CN102211917B - 一种用于矿山充填的高含水泥浆固化剂及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于矿山充填的高含水泥浆固化剂及其使用方法。本发明的固化剂由组分A和组分B组成，其中，组分A是由明矾、硫铝酸盐和/或铁铝酸盐和/或高铝水泥熟料、非结晶SiO2超细粉、粒化高炉矿渣组成，组分B是由固体水玻璃、碱金属碳酸盐、石灰、石膏组成；各组分是磨至200目筛余不大于10%的固体细粉物料，并混合均匀分别组成组分A和组分B。使用时将组分A和组分B分别调成水浆，B浆与泥浆一起输送，A浆单独输送，输送至填充场后双管浆液混合固化。填充固化体的7天强度0.5~3.5MPa，28天强度1~5MPa。本发明利用复合胶凝体系来固化高含水泥浆，不仅能有效提高其含水量和凝结速度，增加早期强度，并使后期强度持续增长。

Description

一种用于矿山充填的高含水泥浆固化剂及其使用方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种用于矿山充填的高含水泥浆固化剂及其使用方法。
背景技术
粘土由于有强的吸水特性，而且吸水后变软成为塑性甚至液态，其力学性质严重劣化，且变形严重，其工程强化处理和利用困难。对这种含水量高的粘土进行合理高效的固化处理，是材料工程界一直在努力解决的技术难题。常见的用水泥石灰等胶凝材料对其进行胶凝固化的方法不能有效消化水分，故其效果很有限。比较有效的方法是利用高铝水泥和/或硫铝酸盐水泥熟料加入石灰和石膏(中国专利CN1493650)并辅以矿渣粉煤灰等有一定水硬活性的原料(中国专利CN1363531、CN1632055)制备固化剂来固化高含水泥浆或土壤，中国专利CN1464143则在铝酸盐水泥熟料的基础上辅以明矾(石)和普通硅酸盐水泥来加强胶结，这些固化剂的固化原理均为利用固化剂生成高结晶水的钙矾石来吸收水分并膨胀挤密粘土颗粒，同时生成的C-S-H凝胶包裹土粒以增强其防水性。这些固化剂均能提供比单一硅酸盐水泥胶结固化更快的凝结速度和更大的早期强度，渗透系数也大大降低，防阻水性能较好。但由于因循了以硅酸盐水泥胶凝体系为主的固化原理，其凝结速度和早期强度仍然不理想，而且后期强度增长潜力有限，其主要应用限于灌浆防渗止水方面，难以应用于矿山巷旁支护等工程应用。
发明内容
本发明的第一个目的在于针对现有技术所存在的不足，提供一种用于矿山充填的高含水泥浆固化剂。
本发明的第一个目的是这样实现的：该用于矿山充填的高含水泥浆固化剂，由组分A和组分B组成，其中，组分A是由明矾、硫铝酸盐和/或铁铝酸盐和/或高铝水泥熟料、非结晶SiO2超细粉、粒化高炉矿渣组成，组分B是由固体水玻璃、碱金属碳酸盐、石灰、石膏组成；所述各组分是磨至200目筛余不大于10％的固体细粉物料，并混合均匀分别组成组分A和组分B；各组分所占总质量的百分含量分别是：明矾是2～10％，硫铝酸盐和/或铁铝酸盐和/或高铝水泥熟料是9～24％，非结晶SiO2超细粉是2～20％，粒化高炉矿渣是24～50％，固体水玻璃是1～13％，碱金属碳酸盐是1～5％，石灰是5～17％，石膏是12～25％。
更详细地说，所述明矾是钾明矾和/或熟明矾石；所述非结晶SiO2超细粉的BET比表面积大于15000m2/Kg；所述石灰是生石灰和/或熟石灰，所述石膏是天然石膏、建筑石膏、无水硬石膏及各种工业石膏；所述水玻璃的模数n是1.0～1.6的钾水玻璃和/或钠水玻璃。
本发明的第二个目的是提供该用于矿山充填的高含水泥浆固化剂的使用方法。
本发明的第二个目的包括如下顺序的步骤：
(1)加适量水到组分A中搅拌制成能流动的A浆；
(2)将含水量不大于150％的高含水泥浆打浆，必要时加入适当的泥浆稀释剂制成纯泥浆，再加入组分B于泥浆中搅拌制成B泥浆；
(3)将A浆和B泥浆分别用管道输送到井下充填位置后混合，混合后的浆体呈流态并自流平密实，浆体在数分钟到数十分钟内凝结固化并逐渐形成强度；其中，固化剂即组分A的质量与组分B的质量之和、与干固体物料即组分A的质量与组分B的质量与干粘土的质量之和的质量百分比是20％～45％，水料比即水与固化剂质量、干粘土质量之和的比值在1.0～1.5之间。
更进一步的优化方案是，在A浆加入适量的缓凝剂，在B泥浆中加入适量的速凝剂，以适当延长A浆在管道中的运送时间和提高填充体早期强度。所述缓凝剂采用硼砂或木质素磺酸钠或三聚磷酸钠；速凝剂采用碳酸锂和/或氯化锂。
本发明利用复合胶凝体系来固化高含水泥浆，不仅能有效提高其含水量和凝结速度，增加早期强度，并使后期强度持续增长。这使其可扩大应用于缺少尾砂的矿山巷旁支护工程，并且性价比也进一步提高。同时也可应用于地下工程、软土地基处理、堤坝防渗注浆等，具有良好的可操作性和性价比。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步详细的描述。
本发明的用于矿山充填的高含水泥浆固化剂主料为固体混合粉末，粉末由组分A与组分B双组分组成。其中，组分A由明矾(钾明矾和/或熟明矾石)、硫铝酸盐和/或铁铝酸盐和/或高铝水泥熟料(下文简称熟料)、非结晶SiO2超细粉(BET比表面积＞15000m2/Kg)、粒化高炉矿渣组成；组分B由石灰(生石灰和/或熟石灰)、石膏(天然石膏，建筑石膏、无水硬石膏及各种工业石膏)、模数n＝1.0～1.6的固体水玻璃nSiO2·R2O、碱金属碳酸盐R2CO3(R为碱金属)组成。各组分配比见表一。
表一固化剂配料质量百分比
Figure BDA0000052707670000031
Figure BDA0000052707670000041
首先，将上述的所有固体物料分别磨细至200目筛余不大于10％，按表一所示分成组分A与组分B并分别混合均匀，即成双组分泥浆固化剂。
然后，加适量水到组分A中搅拌制成能流动的A浆；另将含水不大于150％的高含水泥浆打浆，必要时加入适量的泥浆稀释剂制成纯泥浆，再加入组分B于泥浆中搅拌制成B泥浆。将A浆、B泥浆分别用管道输送到井下充填位置后混合。混合后的浆体呈流态可自流平密实。浆体将在数分钟到数十分钟内凝结固化并逐渐形成强度。
固化剂(组分A的质量+组分B的质量)与干固体物料(组分A的质量+组分B的质量+干粘土的质量)的质量百分比是20％～45％，水料质量(料指干粘土质量与固化剂质量之和)比在1.0～1.5之间，可使充填固化体的7天抗压强度在0.5～3.5MPa，28天抗压强度在1.0～5.0MPa。
在用于矿山充填时，在A浆和B泥浆中分别加入适量的缓凝剂和速凝剂，可适当延长A浆在管道中的运送时间和提高填充体早期强度，缓凝剂通常采用硼砂、木质素磺酸钠及三聚磷酸钠等，速凝剂采用碳酸锂和/或氯化锂等。A、B浆体在混合前的分开输送时间可达24小时而不会在管道中凝结且不明显影响填充体的强度。
根据上述使用方法用双组分固化剂固化高含水粘土用于矿山充填，不同固化剂配方、不同固化剂掺量及不同水料比条件下得到的固化体均可抗水浸泡不软化，其配方和力学强度数据分别见表二和表三。
表二高含水泥浆固化剂实施例配方
Figure BDA0000052707670000042
Figure BDA0000052707670000051
表三高含水泥浆固化剂实施例的力学性能
Figure BDA0000052707670000052

