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建筑垃圾再生骨料对矿山充填膏体输送性能影响的试验研究

发布日期:2020-06-16  来源:山东科技大学学报(自然科学版)  作者:刘音  浏览次数:283

近年来,我国固体废弃物产生量持续增长,仅建筑垃圾每年就产生十几亿吨口。建筑垃圾的大量堆放不仅会降低土壤质量及土壤生产能力,影响空气质量、危害人体健康,而且建筑垃圾在长期堆放过程中还会造成有害物质渗入地下水域,污染地下水体口。

建筑垃圾的再生利用,是当今世界众多国家研究发展的技术追求和可持续发展的战略目标之一,日本、美国、德国、欧盟和韩国等国家均有一定的研究成果,早在上个世纪80年代荷兰就制定了有关利用再生混凝土骨料制备素混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土的规范。我国对于建筑垃圾再生骨料的研究已开展了一段时间,尤其在充填开采方面,为更高效地将建筑垃圾再生骨料利用起来,已有学者进行了一些相关研究和实践。姜明洋等采用正交试验手段对城区废旧建筑垃圾充填膏体的配合比进行了研究,得出建筑垃圾充填膏体可以避免矸石骨料遇水膨胀的缺点,且在满足塌落度要求的前提下建筑垃圾充填膏体质量浓度越大,其充填效果越好。韩宇峰等以建筑垃圾再生骨料、煤矸石、水泥、粉煤灰为原料制备矿山充填膏体,通过测试不同材料配比的膏体流动性、泌水率及抗压强度,得出建筑垃圾再生骨料充填膏体相比于煤矸石充填膏体泌水率降低,流动性能变差,且抗压强度增加。冯国瑞等利用混凝土粗骨料代替煤矸石制备充填膏体,通过实验分析出废弃混凝土粗骨料替代矸石量的合理范围。刘音等对建筑垃圾再生骨料充填膏体对地下水环境造成的影响进行了试验研究,建筑垃圾作为充填骨料充填于采空区,由于固化作用重属离子不会对地下水环境造成影响;山东级索煤矿以废弃混凝土作为充填骨料运用于充填开采,取得较好的经济效益和环境效益。上述研究大都为针对一种建筑垃圾进行的独立研究,但是建筑垃圾分类较多,对不同类型的建筑垃圾用作充填骨料的合理优选性探究鲜有报道;其次在矿山膏体充填过程中,高浓度充填膏体会造成管道堵塞,膏体浓度过低会牺牲充填强度,更低浓度的膏体由于颗粒沉降易导致管道堵塞。

而目前对于建筑垃圾再生骨料充填膏体的输送性能方面的研究仍处于初步探索阶段。膏体充填料浆在管道中的输送性能是其在泵送过程中的工作性,即流动性、可塑性和稳定性,这一点与泵送混凝土的特性是一致的。一般情况下衡量膏体充填材料可泵性指标主要有初凝和终凝时问、塌落度、泌水率、分层度及颗粒级配。塌落度是膏体材料输送性能的一个最重要的参考指标,因其便于操作、切实可行而被广泛采用。塌落度的大小在直观上反映了膏体料浆的流动能力和摩擦阻力的大小,煤矿膏体充填材料的塌落度一般控制在18~24 cm,并在此范围内寻找最佳泌水率、分层度等指标。泌水率是指在指定的时间范围内,膏体料浆上层泌出的水分占膏体总质量的百分比。泌水率是测定膏体保水性能的重要指标,泌水率大,膏体料浆的保水性能较差,水分容易在膏体表面析出,影响料浆的和易性,在煤矿膏体充填中一般要求静置泌水率不大于2.5%。分层度在膏体试验中一般指骨料下沉水分上升的一种现象,是由建筑学领域中转变过来的一个技术指标,被最先运用于金属矿的膏体充填中。分层是一种不可避免的客观现象,但是分层度过大会产生离析,严重的话会导致堵管事故,对井下造成重大的经济损失。在配制膏体材料的过程中一定要注意分层度的控制,根据实践经验表明,分层度宜不超过2 cm。

本研究采集废弃路面混凝土、城区废旧建筑物、建筑工地废弃物三种来源的建筑垃圾再生骨料制备充填膏体,首先测试三种建筑垃圾的表观密度、堆积密度、吸水率、压碎指标及针片状颗粒含量;依据矿上要求进行试验,然后分别测试三种不同建筑垃圾充填膏体的塌落度、分层度和泌水率,确定适合矿山充填膏体的最佳建筑垃圾类型;最后采用单因素试验分析方法,通过改变充填膏体的质量浓度、固相比,探究对充填膏体输送性能的影响,寻求使建筑工地废弃物充填膏体输送性能达到最佳的质量浓度和固相比。废弃路面混凝土、城区废旧建筑物、建筑工地废弃物均可用作矿山充填骨料,以废弃混凝土为主的建筑工地废弃物制备的充填膏体输送性能最佳。建筑工地废弃物充填膏体的质量浓度在76%~78%时,随着固相比中建筑工地废弃建筑物比例的增大,塌落度、分层度、泌水率均呈先降低后升高的趋势,其中固相比为1:4:6时,输送性能最佳。本试验在浆体制备过程中,由于不可控制的外界环境因素(温度、湿度、二氧化碳浓度等的变化),在测试塌落度等宏观指标过程中,不能保证各环境恒定不变,使试验数据产生一定误差,但在实验误差范围之内。后期拟使用相关模拟软件对充填料浆的管道输送性能做进一步研究。

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