劉光清

（湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司，湖南 衡陽(yáng) 421513）

水泥活性系數(shù)在磁化水充填體中的應(yīng)用

劉光清

（湖南水口山有色金屬集團(tuán)有限公司，湖南 衡陽(yáng) 421513）

為確定某磁化水充填體的最佳磁化參數(shù)，利用兩種方法來(lái)確定其最佳磁化條件，一是采用水泥活性系數(shù)，二是通過(guò)測(cè)定不同條件下充填體最大單軸抗壓強(qiáng)度來(lái)確定，兩者得到的結(jié)果是一致的。使用水泥活性系數(shù)得到最佳參數(shù)的時(shí)間比方法二早了28 d，說(shuō)明利用水泥活性系數(shù)能夠快速地得到磁化水的參數(shù)，提高了工作效率，可以廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

水泥活性系數(shù)；磁化水；充填體；抗壓強(qiáng)度

由于環(huán)境保護(hù)越來(lái)越受到國(guó)家的重視，加上充填采礦法具有較低的貧化率和較高的回采率，能夠充分地利用現(xiàn)有資源，并且能夠控制地表的沉陷及控制地壓等特點(diǎn)［1］，充填采礦法得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。充入采空區(qū)的充填體需要一定的強(qiáng)度，否則就沒(méi)有實(shí)際的價(jià)值，且強(qiáng)度越大越好。充填體的強(qiáng)度和水泥的含量、灰砂比、水的含量有關(guān)，一定條件下，水泥含量越高，充填體的強(qiáng)度越大，但是也增加了采礦的成本。在如何降低成本的情況下提高充填體的強(qiáng)度，這是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。磁化水在生活當(dāng)中的應(yīng)用非常廣泛，比如在礦山、醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)、化工、冶金等方面，國(guó)內(nèi)外很多的學(xué)者對(duì)磁化水混泥土進(jìn)行過(guò)研究［2］。

在磁化水充填體方面，霍廣新［3］等對(duì)磁化水處理后的高水充填體的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)磁化水處理后的高水充填體強(qiáng)度比沒(méi)有經(jīng)過(guò)磁化水處理的高水充填體的抗壓強(qiáng)度高35%。王新明［4］等發(fā)現(xiàn)在一定磁化條件下，磁化水全尾砂漿體的黏度、屈服剪切應(yīng)力、沿程阻力損失都有一定程度的下降，特別是對(duì)于含硫高黏性的全尾砂來(lái)說(shuō)優(yōu)勢(shì)更加明顯。在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝100～200 mT，水循環(huán)流速V＝1.4 ～2.0 m／s，磁化時(shí)間10～20 min時(shí)，經(jīng)過(guò)不同的養(yǎng)護(hù)天數(shù)，磁化水全尾砂的抗壓強(qiáng)度都有不同程度的改變，7 d后能提高19%～28%，14 d后提高17% ～25%，28 d后提高13% ～15%［5］。文獻(xiàn)［6］發(fā)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度為200 mT，水流速度0.3 m／s，經(jīng)磁化水處理后的建筑垃圾充填體的坍落度、稠度提升15%～20%，抗壓強(qiáng)度提升20%～30%，管道阻力損失減少27%。如果要得到最佳的磁化參數(shù)，需要測(cè)出經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)的充填體的抗壓強(qiáng)度，充填體的抗壓強(qiáng)度最大，則使充填體抗壓強(qiáng)度最大的磁化參數(shù)為最佳。這個(gè)過(guò)程需要很長(zhǎng)的時(shí)間，文獻(xiàn)［7］認(rèn)為磁化水改變了水泥的活性，證實(shí)水泥的活性系數(shù)與磁程長(zhǎng)度呈現(xiàn)顯著相關(guān)，可以用水泥的活性來(lái)表示磁化效果，水泥活性越大，磁化效果越好。水泥活性與水流速度、磁化時(shí)間相關(guān)，與水泥的品種關(guān)系不大。這種方法大大地縮短了試驗(yàn)過(guò)程，提到了工作效率。

1 均勻布點(diǎn)試驗(yàn)

