发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的高水充填材料的甲组分的原材料为单一组分硫铝酸盐水泥熟料,导致对材料强度要求高,致使高水充填材料不能得到普遍应用。
本发明所要解决的另一个技术问题是现有的高水充填材料失水后表面大量泛碱问题。
为此,本发明提供了一种高水充填材料,包括甲组分,所述的甲组分包括下述组分:
硫铝酸盐水泥熟料52.4wt%~95wt% 铝酸盐水泥熟料2.7wt%~39wt%
缓凝剂0.3wt%~2wt% 第一悬浮剂1.5wt%~8wt%。
优选地,所述的高水充填材料还包括与所述甲组分配合使用的乙组分,所述的乙组分包括下述组分:
硬石膏40wt%~80wt% 石灰10wt%~30wt% 复配添加剂10wt%~36wt%。
进一步优选地,所述的甲组分包括下述组分:
硫铝酸盐水泥熟料65wt%~90wt% 铝酸盐水泥熟料5wt%~30wt%
缓凝剂0.5wt%~1.5wt% 第一悬浮剂2.5wt%~6wt%;
所述的乙组分包括下述组分:
硬石膏50wt%~70wt% 石灰15wt%~25wt% 复配添加剂14wt%~30wt%。
所述的硫铝酸盐水泥熟料的强度级别为42.5MPa-52.5MPa,所述的铝酸盐水泥熟料的强度为42.5MPa-52.5MPa,此处的强度级别是本领域的技术术语,是依据用于生产的水泥强度级别来定义的。
所述的铝酸盐水泥熟料为比表面积为400-600m2/kg的粉末,所述的硫铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂为比表面积为600-800m2/kg的粉末。
所述的缓凝剂为硼酸、硼砂、酒石酸、柠檬酸中的一种或其中几种的混合物。
所述的第一悬浮剂为膨润土、凹凸棒土、海泡石、白炭黑、纤维素醚、淀粉醚中的一种或其中几种的混合物。
所述的乙组分中的硬石膏、石灰和复配添加剂为比表面积为350-600m2/kg的粉末。
复配添加剂包括下述组分
复配添加剂包括下述组分:
第二悬浮剂:所述第二悬浮剂占乙组分的4wt%~12wt%
无机盐:所述无机盐占乙组分的6wt%~24wt%
有机化合物:所述有机化合物占乙组分的0wt%~2wt%。
所述的第二悬浮剂为膨润土、凹凸棒土、海泡石、白炭黑、纤维素醚、淀粉醚中的一种或其中几种的混合物;
所述的无机盐中的阴离子为NO3 -、NO2 -、SO4 2-、CO3 2-、F-、PO3 -、HO-、Cl-中的一种或其中几种的混合物,阳离子为Na+、Li+、Ca+、H+、NH4 +中的一种或其中几种的混合物;所述的有机化合物为三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇胺中的一种或其中几种的混合物。
一种所述的高水充填材料的制备方法,包括下述步骤:
将铝酸盐水泥熟料磨成比表面积为400~600m2/kg的粉末,硫铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂磨成比表面积为600~800m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成甲组分;
将硬石膏、石灰和复配添加剂磨成比表面积为350~600m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成乙组分。
一种所述的高水充填材料的应用,包括下述步骤:
(1)向甲组分中加入水,制成甲组分单浆,所述水的重量为甲组分重量的2-2.4倍;
(2)向乙组分中加入水,制成乙组分单浆,所述水的重量为乙组分重量的2-2.4倍;
(3)将甲组分单浆和乙组分单浆按照重量份比为1~1.2∶1混合,固化即可。
特别指出的是,本发明的甲组分不仅可以与本发明的乙组分配合使用,还可以与任意已有的乙组分配合使用。
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明的高水充填材料的甲组分是由于采用了硫铝酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂的组合物,使得硫铝酸盐水泥熟料和铝酸盐水泥熟料的强度级别仅为42.5MPa,大大降低了原材料的强度级别,显著降低了原材料的加工难度。