Claims (8)

1.一种用于矿山充填的高含水泥浆固化剂，其特征在于：它由组分A和组分B组成，其中，组分A是由明矾、硫铝酸盐和/或铁铝酸盐和/或高铝水泥熟料、非结晶SiO2超细粉、粒化高炉矿渣组成，组分B是由固体水玻璃、碱金属碳酸盐、石灰、石膏组成；所述各组分是磨至200目筛余不大于10%的固体细粉物料，并混合均匀分别组成组分A和组分B；各组分所占总质量的百分含量分别是：明矾是2~10%，硫铝酸盐和/或铁铝酸盐和/或高铝水泥熟料是9~24%，非结晶SiO2超细粉是2~20%，粒化高炉矿渣是24~50%，固体水玻璃是1~13%，碱金属碳酸盐是1~5%，石灰是5~17%，石膏是12~25%。
2.根据权利要求1所述的用于矿山充填的高含水泥浆固化剂，其特征在于：所述明矾是钾明矾和/或熟明矾石。
3.根据权利要求1所述的用于矿山充填的高含水泥浆固化剂，其特征在于：所述非结晶SiO2超细粉的BET比表面积大于15000m2/Kg。
4.根据权利要求1所述的用于矿山充填的高含水泥浆固化剂，其特征在于：所述石灰是生石灰和/或熟石灰，所述石膏是天然石膏、建筑石膏、无水硬石膏及各种工业石膏。
5.根据权利要求1所述的用于矿山充填的高含水泥浆固化剂，其特征在于：所述水玻璃是模数n为1.0~1.6的钾水玻璃和/或钠水玻璃。
6.一种如权利要求1所述的用于矿山充填的高含水泥浆固化剂的使用方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：
（1）加适量水到组分A中搅拌制成能流动的A浆；
（2）将含水量不大于150%的高含水泥浆打浆，在泥浆中加入适当的泥浆稀释剂制成纯泥浆，再加入组分B于泥浆中搅拌制成B泥浆；
（3）将A浆和B泥浆分别用管道输送到井下充填位置后混合，混合后的浆体呈流态并自流平密实，浆体在数分钟到数十分钟内凝结固化并逐渐形成强度；其中，固化剂即组分A的质量与组分B的质量之和、与干固体物料即组分A的质量与组分B的质量与干粘土的质量之和的质量百分比是20%~45%，水料比即水与固化剂质量、干粘土质量之和的比值在1.0~1.5之间。
7.根据权利要求6所述的用于矿山充填的高含水泥浆固化剂的使用方法，其特征在于：在A浆加入适量的缓凝剂，在B泥浆中加入适量的速凝剂，以适当延长A浆在管道中的运送时间和提高填充体早期强度。
8.根据权利要求7所述的用于矿山充填的高含水泥浆固化剂的使用方法，其特征在于：所述缓凝剂采用硼砂或木质素磺酸钠或三聚磷酸钠；速凝剂采用碳酸锂和/或氯化锂。
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