CN102701671A - 一种大掺量粉煤灰泡沫填体及制备方法 - Google Patents

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蔡为益
陶祥令
马金荣
李志永
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刘明
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Abstract

本发明公开了一种大掺量粉煤灰泡沫填体及制备方法，属煤矿采空区及地下空间填充体领域。泡沫填体包括水、粉煤灰、胶凝材料、外掺料、活性剂及适量泡沫，其制备方法是：a原材料预加工：将粉煤灰和水泥进行筛分处理，滤掉大结块硬粒；b按照配比称量各组份数；c发泡剂与水按照配比混合制取发泡液；d原料拌合：在搅拌机内将水泥、粉煤灰、促凝剂、减水剂和活性剂拌合至均匀；e制取泡沫：在d步骤同时进行发泡，将发泡液通过发泡机制取泡沫；f混泡：在胶凝浆体制备好后，加拌适量倍数泡沫，不停机；g定模成型：混泡后浆液上面看不到浮泡时，泡沫浆制备完成。成型后的泡沫填体显著增加了粉煤灰用量，制备简单成本较低，具有轻质、抗裂、保温和抗震等功能，特别用于煤矿采空区和地下空间的充填。

Description

一种大掺量粉煤灰泡沫填体及制备方法
技术领域
本发明涉及一种大掺量粉煤灰泡沫填体及制备方法，属于泡沫填充体。主要适用于煤矿采空区的充填和地下工程中充填及抗震层使用。
背景技术
我国是一个煤炭生产大国，长期的煤炭开采形成大面积的沉陷区。目前根治地表沉陷及采动损害的最直接有效地方法就是采空区回填。长期以来，国内外主要采用的技术包括干式充填、水砂充填以及胶结充填三种方法。胶结充填采矿法一般以碎石、河砂或尾砂等为骨料，与水泥或石灰类胶结材料经拌合形成浆体或膏体，再以管道泵输送或重力自流方式送到充填区的采矿方法。与水砂充填相比，胶结充填的材料胶结后强度大，可用于埋藏深、地压大、围岩不稳固的中厚以上矿体，使用胶结充填已成为煤矿采空区回填的必然趋势。传统水泥胶结充填体所用水泥量大，增加吨煤成本单价。降低水泥用量及成本，是寻找适用于矿山新型充填材料的有效途径。
泡沫充填体（泡沫混凝土）具有输送方便、流动性好、价格便宜，利用不同级配的尾矿矿粉和水泥进行配比，可以保持一定的强度，完全可以作为一种新型的充填体在煤矿采空区回填中使用。近年来随着煤炭消耗量的增大，粉煤灰的产量居高不下，这些粉煤灰常年堆放在我们日趋紧张的良田、河道内，对环境的污染相当大，如何处理粉煤灰，实现其“减量化、无害化、资源化”是当前亟待解决的问题。近年来混凝土国际会议主要讨论的就是节约、耐久，大力提倡采用大掺量粉煤灰混凝土和生产大掺量粉煤灰泡沫混凝土，随之形成以“环境材料”为主体的格局。因此大掺量粉煤灰泡沫填体不仅具有良好的社会效益，而且具有良好的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大掺量粉煤灰泡沫填体，这种泡沫填体能显著增加粉煤灰用量，成本较低，具有轻质、抗裂、保温和抗震等功能，特别适用于煤矿采空区和地下空间的充填。
本发明的另外一个目的是提供该大掺量粉煤灰泡沫填体的制备方法，通过该制备方法生产出来的泡沫填体可以显著增加粉煤灰用量的同时实现轻质、抗裂、保温和抗震等功能，产品稳定可靠。
为了实现上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
一种大掺量泡沫填体，其各组分包括水、粉煤灰、胶凝材料、外掺料、活性剂及泡沫，各组分采用以下重量份数：
