CN102234191A - 一种早强型矿山充填胶凝材料 - Google Patents

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胡术刚
王健
邱俊
陈平
王桂芳
金子桥
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Abstract

本发明涉及一种早强型矿山充填胶凝材料。将高炉水淬渣粉碎至一定细度后,按一定比例添加生石灰,并添加一定量硫铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥熟料和激发剂水玻璃。高炉水淬渣、生石灰、硫铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥熟料和激发剂水玻璃重量比为65~85∶10~20∶5~25∶0.5~5.0。将上述四者按比例混匀即得矿山充填用胶结剂。本发明专利以高炉矿渣为主要原材料,成本较低,实现了资源综合利用,符合可持续发展方针,具有显著的经济效益和环境效益。材料中所用原材料获取方便,制备工艺简单,不用烧结,在常温下既可获得,无废气废渣排放。既节约了能源,又改善了环境。硫铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥熟料可提高充填体早期强度,满足特殊工况要求。且该胶结剂胶结性能好,与尾砂、碎石、河砂、煤矸石、粉煤灰等的结合力强,对充填骨料适应性强。

Description

一种早强型矿山充填胶凝材料
技术领域
[0001 ] 本发明涉及胶凝材料领域,具体是指一种早强型矿山充填胶凝材料,适用于矿山采空区充填,尤其适用于采空区顶板不稳定,形成采空区后需及时充填区域。
背景技术
[0002] 在矿山采空区充填方法中,所用的充填胶凝材料主要以传统胶凝材料水泥为主, 但水泥的生产工艺复杂,特别是其的煅烧工艺消耗掉大量的能源,破坏了生态环境,还造成了其生产成本较高。普通水泥的早期强度不高,不能满足对早期强度要求较高的采空区充填的要求。目前的早强快凝水泥是以石灰石、石膏、粘土和矾土配制成生料,磨细后经煅烧制成熟料,对水泥熟料的煅烧设备及技术水平有较高的要求,生产工艺复杂,成本较高,为普通水泥的两倍左右。
[0003] 在此基础上发展的具有早强性能的矿渣(钢渣)胶凝材料中,水泥熟料的成分相对较多,成本相对较高但强度并不高。对于少熟料矿渣型水泥,其熟料相对较少,但仍在 30%左右,且其所需要的复合活化剂及掺和料种类较多,生产工艺较为复杂,生产的产品能够具有早期强度但成本仍然较高。
发明内容
[0004] 本发明克服了普通水泥的早期强度较低、配制成充填料浆后易发生析水离析现象等缺点,实现了较高的早期强度。
[0005] 本发明的另一个目的是实现了废渣的重新利用,避免了环境污染。同时,生产工艺简单较低了能耗,充填过程中利用方便,是一种环境友好型胶凝材料。
[0006] 为实现上述目的,本发明的早强型矿山充填胶凝材料,其组分及含量为:高炉矿渣 65%〜85% ;生石灰10%〜20% ;硫铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥熟料5%〜25% ;激发剂硅酸钠(模数在1. 0-1. 5)0. 5%〜5. 0%,上述所有百分数为质量百分数。
[0007] 本发明的机理:以炼铁的工业副产品-粒化高炉矿渣为主要原料,通过具有弱碱性的激发剂破坏水淬渣玻璃体结构,将矿渣中活性物质释放出来与石灰及硫铝酸盐水泥结合形成具有水硬性产物。激发剂为弱碱性硅酸盐类,对上述过程有促进作用,加快水化反应的进行促使早期强度的形成。
[0008] 用该早强型矿山充填胶凝材料可与充填骨料按1 : 4〜1 : 10的重量比加水配制成质量浓度为〜80%的充填料浆,利用泵送管路输送系统或通过自流输送到采空区进行充填。
[0009] 本发明早强型矿山充填胶凝材料的优点在于:
[0010] 1、材料中以高炉矿渣为主要原材料,成本较低,实现了资源综合利用,符合可持续发展方针,具有显著的经济效益和环境效益。
[0011] 2、材料中所用原材料获取方便,制备工艺简单,不用烧结,在常温下既可获得,无废气废渣排放。既节约了能源,又改善了环境。[0012] 3、本发明早强型矿山充填胶凝材料早期强度较为突出,后期强度增长显著,胶结体强度具有逐步增长趋势。该胶凝材料的初凝时间一般在40分钟以内、终凝时间大于90 分钟,标稠净浆胶结体4小时抗压强度> 1. 5MPa,8小时抗压强度> 2. OMPa, 1天抗压强度 > 5. OMPa, 28 天抗压强度 > 18. OMPa0
[0013] 4、本发明早强型矿山充填胶凝材料与充填骨料能够形成较好的亲合力,在充填体中分布均勻,能够实现充填料浆的的膏体输送,可以实现尾砂的大量充填。
具体实施方式
[0014] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明,但本发明的实施方式不限于此。除非另有说明,下述实施例中所有的百分比均为重量百分比。
[0015] 实施例1
[0016] 本发明的一种早强型矿山充填胶凝材料,其中高炉矿渣74%,生石灰11%,硫铝酸盐水泥14%,激发剂1%。前三种物料采用超细粉磨机粉磨,细度控制按GB8074-87(勃氏法)进行测定,比表面积控制在3500士 100cm2/g。该材料按照GB/T1346-2001测定其标准稠度用水量,按照测定的其标准稠度用水量配制料浆,按照GB/T17671-1999将料浆搅拌均勻后浇筑成4cm衬cm*16cm的三联试块,置于恒温(20°C )恒湿(相对湿度95% )养护箱
中养护至规定龄期,测定胶结体单轴抗压强度。
[0017]
养护时间 4小时 8小时 1天 3天 28天抗压强度/lffa 1. 58 2. 15 5. 48 11. 41 22. 21
[0018] 实施例2
[0019] 本发明的一种早强型矿山充填胶凝材料,其中高炉矿渣75%,生石灰7. 25%, 硫铝酸盐水泥16.5%,激发剂1.25%。前三种物料采用超细粉磨机粉磨,细度控制按GB8074-87(勃氏法)进行测定,比表面积控制在3500士 100cm2/g。该材料按照GB/ T1346-2001测定其标准稠度用水量,按照测定的其标准稠度用水量配制料浆,按照GB/ T17671-1999将料浆搅拌均勻后浇筑成的三联试块,置于恒温(20°C )恒湿
(相对湿度95% )养护箱中养护至规定龄期,测定胶结体单轴抗压强度。
[0020]
Figure CN102234191AD00041
[0021] 实施例3
[0022] 本发明的一种早强型矿山充填胶凝材料,其中高炉矿渣71%,生石灰7 %,硫铝酸盐水泥21%,激发剂1%。前三种物料采用超细粉磨机粉磨,细度控制按GB8074-87(勃氏法)进行测定,比表面积控制在3500士 100cm2/g。该材料按照GB/T1346-2001测定其标准稠度用水量,按照测定的其标准稠度用水量配制料浆,按照GB/T17671-1999将料浆搅拌均勻后浇筑成4cm衬cm*16cm的三联试块,置于恒温(20°C )恒湿(相对湿度95% )养护箱中养护至规定龄期,测定胶结体单轴抗压强度。
[0023]
Figure CN102234191AD00051
[0024] 实施例4
[0025] 本发明的一种早强型矿山充填胶凝材料,其中高炉矿渣67.8%,生石灰10.2%, 硫铝酸盐水泥20.5%,激发剂1.5%。前三种物料采用超细粉磨机粉磨,细度控制按 GB8074-87 (勃氏法)进行测定,比表面积控制在3500士 100cm2/g。该材料按照GB/ T1346-2001测定其标准稠度用水量,按照测定的其标准稠度用水量配制料浆,按照GB/ T17671-1999将料浆搅拌均勻后浇筑成的三联试块,置于恒温(20°C )恒湿 (相对湿度95% )养护箱中养护至规定龄期,测定胶结体单轴抗压强度。
[0026]
Figure CN102234191AD00052
[0027] 实施例5
[0028] 在采空区充填工艺中,用实施例1中的一种早强型矿山充填胶凝材料与-200目 60%左右的铁矿尾砂按重量比(即灰砂比)为1 : 5加水配成浓度为67%的料浆,在实验室中条件下按照GB/T17671-1999进行充分搅拌制备后浇筑成的三联试块, 置于恒温(20°C )恒湿(相对湿度95% )养护箱中养护至规定龄期,测定胶结体不同养护龄期下的抗压强度。
[0029]
Figure CN102234191AD00053
[0030] 采用这一灰砂比条件下,成本合理,强度合适能够满足采空区对早期强度要求。
[0031] 实施例6
[0032] 在采空区充填工艺中,用实施例1中的一种早强型矿山充填胶凝材料与-200目 80%左右的粉煤灰按重量比(即灰砂比)为1 : 5加水配成浓度为70%的料浆,在实验室中条件下按照GB/T17671-1999进行充分搅拌制备后浇筑成的三联试块,置于恒温(20°C )恒湿(相对湿度95% )养护箱中养护至规定龄期,测定胶结体不同养护龄期下的抗压强度。
[0033]
Figure CN102234191AD00054
[0034] 采用这一灰砂比条件下,成本合理,强度合适能够满足采空区对早期强度要求。

