一种风积沙发泡材料及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及坑道填充材料领域，具体涉及风积沙发泡材料及制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前中国每年煤炭消耗超过35亿吨，超过世界总量的一半以上。为了满足巨大煤 炭需求，每年需要开凿数万千米的井巷和剥落数亿吨的山体；历经多年的连续开采，留下了 大量的地下井巷，地下矿坑。这些地下矿坑如果不及时处理，将导致地表大面积沉降和山体 滑落，破坏自然环境，危机工农业生产和人民的生命安全。根据统计，全国因采矿引起的坍 塌180处以上，发生采矿区坍塌的城市超过40个，每年造成的经济损失数已百亿计。因此， 解决矿坑采空区地表沉陷问题势在必行。
[0003] 采空区回填是根治地表沉陷及采动损害的最直接和有效的方法，但同时也是一项 世界性的难题。长期以来，国内外主要采用的技术包括干式充填、水砂充填以及胶结充填三 种方法。胶结充填采矿法以碎石、河砂或尾砂等为骨料，与水泥或石灰类胶结材料经拌合形 成浆体，再以管道栗输送或重力自流方式送到充填区的采矿方法。与水砂充填相比，胶结充 填的材料胶结后强度大，可用于埋藏深、地压大、围岩不稳固的中厚以上矿体，使用胶结充 填已成为采空区回填的必然趋势。
[0004] 传统水泥胶结混凝土充填材料使用娃酸盐水泥，用量为150~300kg/m3,水灰比约 1. 2~1. 3, 28d混凝土抗压强度I. 0~20.0 MPa，水泥在胶结充填成本中占30~60%。因 此降低水泥用量及成本，是寻找适用于矿山新型充填材料的有效途径。发泡材料利用发泡 机将发泡剂溶液预先发泡，然后将气泡加入到胶结料浆中搅拌均匀而成。通过调节发泡倍 数以及改变水灰比来调节发泡材料的抗压强度；而且在发泡材料的制备过程中可以掺入废 渣、废砂，满足环境保护的需要。
[0005] 我国榆林西北部风沙区几乎全部为松散的风积沙覆盖，厚度0-60m，地面几乎寸 草不生，而且每年由于大风的裹携，有大量的风积沙沉积下，严重地阻碍了当地的工农业生 产。风积沙的粒径为〇. 25-0. 1_，不均匀系数为1. 2-2. 0,曲率系数为0. 9-1. 3,属于不良级 配，在普通混凝土中很难使用。充分利用这些风积沙，研发风积沙发泡材料，用其来回填当 地数量众多且存在潜在坍塌危险的煤矿采矿区，变废为宝，将产生巨大的社会、经济和环境 效益。
【发明内容】
[0006] 发明目的：本发明的目的在于提供一种风积沙发泡材料及制备方法，作为矿坑回 填使用。一方面可以充分利用当地大量的风积砂废料，另一方面可以解决采矿区坍塌的危 险，保证采矿行业的安全生产。
[0007] 技术方案：本发明针对目前水泥或石灰基填充材料存在成本高、大量泌水、上下部 分均一性差的缺陷，通过使用大量的风积砂取代大部分水泥或石灰胶凝材料，利用发泡技 术在填充材料内部生成大量的封闭气泡（气泡总体积25%以上），大幅度减少价格高昂的 胶凝材料用量，同时抑制传统填充材料容易产生的离析泌水和均一性差的问题。
[0008] 其组分及配比（质量百分比）为：
[0009] 水泥： 7.0~19.8 % 石灰 0.3~5.6 % 风积砂 12.8~57.9 % 铝硅质废渣 7J-43.7% 早强剂 0.1~0.6 % 发泡剂 0.1U% 水 R5 ~29.2 %、.
