許 茜，王彥明，張雯超

(1.南通職業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，江蘇 南通 226007；2.山東大學(xué)巖土與結(jié)構(gòu)工程研究中心，山東 濟(jì)南 250061；3.蘇州大學(xué) 軌道交通學(xué)院，江蘇蘇州 215006)

充填采礦法具有綠色、安全及環(huán)保等多方面的優(yōu)勢，已逐漸成為國內(nèi)外廣受關(guān)注的采礦方法[1-2]之一。膠結(jié)充填體主要是由骨料、水泥及水按照一定的比例混合而成，具有客觀的流動性能[3]。充填料漿由礦山輸送管道輸送至采空區(qū)，經(jīng)一段時間固化后形成一定強(qiáng)度，從而達(dá)到支撐采場圍巖的目的[4]。膠結(jié)充填體的抗壓強(qiáng)度與其水泥含量有直接關(guān)系，高抗壓強(qiáng)度的充填體一般含有較多水泥，易造成充填成本的增加[5]。因此，如何在膠結(jié)充填體抗壓強(qiáng)度滿足礦山要求的同時降低充填成本并提高礦山固體廢棄物的利用率，是當(dāng)下礦山企業(yè)最為關(guān)注的問題。

在實(shí)踐中，膠結(jié)充填體通常由廢石、尾砂等固體廢棄物作為骨料，由水泥作為膠凝材料制備而成。這導(dǎo)致膠結(jié)充填體的力學(xué)性能與水泥含量、顆粒級配、膠凝材料類別及質(zhì)量濃度等因素有關(guān)。侯永強(qiáng)[6]等研究了分級尾砂與全尾砂充填體的強(qiáng)度特性，發(fā)現(xiàn)各個因素對充填體強(qiáng)度影響并不相同，其中養(yǎng)護(hù)齡期的影響最大；程坤[7]等開展了不同石灰配比下膠結(jié)充填體的單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，同時考慮了充填體與頂、底板的接觸作用，并對實(shí)際工程中充填體受力全過程進(jìn)行了詳細(xì)分析；沈圳[8]等開展了考慮膠結(jié)物含量的充填體蠕變特性研究，指出膠結(jié)充填體存在減速蠕變、穩(wěn)定蠕變和加速蠕變階段，然而伴隨膠結(jié)物含量的增加，其瞬時蠕變速率以及蠕變量將減小，進(jìn)而造成進(jìn)入加速蠕變階段的時間推延。此外，粉煤灰作為燃煤熱電廠的固體廢棄物，由于其價格便宜及膠凝活性，在礦山充填領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用。瞿亮[9]等開展了粉煤灰摻量對膠結(jié)充填體強(qiáng)度影響規(guī)律的研究，指出粉煤灰的摻入能夠在一定程度上改善充填體的力學(xué)性能；李茂輝[10]等分析了粉煤灰膠結(jié)充填體的水化機(jī)理和強(qiáng)度特性，指出C-S-H凝膠、斜方鈣沸石晶體和鈣礬石晶體是其水化主要產(chǎn)物，并且粉煤灰含量是28 d強(qiáng)度的主要影響因素；任昂[11]等研究了不同粉煤灰摻量下充填體抗壓強(qiáng)度、流變性等特性，發(fā)現(xiàn)充填膏體的流變性隨著粉煤灰含量的增加而減小，并分析了其抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量變化的規(guī)律；王文杰[12]等探討了粉煤灰摻量對充填材料早齡期單軸抗壓強(qiáng)度、孔隙度和彈性模量的影響，得出隨著粉煤灰摻量的增加，彈性模量和單軸抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢，而孔隙度則表現(xiàn)為先減小后增加的趨勢；吳立波[13]等開展了基于正交試驗(yàn)的赤泥粉煤灰膏體充填材料配比優(yōu)化的試驗(yàn)研究，得出對試件早期強(qiáng)度的影響從大到小排列為：水泥摻量、料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)和赤泥粉煤灰比。

