CN114455876A - 一种可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂 - Google Patents

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鲁开章
刘元朋
田占
刘铠滔
王政
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C04B40/0046—Premixtures of ingredients characterised by their processing, e.g. sequence of mixing the ingredients when preparing the premixtures

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Abstract

本发明属于矿山充填材料技术领域，尤其涉及一种可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂，所述外加剂主要组分按照重量百分比有：氧化铝50％～60％，氢氧化钠20％～30％，碳酸钙5％～10％，氧化钙5％～10％，甲酸钙0％～2％。本发明的外加剂具有可使超高水材料在低水温环境下正常固结，可以使超高水材料充填技术在低水温环境应用的过程中不需要额外增加水加热或保温环节，从而简化充填工艺、降低充填成本。并且在水温高于22℃时可以减少外加剂使用量，进一步降低充填成本的特点。

Description

一种可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂
一、背景技术
矿山在开采过程中随着矿物的采出会形成采空区，采空区会带来以下影响：
(1)地表塌陷或下沉，特别是对于建筑物、水体、道路下的采空区，地表塌陷或下沉的影响更大。
(2)在矿体周围岩石不稳定的开采环境下，采空区给开采活动带来极大的安全隐患，为了避免这些安全隐患，通常会选择留设矿柱，导致回采率低造成资源浪费。
(3)某些采空区如果可以部分保留，用作井下巷道或硐室时，为了提高巷道或硐室的稳固性，需要对多余的采空区进行支护，传统的支护工艺通常面临效率低、成本高、施工难度大等局面。
充填技术就是将这些采空区利用比矿石价值低的物质重新充实的一种技术。目前的充填技术按照所使用的充填材料主要有尾砂充填、矸石充填、磷石膏充填、废石充填、黄土充填、超高水材料充填等。
其中超高水材料充填技术由于具有流动性好、凝结速度快、施工工艺简单、充填效率高、不需要滤水等优势，在矿山采空区充填中被大量采用。
但是目前用于矿山井下采空区充填的超高水材料必须在20℃水温下使用才有良好的凝固效果。当水温低于20℃时凝固效果变差，当水温低于15℃时会发生泥化甚至离析等不凝固现象。因此，当充填所使用的水温低于20℃时，需要增加水加热系统，大大增加了充填成本。或者只能选择自然水温高于20℃的时间段充填，限制了充填作业施工时间。
二、发明内容
针对以上现有技术存在的不足，本发明提供了一种可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂。同时该外加剂还具有成产成本低、掺入量少、需要的搅拌时间短等优点。
为了实现上述目的，一种可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂主要组分按照重量百分比有：氧化铝50％～60％，氢氧化钠20％～30％，碳酸钙5％～10％，氧化钙5％～10％，甲酸钙0％～2％。
进一步的，上述组分在1150℃温度下烧结后磨成比表面积400-600㎡/kg的粉末。此种比表面积范围的外加剂可以很好的在水中分散形成均质混合体，同时更便于与超高水材料接触，加快反应时间。
三、本发明的优点
本发明的可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂当水温在12℃～20℃范围时，加入量为超高水材料总重量的3％～4％，同时不需要添加其他外加剂。根据不同的水灰比初凝时间在3min-30min。而在这一温度范围内，传统的超高水材料外加剂只会使超高水材料和水混合后的料浆发生泥化现象，无法形成具有抗压强度的固结体。
当水温在0℃～12℃范围时，加入量为超高水材料重量的5％～6％，同时不需要添加其他外加剂。根据不同的水灰比初凝时间在10min-60min。而在这一温度范围内，传统的超高水材料外加剂只会使超高水材料和水混合后的料浆发生离析沉淀现象，无法形成具有抗压强度的固结体。
与现有的外加剂相比，本发明还具有以下优点：
(1)当水温高于20℃时，尽管现有的外加剂可以使超高水材料固结，但是需要添加量为超高水材料重量的5％，而本发明的外加剂在该温度环境下需要的添加量为超高水材料重量的2％～3％，减少了使用量。
(2)现有的外加剂需要在超高水材料两种组分中分别添加不同的外加剂，而本发明的外加剂只需要在超高水材料的B组分中添加，减少了工艺环节。
(3)生产本发明的外加剂所需的原材料均为常见材料或工业固废，成本只有现有外加剂的50％～70％，具有很好的经济性。
