复合充填材料及其制备方法与流程

1.本技术属于混凝土技术领域，尤其涉及一种复合充填材料及其制备方法。


背景技术：

2.在提倡可持续发展，构建资源节约型、环境友好型社会的今天，矿产资源日趋枯竭，资源过度开发利用引发的安全、环境问题却日益突出，有色金属矿山如何在技术上更加有效地利用现有的尾矿资源实现环保、安全生产，显得尤为重要。
3.目前，我国相当一部分地下矿山都选择充填的方式对采矿过程中产生的尾矿进行处理和利用。早期的地下矿山，采矿方法以留矿法为主，后来改为分层充填法和大直径深孔vcr法。目前，充填是其采矿生产中必不可少的一个环节，采场充填后，充填体既对围岩提供整体支护，控制地压活动，又为采矿石提供工作面
4.利用尾矿充填采空区能够在一定程度上解决尾矿地表处置问题，但也面临两方面的难题：一方面采矿方法普遍使用大直径深孔和盘区机械化上向分层充填采矿法，这要求充填体有较高的抗压和抗剪强度；另一方面由于要提高有用矿物的回收率，将矿石进行了细磨，造成尾砂粒度极细，致使尾砂胶结强度不高。要使尾砂胶结充填体强度满足型无轨设备行走的要求，必须大量添加水泥，但水泥消耗量的增大必将使充填成本增加。对充填体质量要求稍低的空场法采场，对充填体的强度要求不高，但需要一定的韧性，这对充填材料提出了更高的要求，而常规全复合充填材料存在一些固有的缺陷，如脆性大、易于塑性干缩开裂、抗拉强度低、韧性差等，特别是高浓度全尾砂充填体脆性显著，塑性明显下降，另外，过高的水灰比将导致材料离析，井下溢流水增加、作业环境恶化，漏浆水泥损耗大等现象的发生。这些都是国内外尾砂胶结充填采矿法目前存在的通病，导致无法较好地应用尾砂骨料，同时也影响了填充效果。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种复合充填材料及其制备方法，旨在解决现有技术中复合充填材料脆性大、抗拉强度低，效果较差的问题。
6.为实现上述申请目的，本技术采用的技术方案如下：
7.第一方面，本技术提供一种复合充填材料，包括如下重量份数的组分：
[0008][0009]
第二方面，本技术提供一种复合充填材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]
根据所述的复合充填材料确定各组分原料；
[0011]
将骨料、胶凝材料、外加剂和水进行第一混合处理，得到第一混合料；
[0012]
将所述第一混合料进行打散处理后进行第二混合处理，得到混合料浆；
[0013]
将所述混合料浆进行定型，得到复合充填材料。
[0014]
本技术第一方面提供的复合充填材料，该材料以采矿过程中得到的骨料作为原料，并且协同加入胶凝材料和外加剂进行复配使用，通过添加胶凝材料，进一步提高了骨料之间的粘结性以及韧性，并且能够达到较好的阻裂效果；另一方面加入了外加剂，添加外加剂能够节约了胶凝材料的使用，并且提高韧性，提高强度和流动性，确保材料强度高，同时满足使用，适合广泛应用。
[0015]
本技术第二方面提供的复合充填材料的制备方法，该制备方法简单，只需要将各组分物质混合后进行定型处理，即可得到复合充填材料，无需要大型的仪器设备，制备过程快速方便，适用于广泛应用。
具体实施方式
[0016]
为了使本技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0017]
本技术中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b 的情况。其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0018]
本技术中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个) 或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b, 和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a
‑
b(即a和b),a
‑
c,b
‑
c,或 a
‑
b
‑
c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