粉煤灰60-70份，水泥20-40份，水20-45份，减水剂0.2-0.6份，促凝剂0.4-1.6份，活性剂0-20份，泡沫：胶凝浆液体积的百分比为100-250%。
所述水泥为强度等级为32.5级或42.5级的硅酸盐水泥，其性能符合GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的规定；所述粉煤灰为二级或三级粉煤灰，其性能符合GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定；所述减水剂为聚羧酸类高性能减水剂；所述促凝剂为硫酸盐型；所述活性剂为石膏；所述水为正常饮用水或中水。
一种大掺量粉煤灰泡沫填体的制备方法，包括以下步骤：
a原材料的预加工：粉煤灰和水泥过实验室标准筛0.08mm，以防其中的结块在泡沫浆液沉积；
b量取如下重量份数的组分，粉煤灰60-70份，水泥20-40份，水20-45份，减水剂0.2-0.6份，促凝剂0.4-1.6份，活性剂0-20份；
c发泡剂与水按照配比混合制取发泡液：按照1体积的发泡剂和50-60体积的水配比混合制取发泡液；所述发泡剂为JT复合动物蛋白发泡剂；
d原料拌合：在搅拌机内将水泥、粉煤灰、减水剂和活性剂放入，拌合至均匀，同时按比例加水，匀速搅拌至均匀，待加泡沫；
e制取泡沫：在d步骤的同时进行制取泡沫，将发泡液通过发泡机，先封闭发泡机阀门，进液后开启出泡阀门，同时发泡机持续运行至发泡液完尽，泡沫用量具量取；
f混泡：在d步骤胶凝浆体制备好后，搅拌不停机，在搅拌状态下混泡，低速下30-50r/min加入总配比泡沫总量的1/4，胶凝浆液混均匀，然后高速60-120r/min加入剩余泡沫量搅拌2-3min，搅拌结束前30s内加入促凝剂；混泡过程结束，均匀胶凝浆体制备结束；
g定模成型：将f步骤中的均匀的胶凝泡沫浆出料，浇注成型，3-4d脱模后洒水自然养护28d即可。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、利用本发明能够生产出可以显著增加粉煤灰用量的同时实现轻质、抗裂、保温和抗震等功能的大掺量泡沫填体。其直接可将充填体浇注到煤矿采空区和地下工程的填充区，可使保温、抗震的设计和施工一体化。
2、本发明由于大量使用了粉煤灰，与其他泡沫填体（泡沫混凝土）相比，显著降低了生产成本，并扩大了泡沫填体的应用范围。
3、本发明制备的大掺量泡沫填体配方简单，工作性好，现场应用前景广阔。
具体实施方式
实施例1
a原材料的预加工：粉煤灰和水泥过实验室标准筛0.08mm方孔筛，清除其中的结块。
b按重量份数称量：粉煤灰60份，水泥40份，水45份，减水剂0.2份，促凝剂0.4份，活性剂20份，泡沫量：搅拌后浆液体积的比例为100%。
c发泡剂与水按照配比混合制取发泡液：按照1体积的发泡剂和60体积的水配比混合制取发泡液。
d原料拌合：在搅拌机内将水泥、粉煤灰、减水剂和活性剂放入，拌合至均匀，同时按比例加水，匀速搅拌至均匀，待加泡沫。
e制取泡沫：在d步骤的同时进行制取泡沫，将发泡液通过发泡机，先封闭发泡机阀门，进液后开启出泡阀门，同时发泡机持续运行至发泡液完尽，用量具量取约一倍浆液体积的泡沫。
f混泡：在d步骤胶凝浆体制备好后，搅拌不停机，在搅拌状态下混泡，低速下约30-50r/min加入总配比泡沫总量的1/4，胶凝浆液混均匀，然后高速约60-120r/min加入剩余泡沫量搅拌2-3min，搅拌结束前30s内加入促凝剂；混泡过程结束，均匀胶凝浆体制备结束。
g定模成型：将f步骤中的均匀的胶凝泡沫浆出料，浇注成型，3-4d脱模后洒水自然养护28d。成品表观密度790-900kg/m3，单轴受压强度1.0-1.7MPa，导热系数0.320-0.376W/(m·k)。
 
