CN102241493A - 一种矿坑回填材料及其制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种矿坑回填材料及其使用方法，该矿坑回填材料是由水泥、煅烧活化煤矸石、钢渣粉、消石灰粉、磷石膏、膨胀剂、玻璃石英砂尾矿、机制砂、减水剂、改性淀粉醚组成。只需在工地加入占总重量35%-90%的水并按要求搅拌后即可泵送施工。本发明采用大量工业固体废弃物制备矿坑回填材料，其和易性、保水性、流动性和自密实填充性好，抗压强度高，粘结强度，抗硫酸盐侵蚀性能满足有关要求，并具有微膨胀性。而且本发明生产工艺简单，使用方便、利废、节能、降耗、低碳，市场前景较好。
Description
技术领域
本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种矿坑回填材料及其制备和使用方法。
背景技术
随着我国石油、煤炭和各种矿产资源的开采，所产生的数亿立方米的坑井需要回填。若矿坑得不到及时回填，会带来塌方、渗水、泥石流等多种自然灾害，危及人身和财产安全。然而，矿坑的回填虽对材料的性能要求不是很高，但材料需求量相当大。若沿用水泥砂浆、水泥土等传统材料进行回填，则水泥消耗量巨大，不仅成本高，而且不利于环保和低碳经济的发展。再者，传统的材料由于流动性不佳，回填施工效率较低。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于一种矿坑回填材料，旨在解决现有技术中所存在的问题。
本发明的技术方案如下：
一种矿坑回填材料，其中，所述矿坑回填材料包括水泥、煅烧活化煤矸石、钢渣粉、消石灰粉、磷石膏、膨胀剂、玻璃石英砂尾矿、机制砂、减水剂、改性淀粉醚，各组份的重量比如下：
水泥 100
煅烧活化煤矸石 200-400
钢渣粉 100-250
消石灰粉 15-50
磷石膏 35-90
膨胀剂 20-80
玻璃石英砂尾矿 50-150
机制砂 4000-14000
减水剂 1.5-3.5
改性淀粉醚 0.1-1.0。
所述的矿坑回填材料，其中，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，为粉剂，减水剂大于等于28%。
所述的矿坑回填材料，其中，所述水泥为52.5级硅酸盐水泥或52.5级普通硅酸盐水泥中的一种。
所述的矿坑回填材料，其中，所述煅烧活化煤矸石的煅烧活化温度为750℃-900℃，比表面积大于等于350m2/Kg。
所述的矿坑回填材料，其中，所述钢渣粉的比表面积大于450m2/Kg，28天活性指数大于等于80%；
所述磷石膏的SO3含量大于等于42%，全部通过0.315mm筛。
所述的矿坑回填材料，其中，所述膨胀剂为硫铝酸盐型膨胀剂。
所述的矿坑回填材料，其中，所述玻璃石英砂尾矿，细度为全部通过200目筛，含泥量小于3%；
所述机制砂的粒径小于等于4.75mm，含泥量小于5%。
所述的矿坑回填材料，其中，所述改性淀粉醚，为粉剂，吸水率大于等于300g.g-1。
所述的矿坑回填材料，其中，各组份的重量比为：
水泥 100
煅烧活化煤矸石 240-360
钢渣粉 150-230
消石灰粉 18-45
磷石膏 38-65
膨胀剂 30-65
玻璃石英砂尾矿 65-140
机制砂 4800-13000
减水剂 1.7-3.0
改性淀粉醚 0.12-0.9。
上述的矿坑回填材料的使用方法，其中，在所述矿坑回填材料中加入占水泥、煅烧活化煤矸石、钢渣粉、消石灰粉、磷石膏、膨胀剂、玻璃石英砂尾矿、机制砂、减水剂、改性淀粉醚总重量的35%-90%的水，搅拌两分钟，停放五分钟，再次搅拌一分钟即可用于施工。