2、本发明的发明人经过反复的试验发现,选用比表面积为600~800m2/kg的硫铝酸盐水泥熟料粉末与比表面积为400~600m2/kg的铝酸盐水泥孰料粉末复配制备甲组份,克服了通过单独使用硫铝酸盐水泥熟料或铝酸盐水泥孰料配置甲组份带来的后期强度不高的缺点。比表面积较大的硫铝酸盐水泥熟料提供较高的早期强度,后期强度较低,而比表面积较小的铝酸盐水泥熟料早期强度较低,后期水化反应生成钙矾石晶体,减小了水泥浆体的空隙率,提高了后期强度,因而将二者复配使得充填材料具有较高的早期和后期强度。为了调控甲组分加水后形成的浆体的稳定性需要在甲组分中加入缓凝剂和悬浮剂。
3、本发明的发明人在乙组份中加入具有早强、速凝、悬浮、分散、酸化作用的复配添加剂使得甲组分加水后形成稳定性的浆体,并调节了结构体的凝结时间,而且降低了结构体的碱性解决了高水充填材料失水后表面大量泛碱的问题。
4、表2为对比例和本发明的高水充填材料的各项性能测试数据,从表2可以看出本发明的高水充填材料在使用28天后的抗压强度均高于6.2Mpa,远远高于对比例的4.5Mpa,而且本发明的高水充填材料没有泛碱现象。
利用本专利制备的高水充填材料具有原材料广泛、价格低廉、稳定性好、后期强度高、表面不泛碱的优点。
具体实施方式
下面通过实施例来说明本发明所述的复配的高水充填材料的制备方法,通过比较对比例和实施例的实验结果来说明本发明所解决的问题和优点。所述的实验条件和方法依照煤炭行业标准MT420-1995《高水充填材料》的要求进行。对比例1-2和实施例1-5的实验中所用的硫铝酸盐水泥熟料和铝酸盐水泥熟料的强度级别皆为42.5MPa,实施例6-7的实验中所用的硫铝酸盐水泥熟料和铝酸盐水泥熟料的强度级别皆为52.5MPa。
煤炭行业标准MT420-1995《高水充填材料》的各项性能要求见表1。
表1煤炭行业标准MT420-1995《高水充填材料》的各项性能要求
实施例1
高水充填材料,包括甲组分和乙组分,
其中甲组份包括下述组分:
硫铝酸盐水泥熟料95wt% 铝酸盐水泥熟料2.7wt%
酒石酸0.8wt% 膨润土0.8wt% 纤维素醚0.7wt%;
乙组分包括下述组分:
硬石膏55wt% 石灰15wt% 复配添加剂30wt%,
其中复配添加剂包括
悬浮剂膨润土10wt%
无机物NaNO2 11wt% NaF 2wt% Li2CO3 3wt%
多聚偏磷酸2wt%有机化合物三乙醇胺1.5wt%三异丙醇胺0.5wt%。
高水充填材料的制备方法包括下述步骤:
将铝酸盐水泥熟料磨成比表面积为400~500m2/kg的粉末,硫铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂磨成比表面积为600~700m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成甲组分;
将硬石膏、石灰和复配添加剂磨成比表面积为350~450m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成乙组分。
高水充填材料的应用,包括下述步骤:
(1)向甲组分中加入水,制成甲组分单浆,水的重量为甲组分重量的2倍;
(2)向乙组分中加入水,制成乙组分单浆,水的重量为乙组分重量的2倍;
(3)将甲组分单浆和乙组分单浆按照重量份比为1∶1混合,固化即可。
实验结果见表2。
对比例1
其中甲组份包括下述组分:
硫铝酸盐水泥熟料97.7wt% 酒石酸0.8wt% 膨润土0.8wt% 纤维素醚0.7wt%;
其中乙组份包括下述组分:
硬石膏56wt% 石灰15wt% 复配添加剂29wt%。
其中复配添加剂包括
悬浮剂膨润土10wt%;
无机物NaNO2 11wt% NaF 3wt% LiCO3 3wt%;
有机化合物三乙醇胺1.5wt%。三异丙醇胺0.5wt%。
高水充填材料的制备方法及使用方法同实施例1,实验结果见表2。
实施例2
高水充填材料,包括甲组分和乙组分,
其中甲组份包括下述组分:
硫铝酸盐水泥熟料52.4wt% 铝酸盐水泥熟料39wt%;
酒石酸0.6wt% 海泡石7wt% 纤维素醚1wt%;
乙组分包括下述组分:
硬石膏80wt% 石灰10wt% 复配添加剂10wt%;
其中复配添加剂包括:
悬浮剂白炭黑1.0wt% 凹凸棒土2.5wt% 纤维素醚0.5wt%;
无机物Ca(NO3)2 1.5wt% Na2CO3 1.0wt% LiOH 2.0wt%(NH4)2SO4 1.5wt%;
高水充填材料的制备方法包括下述步骤:
