廃石・未分類尾鉱セメント裏込め材の逆混合設計と強度メカニズムに関する応答曲面法・ファジィ総合評価法
Response Surface–Fuzzy Comprehensive Evaluation-Based Inverse Mix Design and Strength Mechanisms of Waste Rock–Unclassified Tailings Cemented Backfill
本研究では、目標強度制約下での廃石・未分類尾鉱セメント裏込め材の逆混合設計のため、応答曲面法とファジィ総合評価法を組み合わせたアプローチを開発した。未分類尾鉱置換率、骨材セメント比、スラリー固形分濃度を主要因子とし、Box-Behnken計画(BBD)を用いて28日一軸圧縮強度(UCS)の応答曲面モデルを構築した。次に、ファジィ総合評価法を用いて候補混合設計範囲をスクリーニングし、低磁場核磁気共鳴(LF-NMR)と走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて強度発現に関連する微細構造を調査した。UCSへの主効果は、骨材セメント比、スラリー固形分濃度、未分類尾鉱置換率の順に減少した。最も強い相互作用は骨材セメント比とスラリー固形分濃度の間に見られた。微粒子充填、水和物充填、粒子間結合、遊離水の減少、ブリーディング抑制が、細孔構造の洗練、連続的な結合ネットワークとマトリックスの緻密化を共同で促進した。結合したRSM-FCE解析により、未分類尾鉱置換率35~40%、骨材セメント比4~6、スラリー固形分濃度84~86%の候補範囲が特定された。測定された28日UCS値は5.24~9.21 MPaの範囲であり、すべて鉱山の目標強度要件を満たした。
- 応答曲面法(Box-Behnken計画)とファジィ総合評価法を組み合わせ、廃石・未分類尾鉱セメント裏込め材の逆混合設計手法を開発した
- 28日一軸圧縮強度(UCS)の測定値は5.24~9.21 MPaで、鉱山の目標強度要件をすべて満たした
- 未分類尾鉱置換率35~40%、骨材セメント比4~6、スラリー固形分濃度84~86%という候補混合設計範囲を特定した
- UCSへの主効果は骨材セメント比 > スラリー固形分濃度 > 未分類尾鉱置換率の順で、最も強い相互作用は骨材セメント比とスラリー固形分濃度の間に見られた
- 低磁場核磁気共鳴(LF-NMR)と走査型電子顕微鏡(SEM)で微細構造を評価し、微粒子充填・水和物充填・粒子間結合・遊離水減少・ブリーディング抑制が細孔構造の洗練とマトリックス緻密化を促進すると確認した
廃石・未分類尾鉱をセメント裏込め材に転換する配合設計手法(RSM×ファジィ総合評価)の研究で、尾鉱置換率35~40%・骨材セメント比4~6・固形分濃度84~86%という候補範囲と28日UCS 5.24~9.21 MPaを提示している。鉱山の尾鉱処理コストとセメント使用量の削減に直結し得る数値だが、論文段階の室内試験であり、実装企業や商用化時期は示されていない。投資判断には、鉱山会社・セメント会社による実証導入や規制(尾鉱利用の環境基準)の動きを待つ必要がある。