矿物掺合料胶结充填体强度及渗透特征

摘要

在“双碳”战略背景下，工业固废资源化利用需求日益增长，矿物掺合料用于充填材料改性意义重大。文中选用钙基膨润土、矿渣粉、硅灰为矿物掺合料，制备充填材料，通过单轴压缩试验、渗透性及孔隙试验、SEM试验等，研究不同矿物掺合料对胶结充填体强度及渗透特征的影响。结果表明：矿渣粉对充填体强度提升效果最优，最佳掺量为40%,硅灰次之，最佳掺量为10%,膨润土最弱且存在负效应，掺量超过30%后强度下降；含矿物掺合料充填材料损伤演化分为孔隙压密、微裂隙萌生、裂隙扩展、裂隙贯通4阶段，其破坏程度从大到小依次为含膨润土的充填材料、含硅灰的充填材料、含矿渣粉的充填材料；随着膨润土、矿渣粉和硅灰含量的增加，破坏模式由剪切破坏逐渐向拉伸破坏转变；膨润土容易形成集中分布的大孔隙和裂隙网络，导致孔隙度和渗透率增大，矿渣粉通过强火山灰反应细化孔隙，从而降低渗透率，硅灰具有最优密实度，硅灰掺量大于10%后，因分散性导致局部孔隙发育；强度与孔隙度呈负相关，渗透率与孔隙度呈强正相关，强度与渗透率通过孔隙度中介形成二次负相关。研究为优化充填材料设计、合理选择矿物掺合料及提升矿山开采安全性与经济性提供了理论依据。

关键词

胶结充填体 / 矿物掺合料 / 损伤演化 / 破坏特征 / 渗透特征