程海勇等：基于膏体稳定系数的级配表征及屈服应力预测 ·1175· 分丧失或全部丧失流动性，此时屈服应力相应提高. [2]He M Z,Wang Y M,Forssberg E.Slurry rheology in wet ultrafine 同时，料浆中超细颗粒（包括惰性颗粒与活性 grinding of industrial minerals:a review.Powder Technol,2004, 颗粒)表面存在显著的双电层结构”-2].料浆中固 147(1-3):94 [3]Zhai Y G,Wu A X,Wang HJ,et al.Threshold mass fraction of 相质量分数足够大时，超细颗粒扩散层被挤压，电位 unclassified-tailings paste for backfill mining.I Unis Sci Technol 专降低.在静电力和扩散力共同作用下，存在大量共 Beijing,2011,33(7):795 用扩散层，使颗粒由个体稳定转化为群体稳定，颗粒 (翟永刚，吴爱样，王洪江，等.全尾砂膏体充填临界质量分 间静电力和扩散力的合力由斥力为主转化为吸力为 数.北京科技大学学报.2011,33(7)：795) 主，形成大量絮网结构.絮网结构能够吸附和容纳 [4]Liu X H,Wu A X,Wang H J,et al.Influence mechanism and 惰性颗粒，将部分自由水转变为半稳定形态的吸附 calculation model of CPB rheological parameters.Chin J Eng, 2017,39(2):190 水.同时在摩擦力、静电作用力和絮凝作用下，膏体 (刘晓辉，吴爱样，王洪江，等.膏体流变参数影响机制及计 内部具有一定的可塑性和稳定性.膏体料浆若要产 算模型.工程科学学报，2017,39(2)：190) 生流动需要克服以上作用力，引起屈服应力宏观演 [5]Zhang XX,Qiao D P.Rheological property and yield stress fore- 化行为. casting model of high-density slurry with waste rock-tailings.J Saf Enriron,2015,15(4):278 4结论 (张修香，乔登攀.废石-尾砂高浓度料浆的流变特性及屈服 应力预测模型.安全与环境学报，2015,15(4)：278) (1)构建了表征浆体级配结构的膏体稳定系 [6]Wu A X,Jiao HZ,Wang H J,et al.Yield stress measurements 数，综合表现了散体和流体特征.无论是同一尾砂 and optimization of Paste tailings.J Cent South Univ Sci Technol, 的研磨实验还是配比试验，屈服应力随膏体稳定系 2013,44(8):3370 数的增长均表现出幂指数增长特征.灰砂比减小， (吴爱祥，焦华枯，王洪江，等.膏体尾矿屈服应力检测及其 屈服应力曲线整体向右移偏移.灰砂比1：2时，膏体 优化.中南大学学报（自然科学版），2013,44(8)：3370) 稳定系数在0.675左右达到极限流动条件：灰砂比 [7]Li L,Zhang J.Ferri H,et al.Slump tests for yield stress of paste tailings.Met Mine,2017(1):30 1:20时，膏体稳定系数在0.8左右才达到极限流动 (李亮，张束，Hassani Ferri,等.膏体尾矿屈服应力的塌落度 条件. 试验研究.金属矿山，2017(1)：30) (2)提出了全尾砂膏体屈服应力预测模型.分 [8]Guo Y B,Xu D.Testing method on rheological factors of tailings 析了屈服应力随体积分数、膏体稳定系数和密度的 paste.J Taiyuan Univ Sci Technol,2015,36(5):396 (郭亚兵，徐鼎.尾矿膏体流变学参数试验方法.太原科技大 变化规律，通过三因素耦合分析，得到了因素间的逻 学学报.2015,36(5)：396) 辑权重，建立了具有幂函数因子、指数函数因子和负 [9]Wu A X,Cheng H Y,Wang Y M,et al.Transport resistance 指数函数因子的屈服应力预测模型，模型相关系数 characteristic of paste pipeline considering effect of wall slip.Chin 为0.9707，通过某铁矿全尾砂膏体实验验证，屈服 JNonferrous Met,2016,26(1):180 应力预测误差在10%范围以内. (吴爱样，程海勇，王贻明，等.考虑管壁滑移效应膏体管道 (3)从细观尺度分析了膏体结构和屈服应力演 的输送阻力特性.中国有色金属学报，2016,26(1)：180) [10]Ma K L,Long G C,Xie Y J,et al.Rheological properties of 化机理.