Effect of Thermo-Hydro-Mechanical-Chemical Processes on The Strength Development of Cemented Paste Backfill Containing Polycarboxylate ether-based Superplasticizer

ABSTRACT: The interaction between thermal (T) (e.g., heat produced by the binder hydration, mine temperature), hydraulic (H) (e.g., drained/undrained conditions, self-desiccation, suction, pore pressure), mechanical (M) (e.g., stress induced by the backfill self-weight, filling rate), and chemical (C) (e.g., binder hydration, chemical interactions between cemented paste backfill (CPB) components and additives) processes or factors greatly affects the behaviour and the strength development of cemented paste backfill structure. For a reliable and optimal design of CPB structure, the coupled THMC processes must be considered during the curing of the CPB materials. Accordingly, the main objective of this experimental investigation is to assess the effects of coupled THMC factors on the strength evolution of CPB materials with polycarboxylate ether-based superplasticizer (PES). A laboratory setting curing system was designed to properly reflect various curing conditions, to which the CPB structure is subjected in the field during its curing and to assess the mechanical performance of CPB (the unconfined compressive strength). Various CPB samples with different mix components (such as superplasticizer content) were prepared, and cured under various coupled THMC conditions (stress-free, curing under stress, constant temperature, non-isothermal temperatures, and undrained drained conditions). The evolution of the pore water pressure, suction, temperature, and vertical deformation were monitored during the designed curing time. The results presented in this paper show that the THMC factors have a great influence on the strength development of CPB with superplasticizer and their impact is more pronounced in the presence of PES. The results can further aid in the design and production of a safer and more cost-effective CPB structure.

RÉSUMÉ: L'interaction entre les processus ou facteurs thermiques (T) (par exemple, chaleur produite par l'hydratation du liant, température de la mine), hydrauliques (H) (par exemple, conditions drainées/non drainées, auto-dessiccation, aspiration, pression interstitielle), mécaniques (M) (par exemple, la contrainte induite par le poids propre du remblai, le taux de remplissage) et les facteurs chimiques (C) (par exemple, l'hydratation du liant, les interactions chimiques entre les composants du remblai en pâte cimentée (CPB) et les additifs) affectent grandement le comportement et le développement de la résistance de la structure du remblai en pâte cimentée. Pour une conception fiable et optimale de la structure CPB, les processus THMC couplés doivent être pris en compte pendant le durcissement des matériaux CPB. Par conséquent, l'objectif principal de cette étude expérimentale est d'évaluer les effets des facteurs THMC couplés sur l'évolution de la résistance des matériaux CPB avec un superplastifiant à base d'éther polycarboxylate (PES). Un système de durcissement en laboratoire a été conçu pour refléter correctement les diverses conditions de durcissement auxquelles la structure CPB est soumise sur le terrain pendant son durcissement et pour évaluer les performances mécaniques du CPB (la résistance à la compression non confinée). Plusieurs échantillons de CPB avec différents composants de mélange (tels que la teneur en superplastifiant) ont été préparés et durcis dans diverses conditions THMC couplées (sans contrainte, durcissement sous contrainte, température constante, températures non isothermes et conditions drainées non drainées). L'évolution de la pression de l'eau interstitielle, la succion, la température et la déformation verticale ont été surveillées pendant le temps de durcissement prévu. Les résultats présentés dans cet article montrent que les facteurs THMC ont une grande influence sur le développement de la résistance du CPB avec superplastifiant et leur impact est plus prononcé en présence de PES. Les résultats peuvent en outre aider à la conception et à la production d'une structure CPB plus sûre et plus rentable.