綜合上述分析，可知相關(guān)充填體力學(xué)性能的研究比較充分，而且相關(guān)成果也推動了充填采礦法的應(yīng)用。然而，目前關(guān)于粉煤灰對充填體力學(xué)性能的影響還存在許多不同的結(jié)論，有待進(jìn)一步開展研究工作。筆者以國內(nèi)某礦山為工程背景，該礦區(qū)存有大量的粉煤灰、廢石等固體廢棄物，急需消化處理以減輕對礦山周邊環(huán)境的污染。因此，通過設(shè)計3因素的正交試驗(yàn)，進(jìn)行粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體的力學(xué)性能研究，分析各影響因素對充填體抗壓、抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律，并借助掃描電鏡顯微鏡(SEM)對充填體的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析。研究結(jié)果可為推廣粉煤灰、廢石等作為井下充填材料提供參考。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

采用P·O42.5級普通硅酸鹽水泥，以石灰?guī)r質(zhì)廢石作為粗骨料。利用Talbol粒級級配理論確定骨料粒徑小于指標(biāo)x的粒徑顆粒質(zhì)量，其表達(dá)式為

式中，Mx為粒徑小于x的顆粒的質(zhì)量；Mt為試樣的總質(zhì)量；n為Talbol粒級級配指數(shù)；xmax為試樣樣本中的最大粒徑。

通過式(1)對粗骨料粒徑進(jìn)行擬合處理，廢石骨料的Talbol粒級級配指數(shù)為0.687，大于理想富勒級配指數(shù)0.5，如圖1(a)所示，表明廢石骨料粗顆粒的含量較多，而細(xì)骨料缺失，這將導(dǎo)致料漿出現(xiàn)離析現(xiàn)象。因此，筆者采用粉煤灰作為細(xì)顆粒替代部分廢石進(jìn)行復(fù)合充填，粉煤灰的粒徑分布如圖1(b)所示。粉煤灰、廢石及水泥的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表1。

圖1 廢石和粉煤灰的顆粒粒徑分布Fig.1 Particle size distribution of mullock and fly ash

表1 廢石、水泥和粉煤灰的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Mass percentage of chemical composition of waste rock，cement and fly ash %

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

根據(jù)試驗(yàn)礦山的配比經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)選取的水泥添加量為270～310 kg/m3；根據(jù)文獻(xiàn)[14]，確定料漿的質(zhì)量濃度為75%～79%，粉煤灰摻量為10%～30%。其中，粉煤灰添加的形式為等質(zhì)量替代廢石。試驗(yàn)設(shè)計為3因素3水平的正交試驗(yàn)(表2)，3因素分別為粉煤灰摻量(A)、水泥摻量(B)、料漿質(zhì)量濃度(C)。

表2 正交試驗(yàn)因素與水平Table 2 Orthogonal experimental factors and levels

根據(jù)表2的方案，將粉煤灰、廢石及水泥按照所設(shè)計的參數(shù)進(jìn)行混合后，添加一定質(zhì)量的水配制成充填料漿。將料漿充填入直徑50 mm、高100，50 mm的圓柱形塑料模具，待其初凝后慢慢地刮平表面，24 h后進(jìn)行脫模處理，制作成充填體試樣。脫模后，將試樣放進(jìn)養(yǎng)護(hù)箱，設(shè)定濕度93%、溫度20 ℃。將養(yǎng)護(hù)齡期為3，7，28 d的試樣分別進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉試驗(yàn)。

由于方差和極差可以定量地描述各因素對充填體性質(zhì)的影響，選用其來分析正交試驗(yàn)結(jié)果。

2 討 論

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)制備的粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體達(dá)到設(shè)計齡期后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度(UCS)、抗拉強(qiáng)度(TS)測試，測試結(jié)果見表3。

表3 粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體的力學(xué)性能測試結(jié)果Table 3 Test results of mechanical properties of fly ash-waste rock cemented backfill

由表3可知，7號試樣不同齡期的抗壓強(qiáng)度分別為：1.75(3 d)，2.98(7 d)，5.43(28 d)MPa，能夠滿足該金屬礦山對不同齡期的充填體的強(qiáng)度要求(3 d齡期強(qiáng)度大于1.5 MPa，7 d齡期強(qiáng)度大于2.5 MPa，28 d齡期強(qiáng)度大于5 MPa)。因此，可以作為充填體的復(fù)合配比，對應(yīng)的復(fù)合外加劑組合為A3B1C3。另外，為了研究粉煤灰摻量(A)、水泥摻量(B)、料漿質(zhì)量濃度(C)對粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體力學(xué)性能的影響程度，并分析其顯著性影響因素，采用統(tǒng)計分析軟件SPSS進(jìn)行極差和方差分析，極差分析結(jié)果見表4，方差分析結(jié)果見表5。