四、具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂主要组分按照重量百分比有：氧化铝50％，氢氧化钠30％，碳酸钙10％，氧化钙10％。上述组分在1150℃温度下烧结后磨成比表面积400-600㎡/kg的粉末。
在15℃水温环境下使用时，首先将超高水材料的A组分和B组分分别与水混合搅拌制成浆液，A、B组分的配合比1:1，水灰比为8:1，搅拌时间1min。在超高水材料的B组分浆液搅拌的过程中同时加入本发明的外加剂，加入量为A、B组分总重量的4％。两种浆液搅拌均匀后再混合搅拌2min。实施例1的数据结果如表1所示。
实施例2：
可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂主要组分按照重量百分比有：氧化铝50％，氢氧化钠30％，碳酸钙10％，氧化钙10％。上述组分在1150℃温度下烧结后磨成比表面积400-600㎡/kg的粉末。
在8℃水温环境下使用时，首先将超高水材料的A组分和B组分分别与水混合搅拌制成浆液，A、B组分的配合比1:1，水灰比为8:1，搅拌时间1min。在超高水材料的B组分浆液搅拌的过程中同时加入本发明的外加剂，加入量为A、B组分总重量的5％。两种浆液搅拌均匀后再混合搅拌2min。实施例2的数据结果如表1所示。
实施例3：
可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂主要组分按照重量百分比有：氧化铝50％，氢氧化钠30％，碳酸钙10％，氧化钙10％。上述组分在1150℃温度下烧结后磨成比表面积400-600㎡/kg的粉末。
在22℃水温环境下使用时，首先将超高水材料的A组分和B组分分别与水混合搅拌制成浆液，A、B组分的配合比1:1，水灰比为8:1，搅拌时间1min。在超高水材料的B组分浆液搅拌的过程中同时加入本发明的外加剂，加入量为A、B组分总重量的3％。两种浆液搅拌均匀后再混合搅拌2min。实施例3的数据结果如表1所示。
实施例4：
可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂主要组分按照重量百分比有：氧化铝60％，氢氧化钠20％，碳酸钙10％，氧化钙8％，甲酸钙2％。上述组分在1150℃温度下烧结后磨成比表面积400-600㎡/kg的粉末。
在15℃水温环境下使用时，首先将超高水材料的A组分和B组分分别与水混合搅拌制成浆液，A、B组分的配合比1:1，水灰比为8:1，搅拌时间1min。在超高水材料的B组分浆液搅拌的过程中同时加入本发明的外加剂，加入量为A、B组分总重量的5％。两种浆液搅拌均匀后再混合搅拌2min。实施例4的数据结果如表1所示。
实施例5：
可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂主要组分按照重量百分比有：氧化铝60％，氢氧化钠20％，碳酸钙10％，氧化钙8％，甲酸钙2％。上述组分在1150℃温度下烧结后磨成比表面积400-600㎡/kg的粉末。
在8℃水温环境下使用时，首先将超高水材料的A组分和B组分分别与水混合搅拌制成浆液，A、B组分的配合比1:1，水灰比为8:1，搅拌时间1min。在超高水材料的B组分浆液搅拌的过程中同时加入本发明的外加剂，加入量为A、B组分总重量的5％。两种浆液搅拌均匀后再混合搅拌2min。实施例5的数据结果如表1所示。
实施例6：
可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂主要组分按照重量百分比有：氧化铝60％，氢氧化钠20％，碳酸钙10％，氧化钙8％，甲酸钙2％。上述组分在1150℃温度下烧结后磨成比表面积400-600㎡/kg的粉末。
在22℃水温环境下使用时，首先将超高水材料的A组分和B组分分别与水混合搅拌制成浆液，A、B组分的配合比1:1，水灰比为8:1，搅拌时间1min。在超高水材料的B组分浆液搅拌的过程中同时加入本发明的外加剂，加入量为A、B组分总重量的5％。两种浆液搅拌均匀后再混合搅拌2min。实施例6的数据结果如表1所示。
表1实施例外加剂性能表
Figure BDA0003052265950000051
从表1中的实施例数据可以看出，本发明的的外加剂可使超高水材料在低水温环境下正常固结，可以使超高水充填技术在低水温环境应用的过程中不需要额外增加水加热或保温环节，降低了充填成本。并且在水温高于22℃时可以减少使用量，进一步降低成本。具有很好的应用价值。

Claims (3)

1.一种可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂主要组分按照重量百分比有：氧化铝50％～60％，氢氧化钠20％～30％，碳酸钙5％～10％，氧化钙5％～10％，甲酸钙0％～2％。
使用时，本发明的掺入量为超高水材料总重量的2％～6％。
2.如权利要求1所述的一种可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂，其特征在于：上述组分在1100℃～1300℃温度下烧结。
3.如权利要求1所述的一种可使超高水材料在低温环境下使用的外加剂，其特征在于：烧结后磨成比表面积400-600㎡/kg的粉末。
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