CN105218023A - 一种风积沙发泡材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于坑道填充材料领域，涉及一种风积沙发泡材料及制备方法。该风积砂发泡材料各组分的质量分数如下：水泥：47.0～19.8％、石灰：0.3～5.6％、风积砂：12.8～57.9％、铝硅质废渣：7.2～43.7％、早强剂：0.1～0.6％、发泡剂：0.1～0.2％、水：19.5～29.2％。本发明所述的风积沙发泡材料，施工性能好，可以实现自流平，早期强度发展快，且不易离析泌水，组成均一性保持良好，同时还可以消纳大量的风积砂废料，在坑道填充领域应用开发前景十分广阔。
Description
技术领域
本发明涉及坑道填充材料领域，具体涉及风积沙发泡材料及制备方法。
背景技术
目前中国每年煤炭消耗超过35亿吨，超过世界总量的一半以上。为了满足巨大煤炭需求，每年需要开凿数万千米的井巷和剥落数亿吨的山体；历经多年的连续开采，留下了大量的地下井巷，地下矿坑。这些地下矿坑如果不及时处理，将导致地表大面积沉降和山体滑落，破坏自然环境，危机工农业生产和人民的生命安全。根据统计，全国因采矿引起的坍塌180处以上，发生采矿区坍塌的城市超过40个，每年造成的经济损失数已百亿计。因此，解决矿坑采空区地表沉陷问题势在必行。
采空区回填是根治地表沉陷及采动损害的最直接和有效的方法，但同时也是一项世界性的难题。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，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采空区回填的必然趋势。
传统水泥胶结混凝土充填材料使用硅酸盐水泥，用量为150～300kg/m3，水灰比约1.2～1.3，28d混凝土抗压强度1.0～20.0MPa，水泥在胶结充填成本中占30～60％。因此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。发泡材料利用发泡机将发泡剂溶液预先发泡，然后将气泡加入到胶结料浆中搅拌均匀而成。通过调节发泡倍数以及改变水灰比来调节发泡材料的抗压强度；而且在发泡材料的制备过程中可以掺入废渣、废砂，满足环境保护的需要。
我国榆林西北部风沙区几乎全部为松散的风积沙覆盖，厚度0-60m，地面几乎寸草不生，而且每年由于大风的裹携，有大量的风积沙沉积下，严重地阻碍了当地的工农业生产。风积沙的粒径为0.25-0.1mm，不均匀系数为1.2-2.0，曲率系数为0.9-1.3，属于不良级配，在普通混凝土中很难使用。充分利用这些风积沙，研发风积沙发泡材料，用其来回填当地数量众多且存在潜在坍塌危险的煤矿采矿区，变废为宝，将产生巨大的社会、经济和环境效益。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种风积沙发泡材料及制备方法，作为矿坑回填使用。一方面可以充分利用当地大量的风积砂废料，另一方面可以解决采矿区坍塌的危险，保证采矿行业的安全生产。
技术方案：本发明针对目前水泥或石灰基填充材料存在成本高、大量泌水、上下部分均一性差的缺陷，通过使用大量的风积砂取代大部分水泥或石灰胶凝材料，利用发泡技术在填充材料内部生成大量的封闭气泡(气泡总体积25％以上)，大幅度减少价格高昂的胶凝材料用量，同时抑制传统填充材料容易产生的离析泌水和均一性差的问题。
其组分及配比(质量百分比)为：
其中：
所述水泥为32.5或42.5普通硅酸盐水泥。
所述石灰是未经过熟化的生石灰或熟化后的消石灰。
所述的风积砂为大风裹携的细砂，粒径为0.25-0.1mm，不均匀系数为1.2-2.0，曲率系数为0.9-1.3。
所述的铝硅质废渣为粉煤灰、矿渣粉、炉渣、磨细煤矸石粉或矿山尾砂。
所述的早强剂选自铝酸钠、硫酸钠或硅酸钠中的一种。
所述的发泡剂选自蛋白类发泡剂、合成类发泡剂或复合发泡剂中的一种。
按配方比例称取所需的水泥、石灰和风积砂和铝硅质废渣，干搅至均匀混合；然后按配方比例水缓慢加入到混合粉料中，搅拌2到3分钟，混合均匀后即得到所述的风积砂发泡材料。
