一种无机固化粉煤灰充填材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种无机固化粉煤灰充填材料及其制备方法，该填充材料包括以下重量份的组分：粉煤灰100～500份、硫铝酸盐水泥5～8份、活性激发剂3～5份、缓凝剂0.2～0.7份、减水剂0.3～0.8份；其中，粉煤灰用量是硫铝酸盐水泥、活性激发剂、缓凝剂、减水剂的总质量的10～50倍。将各个组分按配比称量后放入混凝土搅拌机中，加水搅拌均匀，水灰比为(1～1.5)：(0.6～1)，搅拌5～10min至充分均匀形成混合浆体，即可。本发明的充填材料以粉煤灰为主，有效降低了充填材料的成本，同时也使得粉煤灰得到充分利用，变废为宝，得到的充填材料随混合浆体流动能均匀充填各类地下空洞和空隙，能迅速具有一定强度，而且沉缩率小，操作工艺简单、安全。

权利要求

1.一种无机固化粉煤灰充填材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将粉煤灰

240份、硫铝酸盐水泥6份、活性激发剂5份、缓凝剂0.7份、减水剂0.3份按配比称量后放入混凝土搅拌机中，加水搅拌均匀，水灰比为（1～1.5）：（0.6～1），搅拌5～10min至充分均匀形成混合浆体，得到液态粉煤灰基充填材料；其中，所述缓凝剂包括柠檬酸、苹果酸、酒石酸、水杨酸中一种或几种；所述的减水剂为聚羧酸系减水剂或萘系减水剂，减水率为10～20%。

2.根据权利要求1所述的无机固化粉煤灰充填材料的制备方法，其特征在于，搅拌用水的水温不低于20℃。

说明书

一种无机固化粉煤灰充填材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于矿业工程和土木工程技术领域，涉及一种充填材料，具体涉及一种无机固化粉煤灰充填材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着煤矿开采量和开采范围的增加，采空区及地下空洞等对地表建筑物及桥梁道路的安全生产极大的威胁。目前，我国采用的措施是对采空区和地下空洞进行注浆加固，注浆多采用硅酸盐水泥作为原料，加水调制成水泥浆，进行注浆充填加固，但水泥注浆成本较高。

[0003] 粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废弃物。我国是以煤炭为主要能源的国家，每年燃煤电厂排出的粉煤灰在2亿吨以上，粉煤灰的利用率在60％左右，粉煤灰的堆放给生态环境带来一定的影响。研究粉煤灰的综合利用，将其变废为宝，将产生巨大的经济效益和社会效益。

[0004] 现有的粉煤灰的用途之一是将其应用于水泥行业中。粉煤灰可与水泥水化后的Ca(OH)2发生火山灰反应，生成C-S-H等胶凝性物质，但反应速度较慢，从而导致掺粉煤灰体系早期强度降低明显。提高粉煤灰在水泥中的掺量，同时满足强度要求，将会解决充填材料中水泥费用居高不下的难题，具有良好的经济效益。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种无机固化粉煤灰充填材料，不采用硅酸盐水泥，能充分利用粉煤灰，大大降低成本。

[0006] 本发明的另一目的是提供上述无机固化粉煤灰充填材料的制备方法。

[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0008] 一种无机固化粉煤灰充填材料，包括以下重量份的组分：粉煤灰100～500份、硫铝酸盐水泥5～8份、活性激发剂3～5份、缓凝剂0.2～0.7份、减水剂0.3～0.8份；其中，粉煤灰用量是硫铝酸盐水泥、活性激发剂、缓凝剂、减水剂的总质量的10～50倍。

[0009] 优选的，所述的无机固化粉煤灰充填材料，包括以下重量份的组分：粉煤灰240份、硫铝酸盐水泥6份、活性激发剂5份、缓凝剂0.7份、减水剂0.3份；其中，粉煤灰用量是硫铝酸盐水泥、活性激发剂、缓凝剂、减水剂的总质量的20倍。

[0010] 优选的，所述的减水剂为聚羧酸系减水剂或萘系减水剂，减水率为10～20％。

[0011] 优选的，所述缓凝剂包括柠檬酸、苹果酸、酒石酸、水杨酸中一种或几种。

[0012] 本发明还提供上述无机固化粉煤灰充填材料的制备方法，包括以下步骤：将粉煤灰、硫铝酸盐水泥、活性激发剂、缓凝剂、减水剂按配比称量后放入混凝土搅拌机中，加水搅拌均匀，水灰比为(1～1.5)：(0.6～1)，搅拌5～10min至充分均匀形成混合浆体，得到液态粉煤灰基充填材料。

