·1300 工程科学学报，第42卷，第10期 model and empirical model are more or less the same when the spread of paste backfill of tailings is between 12 cm and 16 cm.The calculated yield stresses of analytical model are generally higher than actual test values.Compared with the slump,the spread test is simple and easy to operate,which can adequately characterize the rheological properties of paste backfill of tailings and guide in-sit backfilling. KEY WORDS paste;spread;cement-tailings ratio;yield stress;viscosity 膏体充填因具有“一废治两害”、充填体质量 的影响，利用Brookfield R/S桨式流变仪测试膏体 好、作业环境优等优点在国内外矿山得到广泛应用， 的屈服应力和黏度系数，分析扩散度与屈服应力 也是实现绿色开采的主要技术膏体的流变特 和黏度系数的关系，并根据5个矿山的试验数据， 性是影响膏体充填管道设计的重要因素.膏体属 构建尾砂膏体的屈服应力与扩散度的经验模型， 于非牛顿结构流体，在管道中呈柱塞状整体移动， 以期为矿山充填现场提供一种简便、可靠的测试 通常视为宾汉姆(Bingham)体，其流动特性可通过 膏体流变特性的方法 测定流变参数（屈服应力和黏度系数）表征).在 1尾砂膏体扩散度测试 充填实践中，通常采用测定坍落度的方式衡量膏 体的流动特性⑧-川，该方法借鉴于混凝土行业标准 1.1扩散度测试方法 使用上下直径分别为100mm和200mm,高为300mm 参照《混凝土外加剂匀质性试验方法》(GB 的锥形筒，将膏体分三层装人，测定拔起后筒高与 T8077一2016)测试水泥净浆流动度的试验方法吲， 坍落后膏体最高点之间的高度差.然而尾砂膏体 采用上口直径为36mm,下口直径为60mm,高 与混凝土在料浆含水率、骨料粒径和工况条件等 度为60mm的内壁光滑无接缝的金属截锥圆模 方面具有较大差别，矿山生产实践表明，混凝土行 测试尾砂膏体的扩散度.搅拌均匀的尾砂膏体 业标准中测定坍落度方法并不适用于尾砂膏体 注入截锥圆模内，用刮刀刮平，将截锥圆模按 与混凝土相比，尾砂膏体的流动性更大，骨料粒径 垂直方向提起，时间控制在3~5s:读取尾砂膏体 极细，坍落度测试不仅费时、费料，而且所测结果 流淌部分互相垂直的两个方向的最大直径，取平 无法区分不同配比膏体的流动性.沈慧明等)研 均值作为尾砂膏体的扩散度，试验装置如图1 究了7.5cm小型圆柱与标准锥形坍落度的对应关 所示 系，认为小型圆柱法可作为测定细粒级膏体坍落 1.2截锥圆模内物料受力分析 度的一种新方法.田世文等在研究超大流动度 锥形坍落筒提起前后的应力分布如图2所示 混凝土中引入了扩散度表征流动性的参数.《普通混 在坍落筒任一水平位置的应力为其上物料的自重 凝土拌合物性能试验方法标准》(GBT50080一 应力，坍落筒提起后，物料在剪切应力下发生变形 2016)21中说明当混凝土拌合物的坍落度大于 流动，在屈服区域上方，重力引起的最大剪应力低 220mm时，需开展混凝土扩展度的测定.《混凝土 于屈服应力，该区域物料保持未屈服状态.假设屈 外加剂匀质性试验方法》(GBT8077一2016)中 服物料与未屈服物料之间的分界是一个水平面， 通过测试流动度表征水泥净浆的流动性 且该水平面在物料坍落的过程中向下运动，则最 结合尾砂膏体物料特性，本文借鉴水泥净浆 终坍落高度可根据未屈服高度(o)和已屈服高度 流动度的测试方法，引入扩散度参数，通过开展室 (h)得到. 内试验，研究质量分数、灰砂比对尾砂膏体扩散度 其中，R为坍落筒的上部半径，m;R为坍落 (a) ,36mm 母 60 mm 图1扩散度试验装置.