PL191511B1

PL191511B1 - Mineral binder for use in mining industry

Info

Publication number: PL191511B1
Application number: PL339100A
Authority: PL
Inventors: Marek Gawlicki; Wojciech Roszczynialski; Wojciech Schopp; Benedykt Lukaszek; Stanisław Glados; Andrzej Binko; Piotr Angerstein
Original assignee: Minova Ekochem Sa
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2006-05-31
Also published as: PL339100A1

Abstract

ineralne spoiwo dla górnictwa, zawierające anhydryt, cement glinowy i cement portlandzki oraz znany biopolimer typu gumy ksantanowej, znamienne tym, że jako składniki wiążące zawiera w stosunku wagowym składników: 30-35% anhydrytu, 24-30% cementu glinowego oraz 30-35% cementu portlandzkiego, a jako komponenty przyspieszające proces tężenia zawiera 2-4% bentonitu i 0,5-1,0% gumy ksantanowej oraz jako komponent stabilizujący stałość objętości i wytrzymałości 5-7% pyłu krzemionkowego.inertial binder for mining, containing anhydrite, aluminum cement and Portland cement and the known xanthan gum biopolymer characterized in that it comprises as binder components in the weight ratio of components: 30-35% anhydrite, 24-30% aluminum cement and 30-35% Portland cement, and as components accelerating the setting process, it contains 2-4% bentonite and 0.5-1.0% xanthan gum and as a component stabilizing the stability of volume and strength 5-7% silica dust.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest wysokowydajne spoiwo mineralne przeznaczone do łączenia spękanych skał górotworu, wypełniania pustych przestrzeni oraz do tamowania przepływu podziemnych wód i gazów.The subject of the invention is a high-performance mineral binder intended for joining cracked rock masses, filling voids and obstructing the flow of underground water and gases.

Spoiwa mineralne stosowane w górnictwie podziemnym są mieszaninami trzech podstawowych składników, to jest materiału siarczanowego, będącego na ogół anhydrytem lub gipsem dwuwodnym, cementu glinowego oraz cementu portlandzkiego oraz ewentualnie niewielkich ilości innych składników mających za zadanie przede wszystkim powodowanie szybkiego tężenia i w miarę szybkiego wiązania spoiwa po zarobieniu go wodą. Materiał siarczanowy i cement glinowy są substratami, z których w trakcie hydratacji tworzy się faza ettringitowa, a więc faza o charakterze wiążącym, do czego niezbędna jest duża ilość wody. Cement portlandzki w spoiwie jest składnikiem stabilizującym proces wiązania, twardnienia i narastania wytrzymałości mechanicznej.Mineral binders used in underground mining are mixtures of three basic components, i.e. sulphate material, which is generally anhydrite or dihydrate gypsum, aluminum cement and Portland cement, and possibly small amounts of other components primarily aimed at causing rapid setting and setting the binder relatively quickly after mixing it with water. Sulphate material and aluminum cement are the substrates from which the ettringite phase is formed during hydration, i.e. a binding phase, for which a large amount of water is necessary. Portland cement in the binder is an ingredient that stabilizes the process of setting, hardening and increasing mechanical strength.

Znane dotychczas wysokowydajne spoiwa mineralne, pomimo dobrych własności początkowych, w miarę upływu czasu i twardnienia tracą swoją stałość objętości. Główną przyczyną takiego stanu rzeczy jest to, że pozostałości nie zhydratyzowanego w początkowym okresie reakcji z wodą składnika siarczanowego, w warunkach dużego zawilgocenia, a więc w warunkach panujących w wyrobiskach podziemnych, tworzą wtórny ettringit z uwodnionymi glinianami wapniowymi, produktami hydratacji cementów glinowego i portlandzkiego. Faza ta,w związku z przyłączaniem dużej ilości wody, wykazuje bardzo wyraźny wzrost objętości w stosunku do objętości stałych substratów biorących udział w jej powstawaniu. W efekcie następuje pęcznienie zhydratyzowanego materiału, obniżenie jego wytrzymałości, a nawet destrukcja.The previously known high-performance mineral binders, despite good initial properties, lose their volume stability with time and hardening. The main reason for this is that the residues of the sulphate component, not hydrated in the initial period of reaction with water, under high moisture conditions, i.e. under conditions prevailing in underground workings, form secondary ettringite with hydrated calcium aluminates, hydration products of aluminum and Portland cements. This phase, due to the addition of a large amount of water, shows a very distinct increase in volume in relation to the volume of solid substrates involved in its formation. As a result, the hydrated material swells, reduces its strength and even destroys it.

