SE427455B - Betongliknande material innehallande hydraulisk cement och en accelerator, sett att framstella materialet samt anvendning av materialet - Google Patents

Description

7805271-9 snabbt för att åstadkomma tillräcklig styrka tillräckligt snabbt för uppstöttningav gruvgången. Användning av sådan snabbhärdande cement beskrives i GB-PS 1 362 954.

Snabbhärdande cement är dyrt och dessutom kan det hända, att härdnings- förloppet startar alltför snabbt i förhållande till de övriga bestånds- delarna i det betonglika materialet, t.ex. osorterat kol.

Om operatörerna som använder den snabbhärdande cementen icke tvättar rören tillräckligt snabbt sedan den snabbhärdande cementen passerat därigenom, kan dessutom rören blockeras och bli obrukbara beroende på att cement härdat i rören.

Ett av ändamålen med föreliggande uppfinning är att minska ovannämnda problem.

Enligt en aspekt avser uppfinningen ett uppbärande, betongliknande ma- terial, innehållande hydraulisk cement och en accelerator, bestående av trietanolamin, natriumkarbonat och kaliumkarbonat, i det ungefärli- ga viktförhâllandet 1,5:5:1.

Vid användningen reageras medlet företrädesvis med cement i ett vikt- förhållande på 3 delar medel per 40 viktdelar cement.

Enligt en annan aspekt âstadkommes medelst föreliggande uppfinning ett sätt för tillverkning av ett uppbärande, betongliknande material inne- hållande hydraulisk cement och en accelerator, enligt krav 1, vilket sätt är kännetecknat av att en första vattenhaltig uppslamning inne- hållande hydraulisk cement blandas ihop med en andra vattenhaltig upp- slamning, som innehåller acceleratorn bestående av trietanolamin, natriumkarbonat och kaliumkarbonat i det ungefärliga viktförhållandet 1,5:5:.1. ' Företrädesvis innehåller den andra uppslamningen någon form av avfalls material, men även den första uppslamningen kan innehålla sådant av- fallsmaterial, eller också kan det fördelas mellan den första och den andra uppslamningen. Medlet har företrädesvis den ovan angivna samman- sättningen.

Avfallsmaterialet kan lämpligen utgöras av osorterat kol eller också kan det innehålla gruvavfall. 7805271-9 Lämpligen kan dessutom den andra uppslamningen innehålla natriumben- tonit.

Enligt ytterligare en aspekt avser föreliggande uppfinning användning av det ovan angivna, uppbärande, betongliknande materialet, innehål- lande hydraulisk cement och en accelerator för utfyllnad av kaviteter vid underjordisk gruvbrytning. Vid denna användning tillåtes materia- let hårdna för att hjälpa till att bära upp taket vid underjordisk gruvbrytning.

Uppfinningen skall nu beskrivas med hänvisning till bifogade ritnin- gar, på vilka fig. 1 utgöres av en kurva, som visar egenskaperna för cement som innehåller en accelerator, och fig. 2 visar en schematisk bild av en utrustning, installerad i en underjordisk gruva.

I en underjordisk kolgruva är det nödvändigt att åstadkomma permanent stöd för orter som leder till och från arbetsplatserna i gruvan. Det permanenta stödet utgöres lämpligen av ett betongliknande material, innehållande osorterat kol och en cementblandning.

Det betonglika materialet, som stöttar upp en särskild ort, måste hårdna eller härda tillräckligt snabbt för att garantera att en kol- yta som är förbunden med den särskilda orten icke avancerar längre I än ett visst bestämt avstånd från tillräckligt hårt betongliknande material, eftersom det betonglika materialet icke kan stötta upp or- ten innan det är tillräckligt hårt. Arbetarna i orten skulle utsättas för fara, om kylbrytningen tilläts avancera längre fram än den förut- bestämda distansen från ortstöttorna, utan tillräckliga stöttor.

De begränsningar för hårdningshastigheten för det betonglika materia- let som antytts ovan, säkerställer att orten är säkert uppstöttad, bortsett från en del av denna som icke är tillräckligt stor för att riskera brott beroende på krafter som utövas av intilliggande bergs- skikt.