(a)示意图：(b)实物图 Fig.I Device of spread test:(a)schematic diagram;(b)physical imagemodel and empirical model are more or less the same when the spread of paste backfill of tailings is between 12 cm and 16 cm. The calculated yield stresses of analytical model are generally higher than actual test values. Compared with the slump, the spread test is simple and easy to operate, which can adequately characterize the rheological properties of paste backfill of tailings and guide in-situ backfilling. KEY WORDS    paste；spread；cement-tailings ratio；yield stress；viscosity 膏体充填因具有“一废治两害”、充填体质量 好、作业环境优等优点在国内外矿山得到广泛应用， 也是实现绿色开采的主要技术[1−4] . 膏体的流变特 性是影响膏体充填管道设计的重要因素. 膏体属 于非牛顿结构流体，在管道中呈柱塞状整体移动， 通常视为宾汉姆（Bingham）体，其流动特性可通过 测定流变参数（屈服应力和黏度系数）表征[5−7] . 在 充填实践中，通常采用测定坍落度的方式衡量膏 体的流动特性[8−11] ，该方法借鉴于混凝土行业标准[12] . 使用上下直径分别为100 mm 和200 mm，高为300 mm 的锥形筒，将膏体分三层装入，测定拔起后筒高与 坍落后膏体最高点之间的高度差. 然而尾砂膏体 与混凝土在料浆含水率、骨料粒径和工况条件等 方面具有较大差别，矿山生产实践表明，混凝土行 业标准中测定坍落度方法并不适用于尾砂膏体. 与混凝土相比，尾砂膏体的流动性更大，骨料粒径 极细，坍落度测试不仅费时、费料，而且所测结果 无法区分不同配比膏体的流动性. 沈慧明等[13] 研 究了 7.5 cm 小型圆柱与标准锥形坍落度的对应关 系，认为小型圆柱法可作为测定细粒级膏体坍落 度的一种新方法. 田世文等[14] 在研究超大流动度 混凝土中引入了扩散度表征流动性的参数. 《普通混 凝土拌合物性能试验方法标准》（GB T50080— 2016） [12] 中说明当混凝土拌合物的坍落度大于 220 mm 时，需开展混凝土扩展度的测定. 《混凝土 外加剂匀质性试验方法》（GB T8077—2016） [15] 中 通过测试流动度表征水泥净浆的流动性. 结合尾砂膏体物料特性，本文借鉴水泥净浆 流动度的测试方法，引入扩散度参数，通过开展室 内试验，研究质量分数、灰砂比对尾砂膏体扩散度 的影响，利用 Brookfield R/S 桨式流变仪测试膏体 的屈服应力和黏度系数，分析扩散度与屈服应力 和黏度系数的关系，并根据 5 个矿山的试验数据， 构建尾砂膏体的屈服应力与扩散度的经验模型， 以期为矿山充填现场提供一种简便、可靠的测试 膏体流变特性的方法. 1    尾砂膏体扩散度测试 1.1    扩散度测试方法 参照《混凝土外加剂匀质性试验方法》（GB T8077—2016）测试水泥净浆流动度的试验方法[15] ， 采用上口直径为 36 mm，下口直径为 60 mm，高 度为 60 mm 的内壁光滑无接缝的金属截锥圆模 测试尾砂膏体的扩散度. 搅拌均匀的尾砂膏体 注入截锥圆模内 ，用刮刀刮平 ，将截锥圆模按 垂直方向提起，时间控制在 3～5 s；读取尾砂膏体 流淌部分互相垂直的两个方向的最大直径，取平 均值作为尾砂膏体的扩散度 ，试验装置如 图 1 所示. 1.2    截锥圆模内物料受力分析 锥形坍落筒提起前后的应力分布如图 2 所示. 在坍落筒任一水平位置的应力为其上物料的自重 应力，坍落筒提起后，物料在剪切应力下发生变形 流动，在屈服区域上方，重力引起的最大剪应力低 于屈服应力，该区域物料保持未屈服状态. 假设屈 服物料与未屈服物料之间的分界是一个水平面， 且该水平面在物料坍落的过程中向下运动，则最 终坍落高度可根据未屈服高度（h0）和已屈服高度 （h1）得到. 其中，R0 为坍落筒的上部半径，m；RH 为坍落 36 mm 60 mm 60 mm (a) (b) 图 1    扩散度试验装置. （a）示意图；（b）实物图 Fig.1    Device of spread test: (a) schematic diagram; (b) physical image · 1300 · 工程科学学报，第 42 卷，第 10 期