中文磷石膏膏体充填料浆流变性能及充填体强度特性研究-final

PASTE2017,Diyuan Li李 地 元,Central South University, China中南大学,Professor教授,Speaker/报告人:,磷石膏膏体充填料浆流变性能及充填体强度特性研究,李地元中国 长沙 中南大学2017.6.17 于北京,1,背景介绍,磷石膏充填体单轴压缩实验,磷石膏充填料浆环管试验,总结,2,Ca5F (PO4)3+5H2SO4+10H2O=5CaSO42H2O+ +3H3PO4+HF,磷石膏是湿法磷酸生产时的副产品,CaSO42H2O,背景介绍,3,背景介绍,世界上每年基本会产生12.8亿吨磷石膏,制作建筑材料,农业土壤改良剂,硅酸盐水泥缓凝剂,每生产1吨磷酸就会产生大约5吨磷石膏,磷石膏中含量较高的杂质会影响其胶结性能，进而限制了磷石膏在水泥缓凝剂方向上的再利用,尽管已经采用了一些方法试图使磷石膏成为天然石膏的替代品，但伴之而来的成本剧增也成为了磷石膏再利用的障碍,4,5,背景介绍,包含黄磷渣、硅酸盐水泥、Cao等,6,背景介绍,主要内容,磷石膏充填,1.磷石膏充填体单轴压缩实验,2.磷石膏充填料浆环管试验,7,磷石膏充填体单轴压缩实验,磷石膏颗粒分布较为均匀,磷石膏粒径小于50m的占 45 %,8,磷石膏与复合胶凝材料的颗粒粒级分布,复合胶凝材料粒径小于50m的占 86%,Al2O3 和 SiO2 有助于产生具有胶凝性的物质,复合胶凝材料的化学成分,Pokharel, M & Fall, M,9,磷石膏充填体单轴压缩实验,料浆制备,标准模具,养护箱,磷石膏充填体单轴压缩实验,料浆质量浓度,充填料浆配比（复合胶凝材料与磷石膏比例）,10,磷石膏充填体单轴压缩实验,搅拌后倒入,初凝后移出至,养护一定龄期后,磷石膏充填体单轴压缩实验结果,m(CM) 与m(PG) 分别为加入的复合胶凝材料与磷石膏质量,UCS是磷石膏充填体试样单轴抗压强度,充填料浆质量浓度是固体物料在整个充填料浆中的质量百分比,11,磷石膏充填体单轴压缩实验,1 不同配比条件下磷石膏充填体试样的单轴抗压强度,充填料浆质量浓度为70wt.%,12,磷石膏充填体单轴压缩实验,2 不同质量浓度的磷石膏充填体单轴抗压强度,料浆中加入的复合胶凝材料与磷石膏的质量比例为1：4,料浆质量浓度高的磷石膏充填体试样具有更大的单轴抗压强度,13,磷石膏充填体单轴压缩实验, early = ( 14 7 )/ 7, = ( 28 14 )/ 14, early -试样单轴抗压强度的早期相对变化, -试样单轴抗压强度的后期相对变化,大多数情况下， ,充填体的水化反应在早期更加明显,14,磷石膏充填体单轴压缩实验,磷石膏充填料浆环管试验,注记: 1-搅拌桶 7-1#压差计 2-搅拌器 10-2#压差计 3-离心泵 12-电磁流量计 4-1# 压力计 13-2# 压力计 5-料浆取料口 14-排浆阀门 6, 8, 9, 11-压差端 15-试验阀门,1 环管试验系统组成图,p ,15,料浆搅拌视频,16,磷石膏充填料浆环管试验, = 16 3 0 + 32 2,jm，充填料浆在单位长度水平直管上流动的压力降,2 磷石膏膏体充填料浆流变性能分析,17,磷石膏充填料浆环管试验, = D 4 p = 4 3 0 + 8 , 为管壁处切应力，D 为管道内径，l为压差计相邻两压差端的距离，为塑性粘度系数， 0 为初始切应力，为管道内料浆的平均流速, 0 =2 10 8 exp(30.539),=7 10 8 exp(24.481),复合胶凝材料与磷石膏质量比为1：5,18,磷石膏充填料浆环管试验, = 16 3 (2 10 8 exp(30.539C)+ 32 2 7 10 8 exp 24.481 60wt.%C65wt.%,磷石膏膏体充填料浆流动阻力经验公式(m(CM):m(PG)=1:5),19,磷石膏充填料浆环管试验, = 16 3 (4.7 10 17 exp(60.781C)+ 32 2 7.2 10 14 exp 44.366 64wt.%C68wt.%,磷石膏膏体充填料浆流动阻力经验公式(m(CM):m(PG)=1:4),地表充填站制备磷石膏充填料浆,充填管道(主管内径 125mm，支管内径100mm),井下采空区,复合胶凝材料与磷石膏质量比例为1：5,柱塞泵最大的料浆泵送流量为 108m3/h,充填管道上装有压力表以及电磁流量计测试料浆流动参数,20,磷石膏膏体充填料浆流动阻力经验公式验证,充填管参数,料浆制备站,充填管道,109# 采空区,压力表参数,21,磷石膏膏体充填料浆流动阻力经验公式验证,从 1 到3: 压力表分别布置在地表料浆制备站附近、充填支管入口以及充填支管出口附近 4为充填支管出口处的充填料浆,柱塞泵,22,磷石膏膏体充填料浆流动阻力经验公式验证,不同压力表的实测值与计算值对比,相对误差 10%,磷石膏膏体充填料浆流动阻力经验公式是有效的,23,磷石膏膏体充填料浆流动阻力经验公式验证,总结,将复合胶凝材料、磷石膏与水按照一定比例混合搅拌可制成具有一定强度的磷石膏充填体。磷石膏充填体的单轴抗压强度受到充填配比（复合胶凝材料与磷石膏质量比例）、料浆质量浓度以及充填体养护时间等因素的影响。,复合胶凝材料以及充填料浆质量浓度的增加都能增大磷石膏充填体的单轴抗压强度，其中具有不同复合胶凝材料添加量的磷石膏充填体在