CN117510164A - 一种镁渣基超高水填充材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镁渣基超高水填充材料制备方法，该方法包括：一、将镁渣粉磨过筛，取筛下物得到镁渣粉；二、将镁渣粉与硫铝酸盐水泥、吸水树脂、膨胀珍珠岩混合后加水搅拌得到混合料；三、将混合料入模密封养护得到镁渣基超高水填充材料。本发明采用镁渣起到水化产物晶核作用，且其水化产物与硫铝酸盐水泥的水化产物形成整体空间结构，提高材料强度并增大材料含水量，缩短凝结时间，结合加入膨胀性珍珠岩及吸水树脂改善材料浆体流动性并减水泌水，获得疏松多孔膨胀体结构产物，实现了对镁渣的利用，降低了原料成本，该镁渣基超高水填充材料的抗压强度满足规范，凝结速度快，含水量高，且不易泌水，适宜作为煤矿采空区回填材料使用。
Description
技术领域
本发明属于镁渣材料技术领域，具体涉及一种镁渣基超高水填充材料制备方法。
背景技术
超高水填充材料是基于煤矿开采填充的需要开发出的一种胶凝材料。根据GB/T39337-2020《综合机械化超高水材料袋式充填采煤技术要求》，此种材料是指粉料与水混合制成浆体，通过水化反应凝结硬化，其水的体积占比达95％时，仍具有力学强度的水硬性胶凝材料。
传统煤矿采空区巷道回填技术存在充填环节多、工序复杂、易堵塞管路、环境污染、损害工人身心健康，以及消耗材料多、易造成浪费、成本高等问题。目前，国内外对于超高水材料的研究主要集中在填充工艺上，在原材料和外加剂方面的研究较少。公开号为CN116514508A的专利公开了一种超高水双液浆注浆材料及注浆工艺和设备，该材料包含主要成分为铝酸盐水泥的A料和由石膏、生石灰、缓凝剂、速凝剂、悬浮液混合而成的B料，通过将A料和B料分别加水制成A液和B液再混合制成超高水材料双液浆，然后注入注浆孔。该超高水双液浆注浆材料的固料用量少，环保无毒，井下作业粉尘较小，且超高水材料双液浆早期强度好，初凝时间可调控，制浆注浆工艺简单。但该超高水双液浆注浆材料仍然选用大量的水泥、石膏、生石灰等为原料，成本无法降低，并采用配料后分别加水搅拌再混合的使用方法，所需设备多，工艺较为复杂，两种原料存在比例不均等问题，生产过程中存在较大误差，不利于产品生产和效果；此外，水与干料的比例最高为5：1，用水量少导致同体积填充要求时使用干料量大，造成使用成本提高。
综合来说，现有的超高水材料在使用过程中存在以下缺点：(1)在原材料使用中，普遍使用价格较高的快硬型硫铝酸盐水泥为主要原料，导致超高水填充材料价格较为昂贵；(2)多采用A/B分料的方式进行搅拌，工人操作过程中易产生误差影响材料性能；(3)有些工地在填充时未使用填充袋(《综合机械化超高水材料袋式充填采煤技术要求》规定煤矿采空区回填时需将高水材料注入充填袋)，导致高水材料注入待充填巷道后水分深入地下，导致填充体积缩小，相同地下空间充填的成本增加。此外，市面上的超高水填充材料还存在泌水、成本过高、凝结速度慢、强度低等问题。
镁渣是炼镁行业产生的废弃物，利用率低且价格低廉。我国陕西省榆林市境内存在数量众多的炼镁厂，由于当地交通便利且镁矿保有量巨大，随着金属镁使用范围的增加，其镁渣的产量也逐年增加，大量的镁渣被当作废弃物堆放，不仅占用土地，还造成环境污染。因此，如何对镁渣进行利用以实现资源的转化成为当务之急。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种镁渣基超高水填充材料制备方法。该方法采用镁渣为原料起到水化产物晶核作用，且其水化产物与硫铝酸盐水泥的水化产物形成整体空间结构，提高材料强度并增大材料含水量，结合加入膨胀性珍珠岩及吸水树脂改善材料浆体流动性并减水泌水，同时镁渣与硫铝酸盐水泥促进了水化过程，缩短了凝结时间，获得疏松多孔膨胀体结构的镁渣基超高水填充材料，解决了现有超高水填充材料的泌水、成本过高、凝结速度慢、强度低等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种镁渣基超高水填充材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将镁渣置于球磨机中进行粉磨，然后过0.9mm方孔筛，取筛下物得到镁渣粉；
