一种矿用充填材料及其制备方法和应用技术

本申请涉及矿用材料的技术领域，具体公开了一种矿用充填材料及其制备方法和应用。矿用充填材料，其包括以下重量份的原料：石膏80

【技术实现步骤摘要】
一种矿用充填材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及矿用材料
，尤其是涉及一种矿用充填材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]矿用充填材料是为了提高煤矿井下密闭和空洞充填的施工速度，提高生产效率而研发的，具有良好的隔气性和发泡性，广泛应用于煤矿和隧道的密闭、煤岩空洞和煤层裂隙的充填、防火墙的构筑、有毒有害气体的封堵和冒顶支护等区域。
[0003]目前所用煤矿岩体充填材料中，纯有机高分子材料即聚氨酯泡沫充填材料，虽然材料弹性好，粘结力强，密封性能好，但成本较高，抗压强度低，凝结时间较长，因此，急需研制一种凝结时间快、抗压强度高的矿用充填材料。

技术实现思路

[0004]为了提高矿用充填材料的抗压强度，本申请提供一种矿用充填材料及其制备方法和应用。
[0005]第一方面，本申请提供一种矿用充填材料，采用如下技术方案：一种矿用充填材料，其包括以下重量份的原料：石膏80
‑
120份、水泥8
‑
12份、高效超塑化剂0.02
‑
0.08份、膨胀剂0.03
‑
0.07份、缓凝剂0.01
‑
0.07份、粉煤灰6
‑
15份、电石渣6
‑
10份、复合物15
‑
45份，其中复合物为采用纳米二氧化硅和钠基蒙脱土复合而成。
[0006]通过采用上述技术方案，本申请的矿用充填材料，通过各原料之间的协同作用，不仅缩短了凝结时间，还提高了抗压强度，其中，凝结时间为10
‑
28min，1d抗压强度为4.7
‑
7.8MPa，3d抗压强度为6.3
‑
9.5MPa，7d抗压强度为9.5
‑
13.6MPa。
[0007]石膏为基础成分，高效超塑化剂能够起到良好的塑化效果；膨胀剂能够起到膨胀的作用；缓凝剂能够起到缓凝的作用。粉煤灰具有良好的火山灰活性，能够代替部分水泥，降低充填材料的成本，还能够提高充填材料的抗压强度。粉煤灰和电石渣之间具有协同作用，能够进一步提高充填材料的抗压强度。电石渣中具有氢氧化钙，能够提供环境碱性，为粉煤灰的激发提供较高的pH值；且电石渣中的氢氧化钙扩散到粉煤灰玻璃体的周围，能够使粉煤灰中的玻璃体被有效的破坏，释放出内部有活性的二氧化硅和氧化铝，钙离子在碱性环境下能与Si
‑
O键和Al
‑
O键结合，反应后生成的水化硅酸钙，水化硅酸钙具有孔隙率较小和溶解度较小的特点，会充填在石膏的缝隙中，从而进一步提高充填材料的抗压强度。
[0008]复合物为采用纳米二氧化硅和钠基蒙脱土复合而成，首先，钠基蒙脱土具有良好的膨胀型、热稳定性和较高的抗压强度，应用到矿用充填材料的原料中，能够提高充填材料的抗压强度。纳米二氧化硅具有较强的火山灰效应，能够促进水化作用的发展，且强度高。将纳米二氧化硅和钠基蒙脱土复合后，会提高钠基蒙脱土的自由膨胀率，不仅加快了凝结速度，缩短了凝结时间，还通过二者之间的协同作用，进一步提高了矿用充填材料的抗压强度。
[0009]作为优选：其包括以下重量份的原料：石膏90
‑
110份、水泥9
‑
11份、高效超塑化剂0.04
‑
0.06份、膨胀剂0.04
‑
0.06份、缓凝剂0.03
‑
0.05份、粉煤灰8
‑
10份、电石渣7
‑
9份、复合物20
‑
35份。
[0010]通过采用上述技术方案，对石膏、水泥、高效超塑化剂、膨胀剂、缓凝剂、粉煤灰、电石渣、复合物的掺量进行优化，便于各原料更好的发挥作用，便于提高充填材料的抗压强度。
[0011]作为优选：所述复合物采用以下方法制备：将钠基蒙脱土放入N,N
‑
二甲基甲酰胺中，超声分散，加入纳米二氧化硅，混合均匀，过滤，洗涤，烘干后得到复合物。
[0012]进一步的，所述复合物采用以下方法制备：将钠基蒙脱土放入N,N
‑
二甲基甲酰胺中，超声分散20
‑
