专利名称：一种高水充填材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种胶结材料的制备方法，具体涉及一种高水高水充填材料的制备方法，本发明还涉及该高水充填材料的制备方法及其使用方法。
背景技术：
高水充填材料是80年代末90年代初研究成功的新型的胶结材料，它可替代钢材、 木材使用，主要用于矿山井下充填、地下注浆、道路和地基建设等领域。高水充填材料含甲、 乙两种组份，甲组份主要由高强硫铝酸盐水泥孰料或铝酸盐水泥孰料掺入外加剂磨细而制成，乙组分主要由硬石膏和石灰掺入添加剂磨细而制成，两种组份分别加水形成单一组份浆体，当这两种浆体混合后，便能快速凝结、硬化。与其他充填材料相比，如硅酸盐水泥、矿渣水泥、赤泥充填材料，高水充填材料具有速凝、早强、流动性与悬浮性好、可长距离输送、 后期强度稳定、不需脱水、可单独使用也可加入骨料使用的优点。CN1057825公开了一种矿用高水固化支护材料，其特点是1、由Al2O3含量高的特种水泥加少量柠檬酸兑水配制成甲料浆液和由硬石膏、生石灰、膨润土和碳酸钙加少量碳酸钠兑水配制成乙料浆液的两种浆液混合制成；2、两种浆液混合前可单独放置12 48小时不凝固，两者混合后，15 30分钟即可凝固，凝固后6小时强度达IMPa以上，24小时强度达2 4 MPa，最终强度可达6MPa以上。CN1500762A公开了一种单浆胶结充填材料及其使用方法，单浆胶结充填材料采用硫铝酸盐水泥熟料作为基本胶凝活化材料，以生石灰为激发剂，掺入大量工业废渣经磨细制成。该产品具有膨胀性，三天强度可达18. 8MPa，水灰比为1. 6时，充填体不脱水。初凝时间3小时，终凝时间6小时。上述专利，虽然工艺简单，但存在水灰比较低，凝结时间较长， 早期强度低，凝结时间不易控制，容易造成堵管等问题。研究者积极研究高强硫铝水泥和铝酸盐水泥的替代材料，王新民、尹新才等在《铁铝型高水速凝充填材料物化性能的研究》中，公开了一种高水充填材料的制备，甲料使用铁铝水泥熟料，在水灰比为2. 0 2. 25 1时其8小时强度为1. 0 1. 2 MPa, 1天强度为1. 5 2. OMPa，七天强度为4. 0 4. 5MPa，均低于产品标准的要求。李家和、王政等人在《硫铝酸盐基高水材料强度与微观结构研究》中公开的高水充填填料包括以硫铝酸盐水泥熟料为甲组分，石膏、石灰、亚硝酸钠、促凝剂、悬浮剂、稳定剂等按一定比例混合制成乙组分，其制备方法是分别称取等量甲组分和乙组分按水固比2. 27 制得甲、乙两组分的单独浆体。其制得的高水充填材料的强度最高为4. 82MPa。赵传抑，胡乃联等在《充填胶凝材料的发展与应用》中公开了一种高水材料的制备，配料主要包括铝酸盐水泥、石灰、石膏、速凝剂、解凝剂、悬浮剂等。其体积含水率可高达 70%以上，Ih凝固强度可达0. 5-1. 0MPa。2h抗压强度为1. 5-2. OMPa, 8h抗压强度达2. 5-3. 0 MPa, 24h抗压强度达3. 0-4. 0 MPa, 7d以上抗压强度可达到5. OMPa以上，最终的强度可达 8. OM Pa。但其需使用特殊烧制的高强度级别铝酸盐水泥熟料，制约了其的应用，使用低强度级别的铝酸盐水泥熟料，早期强度虽然也较高，但是后期强度达不到4. 5MPa。
现有高水充填材料产品使用的原材料为用于生产62. 5MPa以上硫铝酸盐水泥的熟料或特殊烧制的铝酸盐水泥熟料来制备甲组份，高强度级别62. 5MPa以上硫铝酸盐水泥的熟料和特殊烧制的铝酸盐熟料原材料品质及煅烧要求高，国内只有少数几个厂家能够生产，不仅售价高，而且产品大部分主要销往国外，严重制约了高水充填材料在国内的推广应用。此外，现有的高水充填材料在失水后，重量减轻，表面大量泛碱，会影响表观及有可能造成环境污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的高水充填材料的甲组分的原材料为单一组分硫铝酸盐水泥熟料，导致对材料强度要求高，致使高水充填材料不能得到普遍应用。本发明所要解决的另一个技术问题是现有的高水充填材料失水后表面大量泛碱问题。为此，本发明提供了一种高水充填材料，包括甲组分，所述的甲组分包括下述组分
硫铝酸盐水泥熟料52. 4wt% 95wt%铝酸盐水泥熟料2. 7wt% 39wt%
缓凝剂0. 3wt% 2wt%第一悬浮剂1. 5wt% 8wt%。优选地，所述的高水充填材料还包括与所述甲组分配合使用的乙组分，所述的乙组分包括下述组分
硬石膏40wt% 80 wt % 石灰10wt% 30 wt % 复配添力口剂10wt% 36 wt %。进一步优选地，所述的甲组分包括下述组分