有益效果：与国内外同类技术相比，该项成果具有以下特色：
(1)风积砂发泡材料可以消纳当地丰富的风积砂废渣和粉煤灰、矿渣粉、炉渣、磨细煤矸石粉、矿山尾砂等工业废渣，变废为宝，化污染源为可用资源，环保效益显著，成本低廉。(2)大量封闭气泡引入，一方面可以大幅度减少价格高昂的水泥的使用；另一方面，气泡的滚珠效应还可使得风积砂浆体具有良好的流动性，同时还可抑制传统填充材料容易产生的离析泌水和均一性差的问题。(3)制备过程简单，能耗低、设备投资小，操作方便。综合运用上述技术制备的风积沙发泡材料，国内外尚无此类产品。
综上所述，由于本发明具有的上述有益效果，施工性能好，早期强度发展快，且不易离析泌水，组成均一性保持良好，同时还可以消纳大量的风积砂废料，且施工时操作简单，品质易于控制，便于大规模推广应用。
具体实施方式
实施例1：
按配方比例称取所需的水泥、石灰和风积砂和铝硅质废渣，干搅至均匀混合；然后按配方比例水缓慢加入到混合粉料中，搅拌2到3分钟，混合均匀成型试样。测得其基本性能如下：①初始流动＝度220mm；②1h泌水率＝3.5％；③湿密度＝1400kg/m3；④3d抗压强度＝1.73MPa,4d抗压强度＝2.35MPa，7d抗压强度＝7.8Mpa。
实施例2：
按配方比例称取所需的水泥、石灰和风积砂和铝硅质废渣，干搅至均匀混合；然后按配方比例水缓慢加入到混合粉料中，搅拌2到3分钟，混合均匀成型试样。
测得其基本性能如下：①初始流动＝度215mm；②1h泌水率＝2.8％；③湿密度＝1560kg/m3；④3d抗压强度＝2.13MPa,7d抗压强度＝8.2Mpa。
实施例3：
按配方比例称取所需的水泥、石灰和风积砂和铝硅质废渣，干搅至均匀混合；然后按配方比例水缓慢加入到混合粉料中，搅拌2到3分钟，混合均匀成型试样。
测得其基本性能如下：①初始流动＝度250mm；②1h泌水率＝6.5％；③湿密度＝1280kg/m3；④3d抗压强度＝0.54MPa，7d抗压强度＝3.5Mpa。
实施例4：
按配方比例称取所需的水泥、石灰和风积砂和铝硅质废渣，干搅至均匀混合；然后按配方比例水缓慢加入到混合粉料中，搅拌2到3分钟，混合均匀成型试样。
测得其基本性能如下：①初始流动＝度180mm；②1h泌水率＝4.6％；③湿密度＝1500kg/m3；④3d抗压强度＝1.8MPa,7d抗压强度＝4.5Mpa。
实施例5：
按配方比例称取所需的水泥、石灰和风积砂和铝硅质废渣，干搅至均匀混合；然后按配方比例水缓慢加入到混合粉料中，搅拌2到3分钟，混合均匀成型试样。
测得其基本性能如下：①初始流动＝度230mm；②1h泌水率＝6.5％；③湿密度＝1450kg/m3；④3d抗压强度＝1.2MPa,7d抗压强度＝3.2Mpa。
Claims (8)
1.一种风积沙发泡材料，其特征在于该风积沙发泡材料各组分的质量百分比为：
2.根据权利要求1所述的风积沙发泡材料，其特征在于，所述水泥为32.5或42.5普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的风积沙发泡材料，其特征在于，所述石灰是未经过熟化的生石灰或熟化后的消石灰。
4.根据权利要求1所述的风积沙发泡材料浆，其特征在于，所述的风积砂为大风裹携的细砂，粒径为0.25-0.1mm，不均匀系数为1.2-2.0，曲率系数为0.9-1.3。
5.根据权利要求1所述的风积沙发泡材料浆，其特征在于，所述的铝硅质废渣为粉煤灰、矿渣粉、炉渣、磨细煤矸石粉或矿山尾砂。
6.根据权利要求1所述的风积沙发泡材料浆，其特征在于，所述的早强剂选自铝酸钠、硫酸钠或硅酸钠中的一种。
7.根据权利要求1所述的风积沙发泡材料浆，其特征在于，所述的发泡剂选自蛋白类发泡剂、合成类发泡剂或复合发泡剂中的一种。
8.一种如权利要求1所述的风积沙发泡材料的制备方法，其特征在于：首先按配方比例称取所需的水泥、石灰和风积砂和铝硅质废渣，干搅至均匀混合；然后按配方比例水缓慢加入到混合粉料中，搅拌2到3分钟，混合均匀后即得到所述的风积砂发泡材料。
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