CN113955980A - 一种煤矸石基微细颗粒填充材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及一种煤矸石基微细颗粒填充材料制备方法，利用煤矸石、粉煤灰作为原材料，通过发泡剂加压发泡和水搅拌在一起，形成煤矸石基微细颗粒填充材料；在台背回填区域、路基填筑区域、采空区等位置，制备的煤矸石基微细颗粒填充材料具有自密实性，具有很好的流动性，无需振捣及压实，还具有轻质、高强的特点，减少过多的堆积荷载。本发明可以充分利用工业固废来制备轻质高强流态填充材料，减少煤矸石的堆积自燃，降低了碳排放，有利于环境的保护和减少土资源的开采。
Description
技术领域
本发明专利属于公路工程领域，具体涉及工业固废再利用以及一种煤矸石基微细颗粒填充材料制备方法。
背景技术
近些年，随着对环保和污染物处理的日益重视，国家加大了对煤矸石的科研力度，各个行业对煤矸石的应用途径都进行了积极的探索。在工程上煤矸石的应用主要集中在回填矿井采空区及公路路基填筑和土地复垦方面。其中，对煤矸石的各项性能进行科学分析，使其满足微细颗粒填筑的要求，又能大量消耗煤矸石，减少堆积占地，有利于减少环境污染，且具有巨大的经济效益，是一个很好的煤矸石再利用的途径。
煤矸石是在采煤过程和洗煤过程中排放的一种含碳量较低、比煤坚硬的固体废物，主要包括巷道掘进过程中掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层采出的矸石及洗煤过程中产生的洗矸石。
煤矸石基微细颗粒填充材料具有质轻、强度高、刚度大、稳定性好、无需压实等优良的工程特性。该新型填充材料可大大地减轻回填土的荷载，降低地基应力，抑制新路基土的沉降、侧移和破坏，大大缩减差异沉降，有效解决不均匀沉降问题，保证工程质量。同时能大量消耗煤矸石，减少堆积占地，有利于减少环境污染。
发明内容
基于以上工程背景存在的技术问题，本发明的主要目的在于基于多固废协同利用理念，利用煤矸石固废作为原材料，将煤矸石进行煅烧、粉碎、磨细加工，可制得基体胶凝材料。在发泡剂稀释一定倍率后加压发泡产生气泡群，与粉煤灰、水一起形成煤矸石基微细颗粒填充材料。本发明降低了工程造价，大大提高了大宗工业固废的利用率，有利于环境和生态的保护。
本发明的目的以及需要解决其技术问题是采用以下方案来实现的，本发明提出的煤矸石基微细颗粒填充材料制备方法包括：煤矸石通过煅烧、粉碎、磨细等工艺加工而形成基体材料，与粉煤灰、发泡剂和水通过机械搅拌形成混合料。
本发明提出的煤矸石基微细颗粒填充材料质量占比为煤矸石：粉煤灰：水：发泡剂为20%-50%：10-20%：20-50%：5-15%。
本发明所使用的发泡剂为复合型发泡剂，其中包括植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂、树脂皂类发泡剂等两两组合而成，所用的掺量占比为煤矸石的5-15%。
本发明的加压发泡装置为独立系统，在煤矸石、粉煤灰、水拌合后，分别通过独立导管合成混合料。
本发明的混合料中原材料的水胶比控制在0.55-0.65之间，流动度在160-200mm，具有较好的自流平特性，便于对微小孔隙进行填充且不用振捣。
本发明的混合料的机械搅拌机选用卧式搅拌机，搅拌时间为快速搅拌30s，调节至慢速搅拌60s，时间不能过久，会导致气泡群的消泡。
本发明所取得的混合料强度可以控制在0.4-5MPa之间。本发明强度可自由调控、方法简单，可节约成本。
本发明的优势在于煤矸石基微细颗粒填充材料具有质轻、强度高、刚度大、稳定性好、无需压实等优良的工程特性，原材料取材方便，可以利用大宗工业固废，有利于环境保护和节约成本。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，旨在实施方式对本发明进行详细地描述。
需要注意的是，这里所使用的术语仅仅是为了表征具体实施方式，而非限制本申请的示例性实施方式。
实施例中未注明的具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或者条件或者产品使用说明书进行。所用发泡剂未注明生产厂商者，均可以通过市场采购进行获得产品。