步骤二、在5℃～30℃的环境中，将步骤一中得到的镁渣粉与硫铝酸盐水泥、吸水树脂、膨胀珍珠岩混合后加水，置于搅拌机中进行搅拌，得到混合料；
步骤三、将步骤二中得到的混合料注入模具中并采用塑料膜进行密封，然后置于0～10℃环境中模拟真实煤矿沿空巷道温度环境进行养护，到达养护龄期后脱模，得到镁渣基超高水填充材料。
本发明以镁渣粉为主原料，与硫铝酸盐水泥、吸水树脂、膨胀珍珠岩混合后加水形成混合料，入模后经密封养护得到镁渣基超高水填充材料。镁渣粉的矿物组成包括γ-C2S和β-C2S，在水存在条件下，本发明材料体系中具有水硬性的β-C2S水化产生水化产物C-S-H凝胶，粒径较小的γ-C2S在C-S-H凝胶中起到填充作用，作为晶核吸附水化产物，为水化产物提供依附条件，进而将材料体系连接为整体从而产生强度；同时，在水存在条件下，自身具有水硬性的硫铝酸盐水泥(SAC)迅速水化，产生水化产物针棒状钙钒石。钙钒石相互搭接，并与C-S-H凝胶作用形成整体空间结构，提供早期强度，而水作为填充体充填在两种水化产物搭建的空间内，被水化产物包裹，大大增加了水的加入量。具有多孔结构的膨胀性珍珠岩作为细骨料分散在材料体系中，一方面为水化产物的附着提供条件，另一方面其多孔结构吸收大量水分，进一步增大材料体系含水量及体积，并利用膨胀性珍珠岩的形态效应增大混合料的浆体流动性，改善其工作性能。具有高吸水性的吸水树脂在材料体系中发挥锁水剂作用，充分吸收除水化用水外的多余水分，减少材料泌水，进而减少镁渣基超高水填充材料在巷道中的水分丧失。同时，膨胀性珍珠岩与吸水树脂均匀分散在混合浆料中，而水化产物吸附在其上，使得水化产物之间也相互联结成为整体，有利于提高镁渣基超高水填充材料的整体强度。
上述的一种镁渣基超高水填充材料制备方法，其特征在于，按质量份数计步骤二中所述镁渣粉为10～70份，硫铝酸盐水泥为20～60份，吸水树脂为3～8份，膨胀珍珠岩为3～8份，且所述混合料的水固比为3：1～8：1。
本发明中的水固比是指混合料中所有干料与所加水的质量比。
上述的一种镁渣基超高水填充材料制备方法，其特征在于，步骤二中所述混合过程中还加入石膏、氢氧化锂、黄原胶和外加剂。
本发明通过加入石膏(化学式为CaSO4)，在水化过程中为钙矾石的生成提供硫酸根离子，与镁渣中含有的丰富钙离子反应生成水化硫铝酸钙即钙矾石，并促进SAC水化，提高了材料体系中水化产物生成量。
本发明通过加入氢氧化锂作为镁渣的激发剂使用，氢氧化锂水解后产生氢氧根离子使混合料浆液呈碱性，镁渣粉颗粒在碱溶液环境中迅速溶解，其蕴含的大量钙硅离子反应生成水化硅酸钙凝胶，同时氢氧化锂与SAC无反应，因此，水化硅酸钙凝胶与钙钒石共同作为主要强度来源为镁渣基超高水填充材料提供更高的强度。
本发明通过加入黄原胶，利用黄原胶的悬浮作用使得材料体系中的镁渣、水泥、膨胀性珍珠岩、吸水树脂等颗粒均匀悬浮于混合料浆液中，促进了混合料浆液中胶凝材料水化后形成的材料强度分布均匀。
上述的一种镁渣基超高水填充材料制备方法，其特征在于，按质量份数计所述石膏不超过11份，氢氧化锂不超过10份，黄原胶不超过4份，外加剂不超过10份。
上述的一种镁渣基超高水填充材料制备方法，其特征在于，按质量份数计步骤二中所述镁渣粉为44份，硫铝酸盐水泥为32份，石膏为11份，氢氧化锂为0.6份，黄原胶为0.2份，吸水树脂为5.5份，膨胀珍珠岩为5.5份，外加剂为1.2份，且所述混合料的水固比为3：1。
