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本文针对解决低浓度尾砂胶结充填存在的充填成本高、早期强度低、充填接顶率不高等问题,以矿渣微粉、增强剂和脱硫石膏为基本组分,通过混料设计得到了最优胶凝材料配合比,制备了一种充填成本低、早期强度高的新型尾砂胶结充填材料。文章同时研究了不同的减水剂和激发剂的掺量对该新型尾砂胶结充填体的流动性和强度的影响。在此基础上,应用一种低成本的新型膨胀剂制备了膨胀率高且强度损失低的浆体膨胀充填材料,研究了膨胀剂对充填体结构与性能的影响,确定了在不同条件下膨胀剂的合理掺量,丰富了接顶充填领域的接顶方法。研究结果表明:(1)新型尾砂胶结充填体最优胶凝材料组成为:22.5%增强剂、12.5%石膏、65.0%矿粉。在灰砂比为1:8的条件下,充填体3d、7d和28d强度分别为0.71MPa、1.20MPa和2.11MPa。其中,增强剂和矿粉掺量的变化是影响充填体3d和7d强度的主要因素,石膏是影响充填体28d强度最显著的因素。(2)XRD和SEM分析结果表明,新型胶凝材料的主导水化产物为AFt晶体与无定型的C-S-H凝胶,AFt晶体与C-S-H凝胶所形成的致密网状结构是充填体强度增长的主要来源。(3)减水剂可以有效改善充填浆体的流动性能,改善效果与减水剂的种类和掺量有关。相比于SMF减水剂和聚羧酸减水剂,萘系减水剂更为有效,在萘系减水剂掺量为2.0%时,充填浆体流动扩展度可达139mm,较不掺时的流动度提高了23.0%。(4)采用激发剂可以提高充填体强度。不同种类和掺量的激发剂的作用效果不同,激发剂可显著提高充填体各龄期的强度,在最佳掺量3%的掺量下,充填体3d、7d和28d强度分别可达0.77MPa、1.53MP、2.44MPa,比空白组的强度分别大幅度提高了18.5%、24.8%、35.6%。(5)在充填浆体中加入膨胀剂可以有效控制浆体体积膨胀以实现结顶密实。膨胀率的大小可以通过膨胀剂的掺量加以控制。充填料的强度随着膨胀率的增加而降低。合理的控制灰砂比和膨胀剂的掺量可以同时满足充填料的膨胀和强度性能要求。灰砂比1:4时、膨胀剂掺量在0.16%时,充填体可产生17.04%的高膨胀率,且充填体3d、7d和28d的强度能够分别达到0.70MPa、1.61MPa和2.07MPa,满足接顶要求。(6)膨胀剂在适当的掺量下,可在充填体内部产生大量分布均匀的细小的气孔结构,这种气孔结构的生成在保证产生理想膨胀的同时降低了充填体各龄期强度的损失。