表4 極差分析結(jié)果Table 4 Results of range analysis

表5 方差分析結(jié)果Table 5 Results of variance analysis

2.2 充填體抗壓強(qiáng)度結(jié)果分析

由表4可知，當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為3 d，料漿質(zhì)量濃度對抗壓強(qiáng)度影響最大，水泥摻量次之，粉煤灰摻量影響最小，3個因素對應(yīng)的極差分別為：0.48，0.27，0.17 MPa；當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為7 d時，3個因素對抗壓強(qiáng)度的影響排序?yàn)椋悍勖夯覔搅浚玖蠞{質(zhì)量濃度＞水泥摻量，對應(yīng)的極差分別為0.76，0.57，0.27 MPa；當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為28 d時，3個因素對抗壓強(qiáng)度的影響排序?yàn)椋核鄵搅浚玖蠞{質(zhì)量濃度＞粉煤灰摻量，對應(yīng)的極差分別為1.94，1.45，1.33 MPa。

結(jié)合表5的方差分析結(jié)果可知：在養(yǎng)護(hù)齡期為3，7 d時，A，B，C的顯著性水平p值均小于0.05，因此，3個因素均為充填體早期抗壓強(qiáng)度的顯著性影響因素；當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為28 d時，B的顯著性水平p值小于0.05，因此，僅有水泥摻量為充填體后期抗壓強(qiáng)度的顯著性影響因素。

2.3 充填體抗拉強(qiáng)度結(jié)果分析

由表4可知，水泥摻量對充填體28 d抗拉強(qiáng)度的影響最大，極差為0.18 MPa；粉煤灰摻量影響程度低于水泥摻量，極差為0.17 MPa；料漿質(zhì)量濃度的影響程度最低，極差為0.11 MPa。根據(jù)表5的方差分析結(jié)果可知，粉煤灰和水泥摻量的顯著性水平p值均小于0.05，因此，粉煤灰和水泥摻量是粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體抗拉強(qiáng)度的顯著性影響因素，而料漿質(zhì)量濃度不是粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體抗拉強(qiáng)度的顯著性影響因素。

2.4 充填體力學(xué)性能的機(jī)理分析

2.4.1 料漿質(zhì)量濃度

料漿質(zhì)量濃度對粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體影響程度較大，特別是當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期為3 d時，其對充填體抗壓強(qiáng)度影響最大，究其原因?yàn)椋嘿|(zhì)量濃度的提高減少了因水泥水化反應(yīng)后剩余水分蒸發(fā)而產(chǎn)生的微孔隙、裂隙，從微觀上來看，充填體結(jié)構(gòu)變得更加致密，從而提高了充填體的強(qiáng)度[13]；料漿質(zhì)量濃度的增大能夠減小因廢石粗顆粒大小不均而產(chǎn)生的離析現(xiàn)象，從而有利于減少水泥含量的流失，改善了充填體的力學(xué)性能[15]；質(zhì)量濃度越大的料漿具有越高的塑性黏度，對廢石粗骨料的沉降產(chǎn)生了較大的阻力，這將導(dǎo)致料漿中粗細(xì)顆粒之間的間距變小，顆粒分布得更加均勻，從而改善了充填體的力學(xué)性能[16]。

2.4.2 水泥摻量

由表4可知，在養(yǎng)護(hù)齡期為3，7 d時，水泥摻量的影響程度要低于料漿質(zhì)量濃度，其原因是在養(yǎng)護(hù)早期水泥未完全水化反應(yīng)，僅有較少的膠凝物質(zhì)生成，所以當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期較短時，粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體抗壓強(qiáng)度主要來自于骨架的支撐作用，而料漿質(zhì)量濃度的增加將加強(qiáng)骨架的穩(wěn)固程度。因此，在養(yǎng)護(hù)早期，相較于料漿質(zhì)量濃度的作用，水泥摻量對抗壓強(qiáng)度的貢獻(xiàn)并不大。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，水泥水化反應(yīng)較為充分，產(chǎn)生了較多的膠凝物質(zhì)，在養(yǎng)護(hù)齡期為28 d時，水泥摻量的影響程度最大[15]，是粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體抗壓、抗拉強(qiáng)度的顯著性影響因素。