硫铝酸盐水泥熟料65wt% 90wt% 铝酸盐水泥熟料5wt% 30wt% 缓凝剂0. 5wt% 1. 5wt%第一悬浮剂2. 5wt% 6wt%;
所述的乙组分包括下述组分
硬石膏50wt% 70 wt % 石灰15wt% 25 wt % 复配添力口剂14wt% 30wt %。所述的硫铝酸盐水泥熟料的强度级别为42. 5 MPa-52. 5MPa,所述的铝酸盐水泥熟料的强度为42. 5 MPa-52. 5MPa，此处的强度级别是本领域的技术术语，是依据用于生产的水泥强度级别来定义的。所述的铝酸盐水泥熟料为比表面积为400-600m2/kg的粉末，所述的硫铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂为比表面积为600-800m2/kg的粉末。所述的缓凝剂为硼酸、硼砂、酒石酸、柠檬酸中的一种或其中几种的混合物。所述的第一悬浮剂为膨润土、凹凸棒土、海泡石、白炭黑、纤维素醚、淀粉醚中的一种或其中几种的混合物。所述的乙组分中的硬石膏、石灰和复配添加剂为比表面积为350_600m2/kg的粉末。复配添加剂包括下述组分复配添加剂包括下述组分
第二悬浮剂所述第二悬浮剂占乙组分的 12wt% 无机盐所述无机盐占乙组分的6 wt% M wt% 有机化合物所述有机化合物占乙组分的0 wt% 2 wt%0
所述的第二悬浮剂为膨润土、凹凸棒土、海泡石、白炭黑、纤维素醚、淀粉醚中的一种或其中几种的混合物；
所述的无机盐中的阴离子为N03-、N02-、S042—、C032—、F—、P03-、H0_、CF中的一种或其中几种的混合物，阳离子为Na+、Li+、Ca+、H+、NH4+中的一种或其中几种的混合物；
所述的有机化合物为三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇胺中的一种或其中几种的混合物。一种所述的高水充填材料的制备方法，包括下述步骤
将铝酸盐水泥熟料磨成比表面积为400 600 m2/kg的粉末，硫铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂磨成比表面积为600 800 m2/kg的粉末，再混合搅拌均勻制成甲组分；
将硬石膏、石灰和复配添加剂磨成比表面积为350 600 m2/kg的粉末，再混合搅拌均勻制成乙组分。一种所述的高水充填材料的应用，包括下述步骤
(1)向甲组分中加入水，制成甲组分单浆，所述水的重量为甲组分重量的2-2.4倍；
(2)向乙组分中加入水，制成乙组分单浆，所述水的重量为乙组分重量的2-2.4倍；
(3)将甲组分单浆和乙组分单浆按照重量份比为广1.2 1混合，固化即可。特别指出的是，本发明的甲组分不仅可以与本发明的乙组分配合使用，还可以与任意已有的乙组分配合使用。本发明的上述技术方案与现有技术相比具有以下优点
1、本发明的高水充填材料的甲组分是由于采用了硫铝酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂的组合物，使得硫铝酸盐水泥熟料和铝酸盐水泥熟料的强度级别仅为 42. 5MPa，大大降低了原材料的强度级别，显著降低了原材料的加工难度。2、本发明的发明人经过反复的试验发现，选用比表面积为600 800m2/kg的硫铝酸盐水泥熟料粉末与比表面积为400 600 m2/kg的铝酸盐水泥孰料粉末复配制备甲组份， 克服了通过单独使用硫铝酸盐水泥熟料或铝酸盐水泥孰料配置甲组份带来的后期强度不高的缺点。比表面积较大的硫铝酸盐水泥熟料提供较高的早期强度，后期强度较低，而比表面积较小的铝酸盐水泥熟料早期强度较低，后期水化反应生成钙矾石晶体，减小了水泥浆体的空隙率，提高了后期强度，因而将二者复配使得充填材料具有较高的早期和后期强度。 为了调控甲组分加水后形成的浆体的稳定性需要在甲组分中加入缓凝剂和悬浮剂。3、本发明的发明人在乙组份中加入具有早强、速凝、悬浮、分散、酸化作用的复配添加剂使得甲组分加水后形成稳定性的浆体，并调节了结构体的凝结时间，而且降低了结构体的碱性解决了高水充填材料失水后表面大量泛碱的问题。4、表2为对比例和本发明的高水充填材料的各项性能测试数据，从表2可以看出本发明的高水充填材料在使用观天后的抗压强度均高于6. 2Mpa，远远高于对比例的4. 5 Mpa，而且本发明的高水充填材料没有泛碱现象。利用本专利制备的高水充填材料具有原材料广泛、价格低廉、稳定性好、后期强度高、表面不泛碱的优点。