上述的一种镁渣基超高水填充材料制备方法，其特征在于，步骤二中所述外加剂由聚乙烯醇与甲基丙烯酸羟乙酯、松香酸在引发剂过硫酸钾作用下发生自由基聚合反应制备得到。本发明以聚乙烯醇为主链，通过引发剂过硫酸钾对聚乙烯醇的羟基进行活化形成氧活性自由基，氧活性自由基进攻甲基丙烯酸羟乙酯和松香酸结构中的碳碳双键，使这两个单体嫁接到聚乙烯醇中，获得外加剂。该外加剂在材料体系中通过锁住大量水分子减少泌水，起到锁水作用，同时其锁住的水具有缓释性，在后期水泥水化过程中可释放水以满足水泥水化条件，为硫铝酸盐水泥水化反应后的整体性提供基础，保证了材料体系在高水固比下凝结硬化。此外，该外加剂存在于水化产物形成的空间结构中，起到骨料作用，有利于提高镁渣基超高水填充材料的强度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用镁渣为原料取代高水材料中胶凝组分，通过将镁渣粉均匀分散在材料体系中起到水化产物晶核作用，将材料体系连接为整体而产生强度，且其水化产物C-S-H凝胶与硫铝酸盐水泥的水化产物钙钒石形成整体空间结构，进一步提高材料强度，增大材料含水量，结合加入膨胀性珍珠岩作为细骨料进一步增大材料含水量并改善材料浆体流动性，并加入吸水树脂减少材料泌水，获得以C-S-H凝胶与钙钒石为主体且膨胀性珍珠岩与吸水树脂均匀分布、孔隙中填充水分子的疏松多孔膨胀体结构的镁渣基超高水填充材料。
2、本发明采用大量的镁渣，结合加入硫铝酸盐水泥，使得浆料中镁渣和硫铝酸盐水泥的浓度上升，溶解度增大，促进更多的颗粒溶解水化并迅速产生水化产物，参与水化的水消耗速率上升，加速了材料浆体凝结硬化，缩短了凝结时间；进一步地，通过加入氢氧化锂使得浆体内OH-含量上升，浆体碱性增强，而镁渣和水泥颗粒在碱性环境下活性增强，溶解、反应迅速，从而缩短了凝结时间。
3、本发明以镁渣为主要原料制备镁渣基超高水填充材料，实现了对镁渣废弃物的资源化利用，提高了镁渣的高附加值，减少了水泥的使用量，降低了原料成本，该镁渣基超高水填充材料的抗压强度满足GB/T39337-2020《综合机械化超高水材料袋式充填采煤技术要求》规范，凝结速度快，含水量高，且不易泌水，适宜作为煤矿采空区回填材料使用。
4、本发明采用的外加剂具有优异的锁水性能和水缓释性能，保证了硫铝酸盐水泥水化反应后的整体性，为水化产物形成空间结构提供基础，从而保证料体系在高水固比下顺利凝结硬化，缩短凝结时间。
5、本发明采用一步式搅拌方法制备混合料，减少了工序流程，缩短工程周期，降低人力物力并节约成本，同时采用合二为一的配料方式，仅需将原料加水搅拌即可，无需分料配制，有效减少了操作使用误差，避免对镁渣基超高水填充材料性能的影响。
6、本发明中原料的水固比在3：1～8：1范围内可调，可根据镁渣基超高水填充材料的实际使用需求进行调整，灵活方便，且同体积填充要求下用水量增多，降低填充成本。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的镁渣基超高水填充材料的水化产物XRD图谱。
图2a为本发明实施例1制备的镁渣基超高水填充材料的水化产物整体形貌图。
图2b为本发明实施例1制备的镁渣基超高水填充材料的叶片状钙矾石微观形貌图。
图2c为本发明实施例1制备的镁渣基超高水填充材料的水化硅酸钙微观形貌图。
图2d为本发明实施例1制备的镁渣基超高水填充材料的针棒状钙矾石微观形貌图。
图3为本发明实施例23制备的镁渣基超高水填充材料的实物图。
图4为本发明实施例24制备的镁渣基超高水填充材料的实物图。
图5为本发明实施例25制备的镁渣基超高水填充材料的实物图。
图6为本发明实施例26制备的镁渣基超高水填充材料的实物图。
图7为本发明实施例27制备的镁渣基超高水填充材料的实物图。
图8为本发明实施例28制备的镁渣基超高水填充材料的实物图。
具体实施方式