Celem wynalazku jest dalsze udoskonalenie składu spoiwa mineralnego dla górnictwa tak, aby przy dużej ilości wody zarobowej i szybkim tężeniu, charakteryzowało się ono odpowiednią stałością objętości i nie wykazywało spadku wytrzymałości ani destrukcji nawet po dłuższym okresie hydratacji.The object of the invention is to further improve the composition of the mineral binder for mining so that, with a large amount of binder water and rapid setting, it is characterized by an appropriate volume stability and does not show a decrease in strength or destruction even after a longer period of hydration.

Okazało się niespodziewanie, że cel ten można osiągnąć za pomocą spoiwa mineralnego będącego przedmiotem niniejszego wynalazku. Spoiwo to jako składniki wiążące zawiera w stosunku wagowym składników: 30-35% anhydrytu, 24-30% cementu glinowego oraz 30-35% cementu portlandzkiego, natomiast jako komponenty przyspieszające proces tężenia zawiera 2-4% bentonitu i 0,5-1,0% znanego niejonowego i obojętnego biopolimeru typu gumy ksantanowej, o nazwie handlowej jako „zagęstnik SHN”. Poza tym jako komponent stabilizujący stałość objętości i wytrzymałości zawiera 5-7% pyłu krzemionkowego. Dzięki zastosowaniu bentonitu i zagęstnika SHN uzyskano bardzo znaczne przyspieszenie tężenia spoiwa. Natomiast przez zastosowanie pyłu krzemionkowego z Huty Łaziska, będącego odpadem powstającym przy produkcji żelazokrzemu, wyeliminowano zjawisko powstawania wtórnego ettringitu i zapewniono stałość objętości zhydratyzowanego spoiwa nawet po dłuższym okresie twardnienia, ponieważ pył ten zawiera około 98% aktywnej krzemionki i jest najbardziej aktywny spośród znanych materiałów pucolanowych. Poza tym aktywna krzemionka, występująca w pyle krzemionkowym, obniża stężenie wydzielającego się w trakcie hydratacji cementu portlandzkiego wodorotlenku wapniowego, skutkiem czego wzrasta zdecydowanie rozpuszczalność uwodnionych glinianów wapniowych. W następstwie tego wtórny ettringit powstaje przede wszystkim na skutek wytrącania się z roztworu, a nie poprzez narastanie na kryształach zhydratyzowanych glinianów wapniowych. Wytrącający się z roztworu wtórny ettringit uszczelnia strukturę zhydratyzowanego spoiwa i nie tylko nie powoduje zmian jego objętości, ale zmniejszając porowatość oddziaływuje korzystnie na jego techniczne parametry wytrzymałościowe. Dla uzyskania jednak takich parametrów konieczne jest zastosowanie wszystkich składników, zarówno podstawowych jak i drugorzędnych w odpowiednich proporcjach ilościowych.It has surprisingly been found that this object can be achieved with the mineral binder object of the present invention. This binder as binding components contains in the weight ratio of components: 30-35% anhydrite, 24-30% aluminum cement and 30-35% Portland cement, while as components accelerating the setting process it contains 2-4% bentonite and 0.5-1, 0% of a known non-ionic and neutral xanthan gum biopolymer, marketed as "SHN thickener". In addition, it contains 5-7% silica dust as a component stabilizing the stability of volume and strength. Thanks to the use of bentonite and SHN thickener, a very significant acceleration of binder setting was achieved. On the other hand, by using silica dust from Huta Łaziska, which is a waste from the production of ferrosilicon, the phenomenon of secondary ettringite formation was eliminated and the volume of the hydrated binder was stable even after a longer hardening period, because this dust contains about 98% of active silica and is the most active among the known pozzolanic materials. . In addition, the active silica present in the silica fume reduces the concentration of calcium hydroxide released during the hydration of Portland cement, as a result of which the solubility of the hydrated calcium aluminates significantly increases. As a consequence, secondary ettringite is formed primarily by precipitation from solution and not by build-up of hydrated calcium aluminates on the crystals. Secondary ettringite precipitating from the solution seals the structure of the hydrated binder and not only does not change its volume, but also has a positive effect on its technical strength parameters by reducing its porosity. However, to obtain such parameters, it is necessary to use all components, both primary and secondary, in appropriate quantitative proportions.