将铝酸盐水泥熟料磨成比表面积为400~500m2/kg的粉末,硫铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂磨成比表面积为600~700m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成甲组分;
将硬石膏、石灰和复配添加剂磨成比表面积为400~500m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成乙组分。
高水充填材料的应用,包括下述步骤:
(1)向甲组分中加入水,制成甲组分单浆,水的重量为甲组分重量的2倍;
(2)向乙组分中加入水,制成乙组分单浆,水的重量为乙组分重量的2倍;
(3)将甲组分单浆和乙组分单浆按照重量份比为1∶1混合,固化即可。
实验结果见表2。
对比例2
其中甲组份包括下述组分:
铝酸盐水泥熟料91.4wt% 酒石酸0.6wt% 海泡石6.5wt% 纤维素醚1.5wt%;
其中乙组份包括下述组分:
硬石膏80wt% 石灰10wt% 复配添加剂10wt%;
其中复配添加剂包括
悬浮剂白炭黑1.5wt% 凹凸棒土2.5wt%;
无机物Ca(NO3)2 2wt% Na2CO3 2.0wt% LiCl 2.0wt%。
除将甲组分单浆和乙组分单浆按照重量份比为1.3∶1混合,高水充填材料的制备方法及使用方法同实施例2,实验结果见表2。
实施例3
高水充填材料,包括甲组分和乙组分,
其中甲组份包括下述组分:
硫铝酸盐水泥熟料91.7wt% 铝酸盐水泥熟料5wt%
柠檬酸0.3wt% 硼砂1wt% 白炭黑2wt%;
乙组分包括下述组分:
硬石膏51wt% 石灰20wt% 复配添加剂29wt%;
其中复配添加剂包括
悬浮剂膨润土10wt%;
无机物NaNO2 8wt% NaF 4wt% LiCl 1.5wt% Ca2NO2 3wt% 多聚偏磷酸2wt%;
有机化合物三异丙醇胺0.5wt%;
高水充填材料的制备方法包括下述步骤:
将铝酸盐水泥熟料磨成比表面积为400~500m2/kg的粉末,硫铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂磨成比表面积为600~700m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成甲组分;
将硬石膏、石灰和复配添加剂磨成比表面积为400~500m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成乙组分。
高水充填材料的应用,包括下述步骤:
(1)向甲组分中加入水,制成甲组分单浆,水的重量为甲组分重量的2.1倍;
(2)向乙组分中加入水,制成乙组分单浆,水的重量为乙组分重量的2.1倍;
(3)将甲组分单浆和乙组分单浆按照重量份比为1∶1混合,固化即可。
实验结果见表2。
实施例4
高水充填材料,包括甲组分和乙组分,
其中甲组份包括下述组分:
硫铝酸盐水泥熟料80.3wt% 铝酸盐水泥熟料14.7wt%;
硼砂1.0wt% 糖蜜1.0wt% 纤维素醚0.8wt% 膨润土2.2wt%。
乙组分包括下述组分:
硬石膏52wt% 石灰25wt% 复配添加剂23wt%;
其中复配添加剂包括
悬浮剂膨润土5wt% 纤维素醚0.8wt% 淀粉醚0.2wt%;
无机物NaNO2 6wt% LiOH 3wt% Ca2NO2 4wt% (NH4)2SO4 3wt%;
有机化合物二乙醇胺1wt%;
高水充填材料的制备方法包括下述步骤:
将铝酸盐水泥熟料磨成比表面积为500~600m2/kg的粉末,硫铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂磨成比表面积为700~800m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成甲组分;
将硬石膏、石灰和复配添加剂磨成比表面积为500~600m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成乙组分。
高水充填材料的应用,包括下述步骤:
(1)向甲组分中加入水,制成甲组分单浆,水的重量为甲组分重量的2.2倍;
(2)向乙组分中加入水,制成乙组分单浆,水的重量为乙组分重量的2.2倍;
(3)将甲组分单浆和乙组分单浆按照重量份比为1.1∶1混合,固化即可。
实验结果见表2。
实施例5
高水充填材料,包括甲组分和乙组分,
其中甲组份包括下述组分:
硫铝酸盐水泥熟料67.4wt% 铝酸盐水泥熟料27.6wt%