本发明实施例1～实施例28中的外加剂均由聚乙烯醇与甲基丙烯酸羟乙酯、松香酸在引发剂过硫酸钾作用下发生自由基聚合反应制备得到，具体过程为：向质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液中按加入量12g/L加入引发剂过硫酸钾，搅拌5min，随后滴加质量浓度为10％的甲基丙烯酸羟乙酯水溶液、质量浓度为10％的松香酸N,N-二甲基甲酰胺溶液，在45℃进行反应3h，降至室温后进行减压抽滤，得到固体粗产物；然后采用N,N-二甲基甲酰胺溶剂对固体粗产物进行洗涤，以去除未接枝的甲基丙烯酸羟乙酯和松香酸，随后减压抽滤，并在70℃下真空干燥过夜。
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将镁渣置于球磨机中进行粉磨20min，然后过0.9mm方孔筛，取筛下物得到镁渣粉；
步骤二、在5℃～30℃的环境中，将步骤一中得到的镁渣粉与硫铝酸盐水泥、吸水树脂、膨胀珍珠岩、石膏、氢氧化锂、黄原胶和外加剂混合后加水，置于搅拌机中进行搅拌，得到混合料；按质量份数计所述镁渣粉为44份，硫铝酸盐水泥为32份，丙烯酸聚合物类高分子吸水树脂为5.5份，膨胀珍珠岩为5.5份，石膏为11份，氢氧化锂为0.6份，黄原胶为0.2份，外加剂为1.2份，且所述混合料的水固比为3：1；
步骤三、将步骤二中得到的混合料注入模具中并采用塑料膜进行密封，然后置于0～10℃环境中模拟真实煤矿沿空巷道温度环境进行养护，到达养护龄期1d后脱模，得到镁渣基超高水填充材料。
将本实施例制备的镁渣基超高水填充材料取样破碎，在50℃条件下烘干12h后使用研钵磨细，过75μm筛网取筛下物进行XRD检测，XRD检测设备为日本理学TTRIII，仪器扫描电压40kv，X射线掠角θ范围为5°～90°。
图1为本发明实施例1制备的镁渣基超高水填充材料的水化产物XRD图谱，从图1可以看出，该镁渣基超高水填充材料中水化产物多以镁渣和SAC水化生成的C-S-H凝胶和钙钒石形式存在，含有少量氢氧化钙。
将本实施例制备的镁渣基超高水填充材料取样破碎，在50℃条件下烘干12h后取薄片状内部试样进行电镜扫描检测。
图2a为本发明实施例1制备的镁渣基超高水填充材料的水化产物整体形貌图，从图2a可以看出，该镁渣基超高水填充材料内部结构呈现多孔状，整体结构疏松，由于钙钒石与水化硅酸钙凝胶相互搭接成主体结构，从而水化过程中水分子散布在孔隙中，并通过水的表面张力将水分子锁住，形成不泌水、且具有一定强度的高含水材料。
图2b为本发明实施例1制备的镁渣基超高水填充材料的叶片状钙矾石微观形貌图，从图2b可以看出，该镁渣基超高水填充材料中钙钒石在相互搭接时具有定向性，由于外加剂中以聚乙烯醇为主链的高分子化合物聚合度较高，单个分子链中重复单元个数较多、分子链较长，故分子链柔性较大，分子运动的自由度较高，在空间位组效应下分子链呈弯曲状，并且外加剂中的甲基丙烯酸羟乙酯具有吸附水泥颗粒的作用，将水泥颗粒延外加剂分子链定向排列，并在此位置上水化，使得水化产物相互交织为弯曲叶片状空间结构，从而大量钙钒石凝聚成具有较好结构特性的叶片状结构，在增强材料力学性能的前提下形成较大孔隙，并且使水化产物吸附在叶片结构中，由于水化产物本身具有膨胀性，因此可使叶片结构蓬松，有利于更多水填充其中，提高材料的含水量。
图2c为本发明实施例1制备的镁渣基超高水填充材料的水化硅酸钙微观形貌图，图2d为本发明实施例1制备的镁渣基超高水填充材料的针棒状钙矾石微观形貌图，从图2c和图2d可以看出，该镁渣基超高水填充材料中水化产物C-S-H与钙钒石相互交织在一起，由于硫铝酸盐水泥反应迅速，加水后率先水化成针棒状水化产物，形成由钙钒石搭建起的结构框架，镁渣依附于框架水化生成C-S-H附着于棒状钙钒石开始凝聚，最终形成相互交织的结构，连结为整体。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将镁渣置于球磨机中进行粉磨20min，然后过0.9mm方孔筛，取筛下物得到镁渣粉；