30min，加入纳米二氧化硅，搅拌10
‑
20min，过滤，用无水乙醇洗涤3
‑
5次，烘干后得到复合物；其中，每1g钠基蒙脱土中N,N
‑
二甲基甲酰胺的添加量为6
‑
8mL。
[0013]通过采用上述技术方案，利用上述制备方法对复合物进行制备，便于复合物更好的发挥作用，有助于提高充填材料的抗压强度。
[0014]作为优选：所述钠基蒙脱土和纳米二氧化硅的重量配比为1：(0.2
‑
0.3)。
[0015]通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅表面的比表面能大，添加量过多，会导致产生自身团聚，影响纳米二氧化硅发挥作用，因此限制钠基蒙脱土和纳米二氧化硅的添加量在上述范围内，能够发挥更大的作用，有助于提高充填材料的抗压强度。
[0016]作为优选：所述纳米二氧化硅在使用之前采用以下方法对其进行预处理：将纳米二氧化硅放入乙醇溶液中，超声分散，加入硅烷偶联剂，混合均匀，过滤固体物，洗涤，烘干后得到预处理的纳米二氧化硅。
[0017]进一步的，所述纳米二氧化硅在使用之前采用以下方法对其进行预处理：将纳米二氧化硅放入乙醇溶液中，超声分散30
‑
40min，加入硅烷偶联剂，搅拌10
‑
20min，过滤固体物，用水洗涤3
‑
5次，烘干后得到预处理的纳米二氧化硅；其中，乙醇溶液的质量分数为20
‑
30％，每1g纳米二氧化硅中乙醇溶液的添加量为8
‑
12mL；纳米二氧化硅和硅烷偶联剂的重量配比为1：(0.4
‑
0.6)。
[0018]通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅的比表面能大，容易产生自身团聚，利用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行预处理，能够减少纳米二氧化硅表面的比表面能，能够增强纳米二氧化硅的分散性，便于纳米二氧化硅发挥作用，从而进一步提高充填材料的抗压强度。
[0019]作为优选：所述电石渣在使用之前采用以下方法进行预处理：将电石渣放入盐酸溶液中，混合均匀，进行陈化反应，取出固体物后，洗涤，烘干后得到预处理的电石渣。
[0020]进一步的，所述电石渣在使用之前采用以下方法进行预处理：将电石渣放入盐酸溶液中，搅拌10
‑
15min，进行陈化反应2
‑
4h，取出固体物，用氢氧化钠溶液洗涤3
‑
5次，烘干后得到预处理的电石渣；其中，盐酸溶液的质量分数为70
‑
90％，每1g电石渣中盐酸溶液的添加量为8
‑
12mL，氢氧化钠溶液的质量分数为70
‑
90％。
[0021]通过采用上述技术方案，对电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿用充填材料，其特征在于：其包括以下重量份的原料：石膏80
‑
120份、水泥8
‑
12份、高效超塑化剂0.02
‑
0.08份、膨胀剂0.03
‑
0.07份、缓凝剂0.01
‑
0.07份、粉煤灰6
‑
15份、电石渣6
‑
10份、复合物15
‑
45份，其中复合物为采用纳米二氧化硅和钠基蒙脱土复合而成。2.根据权利要求1所述的一种矿用充填材料，其特征在于：其包括以下重量份的原料：石膏90
‑
110份、水泥9
‑
11份、高效超塑化剂0.04
‑
0.06份、膨胀剂0.04
‑
0.06份、缓凝剂0.03
‑
0.05份、粉煤灰8
‑
10份、电石渣7
‑
9份、复合物20
‑
35份。3.根据权利要求1所述的一种矿用充填材料，其特征在于：所述复合物采用以下方法制备：将钠基蒙脱土放入N,N
‑
二甲基甲酰胺中，超声分散，加入纳米二氧化硅，混合均匀，过滤，洗涤，烘干后得到复合物。4.根据权利要求3所述的一种矿用充填...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁登峰，王亚林，丁威，杨书俊，
申请(专利权)人：山西四通晋业工程有限公司，
类型：发明
国别省市：