2.4.3 粉煤灰摻量

在不同的養(yǎng)護(hù)齡期下，當(dāng)粉煤灰含量增加，粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體各因素水平下的抗壓、抗拉強(qiáng)度平均值均呈逐漸增大的趨勢。因此，適量的粉煤灰摻量(10%～30%)有利于提高充填體的力學(xué)性能，其機(jī)理為：相較于廢石的粗顆粒，粉煤灰顆粒較細(xì)，當(dāng)添加一定量的粉煤灰替代廢石顆粒后，粉煤灰顆粒可以填補(bǔ)空隙，發(fā)揮“填充效應(yīng)”，從而提高了粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體微觀結(jié)構(gòu)的致密性，宏觀上表現(xiàn)為提高了充填體的抗壓、抗拉強(qiáng)度[4]；水泥水化反應(yīng)提高了漿液的pH值，在堿性環(huán)境下，粉煤灰中的活性物質(zhì)被釋放出來，在養(yǎng)護(hù)過程中參與到水化反應(yīng)中，生成膠凝產(chǎn)物，從而提高了粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體的抗壓、抗拉強(qiáng)度[17]。

2.5 充填體抗壓、抗拉強(qiáng)度的多因素耦合回歸模型

由正交試驗(yàn)結(jié)果可知，粉煤灰摻量、水泥摻量和料漿質(zhì)量濃度均對粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體的抗壓、抗拉強(qiáng)度產(chǎn)生不同程度的影響。為準(zhǔn)確地定量分析粉煤灰摻量、水泥摻量及料漿質(zhì)量濃度與充填體抗壓、抗拉強(qiáng)度的關(guān)系，建立了考慮因素交互作用的多因素非線性回歸模型，模型的表達(dá)式為

式中，y為充填體的抗壓/抗拉強(qiáng)度，MPa；x1為粉煤灰摻量，%；x2為水泥摻量，kg/m3；x3為料漿質(zhì)量濃度，%；bk為模型的回歸系數(shù)，k=0，1，2，3，……。

根據(jù)粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體在3，7，28 d的抗壓、抗拉強(qiáng)度測試數(shù)據(jù)，利用SPSS軟件自定義模型板塊功能，自主構(gòu)建多因素回歸模型，并依據(jù)正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)求解出方程的回歸系數(shù)，從而建立粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體的抗壓、抗拉強(qiáng)度回歸模型。

(1)粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體3 d抗壓強(qiáng)度回歸模型

(2)粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體7 d抗壓強(qiáng)度回歸模型

(3)粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體28 d抗壓強(qiáng)度回歸模型

(4)粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體28 d抗拉強(qiáng)度回歸模型

將正交試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)代入回歸模型，得到粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體的抗壓、抗拉強(qiáng)度的實(shí)測值與預(yù)測值，如圖2所示。

圖2 充填體抗壓、抗拉強(qiáng)度的實(shí)測值與預(yù)測值曲線Fig.2 Curves of measured and predicted compressive and tensile strength of backfill

由圖2可知，粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體3，7，28 d抗壓強(qiáng)度的最大平均誤差分別為2.89%，2.02%，6.70%，而充填體28 d抗拉強(qiáng)度的最大平均誤差為3.80%。因此，預(yù)測模型具有較好的精度，可為現(xiàn)場工程實(shí)踐提供一定的指導(dǎo)。此外，結(jié)合正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，該礦山充填體的最佳配比參數(shù)為A3B1C3，即水泥摻量為270 kg/m3、料漿質(zhì)量濃度為79%、粉煤灰摻量為30%，充填體的抗壓、抗拉強(qiáng)度滿足礦山工程實(shí)際需求。與原設(shè)計的水泥摻量310 kg/m3相比，水泥用量同比下降了12.9%，有效地減少了固體廢棄物的堆存問題，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價值和實(shí)用價值。