步骤二、在5℃～30℃的环境中，将步骤一中得到的镁渣粉与硫铝酸盐水泥、吸水树脂、膨胀珍珠岩、石膏、氢氧化锂、黄原胶和外加剂混合后加水，置于搅拌机中进行搅拌，得到混合料；按质量份数计所述镁渣粉为60份，硫铝酸盐水泥为20份，吸水树脂为7份，膨胀珍珠岩为7份，石膏为11份，氢氧化锂为12份，黄原胶为1份，外加剂为2份，且所述混合料的水固比为5：1；
步骤三、将步骤二中得到的混合料注入模具中并采用塑料膜进行密封，然后置于0～10℃环境中模拟真实煤矿沿空巷道温度环境进行养护，到达养护龄期1d后脱模，得到镁渣基超高水填充材料。
实施例3
本实施例与实施例2的不同之处为：步骤二中硫铝酸盐水泥为40份。
实施例4
本实施例与实施例2的不同之处为：步骤二中硫铝酸盐水泥为60份。
对本发明实施例2～4中制备的镁渣基超高水填充材料进行抗压强度、凝结时间和分散性检测，结果如下表1所示。
表1
从表1可知，在其他原料组分不变而只改变硫铝酸盐水泥SAC用量的情况下，随着SAC用量增多，镁渣基超高水填充材料的1d抗压强度由0.87MPa提升至1.86MPa，抗压强度上升113％，并且凝结时间由650s下降至280s，下降幅度为56.9％，说明本发明的镁渣基超高水填充材料在SAC大量存在的情况下强度提升，力学性能均满足GB/T 39337-2020《综合机械化超高水材料袋式充填采煤技术要求》要求。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将镁渣置于球磨机中进行粉磨20min，然后过0.9mm方孔筛，取筛下物得到镁渣粉；
步骤二、在5℃～30℃的环境中，将步骤一中得到的镁渣粉与硫铝酸盐水泥、吸水树脂、膨胀珍珠岩、石膏、氢氧化锂、黄原胶和外加剂混合后加水，置于搅拌机中进行搅拌，得到混合料；按质量份数计所述镁渣粉为10份，硫铝酸盐水泥为60份，吸水树脂为7份，膨胀珍珠岩为7份，石膏为11份，氢氧化锂为12份，黄原胶为1份，外加剂为2份，且所述混合料的水固比为5：1；
步骤三、将步骤二中得到的混合料注入模具中并采用塑料膜进行密封，然后置于0～10℃环境中模拟真实煤矿沿空巷道温度环境进行养护，到达养护龄期1d后脱模，得到镁渣基超高水填充材料。
实施例6
本实施例与实施例5的不同之处为：步骤二中镁渣粉为40份。
实施例7
本实施例与实施例5的不同之处为：步骤二中镁渣粉为70份。
对本发明实施例5～7中制备的镁渣基超高水填充材料进行抗压强度、凝结时间和分散性检测，结果如下表2所示。
表2
从表2可知，在其他原料组分不变而只改变镁渣粉用量的情况下，随着镁渣粉用量增多，镁渣基超高水填充材料的力学性能逐渐变强，1d抗压强度由0.93MPa上升至1.90MPa，凝结时间由720s下降至365s，凝结时间缩短，并且镁渣粉用量高时颗粒分散性较差，说明较细镁渣颗粒的含量过高时存在团聚效应，分散效果欠佳，但力学性能均满足GB/T 39337-2020《综合机械化超高水材料袋式充填采煤技术要求》要求。
实施例8
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将镁渣置于球磨机中进行粉磨20min，然后过0.9mm方孔筛，取筛下物得到镁渣粉；
步骤二、在5℃～30℃的环境中，将步骤一中得到的镁渣粉与硫铝酸盐水泥、吸水树脂、膨胀珍珠岩、石膏、氢氧化锂、黄原胶和外加剂混合后加水，置于搅拌机中进行搅拌，得到混合料；按质量份数计所述镁渣粉为35份，硫铝酸盐水泥为30份，吸水树脂为7份，膨胀珍珠岩为7份，石膏为10份，氢氧化锂为10份，黄原胶为1份，且所述混合料的水固比为5：1；
步骤三、将步骤二中得到的混合料注入模具中并采用塑料膜进行密封，然后置于0～10℃环境中模拟真实煤矿沿空巷道温度环境进行养护，到达养护龄期1d后脱模，得到镁渣基超高水填充材料。
实施例9