有益效果：本发明充分考虑了矿坑回填技术现状及技术需求，利用了大量工业固体废弃物，如煤矸石、钢渣、磷石膏、玻璃石英尾矿砂等。本发明还利用了当代最新一代减水剂，即聚羧酸系减水剂，来提高回填材料的流动性和自密实性，改善了回填材料的可泵送性和自密实性，施工时完全采用泵送工艺，也不需要人工振捣，而是依靠材料重力自动密实,节省大量人工。本发明所提供的矿坑回填材料加水搅拌成的砂浆，其流动性大，保水性好，具有较好的自密实性，而且抗压强度和粘结强度较高，具有微膨胀性，抗硫酸盐侵蚀性优良。
具体实施方式
本发明提供一种矿坑回填材料及其使用方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所提出的一种矿坑回填用材料由水泥、煅烧活化煤矸石、钢渣粉、消石灰粉、磷石膏、膨胀剂、玻璃石英砂尾矿、机制砂、聚羧酸系减水剂、改性淀粉醚组成，各组份的重量比如下：
水泥 100
煅烧活化煤矸石 200-400
钢渣粉 100-250
消石灰粉 15-50
磷石膏 35-90
膨胀剂 20-80
玻璃石英砂尾矿 50-150
机制砂 4000-14000
减水剂 1.5-3.5
改性淀粉醚 0.1-1.0。
各组分较佳的重量比为：
水泥 100
煅烧活化煤矸石 240-360
钢渣粉 150-230
消石灰粉 18-45
磷石膏 38-65
膨胀剂 30-65
玻璃石英砂尾矿 65-140
机制砂 4800-13000
减水剂 1.7-3.0
改性淀粉醚 0.12-0.9。
所述水泥为52.5级硅酸盐水泥或52.5级普通硅酸盐水泥中的一种。
所述煅烧活化煤矸石，其煅烧活化温度为750℃-900℃，比表面积大于等于350 m2/Kg。
所述钢渣粉的其比表面积大于450m2/Kg，28天活性指数大于等于80%。
所述磷石膏的SO3含量大于等于42%，全部通过0.315mm筛。
所述膨胀剂为硫铝酸盐型膨胀剂。
所述玻璃石英砂尾粉是开采玻璃原材料石英粉所产生的废渣，细度为全部通过200目筛，含泥量小于3%。
所述机制砂，由普通矿石破碎而成，粒径小于等于4.75mm，含泥量小于5%。
所述减水剂为聚羧酸系减水剂，为粉剂，减水剂大于等于28%。
所述改性淀粉醚，为粉剂，吸水率大于等于300g.g-1。
本发明所提供的矿坑回填材料在使用时，拌合水的加入量为水泥、煅烧活化煤矸石、钢渣粉、消石灰粉、磷石膏、膨胀剂、玻璃石英砂尾矿、机制砂、聚羧酸系减水剂、改性淀粉醚总重量的35%-90%。
本发明的矿坑回填材料制备方法，具体步骤为：按前述各重量比例称取各组份，将水泥、煅烧活化煤矸石、钢渣粉、聚羧酸系减水剂和改性淀粉醚加入搅拌机，干混均匀后，再加入消石灰粉、磷石膏、膨胀剂、玻璃石英砂尾矿和机制砂，干混均匀即可。所得的矿坑回填材料，在工地现场只需加入所需比例的自来水搅拌2分钟，停放5分钟，再次搅拌1分钟，即可泵送施工。本发明矿坑回填材料加水后制成的砂浆不仅流动性好，泵送容易，而且保水性优异，具有良好的自密实、自填充性，硬化后抗压强度和粘结强度符合有关标准要求，体积具有一定膨胀，抗硫酸盐侵蚀性好。
本发明的矿坑回填材料中，水泥、煅烧活化煤矸石、钢渣粉、消石灰粉和磷石膏组成五元复合胶凝材料。这五种材料遇水后，水泥首先水化，为液相提供高硫型水化硫铝酸钙晶体和CSH凝胶，高硫型水化硫铝酸钙晶体互相穿插、搭接，CSH凝胶对晶体起到包裹和骨架填充作用，从而使整个浆体产生凝结、硬化和强度发展。在初期，煅烧活化煤矸石和钢渣粉基本呈惰性，大约7天后开始在浆体液相中氢氧化钙和硫酸钙的激发作用下，发生水化作用，生成CSH凝胶和AFt晶体，加强胶凝体结构。