认为屈服应力主要受料浆级配结构和絮网 compound pastes with cement-fly ash-limestone powder.J Chin 结构的支配.级配结构构成了料浆可塑性和稳定性 Ceram Soc,2013,41(5):582 的基础.絮网结构能够容纳惰性颗粒，同时将自由 (马昆林，龙广成，谢友均，等.水泥-粉煤灰-石灰石粉复 水转变为半稳定形态的吸附水，产生一定的稳定性， 合浆体的流变性能.硅酸盐学报，2013,41(5)：582) 引起屈服应力的变化 [11]Wang Y,Wu A X,Wang H J,et al.Further development of (4)文中相关流变实验是在动剪切条件下完成 paste definition from the viewpoint of yield tress.I Unig Sci Tech- 的，动剪切条件下水泥水化作用在1h以内不显著， nol Beijing,2014,36(7):855 (王勇，吴爱祥，王洪江，等.从屈服应力角度完善膏体定 故未考虑非惰性材料适用情况.同时由于实验样本 义.北京科技大学学报，2014,36(7)：855) 有限模型的误差限有待进一步研究. [12]Liu Q S,Lu C B,Liu B,et al.Research on rheological behavior for cement grout considering temperature and hydration time 参考文献 effects.Chin J Rock Mech Eng,2014.33(Suppl 2):3730 [1]Nehdi M,Rahman M A.Estimating rheological properties of ce- (刘泉声，卢超波，刘滨，等.考虑温度及水化时间效应的水 ment pastes using various rheological models for different test ge- 泥浆液流变特性研究.岩石力学与工程学报，2014,33（增 ometry,gap and surface friction.Cem Concr Res,2004,34(11): 刊2)：3730) 1993 [13]Cai S J,Huang G,Wu D,et al.Experimental and modeling程海勇等: 基于膏体稳定系数的级配表征及屈服应力预测 分丧失或全部丧失流动性,此时屈服应力相应提高. 同时,料浆中超细颗粒(包括惰性颗粒与活性 颗粒)表面存在显著的双电层结构[20鄄鄄22] . 料浆中固 相质量分数足够大时,超细颗粒扩散层被挤压,电位 孜 降低. 在静电力和扩散力共同作用下,存在大量共 用扩散层,使颗粒由个体稳定转化为群体稳定,颗粒 间静电力和扩散力的合力由斥力为主转化为吸力为 主,形成大量絮网结构. 絮网结构能够吸附和容纳 惰性颗粒,将部分自由水转变为半稳定形态的吸附 水. 同时在摩擦力、静电作用力和絮凝作用下,膏体 内部具有一定的可塑性和稳定性. 膏体料浆若要产 生流动需要克服以上作用力,引起屈服应力宏观演 化行为. 4 结论 (1)构建了表征浆体级配结构的膏体稳定系 数,综合表现了散体和流体特征. 无论是同一尾砂 的研磨实验还是配比试验,屈服应力随膏体稳定系 数的增长均表现出幂指数增长特征. 灰砂比减小, 屈服应力曲线整体向右移偏移. 灰砂比 1颐 2时,膏体 稳定系数在 0郾 675 左右达到极限流动条件;灰砂比 1颐 20 时,膏体稳定系数在 0郾 8 左右才达到极限流动 条件. (2)提出了全尾砂膏体屈服应力预测模型. 分 析了屈服应力随体积分数、膏体稳定系数和密度的 变化规律,通过三因素耦合分析,得到了因素间的逻 辑权重,建立了具有幂函数因子、指数函数因子和负 指数函数因子的屈服应力预测模型,模型相关系数 为 0郾 9707,通过某铁矿全尾砂膏体实验验证,屈服 应力预测误差在 10% 范围以内. (3)从细观尺度分析了膏体结构和屈服应力演 化机理. 认为屈服应力主要受料浆级配结构和絮网 结构的支配. 级配结构构成了料浆可塑性和稳定性 的基础. 絮网结构能够容纳惰性颗粒,同时将自由 水转变为半稳定形态的吸附水,产生一定的稳定性, 引起屈服应力的变化. (4)文中相关流变实验是在动剪切条件下完成 的,动剪切条件下水泥水化作用在 1 h 以内不显著, 故未考虑非惰性材料适用情况. 同时由于实验样本 有限,模型的误差限有待进一步研究. 参 考 文 献 [1] Nehdi M, Rahman M A. Estimating rheological properties of ce鄄 ment pastes using various rheological models for different test ge鄄 ometry, gap and surface friction. Cem Concr Res, 2004, 34(11): 1993 [2] He M Z, Wang Y M, Forssberg E. Slurry rheology in wet ultrafine grinding of industrial minerals: a review. Powder Technol, 2004, 147(1鄄3): 94 [3] Zhai Y G, Wu A X, Wang H J, et al. Threshold mass fraction of unclassified鄄tailings paste for backfill mining. J Univ Sci Technol Beijing, 2011, 33(7): 795 (翟永刚, 吴爱祥, 王洪江, 等. 