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Brookfield博勒飛流變儀進(jìn)行河砂新型膠凝材料漿流變特性試驗(yàn)研究
2020-7-17 閱讀(808)
河砂新型膠凝材料漿流變特性試驗(yàn)研究
李國(guó)棟，徐壯飛，王曉歡，金 超，趙 越，李 楊
（山東黃金金創(chuàng)集團(tuán)有限公司 蓬萊市大柳行金礦， 山東 蓬萊 265615）
摘 要： 河砂充填采礦可以降低采礦成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。 針對(duì)以河砂作為充填骨料，開(kāi)發(fā)出一種新型膠凝材料，充填體強(qiáng)度滿足要求。 對(duì)其河砂漿流變特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析河砂漿自流輸送影響因數(shù) , 可以為新型膠凝材料河砂漿的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞： 新型膠凝材料； 河砂； 流變特性； 自流輸送
Experimental Study on Rheological Behavior of New Cementing Material Slurry with River Sand
LI Guo-dong ， XU Zhuang-fei ， WANG Xiao-huan ， JIN Chao ， ZHAO Yue ， LI Yang
（ Penglaishi Daliuhang Gold Mine ， Shandong Gold Jinchuang Group Co., Ltd., Penglai 265615 ， China ）
Abstract: Mining with river sand backfill can the cost of mining and improve economic benefit.Developed a new cementing material, the strength of filling body met the requirement. Experimentalstudy on the rheological characteristics of river sand slurry ， analyzed the factor influencing gravity-flow transportation. The study can provide theoretical basis for the application of river sand slurry with newcementing material.
Key words: new cementing material; river sand; rheological characteristics; gravity-flow transportation
1 河砂物理特性的測(cè)試
對(duì)本次試驗(yàn)選用的河砂進(jìn)行物理特性測(cè)試，包括密度、 孔隙率和粒徑分布。 測(cè)得河砂密實(shí)密度2.66 g/cm 3 ，松散密度 1.59 g/cm 3 ，孔隙率 40.11% 。 表1 為河砂粒徑特征測(cè)試結(jié)果。
充填采礦對(duì)充填骨料粒度的要求，細(xì)顆粒及大顆粒的含量不能過(guò)高，骨料細(xì)顆?？梢蕴岣叱涮盍蠞{的流動(dòng)性，但是當(dāng)骨料細(xì)顆粒過(guò)多，充填料漿的流動(dòng)性會(huì)逐漸變差。 充填骨料中大顆粒所占比例同樣不能過(guò)高，過(guò)高時(shí)，充填料漿的穩(wěn)定性變差，容易出現(xiàn)離析分層現(xiàn)象。
由河砂粒徑分布圖（見(jiàn)圖 1 ）和表 1 可知，河砂的粒徑分布基本符合正態(tài)分布，粒徑在 0.5～2.5 mm的河砂所占比例較大，細(xì)顆粒及大顆粒的河砂所占比例不高，滿足充填采礦對(duì)充填骨料的要求。
2 新型膠凝材料河砂漿的流變特性測(cè)試