本实施例与实施例8的不同之处为：步骤二中加入5份外加剂。
实施例10
本实施例与实施例8的不同之处为：步骤二中加入10份外加剂。
对本发明实施例8～10中制备的镁渣基超高水填充材料进行抗压强度、凝结时间和分散性检测，结果如下表3所示。
表3
从表3可知，在其他原料组分不变而只改变外加剂用量的情况下，随着外加剂用量增多，镁渣基超高水填充材料的1d抗压强度由0.69MPa上升至2.34MPa，1d抗压强度上升239％，说明本发明中外加剂的加入对镁渣基超高水填充材料强度影响较大，凝结时间由710s缩短至415s，有利于镁渣基超高水填充材料在填充时快凝，便于工程施工，力学性能均满足GB/T 39337-2020《综合机械化超高水材料袋式充填采煤技术要求》要求。
实施例11
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将镁渣置于球磨机中进行粉磨20min，然后过0.9mm方孔筛，取筛下物得到镁渣粉；
步骤二、在5℃～30℃的环境中，将步骤一中得到的镁渣粉与硫铝酸盐水泥、吸水树脂、膨胀珍珠岩、石膏、氢氧化锂、黄原胶和外加剂混合后加水，置于搅拌机中进行搅拌，得到混合料；按质量份数计所述镁渣粉为35份，硫铝酸盐水泥为30份，吸水树脂为5份，膨胀珍珠岩为5份，石膏为8份，氢氧化锂为7份，外加剂为10份，且所述混合料的水固比为5：1；
步骤三、将步骤二中得到的混合料注入模具中并采用塑料膜进行密封，然后置于0～10℃环境中模拟真实煤矿沿空巷道温度环境进行养护，到达养护龄期1d后脱模，得到镁渣基超高水填充材料。
实施例12
本实施例与实施例11的不同之处为：步骤二中加入2份黄原胶。
实施例13
本实施例与实施例11的不同之处为：步骤二中加入2份黄原胶。
对本发明实施例11～13中制备的镁渣基超高水填充材料进行抗压强度、凝结时间和分散性检测，结果如下表4所示。
表4
从表4可知，在其他原料组分不变而只改变黄原胶用量的情况下，随着黄原胶用量增多，镁渣基超高水填充材料的1d抗压强度略提高，但凝结时间变长，力学性能均满足GB/T39337-2020《综合机械化超高水材料袋式充填采煤技术要求》要求。
实施例14
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将镁渣置于球磨机中进行粉磨20min，然后过0.9mm方孔筛，取筛下物得到镁渣粉；
步骤二、在5℃～30℃的环境中，将步骤一中得到的镁渣粉与硫铝酸盐水泥、吸水树脂、膨胀珍珠岩、石膏、氢氧化锂、黄原胶和外加剂混合后加水，置于搅拌机中进行搅拌，得到混合料；按质量份数计所述镁渣粉为35份，硫铝酸盐水泥为30份，吸水树脂为5份，膨胀珍珠岩为5份，石膏为11份，黄原胶为4份，外加剂为10份，且所述混合料的水固比为5：1；
步骤三、将步骤二中得到的混合料注入模具中并采用塑料膜进行密封，然后置于0～10℃环境中模拟真实煤矿沿空巷道温度环境进行养护，到达养护龄期1d后脱模，得到镁渣基超高水填充材料。
实施例15
本实施例与实施例14的不同之处为：步骤二中加入5份氢氧化锂。
实施例16
本实施例与实施例14的不同之处为：步骤二中加入10份氢氧化锂。
对本发明实施例14～16中制备的镁渣基超高水填充材料进行抗压强度、凝结时间和分散性检测，结果如下表5所示。
表5
从表5可知，在其他原料组分不变而只改变氢氧化锂用量的情况下，随着氢氧化锂用量增多，镁渣基超高水填充材料的1d抗压强度由1.56MPa上升至1.96MPa，凝结时间由530s缩短至420s，说明氢氧化锂用量增加使得OH-含量高，镁渣粉水化速率加快，从而材料凝结速度加快，且力学性能均满足GB/T 39337-2020《综合机械化超高水材料袋式充填采煤技术要求》要求。
实施例14
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将镁渣置于球磨机中进行粉磨20min，然后过0.9mm方孔筛，取筛下物得到镁渣粉；