全尾砂膏体充填临界质量分 数. 北京科技大学学报, 2011, 33(7): 795) [4] Liu X H, Wu A X, Wang H J, et al. Influence mechanism and calculation model of CPB rheological parameters. Chin J Eng, 2017, 39(2): 190 (刘晓辉, 吴爱祥, 王洪江, 等. 膏体流变参数影响机制及计 算模型. 工程科学学报, 2017, 39(2): 190) [5] Zhang X X, Qiao D P. Rheological property and yield stress fore鄄 casting model of high鄄density slurry with waste rock鄄tailings. J Saf Environ, 2015, 15(4): 278 (张修香, 乔登攀. 废石鄄鄄尾砂高浓度料浆的流变特性及屈服 应力预测模型. 安全与环境学报, 2015, 15(4): 278) [6] Wu A X, Jiao H Z, Wang H J, et al. Yield stress measurements and optimization of Paste tailings. J Cent South Univ Sci Technol, 2013, 44(8): 3370 (吴爱祥, 焦华喆, 王洪江, 等. 膏体尾矿屈服应力检测及其 优化. 中南大学学报(自然科学版), 2013, 44(8): 3370) [7] Li L, Zhang J, Ferri H, et al. Slump tests for yield stress of paste tailings. Met Mine, 2017(1): 30 (李亮, 张柬, Hassani Ferri, 等. 膏体尾矿屈服应力的塌落度 试验研究. 金属矿山, 2017(1): 30) [8] Guo Y B, Xu D. Testing method on rheological factors of tailings paste. J Taiyuan Univ Sci Technol, 2015, 36(5): 396 (郭亚兵, 徐鼎. 尾矿膏体流变学参数试验方法. 太原科技大 学学报, 2015, 36(5): 396) [9] Wu A X, Cheng H Y, Wang Y M, et al. Transport resistance characteristic of paste pipeline considering effect of wall slip. Chin J Nonferrous Met, 2016, 26(1): 180 (吴爱祥, 程海勇, 王贻明, 等. 考虑管壁滑移效应膏体管道 的输送阻力特性. 中国有色金属学报, 2016, 26(1): 180) [10] Ma K L, Long G C, Xie Y J, et al. Rheological properties of compound pastes with cement鄄fly ash鄄limestone powder. J Chin Ceram Soc, 2013, 41(5): 582 (马昆林, 龙广成, 谢友均, 等. 水泥鄄鄄 粉煤灰鄄鄄 石灰石粉复 合浆体的流变性能. 硅酸盐学报, 2013, 41(5): 582) [11] Wang Y, Wu A X, Wang H J, et al. Further development of paste definition from the viewpoint of yield tress. J Univ Sci Tech鄄 nol Beijing, 2014, 36(7): 855 (王勇, 吴爱祥, 王洪江, 等. 从屈服应力角度完善膏体定 义. 北京科技大学学报, 2014, 36(7): 855) [12] Liu Q S, Lu C B, Liu B, et al. Research on rheological behavior for cement grout considering temperature and hydration time effects. Chin J Rock Mech Eng, 2014, 33(Suppl 2): 3730 (刘泉声, 卢超波, 刘滨, 等. 考虑温度及水化时间效应的水 泥浆液流变特性研究. 岩石力学与工程学报, 2014, 33(增 刊 2): 3730) [13] Cai S J, Huang G, Wu D, et al. Experimental and modeling ·1175·