硼酸1.0wt% 白炭黑2.5wt% 膨润土1.5wt%;
其中乙组分包括下述组分:
硬石膏66wt% 石灰20wt% 复配添加剂14wt%;
其中复配添加剂包括
悬浮剂凹凸棒土4wt% 白炭黑2wt%;
无机物Na2CO3 4wt% (NH4)2SO4 1wt% LiOH 2wt%;
有机化合物三乙醇胺0.5wt% 三异丙醇胺0.5wt%;
高水充填材料的制备方法包括下述步骤:
将铝酸盐水泥熟料磨成比表面积为500~600m2/kg的粉末,硫铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂磨成比表面积为700~800m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成甲组分;
将硬石膏、石灰和复配添加剂磨成比表面积为500~600m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成乙组分。
高水充填材料的应用,包括下述步骤:
(1)向甲组分中加入水,制成甲组分单浆,水的重量为甲组分重量的2.2倍;
(2)向乙组分中加入水,制成乙组分单浆,水的重量为乙组分重量的2.2倍;
(3)将甲组分单浆和乙组分单浆按照重量份比为1.1∶1混合,固化即可。
实验结果见表2。
实施例6
高水充填材料,包括甲组分和乙组分,
其中甲组份包括下述组分:
硫铝酸盐水泥熟料66wt% 铝酸盐水泥熟料28wt%
硼砂1wt% 白炭黑2.2wt% 膨润土2.5wt% 淀粉醚0.3wt%;
其中乙组分包括下述组分:
硬石膏47wt% 石灰30wt% 复配添加剂23wt%;
其中复配添加剂包括
悬浮剂白炭黑2wt% 海泡石6wt%;
无机物NaNO2 9wt% (NH4)2SO4 2.5wt% LiOH 3.5wt%;
高水充填材料的制备方法包括下述步骤:
将铝酸盐水泥熟料磨成比表面积为500~600m2/kg的粉末,硫铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂磨成比表面积为700~800m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成甲组分;
将硬石膏、石灰和复配添加剂磨成比表面积为500~600m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成乙组分。
高水充填材料的应用,包括下述步骤:
(1)向甲组分中加入水,制成甲组分单浆,水的重量为甲组分重量的2.3倍;
(2)向乙组分中加入水,制成乙组分单浆,水的重量为乙组分重量的2.3倍;
(3)将甲组分单浆和乙组分单浆按照重量份比为1.2∶1混合,固化即可。
实验结果见表2。
实施例7
高水充填材料,包括甲组分和乙组分,
其中甲组份包括下述组分:
硫铝酸盐水泥熟料81.3wt% 铝酸盐水泥熟料14.5wt%
柠檬酸0.3wt% 白炭黑3.5wt% 淀粉醚0.4wt%;
其中乙组分包括下述组分:
硬石膏40wt% 石灰24wt% 复配添加剂36wt%;
其中复配添加剂包括
悬浮剂膨润土11wt% 白炭黑1wt%;
无机物NaF 5wt% LiNO3 5wt% (NH4)2SO4 5wt% NaNO2 7wt%;
有机化合物三乙醇胺2wt%;
高水充填材料的制备方法包括下述步骤:
将铝酸盐水泥熟料磨成比表面积为500~600m2/kg的粉末,硫铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂磨成比表面积为700~800m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成甲组分;
将硬石膏、石灰和复配添加剂磨成比表面积为500~600m2/kg的粉末,再混合搅拌均匀制成乙组分。
高水充填材料的应用,包括下述步骤:
(1)向甲组分中加入水,制成甲组分单浆,水的重量为甲组分重量的2.4倍;
(2)向乙组分中加入水,制成乙组分单浆,水的重量为乙组分重量的2.4倍;
(3)将甲组分单浆和乙组分单浆按照重量份比为1.2∶1混合,固化即可。
实验结果见表2。
表2对比例和实施例的各项性能
实施例8-14
高水充填材料中的甲组分分别与实施例1-7中的甲组分相同,乙组分为李家和、王政等人在《硫铝酸盐基高水材料强度与微观结构研究》公开的乙组分,制得的高水充填材料的强度均高于6.0MPa。