CN104230278B - 一种煤矿用泡沫水泥及其制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿用泡沫水泥，可用于煤矿采空区充填及构筑具有一定强度支撑墙，该材料包含以下成分：硫铝酸盐水泥，普通硅酸盐水泥，生石灰，粉末状发泡剂。产品经上述原材料混合制备而成，使用时与水搅拌、发泡，得到具有良好稳定性和流动性能的泡沫体，按照要求浇筑成型。产品具有可远距离泵送、单位体积用料量少、快速凝结、可形变吸能、安全不燃、绿色环保的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于煤矿采空区充填及构筑一定强度支撑墙的泡沫水泥材料，属于建筑材料领域。
背景技术
我国煤炭资源丰富，储量居世界第三，产量居世界第一，大小煤田遍布于全国各地。煤是我国的最主要能源，在目前的能源结构中占据主导地位，在我国生产和消费的一次能源中，煤炭约占74％，煤炭在我国能源结构中的这种主体地位未来几十年不会改变。在国家《能源中长期发展规划纲要(2004～2020年)》中已经确定，我国将“坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的能源战略”，显然，煤炭工业是我国的基础产业，其健康、稳定、持续地发展是关系到国家能源安全的重大问题。
目前，由于煤矿大多不对开采过的煤层进行回填，而直接采用“放顶”的方式，会导致地面沉降，出现塌陷区，毁坏农田，破坏环境。部分采用的回填方式一般为将选煤的废弃物——煤矸石进行回填，实际操作较为复杂，不便操作。
另一方面，由于“煤矿三下”(水体下、建筑物下、铁路下)压煤储量较大，在开采这些特殊部位的煤层时，需要进行及时、有效的回填或加固，防止发生破坏。目前应用较多的回填材料为低强度的粉煤灰、煤矸石制备的膏体充填材料，强度发展缓慢，不利于提高生产效率。
此外，目前已有的采用发泡水泥作为充填材料及加固材料时，由于施工现场温度低等因素的影响，会出现发泡效率低，单位体积粉料用料超标的问题。
针对上述问题，本领域早年曾经研发过两种水泥的改进品种，其技术方案可参考03143252.2、03143253.0所记载，这两种方案都是通过使用石膏和石灰石对硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥进行一定的改性，从而提高产品的性能，但是在实际应用中发现这两种技术方案可拆模时间太长，凝胶过慢，通常只能适用于固定的、环境可控的道路施工，用于煤矿等矿井作业实用性不高，并且二者也并未采用发泡技术。就实际而言，这两种技术方案目前均只在道路施工领域获得过实际应用。
发明内容
为了降低煤矿采煤放低自由沉降对自然环境的破坏，提高煤矿对“三下”压煤的开采率，并解决目前采空区充填材料及支撑加固材料存在的问题，本发明提供一种可用于煤矿作业的泡沫水泥材料，具有良好稳定性和流动性能，具有可远距离泵送、快速凝结、可形变吸能、安全不燃、绿色环保的特点。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种煤矿用泡沫水泥，包含以下成分：快硬硫铝酸盐水泥，普通硅酸盐水泥，生石灰，粉末状发泡剂。
其中各成分的用量可根据需要进行调整，优选的，以质量份数计，快硬硫铝酸盐水泥600～900份、普通硅酸盐水泥50～300份、生石灰50～100份、粉末状发泡剂5～30份。
本发明的泡沫水泥，利用生石灰在泡沫水泥粉料在与水混合时溶水快速放热的特点，迅速提高水温，增强发泡剂的发泡效率，提高粉料的有效利用率，防止泌浆现象的出现；同时，在生石灰与粉末状发泡剂的协同作用下，泡沫水泥材料闭孔由于其自身连续的分布阻止气体的扩散，受压局部泡沫破坏而不会使整个泡沫体产生开裂，本发明所述的泡沫水泥具有不易开裂、密封性能好、变形吸收能量的特点，有效防止由于支撑墙体开裂导致的井下有害气体泄漏的事故发生。同时，由于生石灰与粉末状发泡剂的协同作用，水泥与水混合后凝胶时间与可拆模时间有效减少，提高了产品的可用性。
其中，所述的硫铝酸盐水泥优选为62.5级，普通硅酸盐水泥优选为42.5级。
其中粉末状发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种的混合物。
其中，生石灰为满足工业应用的氧化钙。