[0013] 优选的，搅拌用水的水温不低于20℃。

[0014] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0015] 1、本发明的充填材料大掺量使用粉煤灰，有效解决了燃煤电厂在生产过程中产生的大量粉煤灰，可有效降低粉煤灰大量堆存对环境造成的影响及粉煤灰中有毒重金属对土壤的破坏，节约土地资源，同时有效降低了充填材料的成本，实现废弃物大规模资源化利用，变废为宝。

[0016] 2、本发明通过加入活性激发剂激发粉煤灰的活性，提高了结石体的强度，通过添加减水剂，改善了浆液的流动性能。

[0017] 3、本发明的液态充填材料随混合浆体流动能均匀充填各类地下空洞和空隙，用极少的无机固化剂，使大量的粉煤灰和水成为结石率为100％的固体，并具有一定强度，而且沉缩率小，操作工艺简单、安全、成本低。

具体实施方式

[0018] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0019] 实施例1

[0020] 一种无机固化粉煤灰充填材料，包括以下重量份的组分：粉煤灰100份、硫铝酸盐水泥5份、活性激发剂4份、缓凝剂柠檬酸0.7份、聚羧酸减水剂(减水率为10～20％)0.3份；其中，粉煤灰用量是硫铝酸盐水泥、活性激发剂、缓凝剂、聚羧酸减水剂的总质量的10倍。

[0021] 将粉煤灰、硫铝酸盐水泥、活性激发剂、缓凝剂、减水剂按上述配比称量后放入混凝土搅拌机中，加水后搅拌均匀，水灰比为1.5：1，搅拌5～10min至充分均匀形成混合浆体，得到液态粉煤灰基充填材料。

[0022] 实施例2

[0023] 一种无机固化粉煤灰充填材料，包括以下重量份的组分：粉煤灰240份、硫铝酸盐水泥6份、活性激发剂5份、缓凝剂柠檬酸0.7份、聚羧酸减水剂(减水率为10～20％)0.3份；其中，粉煤灰用量是硫铝酸盐水泥、活性激发剂、缓凝剂、聚羧酸减水剂的总质量的20倍。

[0024] 其制备步骤同实施例1，不同的是水灰比为1.1：1。

[0025] 实施例3

[0026] 一种无机固化粉煤灰充填材料，包括以下重量份的组分：粉煤灰360份、硫铝酸盐水泥8份、活性激发剂3份、缓凝剂水杨酸0.5份、聚羧酸减水剂(减水率为10～20％)0.5份；其中，粉煤灰用量是硫铝酸盐水泥、活性激发剂、缓凝剂、聚羧酸减水剂的总质量的30倍。

[0027] 其制备步骤同实施例1，不同的是水灰比为1：1。

[0028] 实施例4

[0029] 一种无机固化粉煤灰充填材料，包括以下重量份的组分：粉煤灰440份、硫铝酸盐水泥6份、活性激发剂3.8份、缓凝剂苹果酸0.6份、萘系减水剂(减水率为10～20％)0.6份；其中，粉煤灰用量是硫铝酸盐水泥、活性激发剂、缓凝剂、萘系减水剂的总质量的40倍。

[0030] 其制备步骤同实施例1，不同的是水灰比为1：0.9。

[0031] 实施例5

[0032] 一种无机固化粉煤灰充填材料，包括以下重量份的组分：粉煤灰500份、硫铝酸盐水泥5份、活性激发剂4份、缓凝剂酒石酸0.2份、萘系减水剂(减水率为10～20％)0.8份；其中，粉煤灰用量是硫铝酸盐水泥、活性激发剂、缓凝剂、萘系减水剂的总质量的50倍。

[0033] 其制备步骤同实施例1，不同的是水灰比为1：0.6。

[0034] 按照标准对上述实施例1～5得到的固态粉煤灰基充填材料进行性能检测，相关性能指标检验结果见表1。

[0035] 流动度的测试方法：采用上圆为70mm，下圆为100mm，高60mm的截面锥筒进行浆液流动度试验。锥筒置于润湿的平滑玻璃板上，将新拌浆液装满锥筒后，迅速垂直提起锥筒，测量10s后浆液不同垂直方向的摊开宽度即为流动度。

[0036] 凝结时间测试方法：采用倒杯法测定浆液的凝结时间，将一定质量的新拌浆液置于烧杯中，用两个烧杯重复交替进行倒杯，直至浆液在烧杯内倾斜45°不能流动为止，所用时间即为凝结时间。

[0037] 抗压强度测试：将充填材料分别在空气中及水下制成70.7×70.7×70.7mm的立方体模，并在标准养护箱中养护至规定龄期测试试件的抗压强度(混凝土抗压强度测试标准)。

[0038] 表1各实施例性能指标检验强度结果

[0039]

[0040] 由表1可以看出，采用不同配比的无机粉煤灰固化材料，可以通过调节不同的水灰比，得到性能基本相同的固化粉煤灰充填材料。