Przedmiot wynalazku jest dokładniej zilustrowany za pomocą niżej podanego przykładu.The subject of the invention is further illustrated by the following example.

PrzykładExample

Zmieszano ze sobą w stosunku wagowym następujące składniki; anhydryt 31,3%, cement glinowy 27,0%, cement portlandzki 32,0%, bentonit 3,0%, zagęstnik SHN 0,7% oraz pył krzemionkowy 6,0%. Uzyskane spoiwo zmieszano w różnym stosunku z wodą w zakresie od 1 do 2, a uzyskane własności techniczne po różnym okresie tężenia zestawiono w tabeli 1.The following ingredients were mixed together in a weight ratio; anhydrite 31.3%, aluminum cement 27.0%, Portland cement 32.0%, bentonite 3.0%, SHN thickener 0.7% and silica dust 6.0%. The obtained binder was mixed in various proportions with water in the range from 1 to 2, and the obtained technical properties after various setting periods are summarized in Table 1.

PL 191 511B1PL 191 511B1

T ab el a 1T ab el a 1

Podstawowe własności wysokowydajnego spoiwa mineralnego dla górnictwaBasic properties of high-performance mineral binder for mining

Własność Property Stosunek wodno-spoiwowy W/S Water-binder ratio W / S 1,0 1.0 1,25 1.25 1,5 1.5 1,7 1.7 2,0 2.0 Czas tężenia [min:sek] Setting time [min: sec] - początek - the beginning 0:30 0:30 0:50 0:50 1:30 1:30 am 2:00 2:00 am 2:20 2:20 Czasy wiązania [godz.:min.] Setting times [hours: minutes] - początek - the beginning 0:50 0:50 1:15 1:15 2:30 2:30 am 3:50 3:50 5:05 5:05 - koniec - end 4:05 4:05 6:20 6:20 7:05 7:05 8:10 8:10 8:30 8:30 am Wytrzymałość na zginanie [MPa] Bending strength [MPa] - 1 dzień - 1 Day 1,76 1.76 1,30 1.30 1,04 1.04 0,83 0.83 0,56 0.56 - 3 dni - Three days 1,77 1.77 1,27 1.27 0,98 0.98 0,72 0.72 0,70 0.70 - 7 dni - 7 days 1,58 1.58 1,35 1.35 0,76 0.76 0,97 0.97 0,75 0.75 - 28 dni - 28 days 1,47 1.47 1,20 1.20 0,87 0.87 0,88 0.88 0,86 0.86 - 70 dni - 70 days 1,31 1.31 1,08 1.08 0,99 0.99 1,08 1.08 0,91 0.91 Wytrzymałość na ściskaniefMPa] Compressive strength fMPa] - 1 dzień - 1 Day 3,42 3.42 2,75 2.75 2,70 2.70 2,33 2.33 1,34 1.34 - 3 dni - Three days 5,93 5.93 4,02 4.02 3,35 3.35 2,66 2.66 2,02 2.02 - 7 dni - 7 days 8,57 8.57 6,80 6.80 4,88 4.88 3,35 3.35 2,49 2.49 - 28 dni - 28 days 8,83 8.83 7,05 7.05 5,03 5.03 3,80 3.80 3,08 3.08 - 70 dni - 70 days 8,94 8.94 7,18 7.18 5,06 5.06 3,62 3.62 3,12 3.12

Zastrzeżenie patentowePatent claim

Claims

Mineral binder for mining, containing anhydrite, aluminum cement and Portland cement, and a known biopolymer of the xanthan gum type, characterized in that the binding components contain in the weight ratio of components: 30-35% anhydrite, 24-30% aluminum cement and 30-35% Portland cement, and as components accelerating the setting process, it contains 2-4% bentonite and 0.5-1.0% xanthan gum, and as a component stabilizing the stability of volume and strength, 5-7% silica dust.