实施例2
a 原材料的预加工：粉煤灰和水泥过实验室标准筛0.08mm方孔筛，清除其中的结块。
b 按重量份数称量：粉煤灰70份，水泥30份，水40份，减水剂0.3份，促凝剂0.6份，活性剂0份，泡沫量：搅拌后浆液体积的比例为100%。
c 发泡剂与水按照配比混合制取发泡液：按照1体积的发泡剂和60体积的水配比混合制取发泡液。
d 原料拌合：在搅拌机内将水泥、粉煤灰、减水剂和活性剂放入，拌合至均匀，同时按比例加水，匀速搅拌至均匀，待加泡沫。
e 制取泡沫：在d步骤的同时进行制取泡沫，将发泡液通过发泡机，先封闭发泡机阀门，进液后开启出泡阀门，同时发泡机持续运行至发泡液完尽，用量具量取约一倍浆液体积的泡沫。
f 混泡：在d步骤胶凝浆体制备好后，搅拌不停机，在搅拌状态下混泡，低速下约30-50r/min加入总配比泡沫总量的1/4，胶凝浆液混均匀，然后高速约60-120r/min加入剩余泡沫量搅拌2-3min，搅拌结束前30s内加入促凝剂；混泡过程结束，均匀胶凝浆体制备结束。
g 定模成型：将f步骤中的均匀的胶凝泡沫浆出料，浇注成型，3-4d脱模后洒水自然养护28d。成品表观密度830-940kg/m3，单轴受压强度0.5-0.8MPa，导热系数0.255-0.313W/(m·k)。

Claims (2)

1.一种大掺量粉煤灰泡沫填体，其特征在于：由以下重量份原料组成，粉煤灰60-70份，水泥20-40份，水20-45份，减水剂0.2-0.6份，促凝剂0.4-1.6份，活性剂0-20份，适量泡沫；
所述泡沫为原料混合后形成的胶凝浆液体积的百分比为100-250%；
所述水泥为强度等级为32.5级或42.5级的硅酸盐水泥，其性能符合GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的规定；
所述粉煤灰为二级或三级粉煤灰，其性能符合GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定；
所述减水剂为聚羧酸类高性能减水剂；
所述促凝剂为硫酸盐型促凝剂；
所述活性剂为石膏；
所述水为正常饮用水或中水。
2.一种权利要求1所述的一种大掺量粉煤灰泡沫填体的制备方法，包括以下步骤：
a、原材料的预加工：粉煤灰和水泥过实验室标准筛0.08mm；
b、按比例称量各种原料；
c、将发泡剂与水按照配比混合制取发泡液：按照1体积的发泡剂和50-60体积的水配比混合制取发泡液；发泡剂为JT复合动物蛋白发泡剂；
d、原料拌合：在搅拌机内将水泥、粉煤灰、减水剂和活性剂放入，拌合至均匀，同时按比例加水，匀速搅拌至均匀，待加泡沫；
e、制取泡沫：在d步骤的同时进行制取泡沫，将发泡液通过发泡机，先封闭发泡机阀门，进液后开启出泡阀门，同时发泡机持续运行至发泡液完尽，泡沫用量具量取；
f、混泡：在d步骤胶凝浆体制备好后，搅拌不停机，在搅拌状态下混泡，低速下30-50r/min加入总配比泡沫总量的1/4，胶凝浆液混均匀，然后高速60-120r/min加入剩余泡沫量搅拌2-3min，搅拌结束前30s内加入促凝剂；混泡过程结束，均匀胶凝浆体制备结束；
g、定模成型：将f步骤中的均匀的胶凝泡沫浆出料，浇注成型，3-4d脱模后洒水自然养护28d即可。
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