以某礦全尾砂為例，為獲得全尾砂的最佳磁化參數(shù)，首先考慮影響磁化水效果的因素，主要有磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁化時(shí)間、水流速度等。按照均勻布點(diǎn)的理論［8］，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。磁場(chǎng)強(qiáng)度取值分別為 50 mT、100 mT、150 mT、200 mT、250 mT、300 mT。時(shí)間取值為5 min、10 min、15 min、20 min、25 min。水流速度為0.8 m／s、1.1 m／s、1.4 m／s、1.7 m／s、2.0 m／s、2.3 m／s。表1為均勻布點(diǎn)設(shè)計(jì)方案表，圖中的數(shù)字是各個(gè)取值從小到大排列，如1表示各個(gè)因子取值的最小值，x1代表磁場(chǎng)強(qiáng)度，x2代表磁化時(shí)間，x3代表水流速度。

表1 均勻設(shè)計(jì)方案表

本試驗(yàn)采用直徑50mm×高 100mm圓柱形試模，在試模內(nèi)進(jìn)行充填漿料的澆注，養(yǎng)護(hù)72 h后進(jìn)行試件脫模，每做完一組編上組號(hào)與日期，并送恒溫、恒濕養(yǎng)護(hù)室繼續(xù)養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)28 d后測(cè)試充填體抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)采用中國(guó)科學(xué)院武漢巖石力學(xué)研究所研制的RMT-150C巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，充填體的單軸壓縮試驗(yàn)分成30組試驗(yàn)，每3個(gè)分為一組，共有90塊充填體。以最大充填體抗壓強(qiáng)度為目標(biāo)，試驗(yàn)得到的最佳參數(shù)磁感應(yīng)強(qiáng)度為200 mT，時(shí)間為20 min，水流速度為2 m／s。

2 水泥活性試驗(yàn)

如圖1所示，將一薄層水泥均勻地鋪攤在水平放置的玻璃板上，用酸性滴定管分別滴入自來(lái)水和磁化水，相同時(shí)間間隔內(nèi)記錄水的濕潤(rùn)面積［7，8］。

磁化水對(duì)水泥的活性應(yīng)該強(qiáng)于自來(lái)水，在相同的時(shí)間間隔內(nèi)，磁化水濕潤(rùn)區(qū)域的面積應(yīng)該較自來(lái)水濕潤(rùn)面積大。為定量描述磁化水對(duì)水泥的活性，引入公式（1）：

圖1 浸濕區(qū)域面積測(cè)量示意圖

式中：A為磁化水作用于某種水泥時(shí)浸濕的面積；A0為在相同時(shí)間內(nèi)自來(lái)水作用于某種水泥時(shí)浸濕的面積；Vgc為活化系數(shù)。如果Vgc大于0，說(shuō)明磁化水的水泥活性強(qiáng)于自來(lái)水，反之則差，該數(shù)值越大越好，其值測(cè)量采用網(wǎng)格法。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照上述的均勻布點(diǎn)理論方法及設(shè)計(jì)方案，測(cè)試不同條件下的水泥活性系數(shù)，得到的結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 水泥活性系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果表

表3 單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

從表2可以得到基于水泥活性系數(shù)的最佳磁化參數(shù)條件，這和基于充填體抗壓強(qiáng)度得到的磁化條件是相同的。通過(guò)兩者比較可以發(fā)現(xiàn)磁化水充填體強(qiáng)度與水泥活性系數(shù)成正相關(guān)，即水泥活性系數(shù)越大，磁化水充填體的抗壓強(qiáng)度也越大。圖2為磁化水單軸抗壓強(qiáng)度與水泥活性系數(shù)的關(guān)系。