För att uppnå den nödvändiga hårdningshastigheten tillsättes en förs- ta uppslamning innehållande cement till en andra uppslamning inne- hållande ett medel för acceleration av cementhärdningen och uppslam- mat i natriumbentonit, såsom kommer att beskrivas närmare i samband I . med fig. 2. _ 7805271-9 En accelerators lämplighet för användning inom det omrâde som skis- seras ovan och som beskrives mer i detalj nedan, bestämmes genom att medlet testas med avseende på parametrarna som anges nedan.

Acceleratorn måste uppfylla mycket stränga krav, innan den kan tillå- tas under jorden. Exempelvis fâr medlet icke vara lâttantändligt, det måste ha ogiftiga förbränningsprodukter, det får inte vara explosivt eller giftigt i sig självt eller i kombination med andra material som användes under jorden.

Dessutom får acceleratorn icke reagera med natriumbentonit, så att dennas gelningsegenskaper påverkas så att den andra uppslamningen ic- ke längre effektivt kan pumpas, och givetvis måste medlet dessutom accelerera cementens härdning i önskad omfattning.

Följande substanser provades bl.a. med avseende på lämplighet som beståndsdelar i ett medel för accelererad härdning av cement: a) vattenfritt natriumsilikat eller fluorsilikat, b) aluminiumklorid, c) natriumhydroxid, d) litiumkarbonat, e) ferro- eller ferri~nitrat, 7 f) en blandning av trietanolamin, natriumkarbonat och kaliumkar- bonat och g) blandningar av ättiksyra eller dess salter och trietanolamin.

Härvid visade det sig att substansen a) förorsakade irritationer för användarna och dessutom medförde den att uppslamningen av natriumben- tonit till vilka den tillsattes långsamt stelnade, och därför var med- let icke lämpligt. Substans b) åstadkommer snabb härdning av cement, men reagerar farligt exotermt och förstör också gelstrukturen hos nat- riumbentonit, och i enlighet härmed är även denna substans olämplig.

'Substans c) är, även om den är en accelerator, olämplig beroende på att den är mycket alkalisk och förstör natriumbentonits gelningsegen~ skaper. Substans d) är en god accelerator och påverkar icke heller natriumbentonits gelningsegenskaper, men tyvärr kan den åstadkomma hallucinogena effekter så att stor aktsamhet måste iakttagas när den användes. Substans e) skulle vara lämplig om den icke vid uppvärmning avger toxiska kväveoxider, och kan därför icke användas. Substans f) .- var lämplig. Substans g) är en mycket effektiv cementaccelerator när 7805271-9 den användes under styrda betingelser. Emellertid kan nere i en gru- va under okontrollerade betingelser alltför mycket accelerator an- vändas, och prover visade att detta skulle förorsaka att den tidiga styrkan hos det betongliknande materialet allvarligt skulle reduceras.

I betraktande av ovanstående utgör trietanolamin, natriumkarbonat och kaliumkarbonat den föredragna acceleratorn för accelererad härdning av cement.

Provningar visade att den tillsatta alkalimetallkarbonatmängden, när den tillsattes till trietanolamin, ökade den tidigare och den senare styrkan för vanlig portlandcement. Åtskilliga blandningar av medlet typ f) accelererade härdningen av vanlig portlandcement vid provnin- gar med följande bruk: 1000 delar 12,7 mm kolbitar 400 delar av en uppslamning av vatten och bentonit i ett förhållande 15:1 250 delar vanlig portlandcement och 150 delar vatten.

Fyra medel A, B, C och D av de som provades, anges nedan som viktpro- cent av cementen i ovan angivna bruk.

A) 7% natriumkarbonat, 0,25% trietanolamin B) 2% natriumkarbonat, 5% trietanolamin C) 7% natriumkarbonat och D) 5% natriumkarbonat, 1% kaliumkarbonat och 1,5% trietanol- amin.