本发明引入的消石灰粉和磷石膏都比较容易溶解在浆体液相中，使得浆体在较早龄期(3天)时，煅烧活化煤矸石和钢渣粉的活性就可得以激发，其表面开始水化，提高了胶凝材料的早期强度。膨胀剂的存在，在于促使浆体从一开始就形成大量AFt晶体，而使砂浆具有一定的微膨胀，保证与矿坑壁之间有良好的粘结强度。玻璃石英尾矿几乎遍及我国各省，过去普遍被当作尾矿丢弃，带来了很大环境负担，本发明巧妙地将其作为自密实砂浆的填充料，虽然它在砂浆体系中是化学惰性的，但它的存在有助于改善砂浆的流动性和提高砂浆的力学性能。河砂也可以作为本发明矿坑回填材料的原材料，但鉴于目前河砂普遍紧缺，本发明就以机械破碎而得的机制砂作为细集料。机制砂的原材料可以是石料加工厂下脚料，也可以是碎石或卵石，还可以是某些矿产资源尾矿加工而得，取材相当普遍，有时在矿区直接加工就可以了。
聚羧酸系减水剂和改性淀粉醚是本发明重要的添加剂。聚羧酸系减水剂具有比萘系减水剂高的减水率和塑化效果，是自密实砂浆的必选减水剂。而根据矿坑回填材料的强度要求，一般只要大于0.2MPa即可。在这种情况下，胶凝材料与细集料的比例很低，一般在1:10-25，这种砂浆加水搅拌后极易离析泌水，更别谈泵送施工了。本发明选择的高吸水率改性淀粉醚就是用以解决砂浆的流动性与保水性的矛盾的。在扫描电镜下观察，改性淀粉醚表面为大量褶皱，成蜂窝结构。这种蜂窝结构和表面的褶皱，使其具有较大的比表面积，有利于吸水率的提高，赋予本发明产品良好的保水性和粘聚性，在砂浆搅拌好存放过程中和泵送施工过程中，不会出现离析泌水现象，保证砂浆浇筑后自行填充于坑道和坑井，并且依靠自身重力密实。
本发明的有益效果在于：
(1)采用复合胶凝材料体系，仅使用少量水泥，而其它为工业固体废弃物煅烧活化煤矸石和钢渣粉，这两种工业固体废弃物在结构混凝土中采用较少，存量丰富。
(2)本发明所用活性激发剂之一的磷石膏，也是水泥混凝土中较少使用的工业废石膏，存量丰富。
(3) 本发明采用膨胀剂，可保证砂浆硬化后具有一定的微膨胀性，有利于与矿坑内壁的连接。
(4) 本发明采用了玻璃原材料石英开采加工后的尾矿，它颗粒较细，作为砂浆填充物，增加了细粉含量，解决了这一尾矿的资源化出路。
(5) 本发明不采用河砂，而采用经加工而成的机制砂，有效节约了越来越匮乏的河砂。
(6) 本发明结合混凝土外加剂的最新成果，选用聚羧酸系减水剂，使得自密实砂浆的配制成为可能。
(7) 由于选用了比较适宜的增粘和保水组分改性淀粉醚，提高了砂浆的和易性和保水性，以及砂浆的粘结强度和抗渗性。
(8) 本发明为干混状态，可袋包装供应，也可散装化供应，使用时只需在工地现场按比例直接加水搅拌均匀即可，施工非常容易。
本发明原材料选择符合国家节能减排和低碳经济要求，产品成本低，性能优良，适用范围广，具有良好的应用前景。
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1
一种矿坑回填材料，按重量份数计，52.5级普通硅酸盐水泥100，煅烧活化煤矸石200，钢渣粉100，消石灰粉15，磷石膏35，膨胀剂20，玻璃石英砂尾矿50，机制砂4000，减水剂1.5，改性淀粉醚0.1配制而成。当加入占本产品重量35%的水搅拌均匀成砂浆后，其流动度为300mm，泌水率为0，抗压强度为2.2MPa，粘结强度为0.7MPa，28天膨胀率为0.05%，能抵抗100次硫酸盐侵蚀。
实施例2
一种矿坑回填材料，按重量份数计，52.5级硅酸盐水泥100，煅烧活化煤矸石400，钢渣粉250，消石灰粉50，磷石膏90，膨胀剂80，玻璃石英砂尾矿150，机制砂14000，减水剂3.5，改性淀粉醚1.0配制而成。当加入占本产品重量47%的水搅拌均匀成砂浆后，其流动度为330mm，泌水率为0，抗压强度为1.6MPa，粘结强度为0.5MPa，28天膨胀率为0.04%，能抵抗200次硫酸盐侵蚀。