圖2 充填體抗壓強(qiáng)度與磁化水水泥活性關(guān)系

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到如下公式：

式中：y為磁化水充填體的單軸抗壓強(qiáng)度；x為水泥活性系數(shù)。

對(duì)此，分析其主要原因，首先因?yàn)樗嗟乃话l(fā)生在水泥顆粒的表面，但是水泥表面的膠體膜會(huì)阻止水泥顆粒的充分水化，從而降低充填體的強(qiáng)度。但是被磁場(chǎng)磁化后的水（一定流速切割磁場(chǎng)線的水），使得原來(lái)是大分子的團(tuán)分解成單個(gè)分子的水，這些單分子的水物理化學(xué)活性很強(qiáng)，滲透能力也很強(qiáng)，能夠滲入到水泥顆粒的內(nèi)部，讓水泥進(jìn)行深度的水化。普通的水則相反，基本上單分子的水組合成大的分子團(tuán)，極小數(shù)的單分子游離在水中，不能充分地浸入到水泥分子的內(nèi)部，使水泥充分水化，故不能夠提高充填體的強(qiáng)度［2］。水泥活性系數(shù)越大，表明磁化的效果越好，水中單分子數(shù)目越多，能充分使水泥水化，最終提高充填體的抗壓強(qiáng)度。

4 結(jié) 論

1.按照均勻布點(diǎn)的理論設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，得到了最佳的磁化參數(shù)是磁場(chǎng)強(qiáng)度200 mT、時(shí)間為20 min、水流切割磁場(chǎng)線的速度是2 m／s，這和基于水泥活化系數(shù)得到參數(shù)是一致的，說(shuō)明水泥活性系數(shù)能夠用于確定最佳的磁化水參數(shù)。

2.傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法確定最佳的磁化水充填體參數(shù)要28 d，本次試驗(yàn)是測(cè)試28 d的充填體單軸抗壓，所以需要較長(zhǎng)的時(shí)間，但是基于活化性系數(shù)的方法只需要較短的時(shí)間。

3.用均勻布點(diǎn)理論能夠確定最佳磁化條件，可以減少試驗(yàn)次數(shù)，能夠方便地找出最佳磁化條件。

4.經(jīng)過(guò)一定條件磁化后的水用于攪拌充填體，能夠提高充填體的單軸抗壓強(qiáng)度，在另一方面相當(dāng)于能夠減少充填成本，具有實(shí)際價(jià)值。

［1］張海波，宋衛(wèi)東，許英霞.充填采礦技術(shù)應(yīng)用發(fā)展及存在問(wèn)題研究［J］.黃金，2010，（1）：23-25.

［2］王立久，李慧芝.磁化水混凝土的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］.建材技術(shù)與應(yīng)用，2007，（1）：13-16.

［3］霍廣新，張洪濤，胡全利，等.磁處理提高水充填材料凝膠體的抗壓強(qiáng)度［J］.東北大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，（2）：163-166.

［4］王新民，李帥，張欽禮，等.基于磁化水的含硫高黏性全尾砂充填新技術(shù)［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，（12）：4 245 -4 250.

［5］王新民，楊建，張欽禮.基于磁化水的建筑垃圾深井充填新技術(shù)［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，（6）：981-986.

［6］王新民，賀嚴(yán)，李帥，等.基于磁化水的全尾砂膠結(jié)充填體強(qiáng)度研究［J］.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2014，（4）：80-84.

［7］熊瑞生，張雪顏，鄭澎，等.磁化水對(duì)水泥活性的影響因素及其相關(guān)性研究［J］.信陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，（3）：457-460.

［8］熊瑞生，姚慶釗，易秋玲.磁化水對(duì)水泥活性影響的檢測(cè)［J］.信陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，（1）：113-115.

［9］方開(kāi)泰.均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論、方法和應(yīng)用［J］.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與管理，2004，（23）：99-106.

Activity Coefficient of Cement in the Application of the Magnetized Water Filling Body

LIU Guang-qing
（Shuikoushan of Hunan Nonferrous Metals Group Co.，Ltd.，Hengyang 421513，China）

To determine optimum magnetized parameters of magnetized water filling body，using two methods to determine its optimum magnetization conditions，one is to use cement activity coefficient，the second is by measuring different filling body under the condition of maximum uniaxial compressive strength to determine.The results are consistent.Using cement activity coefficient to get the best parameters for 28 days earlier than method 2，which shows that using cement activation coefficient can quickly get the parameters of the magnetized water，improve the working efficiency.It can be widely used in practical production.

activity of cement coefficient；magnetized water；filling body；the compressive strength

TD352+.3

A

1003-5540（2015）06-0004-03

2015-09-16

劉光清（1990-），男，助理工程師，主要從事采礦工程與礦井通風(fēng)等方面的工作。