[0019]
应理解，在本技术的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0020]
在本技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
[0021]
本技术实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本技术实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本技术实施例说明书公开的范围之内。具体地，本技术实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg 等化工领域公知的质量单位。
[0022]
术语“第一“、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本技术实施例范围的情况下，第一xx也可以被称为第二xx，类似地，第二xx也可以被称为第一xx。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0023]
本技术实施例第一方面提供一种复合充填材料，包括如下重量份数的组分：
[0024][0025]
本技术第一方面提供的复合充填材料，该材料以采矿过程中得到的骨料作为原料，并且协同加入胶凝材料和外加剂进行复配使用，通过添加胶凝材料，进一步提高了骨料之间的粘结性以及韧性，并且能够达到较好的阻裂效果；另一方面加入了外加剂，添加外加剂能够节约了胶凝材料的使用，并且提高韧性，提高强度和流动性，确保材料强度高，同时满足使用，适合广泛应用。
[0026]
具体的，复合充填材料包括520～660份骨料，添加骨料主要是作为复合充填材料的主要组分，能够确保得到的复合充填材料的具有一定的填充效果。
[0027]
在一些实施例中，骨料选自尾砂、井下废石、浸出渣、河砂、海砂、卵石中的至少一种。选择尾砂、井下废石、浸出渣作为骨料，一方面能够解决矿山的排污问题，使废料得到充分利用，另一方面成本低廉。选择河砂、海砂、卵石等自然材料作为骨料，能够较好地降低成本。
[0028]
在具体实施例中，骨料选自凡口矿生产的尾砂，其中，凡口矿尾砂中主要金属元素为fe、ca、al，重金属含量极少，主要非金属氧化物为sio2，其含量为27.10％；主要金属氧化物为al2o3、fe2o3、mgo、cao、k2o，其他金属氧化物含量较低，是一种比较好的惰性材料，且含有大量的cao和一定量的mgo 成分，与水混合后反应有利于充填材料形成较好的胶凝材料，提高各组分的粘结效果。
[0029]
在一些实施例中，骨料的平均粒径为39～40微米，控制骨料的平均粒径大小适中，能够确保得到的充填材料各组分混合均匀，同时确保形成的充填料填充性能较佳。若骨料的平均粒径过小，则易导致骨料流失，不利于充填材料的制备；若骨料的平均粒径过大，则在制备过程中无法确保充填材料各组分结合紧密，易出现缝隙，影响使用。在具体实施例中，复合充填材料中，骨料的平均粒径为39微米、39.1微米、39.2微米、39.3米、39.4微米、39.5微米、39.6 微米、39.7微米、39.8微米、39.9微米、40微米。
[0030]
进一步，在一些实施例中，骨料的中位粒径为25～25.5微米。控制骨料的中位粒径的分布适中，确保骨料的级配良好，使形成的复合充填材料密实程度较好，较紧致，更有利于使用。
[0031]
在具体实施例中，复合充填材料中，骨料选自凡口铅锌矿03全尾砂或凡口铅锌矿全粒级尾砂。
[0032]
具体的，复合充填材料包括75～190份胶凝材料，提供胶凝材料能够在水的作用下与骨料物质进行胶结，形成具有一定机械强度的固体物质，将颗粒状的骨料粘结成整体材料，通过添加胶凝材料，进一步提高了骨料之间的粘结性以及韧性，并且能够达到较好的阻裂效果。
[0033]
在一些实施例中，胶凝材料选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的至少一种。由于提供的三种水泥中分别含有水硬性组分，因此，提供水泥作为胶凝材料能够确保