為確保配比參數(shù)為A3B1C3下充填料漿流動性能達(dá)到要求，對其進(jìn)行坍落度指標(biāo)測試，得出料漿的坍落度為25.7 cm，說明該配比參數(shù)下充填體強(qiáng)度及流動性能滿足礦山充填要求。

2.6 充填體抗壓強(qiáng)度的3因素交互作用分析

由試驗(yàn)結(jié)果可知，粉煤灰摻量、水泥摻量和料漿質(zhì)量濃度均為充填體早期抗壓強(qiáng)度的顯著性影響因素。因此，選取養(yǎng)護(hù)齡期為28 d的試樣，進(jìn)一步探究3因素交互作用對充填體力學(xué)性質(zhì)的影響，如圖3所示。

圖3 3因素的交互作用對充填體抗壓強(qiáng)度的影響Fig.3 Influence of interaction of three factors on compressive strength of backfill

由圖3(a)可知，當(dāng)粉煤灰摻量為10%時，隨著水泥摻量由270 kg/m3增加至310 kg/m3，充填體的抗壓強(qiáng)度增加了30.3%；當(dāng)粉煤灰摻量為30%時，隨著水泥摻量由270 kg/m3增加至310 kg/m3，充填體的抗壓強(qiáng)度增加了18.9%。由此可知，粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體抗壓強(qiáng)度對水泥摻量的敏感性隨著粉煤灰含量的增加而降低。因此，當(dāng)充填體抗壓強(qiáng)度滿足礦山要求時，為充分提高水泥對充填體抗壓強(qiáng)度的改善效果，粉煤灰含量不宜較高。

由圖3(b)可知，當(dāng)粉煤灰摻量為10%時，隨著料漿質(zhì)量濃度由75%增加至79%，充填體的抗壓強(qiáng)度增加了118%；當(dāng)粉煤灰摻量為30%時，隨著料漿質(zhì)量濃度由75%增加至79%，充填體的抗壓強(qiáng)度增加了13.8%。由此可知，粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體抗壓強(qiáng)度對料漿質(zhì)量濃度的敏感性隨著粉煤灰含量的增加而降低。因此，當(dāng)充填體抗壓強(qiáng)度滿足礦山要求時，為充分提高料漿質(zhì)量濃度對充填體抗壓強(qiáng)度的改善效果，粉煤灰含量也不宜較高。

由圖3(c)可知，當(dāng)料漿質(zhì)量濃度為75%時，隨著水泥摻量由270 kg/m3增加至310 kg/m3，充填體的抗壓強(qiáng)度增加了78.6%；當(dāng)質(zhì)量濃度為79%時，隨著水泥摻量由270 kg/m3增加至310 kg/m3，充填體的抗壓強(qiáng)度增加了27.5%。由此可知，粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體抗壓強(qiáng)度對水泥摻量的敏感性隨著料漿質(zhì)量濃度的增加而降低。因此，當(dāng)充填體抗壓強(qiáng)度滿足礦山要求時，為充分提高水泥對充填體抗壓強(qiáng)度的改善效果，料漿質(zhì)量濃度不宜較高。

2.7 充填體的微觀結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)充填體3，28 d的抗壓強(qiáng)度極差分析結(jié)果，對粉煤灰-廢石充填體抗壓強(qiáng)度影響最大的2個因素分別為水泥摻量和料漿質(zhì)量濃度，而粉煤灰摻量對充填體抗壓強(qiáng)度的影響程度最小。因此，筆者主要研究水泥摻量、料漿質(zhì)量濃度對粉煤灰-廢石微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。圖4為在不同水泥摻量下，養(yǎng)護(hù)齡期為28 d、料漿質(zhì)量濃度為77%、粉煤灰摻量為20%的粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體微觀結(jié)構(gòu)特征。

由圖4可知，水泥摻量為310 kg/m3的充填體表面覆蓋了大量顆粒狀C-S-H凝膠，片狀Ca(OH)2晶體結(jié)構(gòu)也比較明顯，充填體內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)非常致密；水泥摻量為270 kg/m3的充填體結(jié)構(gòu)面之間沒有足夠的顆粒狀C-S-H凝膠填充，空隙比較明顯，結(jié)構(gòu)比較疏松。因此，水泥摻量的差異能夠?qū)Ψ勖夯?廢石膠結(jié)充填體微觀結(jié)構(gòu)的致密性產(chǎn)生影響，即粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的致密性隨著水泥摻量的增加而提高，進(jìn)而在宏觀上表現(xiàn)為水泥摻量的增加提高了粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體的抗壓、抗拉強(qiáng)度。