步骤二、在5℃～30℃的环境中，将步骤一中得到的镁渣粉与硫铝酸盐水泥、吸水树脂、膨胀珍珠岩、石膏、氢氧化锂、黄原胶和外加剂混合后加水，置于搅拌机中进行搅拌，得到混合料；按质量份数计所述镁渣粉为35份，硫铝酸盐水泥为30份，吸水树脂为3份，膨胀珍珠岩为3份，石膏为5份，氢氧化锂为10份，黄原胶为4份，外加剂为10份，且所述混合料的水固比为3：1；
步骤三、将步骤二中得到的混合料注入模具中并采用塑料膜进行密封，然后置于0～10℃环境中模拟真实煤矿沿空巷道温度环境进行养护，到达养护龄期1d后脱模，得到镁渣基超高水填充材料。
实施例15
本实施例与实施例14的不同之处为：步骤二中所述混合料的水固比为5：1。
实施例16
本实施例与实施例14的不同之处为：步骤二中所述混合料的水固比为8：1。
对本发明实施例14～16中制备的镁渣基超高水填充材料进行抗压强度、凝结时间和分散性检测，结果如下表6所示。
表6
从表6可知，随着混合料的水固比增大，镁渣基超高水填充材料中含水量升高，从而在相同干料的情况下其结构更为蓬松，1d抗压强度的力学性能下降，并且凝结时间延长，但力学性能均满足GB/T 39337-2020《综合机械化超高水材料袋式充填采煤技术要求》要求。
实施例17
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将镁渣置于球磨机中进行粉磨20min，然后过0.9mm方孔筛，取筛下物得到镁渣粉；
步骤二、在5℃～30℃的环境中，将步骤一中得到的镁渣粉与硫铝酸盐水泥、吸水树脂、膨胀珍珠岩、石膏、氢氧化锂、黄原胶和外加剂混合后加水，置于搅拌机中进行搅拌，得到混合料；按质量份数计所述镁渣粉为35份，硫铝酸盐水泥为30份，吸水树脂为5.5份，膨胀珍珠岩为5.5份，氢氧化锂为10份，黄原胶为4份，外加剂为10份，且所述混合料的水固比为5：1；
步骤三、将步骤二中得到的混合料注入模具中并采用塑料膜进行密封，然后置于0～10℃环境中模拟真实煤矿沿空巷道温度环境进行养护，到达养护龄期1d后脱模，得到镁渣基超高水填充材料。
实施例18
本实施例与实施例17的不同之处为：步骤二中加入5份石膏。
实施例19
本实施例与实施例17的不同之处为：步骤二中加入10份石膏。
对本发明实施例17～19中制备的镁渣基超高水填充材料进行抗压强度、凝结时间和分散性检测，结果如下表7所示。
表7
从表7可知，石膏用量的增大对镁渣基超高水填充材料的力学性能与凝结时间影响不大，且力学性能均满足GB/T 39337-2020《综合机械化超高水材料袋式充填采煤技术要求》要求。
实施例20
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将镁渣置于球磨机中进行粉磨20min，然后过0.9mm方孔筛，取筛下物得到镁渣粉；
步骤二、在5℃～30℃的环境中，将步骤一中得到的镁渣粉与硫铝酸盐水泥、吸水树脂、膨胀珍珠岩、石膏、氢氧化锂、黄原胶和外加剂混合后加水，置于搅拌机中进行搅拌，得到混合料；按质量份数计所述镁渣粉为35份，硫铝酸盐水泥为30份，吸水树脂为3份，膨胀珍珠岩为3份，石膏为5份，氢氧化锂为10份，黄原胶为4份，外加剂为10份，且所述混合料的水固比为5：1；
步骤三、将步骤二中得到的混合料注入模具中并采用塑料膜进行密封，然后置于0～10℃环境中模拟真实煤矿沿空巷道温度环境进行养护，到达养护龄期1d后脱模，得到镁渣基超高水填充材料。
实施例21
本实施例与实施例20的不同之处为：步骤二中吸水树脂为5份，膨胀珍珠岩为5份。
实施例22
本实施例与实施例20的不同之处为：步骤二中吸水树脂为8份，膨胀珍珠岩为8份。
对本发明实施例20～22中制备的镁渣基超高水填充材料进行抗压强度、凝结时间和分散性检测，结果如下表8所示。
表8
