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胶结材料的种类

2020-09-12 03:21 作者:亿万先生app 点击:

 

  胶结材料的种类。胶结材料的种类 【期刊名称】江苏建材 【年(卷),期】2017(000)002 【总页数】3 20 世纪 60 年代后,随着采矿业的发展,原有的充填材料(碎石、块石、粘土 及尾砂等无胶结性能的充填材料

  胶结材料的种类 【期刊名称】江苏建材 【年(卷),期】2017(000)002 【总页数】3 20 世纪 60 年代后,随着采矿业的发展,原有的充填材料(碎石、块石、粘土 及尾砂等无胶结性能的充填材料)无法满足回采工艺和环境保护的要求,造成 大量矿石的丢失,带来生态环境的破坏。因此,国内外研究者开始采用废石胶 结充填材料、膏体充填材料、高水充填材料等对矿山采空区进行充填回采,从 而胶结材料在这一时期也受到了国内外矿业研究者的重视,得到了空前的发展, 研发利用的胶结材料主要有水泥、高水速凝材料、赤泥胶结材料、碱激发胶结 材料等,其中水泥是矿山目前应用最广泛的胶结材料,但适合矿山充填材料特 点的专用水泥还有待进一步研究。下面对目前研究与利用相对较多的矿山充填 胶结材料(硅酸盐水泥、高水材料、低熟料或无熟料矿渣水泥胶结材料等)进 行简要介绍: (1)硅酸盐水泥 硅酸盐水泥是目前国内外大多数矿山广泛应用的胶结材料,其是以适量的钙质 (氧化钙 64%-68%)、硅质(氧化硅 21%-2 3%)、铝质(氧化铝 4%一 7%)及 氧化铁(3%一 5%)烧至熔融,再加入适量的石膏及助剂经混合磨细后制成的 一种水硬性胶凝材料,也称为波特兰水泥(Por tland),用量一般为 160~ 240kg/m3,硅酸盐水泥的比表面积为 3000~3500cm2/g,水灰比约为 1.2- 1.3。在矿山胶结充填中,主要以硅酸盐水泥作为胶结材料的矿山充填材料有: 低浓度尾砂胶结充填材料、高浓度细砂胶结充填材料和膏体胶结充填材料,其 中水泥、充填骨料与水混合后,水泥中的矿物水化生成胶凝性物质,进而对充 填骨料进行固结形成一定强度的充填固化体。 (2)高水材料 高水材料是 20 世纪 60 年代英国研制并成功应用在煤矿巷旁充填支护的一种新 型胶凝材料。我国在 20 世纪 80 年代由中国矿业大学的研究团队以硫铝酸盐水 泥为技术支持成功研制,并在招远金矿和小铁矿山进行了工业试验,其主要由 甲、乙两固体粉料组成,俗称“双浆料”,甲料由铝酸盐或硫铝酸盐配以起缓 凝和调整作用的外加剂组成,乙料由石膏、石灰配以起促凝作用的速凝剂组成, 使用时将甲、乙料分别加入适量的水搅拌制成浆液,采用管道输送的方式分别 将甲、乙料制成的浆液按 1:1 的比例送至充填处混合。高水速凝胶结材料具 有固水能力强(可将高比例的水凝结成固化体的结晶水),体积含水率可达 90%,一般条件下,用高水速凝胶结材料固结的矿山充填材料浆体不需要进行 井下脱水而变成固化体;充填料浆凝结速度快,早期强度高,能大幅度缩减采 矿周期;在需要快速充填的矿山具有相对较强的优势,是一种良好工程充填支 护材料,其主要特性如下: ①速凝早强。高水材料两种组份浆液混合后,初凝时间为 5-30min,可根据 充填工艺要求进行调节,形成的固结体抗压强度发展很快,2h 抗压强度达 1.0 -2.SMPa,24h 达 3.0-4.OMPa,3d 达 4.0-5.OMPa,7d 达 4.5-5.5MPa, 最终能达到 5.0-6.OMPa;添加骨料后的高水固结充填料浆也具有凝固快、早 期强度高的性能;24h 内充填体强度递增速度较快,其后明显减缓;养护 7d 后可达到最终强度 95%以上,7d 后强度趋于稳定,这表明高水固结充填体早 期强度高,后期强度稳定。 ②高结晶水。高水材料硬化体的主要组成水化物相是钙矾石晶体,钙矾石晶体 结晶水含量比一般无机结晶体含水量大得多。由于钙矾石晶体结晶能力强,所 以在溶液中易形成网状或树枝状结构。当溶液配比合理时,浆体将发挥最大的 潜能,进一步形成最佳针状结构状态的钙矾石晶体,填充在已形成的钙矾石晶 体网状结构中。 ③强度再生。在不失水的情况下存放一段时间后,压裂的高水材料硬化体缝隙 能够重结晶重新弥合而恢复强度,这种性能称为强度再生。高水固结充填体独 特的强度再生特性增强了自身反复承载的能力。 ④耐水。耐水性指充填体受水的侵蚀、浸泡后强度不降低,结构不被破坏的特 性,非常适合于地下充填的工程材料;高水材料属水硬性材料,在水化过程中 不断需要水参加反应;充填体结构一旦形成,其中钙矾石晶体已经相互交接成 网状,这时未水化的高水材料再水化,能使网体加密,强度不断升高。 ⑤高水材料具有良好的可缩性,载荷微量增加,充填体便有较大的变形,这种 特性使高水固结充填体能适应围岩变形的特点。 ⑥三轴压缩应力一应变特性。围压对充填体的变形以及充填体的刚度影响较大。 在围压作用下,孔隙闭合使充填体密实。随着围压的加大,充填体压实程度变 大。该特性表明,高水材料特别适用于深部高应力环境和复杂应力条件下充填。 ⑦悬浮性、流动性、可泵性。高水材料最突出的特点是含水量高、流动性和悬 浮性好,凝结速度快、早期强度高;甲、乙两种组份在分别加水搅拌后 24h 内 不沉淀、可泵送时间较长,具有良好的悬浮性和流动性,易实现长距离的输送。 ⑧材料本身无毒、无害、无腐蚀性。高水材料料浆原材料无毒无害,不会造成 地下水体污染,适合于矿山的井下充填。 (3)低熟料或无熟料矿渣水泥胶结材料 利用低熟料或无熟料矿渣水泥作为充填材料的胶结剂,已被矿山接受并广泛应 用,包括掺入一定比例的粉煤灰。长沙矿山研究院开发出的矿渣水泥胶结剂已 可以完全替代硅酸盐水泥胶结剂。矿渣的主要矿物为硅酸钙和铝酸钙等,添加 石灰等激化剂,粉磨至水泥细度加工成胶结剂,在同等条件下,矿渣水泥胶结 剂完全替代硅酸盐水泥后,充填固化体的强度大幅度提高,充填效果优于硅酸 盐水泥胶结剂,如按 1:8 与全尾砂配合制备试块,其后期 28d 单轴抗压强度 不低于 2MPa。另外,矿渣水泥胶结剂的生产成本仅为硅酸盐水泥成本的 40%-60%。低熟料或无熟料矿渣水泥的水化与硅酸盐水泥有明显不同,早期水 化反应速度低于硅酸盐水泥,但后期水化速度增长较快,水化产物主要为水化 硅酸钙凝胶、钙钒石和 Ca(OH)晶体,但 Ca (OH)含量比硅酸盐水泥浆体中的 Ca(OH

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