尹升华等：不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化 833 由图2(a)可知，尾骨比5.0：2.5：2.5河沙-废 量分数与凝结时间与抗压强度关系图. 石-棒磨砂初凝时间随着质量分数增加而缩短 由图3(a)可知，在质量分数77%、尾骨比5.0： 且质量分数75%~77%下降速率大于质量分数77%~ 2.5:2.5下，全尾砂-废石、全尾砂-废石-棒磨砂 78%下降速率近似等于质量分数78%~80%下降 和全尾砂-棒磨砂膏体凝结时间比河沙-废石-棒 速率.这是因为当质量分数在75%~77%时，料浆 磨砂膏体（质量分数77%）凝结时间分别缩短 中水分含量过多，导致水泥水化完全反应；而质量 31.4%(2.1h)、15.2%(1.0h)和5.8%(0.4h):比质量 分数在77%~78%时，料浆中水分在减少，部分水 分数78%、79%河沙-废石-棒磨砂膏体凝结时间 泥没有激发出胶结性能，因而下降速率小于质量 分别缩短了28.4%(1.8h)、11.5%(0.7h)、1.3% 分数76%~77%的下降速率叫：当质量分数在 (0.1h、9.2%(0.6h)和延长12.2%(0.8h)、22.0%(1.3h). 78%~80%时，添加的废石含量达到最多，根据 即实验配料凝结时间远远优于矿用配料凝结时 XRF分析可知，废石含有部分CaO,而活性CaO会 间.这是因为金川全尾砂属于超细尾砂、比表面 参与膏体水化反应.当废石含量达到最大时，相当 积大，由物料活性可知，全尾砂及废石中含有 于废石所发挥的胶结能力达到最大，此时废石胶 MgO和CaO.活性MgO和CaO都会参与水泥水 结能力远远大于部分水泥没有激发的胶结能力， 化反应.因此这双重效应下，导致全尾砂-粗骨料 因此下降速率又大于质量分数77%~78%下降速 凝结时间远远短于矿用配料凝结时间.其水化反 率.由图2(b)结果可知，相同条件下，随着尾骨比 应如(1)~(4)所示 值增加，初凝时间逐渐减少.这是由于金川全尾砂 Ca0话性)+H20→Ca(OH)2 (1) -74μm(200目)含量占88%，比表面积大，当尾骨 MgO(话性)+H2O=Mg(OH5+H* (2) 比由6：4逐渐变成4：6时，此时料浆的比表面积 逐渐减小，导致初凝凝结时间逐渐增加一相同 Ca(OH)+2H+Ca2++2H2O (3) 配比下，全尾砂-废石和全尾砂-废石-棒磨砂比全 3Ca0.Al203.6H20+3CaS04+26H20→ (4) 尾砂-棒磨砂初凝凝结时间要短.这是因为废石含 3Ca0.Al2033CaS0432H20 有活性CaO会参与料浆水化反应而棒磨砂不参与 由图3(b)可知，在尾骨比5：5、质量分数77% 任何反应（惰性材料）.在相同配比下，全尾砂-棒 下，全尾砂-粗骨料膏体均达到充填强度指标(R≥ 磨砂料浆不含废石，全尾砂-废石-棒磨砂料浆废 1.5MPa、R7≥2.5MPa、R2s≥5.0MPa);全尾砂-废 石含量是全尾砂-废石的12，因此三条曲线近似 石、全尾砂-废石-棒磨砂和全尾砂-棒磨砂膏体 平行.综上可知，在全尾砂-粗骨料膏体中，粗骨料 3、7及28d抗压强度比矿用河沙-废石-棒磨砂 的比表面积及化学成分（活性MgO和CaO)是影 (质量分数78%)抗压强度都要高，且3、7及28d 响凝结时间的主要因素 抗压强度最高依次高出21.7%、35.9%和31.6%.此 3.2矿用配比与实验配比对膏体凝结性能及抗压 外，全尾砂-废石膏体3、7及28d抗压强度均大于 强度影响 全尾砂-废石-棒磨砂膏体抗压强度，即全尾砂-废 根据实验结果，对矿用配比与实验配比初凝 石膏体抗压强度优于全尾砂-废石-棒磨砂膏体抗 时间以及抗压强度进行分析，图3所示为不同质 压强度 560 ified tailings-waste rock (a) 28d(b) aste rock-nod mil 480 aste rock-rod milling sand 400 6 320 4 240 160 80 0 777777777777777877777779 78777777 7877777778777777 Different mass fractions/% Different mass fractions/% 图3 不同质量分数初凝时间和抗压强度.()初凝时间：(b)抗压强度 Fig.3 Initial setting time and compressive strength of different mass fractions:(a)initial setting time;(b)compressive strength由图 2（a）可知，尾骨比 5.0∶2.5∶2.5 河沙–废 石–棒磨砂初凝时间随着质量分数增加而缩短. 且质量分数75%～77% 下降速率大于质量分数77%～ 78% 下降速率近似等于质量分数 78%～80% 下降 速率. 这是因为当质量分数在 75%～77% 时，料浆 中水分含量过多，导致水泥水化完全反应；而质量 分数在 77%～78% 时，料浆中水分在减少，部分水 泥没有激发出胶结性能，因而下降速率小于质量 分 数 76%～ 77% 的下降速率 [12] ；当质量分数 在 78%～80% 时 ，添加的废石含量达到最多 ，根据 XRF 分析可知，废石含有部分 CaO，而活性 CaO 会 参与膏体水化反应. 当废石含量达到最大时，相当 于废石所发挥的胶结能力达到最大，此时废石胶 结能力远远大于部分水泥没有激发的胶结能力， 因此下降速率又大于质量分数 77%～78% 下降速 率. 