正如背景技术所介绍，对煤矸石的各项性能进行科学分析，使其满足微细颗粒填筑的要求，又能大量消耗煤矸石，减少堆积占地，有利于减少环境污染，且具有巨大的经济效益，是一个很好的煤矸石再利用的途径。
本发明利用煤矸石固废作为原材料，将煤矸石进行煅烧、粉碎、磨细加工，可制得基体胶凝材料。在发泡剂稀释一定倍率后加压发泡产生气泡群，与粉煤灰、水一起形成煤矸石基微细颗粒填充材料。
本发明提出的煤矸石基微细颗粒填充材料质量占比为煤矸石：粉煤灰：水：发泡剂为20%-50%：10-20%：20-50%：5-15%。
本发明所使用的发泡剂为复合型发泡剂，其中包括植物蛋白发泡剂、动物蛋白发泡剂、树脂皂类发泡剂等两两组合而成，所用的掺量占比为煤矸石的5-15%。
本发明的混合料中原材料的水胶比控制在0.55-0.65之间，流动度在160-200mm，具有较好的自流平特性，便于对微小孔隙进行填充且不用振捣。
本发明的混合料的机械搅拌机选用卧式搅拌机，搅拌时间为快速搅拌30s，调节至慢速搅拌60s，时间不能过久，会导致气泡群的消泡。
本发明所取得的混合料强度可以控制在0.4-5MPa之间。本发明强度可自由调控、方法简单，可节约成本。
以下通过具体的实施例对本申请的方案进行描述。
以下实施例中，固废的来源不做特殊限定，所示煤矸石为已燃煤矸石或者洗矸石或者过火煤矸石；所述粉煤灰为二类及以下低级类粉煤灰；所述发泡剂为复合型发泡剂，所述水为自来水。
实施例1
通过对煤矸石煅烧、粉碎、磨细制得300kg，粉煤灰45kg，水207kg。
发泡剂稀释60倍后，通过发泡机加压发泡取34kg。同时气泡群质量满足气泡群密度为48kg/m³，1h沉降距为2.3mm，1h泌水率为18.1mL。
将煤矸石、粉煤灰、水：气泡按照1：0.15：0.69：0.11的比例输送到一体式搅拌机，搅拌完毕后测得流动度为175mm，通过输送管进行充填作业。
混合料终凝时间为5h，28d抗压强度为1.8MPa。
实施例2
通过对煤矸石煅烧、粉碎、磨细制得350kg，粉煤灰35kg，水231kg。
发泡剂稀释60倍后，通过发泡机加压发泡取32kg。同时气泡群质量满足气泡群密度为48kg/m³，1h沉降距为2.0mm，1h泌水率为22.2mL。
将煤矸石、粉煤灰、水：气泡按照1：0.10：0.66：0.09的比例输送到一体式搅拌机，搅拌完毕后测得流动度为181mm，通过输送管进行充填作业。
混合料终凝时间为5.5h，28d抗压强度为2.60MPa。
经观测，充填过程中煤矸石基微细颗粒填充材料流动性比较好，在充填后的短时间内可以达到一定的强度。
补充说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种煤矸石基微细颗粒填充材料制备方法，其特征在于以下步骤方法：
（1）通过采矿区煤矸石运输到粉碎区，将煤矸石煅烧、粉碎、磨细进行加工，制备煤矸石粉末或细集料作为胶凝材料；
（2）通过发泡机进行加压发泡，加入步骤（1）所述的方法进行粉碎、磨细加工生成煤矸石粉末，同时按照一定的配合比加入粉煤灰和水，形成煤矸石基微细颗粒混合料。
2.根据权利要求1所述的煤矸石基微细颗粒填充材料，其特征在于混合料质量占比，煤矸石：粉煤灰：水：发泡剂为20%-50%：10-20%：20-50%：5-15%。
3.根据权利要求1所述的煤矸石基微细颗粒混合料，其特征在于发泡剂为复合型发泡剂，稀释倍率为60倍，发泡倍率为30倍。
4.根据权利要求1所述的煤矸石基微细颗粒填充材料，其特征在于水胶比（水：煤矸石粉末＋粉煤灰）控制在0.55-0.65之间。
5.根据权利要求1所述的煤矸石基微细颗粒填充材料，其特征在于粉煤灰掺量为煤矸石粉末用量的10-20%。
6.根据权利要求1所述的煤矸石基微细颗粒填充材料，其特征在于气泡群密度为45-50kg/m³。
7.根据权利要求1所述的煤矸石基微细颗粒填充材料，其特征在于混合料湿容重为5-12KN/m³，干容重为4-10KN/m³。
8.根据权利要求1所述的煤矸石基微细颗粒填充材料，其特征在于混合料所用水为自来水。
9.根据权利要求1所述的煤矸石基微细颗粒填充材料，其特征在于混合料的强度可以控制在0.4-5MPa之间。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220121 |
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