一种粉煤灰碱激发充填材料及其制备方法
【技术领域】：
[0001] 本发明设及一种充填材料及其制备方法。 技术背景：
[0002] 近年来，我国一直处于高耗能、高污染的阶段，国家为了节能减排，降低污染，提出 了一系列政策方针。在电力、钢铁、炼侣、煤炭、有色金属矿开采等行业产生过剩的同时，产 生了大量的固体废弃物，而该些固体废弃物，如钢渣、铺渣、磯渣、铜渣、铅锋渣、赤泥、煤杆 石、电厂燃煤炉渣、娃质尾矿砂、贵贴纸尾矿砂、侣质尾矿砂或硫质尾矿砂等，又亟待大宗利 用，综合治理，降低环境污染。
[0003] 目前，国内外对于该些固废可W大宗利用的领域，一方面集中于水泥、混凝上等建 材行业，另一方面集中于地下的充填、开采。充填材料在北美又称为可控低强度材料，在北 美使用较为普及，其最高强度具有一定限制。美国混凝±协会规定该种材料28天的抗压强 度应在8. 3MPaW下。如施工后预计进行再开挖，为适应使用要求，有关"流化±理±利用技 术手册"则规定为0. 5~1.OMPa。
[0004] 近十几年，充填材料开始在国内新兴，出现了一批相关技术发明，如发明专利 200810171974.0,201110023865. 6,201110405857. 8,201210081059. 9,201210517862. 2, 201210557658.3, 201210557761. 8, 201310284360. 4, 201310306381.1，201310347147.3, 20 1310480909. 7, 201410035688. 7, 201410234488. 4等，该些专利基本都是W水泥为主要胶凝 材料，辅助渗加一些粉煤灰和其他砂类细骨料，W及一些辅助添加剂，实现整个体系良好的 和易性、流动性、凝结效果和强度指标。有部分专利还使用到特种水泥，使用量较大，不利于 节能减排、综合利废。本发明中采用粉煤灰为主体胶凝材料，磨细矿渣做辅助胶凝材料，其 他工业固体废弃物作为细骨料，通过碱激发的方式激发胶凝材料活性，再添加部分重金属 离子固化剂、促凝剂、早强剂等，实现低强度充填材料的可控制备。利废、成本低、环保节能， 对矿井节能、环保、利废、低成本充填具有广泛深刻的意义。
【发明内容】
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[0005] 为了提高固体废弃物在矿井充填材料生产中的渗量，本发明提供了一种制备工艺 简单，性能稳定的新型粉煤灰碱激发充填材料及其制备方法。
[0006] 本发明是通过W下技术方案实现的：
[0007] 本发明的充填材料的原料，主要原料包括胶凝材料、细骨料、激发剂、重金属离子 固化剂、促凝剂和水，所述的充填材料由W下原料制成：
[000引胶凝材料；占原材料总质量的20~40wt. %，粉煤灰和磨细矿渣的质量比例在 1:1~4:1之间；
[0009] 细骨料：占原材料总质量的20~40wt. % ;
[0010] 碱性激发剂：占原材料总质量的10~25wt. %，激发剂中包括钢（钟）水玻璃、 化0H/K0H、水。激发剂的模数在1. 0~2. 0,质量浓度在15~40wt. % ;
[0011] 重金属离子固化剂；占原材料总质量的0. 1~5wt. % ;
[0012] 促凝剂：占原材料总质量的0. 01~0. 5wt. % ;剩余质量为水。
[0013] 本发明的上述充填材料的制备方法，包括步骤：
[0014] 1)将胶凝材料、细骨料、重金属离子固化剂、促凝剂与水混合揽拌10~30min;
[0015] 2)化OH/KOH溶于钢（钟）水玻璃中配置成碱性激发剂，陈化24~4她；
[0016] 3)将碱性激发剂与固体粉料混合，再加入部分水，揽拌1~lOmin，使浆料的初始 流动度在150~250cm之间，和易性良好，1小时流动度保持为初始流动度的50%W上；
[0017] 4)充填材料的初凝时间为2~化，终凝时间为4~她；28天抗压强度在l-5MPa， 干密度在1000~1500kg/m3。
