中文磷石膏膏體充填料漿流變性能及充填體強度特性研究final

1、PASTE·2017,Diyuan Li李 地 元,Central South University, China中南大學,Professor教授,,Speaker/報告人:,磷石膏膏體充填料漿流變性能及充填體強度特性研究,李地元中國 長沙 中南大學2017.6.17 于北京,1,背景介紹,磷石膏充填體單軸壓縮實驗,磷石膏充填料漿環(huán)管試驗,總結,2,Ca5F (PO4)3+5H2SO4+10H2O=5CaSO4

2、83;2H2O+ +3H3PO4+HF,磷石膏是濕法磷酸生產時的副產品,CaSO4·2H2O,,背景介紹,3,背景介紹,世界上每年基本會產生1~2.8億噸磷石膏,制作建筑材料,農業(yè)土壤改良劑,硅酸鹽水泥緩凝劑,…,每生產1噸磷酸就會產生大約5噸磷石膏,磷石膏中含量較高的雜質會影響其膠結性能，進而限制了磷石膏在水泥緩凝劑方向上的再利用,盡管已經采用了一些方法試圖使磷石膏成為天然石膏的替代品，但伴之而來的成本劇增也成為了磷石膏再利

3、用的障礙,4,5,背景介紹,包含黃磷渣、硅酸鹽水泥、Cao等,6,背景介紹,主要內容,磷石膏充填,1.磷石膏充填體單軸壓縮實驗,2.磷石膏充填料漿環(huán)管試驗,7,磷石膏充填體單軸壓縮實驗,,磷石膏顆粒分布較為均勻,磷石膏粒徑小于50μm的占 45 %,8,磷石膏與復合膠凝材料的顆粒粒級分布,復合膠凝材料粒徑小于50μm的占 86%,Al2O3 和 SiO2 有助于產生具有膠凝性的物質,復合膠凝材料的化學成分,Pokharel, M &am

4、p; Fall, M,,,9,磷石膏充填體單軸壓縮實驗,,,,料漿制備,標準模具,養(yǎng)護箱,磷石膏充填體單軸壓縮實驗,料漿質量濃度,充填料漿配比（復合膠凝材料與磷石膏比例）,10,磷石膏充填體單軸壓縮實驗,攪拌后倒入,初凝后移出至,養(yǎng)護一定齡期后,磷石膏充填體單軸壓縮實驗結果,m(CM) 與m(PG) 分別為加入的復合膠凝材料與磷石膏質量,UCS是磷石膏充填體試樣單軸抗壓強度,充填料漿質量濃度是固體物料在整個充填料漿中的質量百分比,11,

5、磷石膏充填體單軸壓縮實驗,,,1 不同配比條件下磷石膏充填體試樣的單軸抗壓強度,充填料漿質量濃度為70wt.%,12,磷石膏充填體單軸壓縮實驗,2 不同質量濃度的磷石膏充填體單軸抗壓強度,料漿中加入的復合膠凝材料與磷石膏的質量比例為1：4,料漿質量濃度高的磷石膏充填體試樣具有更大的單軸抗壓強度,13,磷石膏充填體單軸壓縮實驗,δ early = (δ 14 ? δ 7 )/ δ 7,δ 𝑙𝑎w

6、905;𝑒 = (δ 28 ? δ 14 )/ δ 14,δ early -試樣單軸抗壓強度的早期相對變化,δ 𝑙𝑎𝑡𝑒 -試樣單軸抗壓強度的后期相對變化,大多數情況下， δ 𝒆𝒂𝒓𝒍𝒚 > δ 𝒍𝒂𝒕𝒆,,

7、充填體的水化反應在早期更加明顯,14,磷石膏充填體單軸壓縮實驗,磷石膏充填料漿環(huán)管試驗,注記: 1-攪拌桶 7-1#壓差計 2-攪拌器 10-2#壓差計

8、 3-離心泵 12-電磁流量計 4-1# 壓力計 13-2# 壓力計 5-料漿取料口 1

9、4-排漿閥門 6, 8, 9, 11-壓差端 15-試驗閥門,1 環(huán)管試驗系統組成圖,,,Δp 𝑙,15,料漿攪拌視頻,16,磷石膏充填料漿環(huán)管試驗,,𝑗 𝑚 = 16 3𝐷 × 𝜏 0 +𝜂× 32ҵ

10、92; 𝐷 2,jm，充填料漿在單位長度水平直管上流動的壓力降,2 磷石膏膏體充填料漿流變性能分析,17,磷石膏充填料漿環(huán)管試驗,𝜏 𝜔 = D 4 × ?p 𝑙 𝜏 𝜔 = 4 3 ×𝜏 0 +𝜂× 8𝜐 𝐷,,,𝜏

11、𝜔 為管壁處切應力，D 為管道內徑，l為壓差計相鄰兩壓差端的距離，𝜂為塑性粘度系數， 𝜏 0 為初始切應力，𝜐為管道內料漿的平均流速,,𝜏 0 =2× 10 ?8 ×exp?(30.539𝐶),𝜂=7× 10 ?8 ×exp?(24.481𝐶),復合膠凝材料與磷石膏質量

12、比為1：5,18,磷石膏充填料漿環(huán)管試驗,,𝑗 𝑚 = 16 3𝐷 (2× 10 ?8 ×exp(30.539C))+ 32𝜐 𝐷 2 7× 10 ?8 × exp 24.481𝐶 60wt.%≤C≤65wt.%,磷石膏膏體充填料漿流動阻力經驗公式(m(CM):m(PG)=1:5),19,磷

13、石膏充填料漿環(huán)管試驗,𝑗 𝑚 = 16 3𝐷 (4.7× 10 ?17 ×exp(60.781C))+ 32𝜐 𝐷 2 7.2× 10 ?14 × exp 44.366𝐶 64wt.%≤C≤68wt.%,,磷石膏膏體充填料漿流動阻力經驗公式(m(CM):m(PG)=1:4),地表充填站制備磷

14、石膏充填料漿,,充填管道(主管內徑 125mm，支管內徑100mm),,井下采空區(qū),復合膠凝材料與磷石膏質量比例為1：5,柱塞泵最大的料漿泵送流量為 108m3/h,充填管道上裝有壓力表以及電磁流量計測試料漿流動參數,20,磷石膏膏體充填料漿流動阻力經驗公式驗證,充填管參數,料漿制備站,,充填管道,,109# 采空區(qū),,壓力表參數,21,磷石膏膏體充填料漿流動阻力經驗公式驗證,從 1 到3: 壓力表分別布置在地表料漿制備站附近、充填支管

15、入口以及充填支管出口附近 4為充填支管出口處的充填料漿,柱塞泵,,22,磷石膏膏體充填料漿流動阻力經驗公式驗證,不同壓力表的實測值與計算值對比,,,相對誤差 <10%,磷石膏膏體充填料漿流動阻力經驗公式是有效的,,23,磷石膏膏體充填料漿流動阻力經驗公式驗證,總結,將復合膠凝材料、磷石膏與水按照一定比例混合攪拌可制成具有一定強度的磷石膏充填體。磷石膏充填體的單軸抗壓強度受到充填配比（復合膠凝材料與磷石膏質量比例）、料漿質量濃度以及