具体实施例方式下面通过实施例来说明本发明所述的复配的高水充填材料的制备方法，通过比较对比例和实施例的实验结果来说明本发明所解决的问题和优点。所述的实验条件和方法依照煤炭行业标准M420-1995《高水充填材料》的要求进行。对比例1-2和实施例1-5的实验中所用的硫铝酸盐水泥熟料和铝酸盐水泥熟料的强度级别皆为42. 5 MPa，实施例6_7的实验中所用的硫铝酸盐水泥熟料和铝酸盐水泥熟料的强度级别皆为52. 5 MPa0煤炭行业标准^420-1995《高水充填材料》的各项性能要求见表1。表1煤炭行业标准^420-1995《高水充填材料》的各项性能要求
权利要求
1.一种高水充填材料，包括甲组分，其特征在于， 所述的甲组分包括下述组分硫铝酸盐水泥熟料52. 4wt% 95wt% 铝酸盐水泥熟料2. 7wt% 39wt%缓凝剂0. 3wt% 2wt%第一悬浮剂1. 5wt% 8wt%。
2.根据权利要求1所述的高水充填材料，其特征在于还包括与所述甲组分配合使用的乙组分，所述的乙组分包括下述组分硬石膏40wt% 80 wt % 石灰10wt% 30 wt % 复配添力口剂10wt% 36 wt %。
3.根据权利要求2所述的高水充填材料，其特征在于， 所述的甲组分包括下述组分硫铝酸盐水泥熟料65wt% 90wt% 铝酸盐水泥熟料5wt% 30wt% 缓凝剂0. 5wt% 1. 5wt%第一悬浮剂2. 5wt% 6wt%;所述的乙组分包括下述组分硬石膏50wt% 70 wt % 石灰15wt% 25 wt % 复配添力口剂14wt% 30wt %。
4.根据权利要求1-3任一所述的高水充填材料，其特征在于，所述的铝酸盐水泥熟料为比表面积为400-600m2/kg的粉末，所述的硫铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂为比表面积为600-800m2/kg的粉末。
5.根据权利要求1-4任一所述的高水充填材料，其特征在于，所述的缓凝剂为硼酸、硼砂、酒石酸、柠檬酸中的一种或其中几种的混合物。
6.根据权利要求1-5任一所述的高水充填材料，其特征在于，所述的第一悬浮剂为膨润土、凹凸棒土、海泡石、白炭黑、纤维素醚、淀粉醚中的一种或其中几种的混合物。
7.根据权利要求2-6任一所述的高水充填材料，其特征在于，所述的乙组分中的硬石膏、石灰和复配添加剂为比表面积为350-600m2/kg的粉末。
8.根据权利要求2-7任一所述的高水充填材料，其特征在于， 复配添加剂包括下述组分第二悬浮剂所述第二悬浮剂占乙组分的 12wt% 无机盐所述无机盐占乙组分的6 wt% M wt% 有机化合物所述有机化合物占乙组分的0 wt% 2 wt%0
9.根据权利要求8所述的高水充填材料，其特征在于所述第二悬浮剂为膨润土、凹凸棒土、海泡石、白炭黑、纤维素醚、淀粉醚中的一种或其中几种的混合物；所述的无机盐中的阴离子为N03-、N02-、S042—、C032—、F—、P03-、H0_、CF中的一种或其中几种的混合物，阳离子为Na+、Li+、Ca+、H+、NH4+中的一种或其中几种的混合物；所述的有机化合物为三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇胺中的一种或其中几种的混合物。
10.一种权利要求2-9所述的高水充填材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤 将铝酸盐水泥熟料磨成比表面积为400 600 m2/kg的粉末，硫铝酸盐水泥熟料、缓凝剂和悬浮剂磨成比表面积为600 800 m2/kg的粉末，再混合搅拌均勻制成甲组分；将硬石膏、石灰和复配添加剂磨成比表面积为350 600 m2/kg的粉末，再混合搅拌均勻制成乙组分。
11. 一种权利要求2-9任一所述的高水充填材料的应用，其特征在于，包括下述步骤(1)向甲组分中加入水，制成甲组分单浆，水的重量为甲组分重量的2-2.4倍；(2)向乙组分中加入水，制成乙组分单浆，水的重量为乙组分重量的2-2.4倍；(3)将甲组分单浆和乙组分单浆按照重量份比为广1.2 1混合，固化即可。
全文摘要
本发明公开一种高水充填材料及其制备方法，所述高水充填材料包括甲组分和乙组分，其中所述的甲组分包括硫铝酸盐水泥熟料52.4wt%～95wt%、铝酸盐水泥熟料2.7wt%～39wt%、缓凝剂0.3wt%～2wt%、悬浮剂1.5wt%～8wt%；所述的乙组分包括下述组分硬石膏40wt%～80wt%、石灰10wt%～30wt%、复配添加剂10wt%～36wt%。本发明的高水充填材料具有原材料广泛、价格低廉、稳定性好、后期强度高、表面不泛碱的优点。
文档编号C04B28/36GK102173730SQ20111002386
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者丁全录, 佘海龙, 史安然, 张宇, 李建杰, 秘洁芳 申请人:煤炭科学研究总院