[001引本发明制备工艺简单，性能优良、稳定，成本较低。
[0019] 具体实施方法：
[0020] 按本发明的充填材料的实施例配方中各物料质量百分数进行配料（见表1)及上 述制备工艺制备充填，并将新鲜浆料注入40mmX40mmX160mm模具成型，脱模后继续在标 准养护箱养护至28天，（养护箱温度保持在20°C左右，控制相对湿度大于90% )，制得充填 材料试块。
[0021] 按照《混凝±外加剂均质性实验方法》GB/T8077-2012、《水泥胶砂强度检验方法》 GB/T17671-1999及《轻骨料混凝±技术规范》JG/J51-2002中规定的充填材料的流动度、28 天抗压强度及干容重进行测试，平均测试3组样取平均值，得到表2 ;
[0022] 表1本发明泡沫膏体充填材料实施例配方组成（wt. % )
[0023]
【主权项】
1. 一种充填材料，由胶凝材料、细骨料、激发剂、重金属离子固化剂、促凝剂和水组成组 成。
2. 根据权利要求1所述的充填材料，所述的胶凝材料是粉煤灰和磨细矿渣的混合物； 所述的细骨料为钢渣、锰渣、磷渣、铜渣、铅锌渣、赤泥、煤矸石、电厂燃煤炉渣、硅质尾矿砂、 铝质尾矿砂或硫质尾矿砂的一种或多种混合；所述的碱性激发剂包括钠（钾）水玻璃和 NaOH/KOH ;所述的重金属离子固化剂是硫化钠；所述的促凝剂也具有早强功能，是氯化钠、 硫酸钠、碳酸钠、偏铝酸钠、氯化钙、硬脂酸钙的一种或多种。
3. 根据权利要求2所述的充填材料，包括以下质量配比的原料： 胶凝材料：占原材料总质量的20~40wt. %，粉煤灰和磨细矿渣的质量比例在1:1~ 4:1之间； 细骨料：占原材料总质量的20~40wt. % ; 碱性激发剂：占原材料总质量的10~25wt. %，激发剂中包括钠（钾）水玻璃、NaOH/ Κ0Η、水。激发剂的模数在I. 0~2. 0,质量浓度在15~40wt. % ; 重金属离子固化剂：占原材料总质量的〇. 1~5wt. % ; 促凝剂：占原材料总质量的〇. 01~〇. 5wt. % ;剩余质量为水。
4. 根据权利要求2所述的充填材料， 粉煤灰可以是原灰或分选灰，SiO2质量含量彡50wt. %，Al 203质量含量彡20wt. % ; 磨细矿渣和细骨料的粒径为Ιμπι彡D5tlS 100 μπι，颗粒细度0.080mm筛筛余彡5~ 25%，含碳量< 5%，烧失量< 10% ; 玻化微珠为膨胀珍珠岩或碱石灰硼硅酸盐玻璃材料，粒径在15~100 μ m，导热系数为 0. 01-0. 05W/m · K，吸水率小于50%，熔融温度大于800°C。 激发剂中包括钠（钾）水玻璃、NaOH/KOH、水。激发剂的模数在I. 0~2. 0,质量浓度 在 15 ~40wt. % ; 重金属离子固化剂和促凝剂都是工业级化工试剂，纯度在90%以上。
【专利摘要】本发明公开了一种粉煤灰碱激发充填材料及其制备方法，该充填材料由胶凝材料、细骨料、碱性激发剂、重金属离子固化剂、促凝剂和水组成。其质量配比为：胶凝材料:细骨料:激发剂:重金属离子固化剂:促凝剂:水＝20～40:20～40:10～25:0.1～5:0.01～0.5:10～25,其中胶凝材料是粉煤灰和磨细矿渣的混合物，细骨料为钢渣、锰渣、磷渣、铜渣、铅锌渣、赤泥、煤矸石、电厂燃煤炉渣、硅质尾矿砂、铝质尾矿砂或硫质尾矿砂的一种或多种混合，激发剂中包括钠(钾)水玻璃和NaOH/KOH的混合物。本发明不使用水泥作为胶凝材料，充分利用粉煤灰、煤矸石、各类尾矿砂等工业固体废弃物，变废为宝，减少固废污染，改善生态环境。
【IPC分类】C04B28-08
【公开号】CN104829200
【申请号】CN201510181543
【发明人】刘泽, 王春雪, 张媛, 邵宁宁
【申请人】中国矿业大学(北京)
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月16日