[0010] 其中：
[0011] 所述水泥为32. 5或42. 5普通娃酸盐水泥。
[0012] 所述石灰是未经过熟化的生石灰或熟化后的消石灰。
[0013] 所述的风积砂为大风裹携的细砂，粒径为0. 25-0. 1_，不均匀系数为1. 2-2. 0,曲 率系数为0.9-1. 3。
[0014] 所述的铝硅质废渣为粉煤灰、矿渣粉、炉渣、磨细煤矸石粉或矿山尾砂。
[0015] 所述的早强剂选自铝酸钠、硫酸钠或硅酸钠中的一种。
[0016] 所述的发泡剂选自蛋白类发泡剂、合成类发泡剂或复合发泡剂中的一种。
[0017] 按配方比例称取所需的水泥、石灰和风积砂和铝硅质废渣，干搅至均匀混合；然后 按配方比例水缓慢加入到混合粉料中，搅拌2到3分钟，混合均匀后即得到所述的风积砂发 泡材料。
[0018] 有益效果：与国内外同类技术相比，该项成果具有以下特色：
[0019] (1)风积砂发泡材料可以消纳当地丰富的风积砂废渣和粉煤灰、矿渣粉、炉渣、磨 细煤矸石粉、矿山尾砂等工业废渣，变废为宝，化污染源为可用资源，环保效益显著，成本低 廉。（2)大量封闭气泡引入，一方面可以大幅度减少价格高昂的水泥的使用；另一方面，气 泡的滚珠效应还可使得风积砂浆体具有良好的流动性，同时还可抑制传统填充材料容易产 生的离析泌水和均一性差的问题。（3)制备过程简单，能耗低、设备投资小，操作方便。综合 运用上述技术制备的风积沙发泡材料，国内外尚无此类产品。
[0020] 综上所述，由于本发明具有的上述有益效果，施工性能好，早期强度发展快，且不 易离析泌水，组成均一性保持良好，同时还可以消纳大量的风积砂废料，且施工时操作简 单，品质易于控制，便于大规模推广应用。
【具体实施方式】
[0021] 实施例1 :
[0022] 水泥 15.1 % 石灰 （U% 风积砂 12,8% 铝硅质废渣 38.2% 早强剂 0.2% 发泡剂 〇% 水 2().2'? "
[0023] 按配方比例称取所需的水泥、石灰和风积砂和铝硅质废渣，干搅至均匀混合；然后 按配方比例水缓慢加入到混合粉料中，搅拌2到3分钟，混合均匀成型试样。测得其基本性 能如下：①初始流动=度220mm ;②Ih泌水率=3. 5% ;③湿密度=1400kg/m3;④3d抗压 强度=I. 73MPa，4d抗压强度=2. 35MPa，7d抗压强度=7. 8Mpa。
[0024] 实施例2 :
[0025] 水泥 19.8% 石灰 0.7%
[0026] 风积砂 13.2% 铝硅质废渣 39.6% 早强剂 0.3% 发泡剂 0.1% 水 26.3%
[0027] 按配方比例称取所需的水泥、石灰和风积砂和铝硅质废渣，干搅至均匀混合；然后 按配方比例水缓慢加入到混合粉料中，搅拌2到3分钟，混合均匀成型试样。
[0028] 测得其基本性能如下：①初始流动=度215mm ;②Ih泌水率=2. 8% ;③湿密度= 1560kg/m3;④ 3d 抗压强度=2. 13MPa, 7d 抗压强度=8. 2Mpa。
[0029] 实施例3 :
[0030] 水泥 14,5% 石灰 0>7% 风积砂 57.9% 铝硅质废渣 7.2% 早强剂 0.1% 发泡剂 0.1% 水 19.5%〇
[0031] 按配方比例称取所需的水泥、石灰和风积砂和铝硅质废渣，干搅至均匀混合；然后 按配方比例水缓慢加入到混合粉料中，搅拌2到3分钟，混合均匀成型试样。
[0032] 测得其基本性能如下：①初始流动=度250mm ;②Ih泌水率=6. 5% ;③湿密度= 1280kg/m3;④ 3d 抗压强度=0· 54MPa，7d 抗压强度=3. 5Mpa。