由图 2（b）结果可知，相同条件下，随着尾骨比 值增加，初凝时间逐渐减少. 这是由于金川全尾砂 –74 μm（200 目）含量占 88%，比表面积大，当尾骨 比由 6∶4 逐渐变成 4∶6 时，此时料浆的比表面积 逐渐减小，导致初凝凝结时间逐渐增加[13−14] . 相同 配比下，全尾砂–废石和全尾砂–废石–棒磨砂比全 尾砂–棒磨砂初凝凝结时间要短. 这是因为废石含 有活性 CaO 会参与料浆水化反应而棒磨砂不参与 任何反应（惰性材料）. 在相同配比下，全尾砂–棒 磨砂料浆不含废石，全尾砂–废石–棒磨砂料浆废 石含量是全尾砂–废石的 1/2，因此三条曲线近似 平行. 综上可知，在全尾砂–粗骨料膏体中，粗骨料 的比表面积及化学成分（活性 MgO 和 CaO）是影 响凝结时间的主要因素. 3.2    矿用配比与实验配比对膏体凝结性能及抗压 强度影响 根据实验结果，对矿用配比与实验配比初凝 时间以及抗压强度进行分析，图 3 所示为不同质 量分数与凝结时间与抗压强度关系图. 由图 3（a）可知，在质量分数 77%、尾骨比 5.0∶ 2.5∶2.5 下，全尾砂–废石、全尾砂–废石–棒磨砂 和全尾砂–棒磨砂膏体凝结时间比河沙–废石–棒 磨砂膏体 （质量分 数 77%）凝结时间分别缩 短 31.4%（2.1 h）、15.2%（1.0 h）和 5.8%（0.4 h）；比质量 分数 78%、79% 河沙–废石–棒磨砂膏体凝结时间 分别缩短 了 28.4%（ 1.8  h） 、 11.5%（ 0.7  h） 、 1.3% （0.1 h）、9.2%（0.6 h）和延长12.2%（0.8 h）、22.0%（1.3 h）. 即实验配料凝结时间远远优于矿用配料凝结时 间. 这是因为金川全尾砂属于超细尾砂、比表面 积大. 由物料活性可知 ，全尾砂及废石中含有 MgO 和 CaO. 活性 MgO 和 CaO 都会参与水泥水 化反应. 因此这双重效应下，导致全尾砂–粗骨料 凝结时间远远短于矿用配料凝结时间. 其水化反 应如（1）～（4）所示[15] . CaO(活性)+H2O → Ca(OH)2 （1） MgO(活性)+H2O ⇌ Mg(OH)− 2+H + （2） Ca(OH)2+2H+ → Ca2++2H2O （3） 3CaO·Al2O3 · 6H2O+3CaSO4 +26H2O → 3CaO·Al2O3 · 3CaSO4 · 32H2O （4） 由图 3（b）可知，在尾骨比 5∶5、质量分数 77% 下，全尾砂–粗骨料膏体均达到充填强度指标（R3≥ 1.5 MPa、 R7≥2.5 MPa、 R28≥5.0 MPa） ；全尾砂–废 石、全尾砂–废石–棒磨砂和全尾砂–棒磨砂膏体 3、7 及 28 d 抗压强度比矿用河沙–废石–棒磨砂 （质量分数 78%）抗压强度都要高，且 3、7 及 28 d 抗压强度最高依次高出 21.7%、35.9% 和 31.6%. 此 外，全尾砂–废石膏体 3、7 及 28 d 抗压强度均大于 全尾砂–废石–棒磨砂膏体抗压强度，即全尾砂–废 石膏体抗压强度优于全尾砂–废石–棒磨砂膏体抗 压强度. 560 400 80 0 320 160 480 240 Different mass fractions/% Initial setting time/min 77 77 77 77 77 77 77 78 77 77 77 79 8 5 1 0 4 2 6 7 3 Different mass fractions/% Unconfined compressive strength/MPa 78 77 77 77 78 77 77 77 78 77 77 77 Unclassified tailings−waste rock (a) River sand−waste rock−rod milling sand Shorten 31.4% Shorten 15.2% Shorten 5.8% Shorten 28.4% Shorten 11.5% Shorten 1.3% Shorten 9.2% Extended 12.2% Extended 22.0% Unclassified tailings−rod milling sand Unclassified tailings−waste rock−rod milling sand 28 d (b) Unclassified tailings−waste rock River sand−waste rock−rod milling sand 4.3% 13.0% 21.7% 15.4% 25.6% 35.9% 26.3% Unclassified tailings−rod milling sand 31.6% 31.6% Unclassified tailings−waste rock−rod milling sand 3 d 7 d 图 3    不同质量分数初凝时间和抗压强度. （a）初凝时间；（b）抗压强度 Fig.3    Initial setting time and compressive strength of different mass fractions: (a) initial setting time; (b) compressive strength 尹升华等： 不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化 · 833 ·