圖4 不同水泥摻量下充填體的微觀結(jié)構(gòu)特征Fig.4 Microstructure characteristics of backfill with different cement content

圖5為不同料漿質(zhì)量濃度時，養(yǎng)護(hù)齡期為28 d、水泥摻量為290 kg/m3、粉煤灰摻量為20%的粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體微觀結(jié)構(gòu)特征。由圖5可知，料漿質(zhì)量濃度為79%時，充填體中顆粒狀C-S-H凝膠量越多，結(jié)構(gòu)越密實(shí)，顆粒間隙也被C-S-H凝膠填充，粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體微觀結(jié)構(gòu)同樣也非常致密；而濃度低的粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體內(nèi)部存在明顯的間隙和孔隙，充填體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的致密性較差，這也是影響充填體強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)。因此，料漿質(zhì)量濃度的差異對粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體微觀結(jié)構(gòu)的致密性產(chǎn)生影響，即粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的致密性隨著料漿質(zhì)量濃度的增加而提高，進(jìn)而在宏觀上表現(xiàn)為料漿質(zhì)量濃度的增加提高了粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體的抗壓、抗拉強(qiáng)度。

圖5 不同料漿質(zhì)量濃度下充填體的微觀結(jié)構(gòu)特征Fig.5 Microstructure characteristics of backfill at different slurry mass concentrations

3 結(jié) 論

(1)在不同的養(yǎng)護(hù)齡期內(nèi)，粉煤灰摻量、水泥摻量及料漿質(zhì)量濃度對粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體抗壓強(qiáng)度的影響程度并不一致。在養(yǎng)護(hù)齡期為3，7，28 d時，對粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體抗壓強(qiáng)度影響程度最大的因素分別為料漿質(zhì)量濃度、粉煤灰摻量及水泥摻量。此外，3個因素對粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體抗拉強(qiáng)度的影響程度為：水泥摻量＞粉煤灰摻量＞料漿質(zhì)量濃度。

(2)由抗壓強(qiáng)度的方差分析結(jié)果可知，3個因素均為早期抗壓強(qiáng)度的顯著性影響因素，而后期抗壓強(qiáng)度的顯著性影響因素僅有水泥摻量。此外，抗拉強(qiáng)度的方差分析結(jié)果表明，除料漿質(zhì)量濃度，其余2個因素均為充填體抗拉強(qiáng)度的顯著性影響因素。

(3)基于正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體抗壓、抗拉強(qiáng)度的多元非線性回歸模型，經(jīng)驗(yàn)證模型能較好地預(yù)測充填體抗壓、抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)，可為現(xiàn)場工程應(yīng)用提供一定指導(dǎo)。此外，依據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果，該礦山最合理的充填材料參數(shù)為：水泥摻量為270 kg/m3，料漿質(zhì)量濃度為79%，粉煤灰摻量為30%。

(4)粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體抗壓強(qiáng)度對水泥摻量、料漿質(zhì)量濃度的敏感性均隨著粉煤灰摻量的增加而降低，而當(dāng)粉煤灰摻量固定不變時，抗壓強(qiáng)度對水泥摻量的敏感性也會隨著料漿質(zhì)量濃度的增加而降低。因此，當(dāng)充填體抗壓強(qiáng)度滿足礦山要求時，為充分提高水泥對充填體抗壓強(qiáng)度的改善效果，料漿質(zhì)量濃度與粉煤灰摻量均不宜過高。

(5)水泥摻量、料漿質(zhì)量濃度的增加均能對粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體微觀結(jié)構(gòu)的致密性產(chǎn)生影響。粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的致密性隨著水泥摻量或料漿質(zhì)量濃度的增加而提高，進(jìn)而在宏觀上表現(xiàn)為水泥摻量或料漿質(zhì)量濃度的增加提高了粉煤灰-廢石膠結(jié)充填體的抗壓、抗拉強(qiáng)度。