其在水的作用下具有胶凝性能。在具体实施例中，胶凝材料选自凡口铅锌矿海螺水泥。
[0034]
在一些实施例中，控制胶凝材料和骨料的质量比(即灰砂比)为1：(3～8)。其中，灰砂比为1:3、1:4的填料浆可用于人工底部结构和假巷、浇面、首层充填体和拉平、分层，灰砂比为1:5、1:6、1:7、1:8的填料浆可用于矿房和间柱充填。
[0035]
具体的，复合充填材料包括1.4～15份外加剂，进一步加入了外加剂，添加外加剂能够节约了胶凝材料的使用，并且提高韧性，提高强度和流动性，确保材料强度高，同时满足使用，适合广泛应用。
[0036]
在一些实施例中，外加剂包括如下重量份数的组分：
[0037]
泵送剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2～11份；
[0038]
减水剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.4～2份。
[0039]
其中，泵送剂是根据泵送混凝土的施工工艺、气候条件和水泥品种等工程实际需要配制而成的一种复合型外加剂。泵送混凝土要求混凝土要有较大的流动性，并能长期保持这种性能，即扩散度损失小，粘性较好，混凝土不离析，不泌水。因此，提供的泵送剂为多种组分组成的复合产品。
[0040]
在一些实施例中，泵送剂包括如下重量份的组分：
[0041][0042]
通过协同减水组分、缓凝组分、润滑组分、引气组分和保水组分能够确保得到的泵送剂较好地协同填料浆地性质，提高流动性，同时保证得到的材料不离析，不泌水。
[0043]
泵送剂包括30～50份减水组分，为了增加填料浆的流动性，在一些实施例中，减水组分选自萘系减水剂、三聚氰胺减水剂、脂肪酸系减水剂中的至少一种。
[0044]
泵送剂包括10～20份缓凝组分，为了降低胶凝材料的胶凝速度，确保凝固更加均匀，在一些实施例中，缓凝组分选自羧基羧酸盐、糖类、多元醇中的至少一种。
[0045]
泵送剂包括5～15份润滑组分，确保得到的填料浆润滑效果较佳；在一些实施例中，润滑组分选自由聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素中的至少一种。
[0046]
泵送剂包括2～4份引气组分，在一些实施例中，引气组分选自引气剂、引气减水剂中的至少一种。
[0047]
泵送剂包括2～5份保水组分，在一些实施例中，保水组分选自聚乙烯醇、甲基纤维素、羟丙基纤维中的至少一种。
[0048]
进一步，减水剂是混凝土和砂浆中经常使用的化学添加剂中的一类，它能够使混凝土或砂浆在配合比不变的情况下扩散度或流动度显著增加，或者在胶凝材料用量及扩散度不变的情况下显著减少拌合用水量。加入减水剂能够显著提高混凝土或砂浆的强度及耐久性。
[0049]
在一些实施例中，减水剂选自聚羧酸系高效减水剂、萘磺酸盐类减水剂、氨基磺酸
盐类减水剂、脂肪族系减水剂、木质磺酸盐系减水剂中的至少一种。
[0050]
在具体实施例中，减水剂选自聚羧酸系高效减水剂，聚羧酸系高效减水剂是继木质磺酸盐系减水剂和萘系减水剂之后发展起来的第三代高性能减水剂，具有较好的控制用水量且能够显著提高混凝土的强度。
[0051]
具体的，复合充填材料，包括250～300份水，添加水能够控制整体物料的质量浓度，有利于控制复合充填材料的制备。在一些实施例中，控制整体充填料浆的质量浓度为70％～75％。
[0052]
本技术实施例第二方面提供一种复合充填材料的制备方法，包括如下步骤：
[0053]
s01.根据复合充填材料确定各组分原料；
[0054]
s02.将骨料、胶凝材料、外加剂和水进行第一混合处理，得到第一混合料；
[0055]
s03.将第一混合料进行打散处理后进行第二混合处理，得到混合料浆；
[0056]
s04.将混合料浆进行定型，得到复合充填材料。
[0057]
本技术第二方面提供的复合充填材料的制备方法，该制备方法简单，只需要将各组分物质混合后进行定型处理，即可得到复合充填材料，无需要大型的仪器设备，制备过程快速方便，适用于广泛应用。
[0058]
步骤s01中，复合充填材料的各组分的种类选择及添加量如上文所论述，为了节约篇幅，此处不再进行赘述。
[0059]
