Performance and Microstructure Characterization of Grouting Materials for Tailings Mined-Out Area Prepared by All-Solid Waste

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作者
Yongwei Gao,Mengya Chen,Borui Zhou,Xianhua Yao,Shiwen Liu,Yao Chang,Shengqiang Chen
出处
期刊:Buildings [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:15 (22): 4177-4177
标识
DOI:10.3390/buildings15224177
摘要

This study aims to develop a high-performance grouting material for mine goaf backfilling, creating a green and low-carbon cementitious alternative by utilizing coal gangue and sludge as the primary precursors. Based on an orthogonal experimental design, the effects of four factors including the coal gangue/sludge ratio, activator modulus, water–binder ratio, and sodium-to-aluminum ratio on the compressive strength of the geopolymer were systematically investigated. The mineral composition and microstructure of the geopolymer were analyzed using microscopic test methods such as XRD and SEM. The test results indicate that the water–binder ratio has the most significant effect on the polymerization performance of the coal gangue/sludge-based geopolymer (CSG), with compressive strength increasing as the water–binder ratio decreases. The Ca2+ provided by the sludge to the reaction system directly promotes the formation of new calcium-containing products such as anorthite and calcium silicate hydrate, which play an important role in improving the strength of geopolymers. Moreover, the developed CSG exhibits a significantly lower carbon footprint compared to conventional cement-based grouting materials, aligning with the goals of sustainable and green construction. When the coal gangue/sludge ratio is 7:3, the water–binder ratio is 0.3, the sodium-to-aluminum ratio is 0.64, and the activator modulus is 1.0, the 3-day compressive strength (CS) of the geopolymer reaches 34.5 MPa, demonstrating its potential as an effective and environmentally friendly grouting material for goaf applications.
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