废石掺量对胶结充填体强度及变形破坏的影响

　　用一定量的粗骨料替代部分全尾砂进行胶结充填，不仅能够提高充填体的强度，还能减小充填体在载荷作用下的变形，满足了部分矿山较高的充填要求。胶结充填体的强度主要取决于充填料浆的配比，即骨料、胶凝材料、水的配比。本研究拟采用控制变量的试验方法，基于 SEM电镜扫描和 XRD试验，探究在废石—全尾砂混合骨料下结充填体强度及变形特性，探究废石掺量（≥40%）因素对胶结充填体强度以及变形破坏的影响规律和机理。研究表明：随着粗骨料的增加，充填体试样的单轴抗压强度逐渐减小。由于粗骨料含量太多，所形成的骨架太大，水化产物相对较少未能充分填满产生较多孔隙，对提高充填体强度产生了不利的影响。此外，随着废石掺量的增加，其强度有所降，其破坏时的总应变量基本相同；其应力—应变曲线在初期基本重合，主要在端部裂隙闭合阶段之后逐渐分开。绿色采矿是当今矿山开采的发展方向，尾砂的地表堆存以及尾矿坝的稳定性是当今各个矿山重点关注的问题。尾砂胶结充填不仅能够保证井下安全开采，还能解决矿山尾砂的堆存问题，从而实现绿色开采。目前，采用全尾砂胶结充填已经不能满足部分矿山的充填要求和经济要求，从而提出用一定量的粗骨料替代部分全尾砂进行胶结充填。粗骨料的刚性骨架作用，能够提高充填体的强度，并且能够提高充填体的弹性模量，减小在载荷作用下的变形。此外，粗骨料由于内部存在裂纹而具有一定的吸水率，吸附的水在一定程度上能够改善充填体的后期养护。在混凝土及混凝土集料相关术语的定义中，ASTM 将粗骨料定义为集料中粒径大于 4.750 mm 的颗粒，但全尾砂颗粒较细，与定义粒径相比差距较大，会造成粒径效应，从而影响试验结果的准确性，基于此，本次研究拟订粗细骨料界限为 1.000 mm，即矿山废石作粗骨料的最小掺入粒径为 1.000 mm。

 

　　本研究采用控制变量的实验思路，结合 SEM 电镜扫描与 XRD 试验手段，探究在废石—全尾砂混合骨料下胶结充填体强度特性，探明废石掺量对全尾砂废石胶结充填体强度及变形特性的影响规律以及机理。通过研究，可以揭示废石最优掺入量或掺入范围，对实现矿山的经济开采具有十分重要的理论价值与突出的现实意义。 随着废石掺量（≥40%）的增加，充填体试样的单轴抗压强度逐渐减小。随着废石掺量（≥40%）的增加，微观结构更加疏松，针状物质明显增多，絮状物与块状物明显减少，孔隙比例也明显增加，水化反应不充分，充填体强度也逐渐降低。由于粗骨料含量太多，所形成的骨架太大，水化产物相对较少未能充分填满产生较多孔隙，对提高充填体强度产生了不利的影响。试件压缩过程中主要经过了 7 个阶段。在较高浓度条件下，试件弹性较好，应力—应变曲线没有很明显的屈服过程；随着废石掺量的增加，其强度有所下降，其破坏时的总应变量基本相同；其应力—应变曲线在初期基本重合，主要在端部裂隙闭合阶段之后逐渐分开。