析. 1—加藤石；2—钙霞石；3—碳硅钙石； 4—斜硅钙石；5—石英；6—斜方钙沸石；7—重硅钙石；8—铝酸三钙； 9—硬石膏 Fig.1     Mineral  analysis  of  red  mud  and  fly  ash:  1 —katoite； 2 — cancrinite； 3 —tilleyite； 4 —belite； 5 —quartz； 6 —gismondine； 7 — reinhardbraunsite；8—tricalcium aluminate；9—anhydrite 3 7 14 21 28 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 Compressive strength/MPa Curing time/d R3F7 R4F6 R5F5 R6F4 图 2    赤泥–粉煤灰体系不同龄期抗压强度 Fig.2    Different age compressive strength of red mud‒fly ash system 刘娟红等： 低浓度拜耳赤泥充填材料制备及水化机理 · 1459 ·