Assessment of the self-desiccation process in cemented mine backfills

Author： Fourie Andy Helinski Matthew Fahey Martin Ismail Mostafa

ISSN： 1208-6010

Source： Canadian Geotechnical Journal, Vol.44, Iss.10, 2007-10, pp. : 1148-1156

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Abstract

During the placement of fine-grained cemented mine backfill, the high placement rates and low permeability often result in undrained self-weight loading conditions, when assessed in the conventional manner. However, hydration of the cement in the backfill results in a net volume reduction—the volume of the hydrated cement is less than the combined volume of the cement and water prior to hydration. Though the volume change is small, it occurs in conjunction with the increasing stiffness of the cementing soil matrix, and the result in certain circumstances can be a significant reduction in pore-water pressure as hydration proceeds. In this paper, the implications of this phenomenon in the area of cemented mine backfill are explored. An analytical model is developed to quantify this behaviour under undrained boundary conditions. This model illustrates that the pore-water pressure change is dependent on the amount of volume change associated with the cement hydration, the incremental stiffness change of the soil, and the porosity of the material. Experimental techniques for estimating key characteristics associated with this mechanism are presented. Testing undertaken on two different cement–minefill combinations indicated that the rate of hydration and volumes of water consumed during hydration were unique for each cement–tailings combination, regardless of mix proportions.Durant la mise en place du remblayage de mines cimenté à grains fins, les taux élevés de mise en place et la faible perméabilité résulte souvent en des conditions de chargement non drainé sous son poids propre, lorsqu’on l’évalue de façon conventionnelle. Cependant, l’hydratation du ciment du remblayage résulte en une réduction de volume nette— le volume du ciment hydraté est inférieur au volume combiné du ciment et de l’eau avant hydratation. Quoique le changement de volume soit faible, il se produit en même temps que l’accroissement de la rigidité de la matrice de ciment du sol, et le résultat dans certaines circonstances peut se traduire par une réduction significative de la pression interstitielle lorsque l’hydratation progresse. Dans cet article, on explore les implications de ce phénomène dans le cas de remblai de mine cimenté. Un modèle analytique est développé pour quantifier ce comportement dans des conditions non drainées aux frontières. Ce modèle montre que le changement de pression interstitielle dépend de la quantité de changement de volume associé à l’hydratation du ciment, des changements par incréments de la rigidité du sol, et de la porosité du matériau. On présente les techniques expérimentales pour estimer les caractéristiques fondamentales associées à ce mécanisme. Des essais réalisés sur deux différentes combinaisons ciment– remblai ont indiqué que le taux d’hydratation et les volumes de l’eau consommée durant l’hydratation sont uniques pour chaque combinaison ciment– stériles, quelles que soient les proportions du mélange.