实施例3
一种矿坑回填材料，按重量份数计，52.5级硅酸盐水泥100，煅烧活化煤矸石300，钢渣粉200，消石灰粉35，磷石膏60，膨胀剂65，玻璃石英砂尾矿120，机制砂11300，减水剂2.7，改性淀粉醚0.6配制而成。当加入占本产品重量43%的水搅拌均匀成砂浆后，其流动度为310mm，泌水率为0，抗压强度为1.9MPa，粘结强度为0.5MPa，28天膨胀率为0.06%，能抵抗150次硫酸盐侵蚀。
实施例4
一种矿坑回填材料，按重量份数计，52.5级普通硅酸盐水泥100，煅烧活化煤矸石400，钢渣粉100，消石灰粉30，磷石膏90，膨胀剂80，玻璃石英砂尾矿150，机制砂14000，减水剂2.6，改性淀粉醚1.0配制而成。当加入占本产品重量48%的水搅拌均匀成砂浆后，其流动度为320mm，泌水率为0，抗压强度为1.3MPa，粘结强度为0.5MPa，28天膨胀率为0.08%，能抵抗160次硫酸盐侵蚀。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种矿坑回填材料，其特征在于，所述矿坑回填材料包括水泥、煅烧活化煤矸石、钢渣粉、消石灰粉、磷石膏、膨胀剂、玻璃石英砂尾矿、机制砂、减水剂、改性淀粉醚，各组份的重量比如下：
水泥 100
煅烧活化煤矸石 200-400
钢渣粉 100-250
消石灰粉 15-50
磷石膏 35-90
膨胀剂 20-80
玻璃石英砂尾矿 50-150
机制砂 4000-14000
减水剂 1.5-3.5
改性淀粉醚 0.1-1.0。
2.根据权利要求1所述的矿坑回填材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，为粉剂，减水剂大于等于28%。
3.根据权利要求1所述的矿坑回填材料，其特征在于，所述水泥为52.5级硅酸盐水泥或52.5级普通硅酸盐水泥中的一种。
4.根据权利要求1所述的矿坑回填材料，其特征在于，所述煅烧活化煤矸石的煅烧活化温度为750℃-900℃，比表面积大于等于350m2/Kg。
5.根据权利要求1所述的矿坑回填材料，其特征在于，所述钢渣粉的比表面积大于450m2/Kg，28天活性指数大于等于80%；
所述磷石膏的SO3含量大于等于42%，全部通过0.315mm筛。
6.根据权利要求1所述的矿坑回填材料，其特征在于，所述膨胀剂为硫铝酸盐型膨胀剂。
7.根据权利要求1所述的矿坑回填材料，其特征在于，所述玻璃石英砂尾矿，细度为全部通过200目筛，含泥量小于3%；
所述机制砂的粒径小于等于4.75mm，含泥量小于5%。
8.根据权利要求1所述的矿坑回填材料，其特征在于，所述改性淀粉醚，为粉剂，吸水率大于等于300g.g-1。
9.根据权利要求1所述的矿坑回填材料，其特征在于，各组份的重量比为：
水泥 100
煅烧活化煤矸石 240-360
钢渣粉 150-230
消石灰粉 18-45
磷石膏 38-65
膨胀剂 30-65
玻璃石英砂尾矿 65-140
机制砂 4800-13000
减水剂 1.7-3.0
改性淀粉醚 0.12-0.9。
10.一种如权利要求1所述的矿坑回填材料的使用方法，其特征在于，在所述矿坑回填材料中加入占水泥、煅烧活化煤矸石、钢渣粉、消石灰粉、磷石膏、膨胀剂、玻璃石英砂尾矿、机制砂、减水剂、改性淀粉醚总重量的35%-90%的水，搅拌两分钟，停放五分钟，再次搅拌一分钟即可用于施工。
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