（ 1 ）新型膠凝材料河砂漿基本性能測(cè)試
新型膠凝砂漿基本性能測(cè)試包括砂漿稠度、砂漿分層度、砂漿塌落度、砂漿沁水率，同時(shí)與水泥河砂漿基本性能進(jìn)行對(duì)比。 砂漿基本性能測(cè)試方案與結(jié)果如表 2 和表 3 所示。
① 砂漿稠度分析 砂漿稠度在于揭示砂漿的流動(dòng)性，用于評(píng)價(jià)砂漿管道輸送的可行性與可靠性。新型膠凝材料和水泥砂漿的稠度變化規(guī)律基本一致，即砂漿稠度隨濃度提高而減小。 相同膠砂比與濃度時(shí)，新型膠凝材料和水泥河砂砂漿的稠度基本相同。新型膠凝材料砂漿稠度隨膠砂比的提高而略有降低；
② 砂漿塌落度分析 砂漿塌落度反映砂漿流動(dòng)性的好壞與流動(dòng)阻力的大小，主要由砂漿中固體顆粒的粒徑分布和砂漿濃度決定。 新型膠凝材料和水泥砂漿的塌落度變化規(guī)律基本一致，即砂漿塌落度隨濃度提高而降低。 新型膠凝材料砂漿的塌落度隨膠砂比的提高而降低；
③ 砂漿分層度分析 砂漿分層度體現(xiàn)了砂漿的保水性。 新型膠凝材料和水泥砂漿的分層度變化規(guī)律基本一致，即砂漿分層度隨濃度提高而減小。相同膠砂比與濃度時(shí)，新型膠凝材料砂漿分層度略大于水泥砂漿的分層度。 新型膠凝材料砂漿的分層度隨膠砂比的提高略有減??；
④ 砂漿沁水率分析 砂漿沁水率反映砂漿管流泌水和穩(wěn)定情況。 其值越小，砂漿的穩(wěn)定性越高。新型膠凝材料和水泥砂漿的沁水率變化規(guī)律基本一致，即砂漿沁水率隨濃度提高而減小。 相同膠砂比與濃度時(shí)，新型膠凝材料和水泥砂漿沁水率相差不大。 新型膠凝材料砂漿沁水率隨膠砂比的提高而增大。
（ 2 ）新型膠凝材料流變參數(shù)測(cè)試
① 試驗(yàn)方案與結(jié)果
通過(guò)流變儀對(duì)膠砂比分別為 1∶4 、 1∶5 和 1∶6 ，質(zhì)量濃度 76%～82% 的砂漿進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)方案與結(jié)果如表 4 所示。
② 試驗(yàn)結(jié)果分析
從圖 2 和圖 3 可以看出，膠砂比一定時(shí)，充填砂漿的濃度越高，初始應(yīng)力越大，黏度越高；當(dāng)充填砂漿濃度一定時(shí)，砂漿的黏度隨膠砂比的提高而減小，需要的初始應(yīng)力也減小，即流動(dòng)性越好。
1. 膠砂比 1∶4 2. 膠砂比 1∶5 3. 膠砂比 1∶6
（ 3 ）砂漿管道自流輸送的計(jì)算
砂漿管道自流輸送指的是以砂漿本身的重力勢(shì)能克服管道阻力而流動(dòng)的，實(shí)現(xiàn)砂漿自流的條件是砂漿本身的重力勢(shì)能必須大于克服管道阻力所消耗的能量。 充填倍線
對(duì)某一礦山， H 是確定值，所以充填倍線與管道水平長(zhǎng)度成正比，即充填倍線值越大，可用自流充填的范圍越大。
由式（ 5 ）可以看出，充填倍線 N 與充填料漿的屈服力 τ 0 、黏度 η 和流速 v 成反比，與充填管道直徑D 成正比。 當(dāng)充填管道直徑越大，屈服力、黏度和流速越小時(shí)，可充填范圍越大，反之越小。 以灰砂比 1∶4 ，濃度 80% 為例，計(jì)算出的充填倍線如表 5 所示。
3 結(jié)語(yǔ)
（ 1 ）河砂粒經(jīng)基本符合正態(tài)分布，有利于充填體強(qiáng)度和砂漿的輸送；
（ 2 ）相同膠砂比時(shí)，砂漿稠度、分層度、塌落度、沁水率隨濃度的增大而減??；相同濃度時(shí)，砂漿稠度、分層度、塌落度隨膠砂比的提高而減小，砂漿沁水率
隨膠砂比提高而減小。在滿足充填體強(qiáng)度的要求下，選擇合理的膠砂比和濃度，盡可能使充填倍線大；
（ 3 ）相同膠砂比時(shí)，砂漿屈服力和黏度隨著濃度提高而增大；相同濃度時(shí)，砂漿屈服力和黏度隨著膠砂比的提高而減小。
（ 4 ）選著合理的濃度、膠砂比、流速、管道直徑是實(shí)現(xiàn)大倍線直流輸送、提高采礦效率的前提。
參考文獻(xiàn)：
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