李召峰等：石粉对赤泥基注浆材料的影响机制 771· 表2实验固体粉料质量配比 间逐渐延长，这是因为细小的石粉颗粒填充在孔 Table 2 Experimental proportion 隙中替代一部分水起到润滑的作用，多余的水使 Sample RM BFS LS 膏体更具流动性，延长了浆体的凝结时间1-2四 LS-0 50 50 0 图3(b)为5%的较优石粉质量分数下不同 LS-5% 47.5 47.5 粒径石粉对浆液凝结时间的作用规律图，可以看 LS-10% 45 5 9 出随着石粉粒径的减小，LS-60、LS-33、LS-21 LS-15% 42.5 42.5 小 和LS-8相比于LS-buk浆液初凝时间分别缩短 LS-20% 了17、22、27和30min,由此可得，LS-8初凝时间 40 40 20 LS-bulk 47.5 47.5 5 的变化幅度最大，相比于LS-bulk低了19.3%.这 LS-60 47.5 47.5 J 是因为包覆水膜的石灰石虽然对浆液起到润滑、 LS-33 47.5 47.5 5 传动的作用，然而由于细粒度石粉具有较大的比 LS-21 47.5 47.5 表面积，需水量较大，浆液自由水含量大幅降低： LS-8 47.5 47.5 5 粒径较小的石粉颗粒成膜吸水作用比粒径大的石 粉水膜传动作用强，浆液凝结时间在宏观表现为 烘干箱中烘干24h后进行微观结构分析.孔径分 缩短2) 布与孔隙率分析采用PoreMaster-60型压汞仪 2.2石粉对赤泥基注浆材料泌水性能的影响 (MIP);水化产物分析采用EMPYREAN型X射线 在注浆时，浆液中较粗的颗粒由于重力作用 衍射仪；结石体微观形态分析采用Thermo Fisher 逐渐沉积下来，大量的自由水便悬浮于浆液上层， Quattro S扫描电子显微镜. 进而影响结石体的宏微观结构性能.石粉对赤泥 基注浆材料泌水率的影响规律如图4示，由图4(a) 2结果与讨论 知，随石粉质量分数增大，浆液泌水率分别为 21石粉对赤泥基注浆材料凝结时间的影响 7.1%.7.8%,8.8%.10%和11.5%.在石粉质量分数 浆液凝结时间是水化历程的宏观物理反映， 为5%时较LS-0上升幅度最小，增幅仅为9.85% 两者有着密不可分的关系.石粉对赤泥基注浆材 由图4(b)可知，在5%的最佳石粉质量分数下，随 料凝结时间的影响如图3所示.由图3(a)可知， 石粉粒径的减小浆液泌水率分别为7.8%，7.3%， LS-5%、LS-10%、LS-15%和LS-20%浆液初凝 6.8%,6.4%和5.8%.通过比较实验组间降幅可知， 时间相比于LS-0分别延长了为6、16、30和32min, 在石粉平均粒径为8m时，浆液泌水率下降幅度 相对增量分别为6,10,14和2min,由此可见，在石 最大，降幅达9.38%，这是因为随着石粉粒径的减 粉质量分数为5%和20%时，赤泥基注浆材料浆 小，颗粒比表面积逐渐增大，形成饱和水膜所需水 液凝结时间受石粉影响较小，因此，5%和20%为 量也随之增大，浆液泌水率同样也呈现出下降的 石粉较优质量分数.随着石粉掺量增加，初终凝时 变化规律P] 7.0 7.0 (a) (b) 一Initial setting time .Initial setting time 6.5 6.5 -Final setting time 。-Final setting time y/au 6.0 6.0 4.0 4.0 3.5 5 10 15 20 21 33 60 Full Mass fraction of LS/% Mean particle size/um 图3石粉对赤泥基注浆材料凝结时间的影响.()不同质量分数石粉：(b)不同平均粒径石粉 Fig.3 Effect of limestone powder on setting time of red mud-based grouting material:(a)different mass fractions of LS;(b)different mean particle sizes ofLS烘干箱中烘干 24 h 后进行微观结构分析. 孔径分 布与孔隙率分析采用 PoreMaster –60 型压汞仪 （MIP）；水化产物分析采用 EMPYREAN 型 X 射线 衍射仪；结石体微观形态分析采用 Thermo Fisher Quattro S 扫描电子显微镜. 