步骤s02中，将骨料、胶凝材料、外加剂和水进行第一混合处理，得到第一混合料。在一些实施例中，第一混合处理的步骤中，采用搅拌的方法进行第一混合处理，其中，搅拌的转速为2500～5000转/分钟，时间为3～5分钟，控制混合处理的转速和时间，确保各组分混合均匀且进行反应。
[0060]
步骤s03中，将第一混合料进行打散处理后进行第二混合处理，得到混合料浆。由于骨料与胶凝材料在混合过程中易结块，因此将第一混合料先进行打散处理再进行第二混合，能够确保混合得更加均匀。
[0061]
在一些实施例中，第二混合处理的步骤中，采用搅拌的方法进行第二混合处理，其中，搅拌的转速为1000～1200转/分钟，时间为2～3分钟。
[0062]
步骤s04中，根据需要提供相应的摸具，将混合料浆进行定型，得到复合充填材料。
[0063]
在一些实施例中，由于得到的复合充填材料是用于井下作业，因此为了确保材料更贴近井下环境，需要对材料进行养护处理。其中，养护处理的步骤为：在20～24℃、湿度为92％～93％的条件下进行养护20～24小时即可。
[0064]
下面结合具体实施例进行说明。
[0065]
实施例1
[0066]
复合充填材料及其制备方法
[0067]
复合充填材料，如表1所示，包括如下重量份数的组分：
[0068][0069]
复合充填材料的制备方法，包括如下步骤：
[0070]
根据实施例1的复合充填材料确定各组分原料；
[0071]
将骨料、胶凝材料、外加剂和水进行第一混合处理，第一混合处理的步骤中，采用搅拌的方法进行第一混合处理，其中，搅拌的转速为2500～5000转/ 分钟，时间为3～5分钟，得到第一混合料；
[0072]
将第一混合料进行打散处理后进行第二混合处理，第二混合处理的步骤中，采用搅拌的方法进行第二混合处理，其中，搅拌的转速为1000～1200转/分钟，时间为2～3分钟，得到混合料浆；
[0073]
将混合料浆进行定型，得到复合充填材料。
[0074]
实施例2～实施例51
[0075]
实施例2～实施例51提供的复合充填材料的各组分的添加量如表1所示，制备方法与实施例1提供的制备方法一致，制备得到复合充填材料。
[0076]
表1
[0077]
[0078][0079]
性质测试
[0080]
将实施例1～实施例51提供的复合充填材料进行扩散度和抗压强度的测定。
[0081]
扩散度的测试方法为：采用小型扩散筒在一块标有刻度的玻璃板上进行，玻璃板表面光滑平整，其扩散筒为圆柱形桶，上、下口内径为8cm，高度为8cm。试验步骤：首先用抹布把扩散筒内壁及边缘擦拭干净，并将其放在水平、洁净的玻璃板上，将配比好的充填料浆从扩散筒上口倒入，用钢尺将上口刮平后，迅速将扩散筒垂直提起，充填料浆将在玻璃板上扩散成一个圆，通过测定二个垂直方向的圆直径，其平均值即为该料浆的扩散度。
[0082]
抗压强度的测定方法为：试验采用无锡建仪仪器机械有限公司生产的 tye
‑
300d型水泥胶砂抗折试验机进行。试验中应保证试件上表面与压力传感器下表面平行，对于抗压强度较高的试件，仪器会自动停止加压，对于抗压强度较低的试件，需要手动停止加压。每组试样三块，取最终的平均值为检测结果。
[0083]
结果分析
[0084]
将实施例1～实施例51提供的复合充填材料进行扩散度和抗压强度的测定，结果分析如表2所示，通过测定，实施例1～实施例51提供的复合充填材料的扩散度均达到240mm以上；抗压强度根据不同的骨料和胶凝材料的比例(即灰砂比)分别测定第3天、第7天、第28天的抗压强度，第28天的复合充填材料的抗压强度为3.7mpa～12mpa，强度较高，能够较好应用于矿房采场充填体。制备得到的复合充填材料，以采矿过程中得到的骨料作为原料，并且协同加入胶凝材料和外加剂进行复配使用，通过添加胶凝材料，进一步提高了骨料之间的粘结性以及韧性，并且能够达到较好的阻裂效果；另一方面加入了外加剂，添加外加剂能够节约了胶凝材料的使用，并且提高韧性，提高强度和流动性，确保材料强度高，同时满足使用，适合广泛应用。
[0085]
表2
[0086]
[0087]
[0088][0089]
以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。