Study of fresh properties of cemented tailings material with ternary cement blends

RÉSUMÉ: Pour l'avancement durable du secteur minier, des liants alternatifs, tels que le laitier granulé de haut fourneau (Slag) et les cendres volantes, ont été adoptés pour remplacer partiellement le ciment Portland ordinaire (OPC) dans la préparation du remblai en pâte cimentée (CPB). Cependant, l'offre de ces matériaux est limitée et pourrait ne pas être suffisante pour les demandes futures de l'industrie. Le calcaire (LS), ressource peu coûteuse et abondante, a le potentiel de compléter ces liants lorsqu'il est utilisé comme mélange ternaire. Cet article présente des résultats expérimentaux sur les effets du ciment mélangé ternaire avec du laitier et de la poudre de calcaire sur les principales propriétés techniques fraîches du CPB : (i) propriétés rhéologiques et (ii) temps de prise. Des échantillons de CPB avec des rapports PCI/Slag de 50/50 et 80/20 ont été considérés, et l'effet de LS dans le mélange ternaire a été étudié en remplaçant le laitier par des doses croissantes de LS (5, 10 et 20 % en poids). Les résultats ont montré que le remplacement du laitier par une dose plus élevée de LS dans le liant ternaire réduit le seuil d'écoulement (ou de cisaillement) et augmente la viscosité du CPB. L'effet du LS sur les propriétés rhéologiques du CPB a été principalement attribué aux effets physiques (par exemple, effet de remplissage, lubrification, taille des particules) et chimiques (nucléation et modifications des forces répulsives entre les particules de CPB) du LS. De plus, une augmentation de la proportion de calcaire dans le système de liant ternaire CPB a prolongé le temps de prise (initial et final) du mélange CPB en raison des effets de nucléation et de dilution du LS. Dans l'ensemble, l'utilisation optimale du LS et du laitier dans le système ternaire peut servir d'alternative durable au liant binaire OPC ou OPC/Slag largement utilisé, réduisant ainsi la consommation d'énergie et l'empreinte carbone associées à la technologie du ciment et du CPB.

ABSTRACT: For the sustainable advancement of the mining sector, alternative binders, such as ground granulated blast furnace slag (Slag) and fly ash, have been adopted to partially replace ordinary Portland cement (OPC) in the preparation of cemented paste backfill (CPB). However, the supply of these materials is limited and may not be sufficient for the industry's future demands. Limestone (LS), an inexpensive and abundant resource, has the potential to complement these binders when used as a ternary mix. This paper presents experimental results on the effects of ternary blended cement with slag and limestone powder on key engineering fresh properties of CPB: (i) rheological properties and (ii) setting time. CPB samples with PCI/Slag ratios of 50/50 and 80/20 were considered, and the effect of LS in the ternary mix was investigated by replacing the slag with increasing doses of LS (5, 10, and 20 wt. %). The findings have shown that the replacement of slag by a higher dosage of LS in the ternary binder reduces the yield stress and increases the viscosity of CPB. The effect of LS on the rheological properties of CPB has mainly been attributed to the physical (e.g., filler effect, lubrication, particle size) and chemical (nucleation and changes in repulsive forces between CPB particles) effects of LS. Further, an increase in the proportion of limestone in the CPB ternary binder system prolonged the setting time (initial and final) of the CPB mixture due to the nucleation and dilution effects of LS. Overall, the optimal usage of LS and slag in the ternary system can serve as a sustainable alternative to the widely used OPC or OPC/Slag binary binder, thereby decreasing the energy consumption and carbon footprint associated with cement and CPB technology.