Claims (7)

1. 一种早强型矿山充填胶凝材料,本发明的特征是由高炉矿渣、生石灰、硫铝酸盐水泥 (或硫铝酸盐水泥熟料)和激发剂混合组成。高炉矿渣65%〜85% ;生石灰10%〜20% ; 硫铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥熟料5%〜25% ;激发剂0. 5%〜5. 0%,上述所有百分数为质量百分数。
2.根据权利要求1所述的早强型矿山充填胶凝材料,其特征是:高炉矿渣为炼铁的工业副产品-粒化高炉矿渣经粉碎后矿渣微粉,细度按比表面积控制在3000cm2/g以上。
3.根据权利要求1所述的早强型矿山充填胶凝材料,其特征是:生石灰为钙质生石灰粉,质量应满足JC/T480-92 —等品要求。
4.根据权利要求1所述的早强型矿山充填胶凝材料,其特征是:硫铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥熟料的细度按比表面积控制在3000cm2/g以上。
5.根据权利要求1所述的早强型矿山充填胶凝材料,其激发剂为水玻璃(模数在 1. 5-2. 5)。
6.根据权利要求1所述的早强型矿山充填胶凝材料的用途,其特征是:所述用途是用该早强型矿山充填胶凝材料与一定粒度的充填骨料按一定比例加水配制成充填料浆,利用泵送管路输送系统或通过自流输送到采空区进行充填。
7.根据权利要求6所述的早强型矿山充填胶凝材料的用途,其特征是:其中充填骨料可以是矿山尾矿、粉碎的煤矸石、河沙、粉煤灰等,配成的料浆浓度可以控制在55-80%范围内变化。
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