[0033] 实施例4 :
[0034] 水泥 13.3% 石灰 3.3% 风积砂 16.6% 铝硅质废渣 39.9% 早强剂 0.2% 发泡剂 0.1%
[0035] 水 26.6%
[0036] 按配方比例称取所需的水泥、石灰和风积砂和铝硅质废渣，干搅至均匀混合；然后 按配方比例水缓慢加入到混合粉料中，搅拌2到3分钟，混合均匀成型试样。
[0037] 测得其基本性能如下：①初始流动=度180mm ;②Ih泌水率=4. 6% ;③湿密度= 1500kg/m3;④ 3d 抗压强度=I. 8MPa, 7d 抗压强度=4. 5Mpa。
[0038] 实施例5 :
[0039] 水泥 7.0% 石灰 5.6% 风积砂 14.1% 铝硅质废渣 43.7% 早强剂 0.6% 发泡剂 0.1% 氷 28 9%
[0040] 按配方比例称取所需的水泥、石灰和风积砂和铝硅质废渣，干搅至均匀混合；然后 按配方比例水缓慢加入到混合粉料中，搅拌2到3分钟，混合均匀成型试样。
[0041] 测得其基本性能如下：①初始流动=度230mm ;②Ih泌水率=6. 5% ;③湿密度= 1450kg/m3;④ 3d 抗压强度=I. 2MPa, 7d 抗压强度=3. 2Mpa。
【主权项】
1. 一种风积沙发泡材料，其特征在于该风积沙发泡材料各组分的质量百分比为：2. 根据权利要求1所述的风积沙发泡材料，其特征在于，所述水泥为32. 5或42. 5普通 硅酸盐水泥。3. 根据权利要求1所述的风积沙发泡材料，其特征在于，所述石灰是未经过熟化的生 石灰或熟化后的消石灰。4. 根据权利要求1所述的风积沙发泡材料浆，其特征在于，所述的风积砂为大风裹携 的细砂，粒径为0. 25-0. 1mm，不均匀系数为1. 2-2. 0,曲率系数为0. 9-1. 3。5. 根据权利要求1所述的风积沙发泡材料浆，其特征在于，所述的铝硅质废渣为粉煤 灰、矿渣粉、炉渣、磨细煤矸石粉或矿山尾砂。6. 根据权利要求1所述的风积沙发泡材料浆，其特征在于，所述的早强剂选自铝酸钠、 硫酸钠或硅酸钠中的一种。7. 根据权利要求1所述的风积沙发泡材料浆，其特征在于，所述的发泡剂选自蛋白类 发泡剂、合成类发泡剂或复合发泡剂中的一种。8. -种如权利要求1所述的风积沙发泡材料的制备方法，其特征在于：首先按配方比 例称取所需的水泥、石灰和风积砂和铝硅质废渣，干搅至均匀混合；然后按配方比例水缓慢 加入到混合粉料中，搅拌2到3分钟，混合均匀后即得到所述的风积砂发泡材料。
【专利摘要】本发明属于坑道填充材料领域，涉及一种风积沙发泡材料及制备方法。该风积砂发泡材料各组分的质量分数如下：水泥：47.0～19.8％、石灰：0.3～5.6％、风积砂：12.8～57.9％、铝硅质废渣：7.2～43.7％、早强剂：0.1～0.6％、发泡剂：0.1～0.2％、水：19.5～29.2％。本发明所述的风积沙发泡材料，施工性能好，可以实现自流平，早期强度发展快，且不易离析泌水，组成均一性保持良好，同时还可以消纳大量的风积砂废料，在坑道填充领域应用开发前景十分广阔。
【IPC分类】C04B28/04, C04B14/06, C04B38/02
【公开号】CN105218023
【申请号】CN201510619032
【发明人】张云升, 佘伟, 蒋金洋, 李司晨, 张国荣
【申请人】东南大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月24日