Resultaten av de fyra proverna anges i tabellen nedan, uttryckt 1 axiell tryckhållfasthet efter 4 timmar och efter 24 timmar: 4 timmar 24 timmar A 28 kun” 1210 kun” B as " so " c zo " 193 " D 72 " 248 " Av dessa prover framgår att en hög koncentration av alkalimetallkar- bonat ger en hög senare styrka och en hög koncentration av trietanol- amin ger en relativt hög tidig styrka. 7805271-9 Såsom tidigare nämnts påverkar icke trietanolamin natriumbentonits gelningsegenskaper i bruket, och proverna visar att inte heller alka- limetallkarbonatet påverkar gelningsegenskaperna i en sådan utsträck- ning att pumpbarheten för uppslamningar innefattande bentonit skulle åstadkommas, förutsatt att natriumbentoniten fuktats i förväg.

Provning med avseende på den relativa effektiviteten för natrium- och kaliumkarbonat genomföres på följande sätt. Ett medel bestående av 5% trietanolamin och 2% natriumkarbonat, när det användes med en cement- pasta med ett vatten till cementviktförhållande på 0,8, ger en kort- tidshärdning på 85 minuter och en slutlig härdning på 115 minuter.

Ett medel bestående av 5% trietanolamin och 2% kaliumkarbonat ger en korttidshärdning på 41 minuter och en slutlig härdning på 58 minuter.

Provningen genomfördes med en Vicat-anordning. Även om kaliumkarbonat är effektivare än natriumkarbonat för uppnåen- de av tidig styrka, föredrages den senare i större kvantitet beroen- de på att den är mindre alkalisk.

Prov med avseende på uppträdandet och kostnadsjämförelser visar att det medel som är effektivast har en sammansättning av 1,5 viktdelar trietanolamin, 5 viktåflar natriumkarbonat och 1 viktdel kaliumkarbonat, dvs D) ovan. Det föredragna medlet framställes genom kristallisering från en vattenlösning.

Denna sammansättning för acceleratorn representerar en kompromiss mellan snabb härdning och hög styrka efter en dag, vilket är särskilt gynnsamt för accelerering av vanlig portlandcement, använd i kolgruvor.

I fig. 1 visas kurvor där tryckhållfastheten i MPa avsatts som ordi- nata och åldern i timmar som avskissa. De fyra kurvorna 1, 2, 3 och 4 representerar olika blandningar av vanlig portlandcement och en viss mängd accelerator, varvid för kurva 1 användes 3,75 viktprocent acce- lerator räknat på cementen, för kurva 2 7,5 viktprocent, för kurva 3 11,25 viktprocent och för kurva 4 15 viktprocent.

Ett studium av kurvorna i fig. 1 visar att blandningen enligt kurva 2 ger en liknande tryckhâllfasthet som blandningarna som motsvaras av kurvorna 3 och 4 efter ca 4 timmar, trots att en mindre accelera- tormängd använts. ' - ' " 7805271-9 Det föredragna förhållandet mellan accelerator och cement är därför det som motsvaras av kurva 2, dvs 3 viktdelar accelerator per 40 vikt- delar vanlig portlandcement.

I praktiken styrs mängden accelerator som tillsättes den andra upp- slamningen av den typ av cement som skall accelereras, typen och kva- liteten på avfallsmaterialet i uppslamningen och kvantiteten vatten däri. Detta senare kan variera avsevärt, t.ex. beroende på att ett jord- band eller liknande kan ha funnits i den brutna stenkolsflötsen, vari- genom mängden s.k. smuts ökar i avfallsmaterialet. I enlighet härmed har det visat sig att vikten accelerator kan variera mellan ca 2 och ca 15 viktprocent, räknat på cementen i uppslamningen. Icke des- to mindre representerar den ovan nämnda siffran 7,5% den önskvärda proportionen.