从表8可知，吸水树脂与膨胀性珍珠岩用量的增大对镁渣基超高水填充材料的力学性能与凝结时间影响不大，且力学性能均满足GB/T39337-2020《综合机械化超高水材料袋式充填采煤技术要求》要求。
实施例23
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将镁渣置于球磨机中进行粉磨20min，然后过0.9mm方孔筛，取筛下物得到镁渣粉；
步骤二、在5℃～30℃的环境中，将步骤一中得到的镁渣粉与硫铝酸盐水泥、吸水树脂、膨胀珍珠岩、石膏、氢氧化锂、黄原胶和外加剂混合后加水，置于搅拌机中进行搅拌，得到混合料；按质量份数计所述镁渣粉为40份，硫铝酸盐水泥为30份，吸水树脂为3份，膨胀珍珠岩为3份，石膏为5份，氢氧化锂为5份，黄原胶为4份，外加剂为10份，且所述混合料的水固比为3：1；
步骤三、将步骤二中得到的混合料注入模具中并采用塑料膜进行密封，然后置于0～10℃环境中模拟真实煤矿沿空巷道温度环境进行养护，到达养护龄期1d后脱模，得到镁渣基超高水填充材料。
实施例24
本实施例与实施例23的不同之处为：步骤二中所述混合料的水固比为4：1。
实施例25
本实施例与实施例23的不同之处为：步骤二中所述混合料的水固比为5：1。
实施例26
本实施例与实施例23的不同之处为：步骤二中所述混合料的水固比为6：1。
实施例27
本实施例与实施例23的不同之处为：步骤二中所述混合料的水固比为7：1。
实施例28
本实施例与实施例23的不同之处为：步骤二中所述混合料的水固比为8：1。
图3～图8分别为本发明实施例23～28制备的镁渣基超高水填充材料的实物图，从图3～图8可知，本发明中采用3:1～8:1水固比下制备的材料形态良好，均未发生泌水现象。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种镁渣基超高水填充材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将镁渣置于球磨机中进行粉磨，然后过0.9mm方孔筛，取筛下物得到镁渣粉；
步骤二、在5℃～30℃的环境中，将步骤一中得到的镁渣粉与硫铝酸盐水泥、吸水树脂、膨胀珍珠岩混合后加水，置于搅拌机中进行搅拌，得到混合料；
步骤三、将步骤二中得到的混合料注入模具中并采用塑料膜进行密封，然后置于0～10℃环境中模拟真实煤矿沿空巷道温度环境进行养护，到达养护龄期后脱模，得到镁渣基超高水填充材料。
2.根据权利要求1所述的一种镁渣基超高水填充材料制备方法，其特征在于，按质量份数计步骤二中所述镁渣粉为10～70份，硫铝酸盐水泥为20～60份，吸水树脂为3～8份，膨胀珍珠岩为3～8份，且所述混合料的水固比为3：1～8：1。
3.根据权利要求2所述的一种镁渣基超高水填充材料制备方法，其特征在于，步骤二中所述混合过程中还加入石膏、氢氧化锂、黄原胶和外加剂。
4.根据权利要求3所述的一种镁渣基超高水填充材料制备方法，其特征在于，按质量份数计所述石膏不超过11份，氢氧化锂不超过10份，黄原胶不超过4份，外加剂不超过10份。
5.根据权利要求4所述的一种镁渣基超高水填充材料制备方法，其特征在于，按质量份数计步骤二中所述镁渣粉为44份，硫铝酸盐水泥为32份，石膏为11份，氢氧化锂为0.6份，黄原胶为0.2份，吸水树脂为5.5份，膨胀珍珠岩为5.5份，外加剂为1.2份，且所述混合料的水固比为3：1。
6.根据权利要求1所述的一种镁渣基超高水填充材料制备方法，其特征在于，步骤二中所述外加剂由聚乙烯醇与甲基丙烯酸羟乙酯、松香酸在引发剂过硫酸钾作用下发生自由基聚合反应制备得到。
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2023
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