本发明的煤矿用泡沫水泥，在生产时将原材料以干粉的状态进行预混，得到混合均匀的产品即可。通常是在工厂中采用干粉生产设备将原材料以干粉的状态进行预混，得到混合均匀的产品。
本发明的煤矿用泡沫水泥使用方法为在施工现场与水混合、搅拌使用。
其中，根据应用的需要，煤矿用泡沫水泥与水的质量混合比例为1∶1～2。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
本实施例的煤矿用泡沫水泥材料，以质量份数计，其组成为：快硬硫铝酸盐水泥900份、普通硅酸盐水泥50份、生石灰50份、粉末状发泡剂5份。在干粉状态下进行充分混合，得到匀质粉料。使用时与水按照1∶1.0的比例混合，制得均匀的泡沫体，用于采空区充填或构筑密闭墙，其性能特点如表1所示。
实施例二
本实施例的煤矿用泡沫水泥材料，以质量份数计，其组成为：快硬硫铝酸盐水泥650份、普通硅酸盐水泥300份、生石灰50份、粉末状发泡剂20份。在干粉状态下进行充分混合，得到匀质粉料。使用时与水按照1∶1.5的比例混合，制得均匀的泡沫体，用于采空区充填或构筑密闭墙，其性能特点如表1所示。
实施例三
本实施例的煤矿用泡沫水泥材料，以质量份数计，其组成为：快硬硫铝酸盐水泥850份、普通硅酸盐水泥50份、生石灰100份、粉末状发泡剂30份。在干粉状态下进行充分混合，得到匀质粉料。使用时与水按照1∶2.0的比例混合，制得均匀的泡沫体，用于采空区充填或构筑密闭墙。
表1
| 性能指标 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 |
| 粉料：水 | 1∶1.0 | 1∶1.5 | 1∶2.0 |
| 一立方米用料量 | 300kg/m3 | 200kg/m3 | 100kg/m3 |
| 凝胶时间 | 3分钟 | 3分钟 | 3分钟 |
| 可拆模时间 | 4小时 | 6小时 | 8小时 |
| 1天抗压强度 | 2.0MPa | 1.0MPa | 0.2MPa |
对比实施例1
本实施例的改性泡沫水泥材料，以质量份数计，其组成为：快硬硫铝酸盐水泥810份、普通硅酸盐水泥70份、石膏20份、粉末状石灰石100份。在干粉状态下进行充分混合，得到匀质粉料。使用时与水按照1∶1.5的比例混合，制得均匀的浆体，用于采空区充填或构筑密闭墙，其性能特点如表2所示。
对比实施例2
本实施例的改性泡沫水泥材料，以质量份数计，其组成为：快硬硫铝酸盐水泥150份、普通硅酸盐水泥800份、硬石膏50份。在干粉状态下进行充分混合，得到匀质粉料。使用时与水按照1∶1.5的比例混合，制得均匀的浆体，用于采空区充填或构筑密闭墙，其性能特点如表2所示。
实施例4
本实施例的改性泡沫水泥材料，以质量份数计，其组成为：快硬硫铝酸盐水泥810份、普通硅酸盐水泥70份、生石灰100份、粉末状发泡剂20份。在干粉状态下进行充分混合，得到匀质粉料。使用时与水按照1∶1.5的比例混合，制得均匀的泡沫体，用于采空区充填或构筑密闭墙，其性能特点如表2所示。
表2
| 性能指标 | 对比实施例一 | 对比实施例二 | 实施例四 |
| 粉料：水 | 1∶1.5 | 1∶1.5 | 1∶1.5 |
| 凝胶时间 | 8分钟 | 15分钟 | 3分钟 |
| 可拆模时间 | 14小时 | 26小时 | 5小时 |
| 1天抗压强度 | 0.2MPa | 0.3MPa | 1.7MPa |
通过上述可见，本发明的产品具有优越的快凝快硬性能，凝胶快，拆模时间短。
Claims (4)
1.一种煤矿用泡沫水泥，其特征在于包含以下成分：快硬硫铝酸盐水泥，普通硅酸盐水泥，生石灰，粉末状发泡剂，粉末状发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种的混合物；各成分含量为，以质量份数计：快硬硫铝酸盐水泥600～900份、普通硅酸盐水泥5～300份、生石灰50～100份、粉末状发泡剂0.5～30份。
2.根据权利要求1所述的煤矿用泡沫水泥，其特征在于所述硫铝酸盐水泥为62.5级，普通硅酸盐水泥为42.5级。
3.权利要求1所述的煤矿用泡沫水泥的制备方法，其特征在于将原材料以干粉的状态进行预混，得到混合均匀的产品。
4.权利要求1所述的煤矿用泡沫水泥的使用方法，其特征在于与水混合、搅拌使用，煤矿用泡沫水泥与水的质量混合比例为1∶1～2。
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