1、PASTE·2017,Diyuan Li李 地 元,Central South University, China中南大學(xué),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(qiáng)度特性研究,李地元中國 長沙 中南大學(xué)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(jié),2,Ca5F (PO4)3+5H2SO4+10H2O=5CaSO4

2、83;2H2O+ +3H3PO4+HF,磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)時的副產(chǎn)品,CaSO4·2H2O,,背景介紹,3,背景介紹,世界上每年基本會產(chǎn)生1~2.8億噸磷石膏,制作建筑材料,農(nóng)業(yè)土壤改良劑,硅酸鹽水泥緩凝劑,…,每生產(chǎn)1噸磷酸就會產(chǎn)生大約5噸磷石膏,磷石膏中含量較高的雜質(zhì)會影響其膠結(jié)性能，進(jìn)而限制了磷石膏在水泥緩凝劑方向上的再利用,盡管已經(jīng)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(nèi)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(fù)合膠凝材料的顆粒粒級分布,復(fù)合膠凝材料粒徑小于50μm的占 86%,Al2O3 和 SiO2 有助于產(chǎn)生具有膠凝性的物質(zhì),復(fù)合膠凝材料的化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)模具,養(yǎng)護(hù)箱,磷石膏充填體單軸壓縮實驗,料漿質(zhì)量濃度,充填料漿配比（復(fù)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(hù)一定齡期后,磷石膏充填體單軸壓縮實驗結(jié)果,m(CM) 與m(PG) 分別為加入的復(fù)合膠凝材料與磷石膏質(zhì)量,UCS是磷石膏充填體試樣單軸抗壓強(qiáng)度,充填料漿質(zhì)量濃度是固體物料在整個充填料漿中的質(zhì)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(qiáng)度,充填料漿質(zhì)量濃度為70wt.%,12,磷石膏充填體單軸壓縮實驗,2 不同質(zhì)量濃度的磷石膏充填體單軸抗壓強(qiáng)度,料漿中加入的復(fù)合膠凝材料與磷石膏的質(zhì)量比例為1：4,料漿質(zhì)量濃度高的磷石膏充填體試樣具有更大的單軸抗壓強(qiáng)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(qiáng)度的早期相對變化,δ 𝑙𝑎𝑡𝑒 -試樣單軸抗壓強(qiáng)度的后期相對變化,大多數(shù)情況下， δ 𝒆𝒂𝒓𝒍𝒚 > δ 𝒍𝒂𝒕𝒆,,

7、充填體的水化反應(yīng)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(tǒng)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(yīng)力，D 為管道內(nèi)徑，l為壓差計相鄰兩壓差端的距離，𝜂為塑性粘度系數(shù)， 𝜏 0 為初始切應(yīng)力，𝜐為管道內(nèi)料漿的平均流速,,𝜏 0 =2× 10 ?8 ×exp?(30.539𝐶),𝜂=7× 10 ?8 ×exp?(24.481𝐶),復(fù)合膠凝材料與磷石膏質(zhì)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(jīng)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(jīng)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(nèi)徑 125mm，支管內(nèi)徑100mm),,井下采空區(qū),復(fù)合膠凝材料與磷石膏質(zhì)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(shù),20,磷石膏膏體充填料漿流動阻力經(jīng)驗公式驗證,充填管參數(shù),料漿制備站,,充填管道,,109# 采空區(qū),,壓力表參數(shù),21,磷石膏膏體充填料漿流動阻力經(jīng)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(jīng)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(jīng)驗公式是有效的,,23,磷石膏膏體充填料漿流動阻力經(jīng)驗公式驗證,總結(jié),將復(fù)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(qiáng)度的磷石膏充填體。磷石膏充填體的單軸抗壓強(qiáng)度受到充填配比（復(fù)合膠凝材料與磷石膏質(zhì)量比例）、料漿質(zhì)量濃度以及