Med hänvisning till fig. 2 skall bildningen av det betonglika materia- let 11 beskrivas närmare. Det betonglika materialet 11 bildas in situ i en kavitet 12, som kan vara avgränsad genom formsättning, vilken kavitet kan utgöras av ett gruvpackhål anordnat i anslutning till en körbana i gruvan, icke visad. Allteftersom kolflötsens yta rör sig framåt, bildas en serie packhâl, det ena efter det andra, allteftersom den nya orten fortskrider. Två rör, 14 och 15, är anordnade att tömma i packhålet 12 via ett blandningsorgan 16. Den första uppslamningen utgöres av en blandning av cement och vatten och pumpas genom röret 14 av en pump 17. Den första uppslamningen tillföres till röret vid en punkt som betecknas med F. Den andra uppslamningen, bestående av en suspension av avfallsmaterial, t.ex. osorterat kol eller gruvavfall och ett medel för accelererad hårdning av cement, båda uppslammade i natriumbentonit, pumpas genom röret 15 av en pump 18. Den andra upp- slamningen tillföres till fifiæt 15 vid en punkt som betecknas med G.

Den första uppslamningen härdar icke snabbt, varför det sedan den förts genom ledningen 14 finns tid för operatörerna att tvätta ur ledningen. Den andra uppslamningen härdar icke alls, eftersom den ut- göres av ett avfallsmaterial och att ämne för cementhärdning suspende- rat i bentonit. Härav följer att risken för att rören skall fyllas med härdad cement och därigenom förstöras är mycket liten.

Blandningsorganet 16, som icke visas i detalj, är anordnat för att säkerställa att det material som tillföres till packhâlet 12 är så ho- mogent som möjligt. Givetvis är anordnandet av blandningsorganet 16 '7805271-9 icke nödvändigt för uppfinningen, eftersom sprutningen av den första och den andra uppslamningen vid inträdet i packhålet åstadkommer till- räcklig blandning. Blandningsorganet förbättrar bara den blandning som orsakas av sprutningen.

Vidare verkar den första uppslamningen icke så snabbt, att den förhind- rar tillsats av den andra uppslamningen, om tillflödet av denna skul- le avbrytas beroende på driftssvårigheter.

När emellertid den andra uppslamningen och den första uppslamningen blandas tillsammans i packhålet, verkar medlet för accelererad hàrdning av cementen. Härigenom hårdnar de två uppslamningarna till det be- tongliknande materialet 11. Detta erhåller tillräcklig styrka för att stötta upp gruvorten inom den förutbestämda tiden, som nämnts ovan.

Materialet enligt föreliggande uppfinning kan användas för alternati- va tillämpningar, inklusive att stänga av gruvgångar. Vid en sådan tillämpning tillföres den första och den andra uppslamningen till en kavitet avgränsad av någon typ av form, vilken är anordnad så att den blockerar gruvgången. När formen är fylld av blandningen, härdar denna och stänger därigenom av orten.

Av beskrivningen ovan framgår att föreliggande uppfinning reducerar och delvis helt eliminerar de tidigare kända svårigheterna vid upp- stöttning av gruvorter.

Claims (8)

9 7805271-9 Patentkrav

1. Uppbärande, betongliknande material, innehållande hydrau- lisk cement och en accelerator, k ä n n e t e c k n a t av att acceleratorn är sammansatt av trietanolamin, natriumkarbo- nat och kalíumkarbonat i det ungefärliga viktförhållandet 1,5:5:1.

2. Material enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att viktförhållandet mellan cement och accelerator är ungefär U0:1 - 8.

3. Sätt att tillverka ett uppbärande betongliknande material, innehållande hydraulisk cement och en accelerator, enligt krav 1, k ä n n e t e c k nia t av att en första vattenhaltig uppslamning innehållande hydraulisk cement blandas ihop med en andra vattenhaltig uppslamning som innehåller acceleratorn be- stående av trietanolamin, natriumkarbonat och kaliumkarbonat i det ungefärliga viktförhållandet 1,5:5:1.

4. H. Sätt enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att den andra uppslamningen innehåller ett avfallsmaterial från kol- brytning.

5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att av- fallsmaterialet utgöres av osorterat kol.

6. Sätt enligt ett eller flera av kraven 3 - 5, k ä n n e - t e c k n a t av att den andra uppslamningen innehåller natri- umbentonit.

7. Användning av det uppbärande, betongliknande materialet, innehållande hydraulisk cement och en accelerator, enligt krav 1 för utfyllnad av kaviteter vid underjordisk gruvbrytning.

8. Användning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att materialet tillåtes hårdna för att hjälpa till att bära upp taket vid underjordisk gruvbrytning.