2    结果与讨论 2.1    石粉对赤泥基注浆材料凝结时间的影响 浆液凝结时间是水化历程的宏观物理反映， 两者有着密不可分的关系. 石粉对赤泥基注浆材 料凝结时间的影响如图 3 所示. 由图 3（a）可知， LS–5%、LS–10%、LS–15% 和 LS–20% 浆液初凝 时间相比于 LS–0 分别延长了为 6、16、30 和 32 min， 相对增量分别为 6，10，14 和 2 min，由此可见，在石 粉质量分数为 5% 和 20% 时，赤泥基注浆材料浆 液凝结时间受石粉影响较小，因此，5% 和 20% 为 石粉较优质量分数. 随着石粉掺量增加，初终凝时 间逐渐延长，这是因为细小的石粉颗粒填充在孔 隙中替代一部分水起到润滑的作用，多余的水使 膏体更具流动性，延长了浆体的凝结时间[21−22] . 图 3（ b）为 5% 的较优石粉质量分数下不同 粒径石粉对浆液凝结时间的作用规律图，可以看 出随着石粉粒径的减小，LS–60、LS–33、LS–21 和 LS–8 相比于 LS–bulk 浆液初凝时间分别缩短 了 17、22、27 和 30 min，由此可得，LS–8 初凝时间 的变化幅度最大，相比于 LS–bulk 低了 19.3%. 这 是因为包覆水膜的石灰石虽然对浆液起到润滑、 传动的作用，然而由于细粒度石粉具有较大的比 表面积，需水量较大，浆液自由水含量大幅降低； 粒径较小的石粉颗粒成膜吸水作用比粒径大的石 粉水膜传动作用强，浆液凝结时间在宏观表现为 缩短[23] . 2.2    石粉对赤泥基注浆材料泌水性能的影响 在注浆时，浆液中较粗的颗粒由于重力作用 逐渐沉积下来，大量的自由水便悬浮于浆液上层， 进而影响结石体的宏微观结构性能. 石粉对赤泥 基注浆材料泌水率的影响规律如图 4 示，由图 4（a） 知 ，随石粉质量分数增大 ，浆液泌水率分别 为 7.1%，7.8%，8.8%，10% 和 11.5%，在石粉质量分数 为 5% 时较 LS–0 上升幅度最小，增幅仅为 9.85%. 由图 4（b）可知，在 5% 的最佳石粉质量分数下，随 石粉粒径的减小浆液泌水率分别为 7.8%， 7.3%， 6.8%，6.4% 和 5.8%，通过比较实验组间降幅可知， 在石粉平均粒径为 8 μm 时，浆液泌水率下降幅度 最大，降幅达 9.38%，这是因为随着石粉粒径的减 小，颗粒比表面积逐渐增大，形成饱和水膜所需水 量也随之增大，浆液泌水率同样也呈现出下降的 变化规律[23] . 表 2    实验固体粉料质量配比 Table 2    Experimental proportion % Sample RM BFS LS LS–0 50 50 0 LS–5% 47.5 47.5 5 LS–10% 45 45 10 LS–15% 42.5 42.5 15 LS–20% 40 40 20 LS–bulk 47.5 47.5 5 LS–60 47.5 47.5 5 LS–33 47.5 47.5 5 LS–21 47.5 47.5 5 LS–8 47.5 47.5 5 0 4.0 6.0 6.5 7.0 (a) Initial setting time Final setting time 5 Mass fraction of LS/% Setting time/h 10 15 20 Mean particle size/μm 8 4.0 3.5 6.0 6.5 7.0 (b) Initial setting time Final setting time 21 Setting time/h 33 60 Full 图 3    石粉对赤泥基注浆材料凝结时间的影响. （a）不同质量分数石粉；（b）不同平均粒径石粉 Fig.3    Effect of limestone powder on setting time of red mud–based grouting material: (a) different mass fractions of LS; (b) different mean particle sizes of LS 李召峰等： 石粉对赤泥基注浆材料的影响机制 · 771 ·