[发明专利]一种风积沙发泡材料及制备方法

说明书

技术领域

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

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。

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，再以管道泵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。

传统水泥胶结混凝土充填材料使用硅酸盐水泥，用量为150～300kg/m³，水灰比约1.2～1.3，28d混凝土抗压强度1.0～20.0MPa，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。

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0.25-0.1mm，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

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。

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。

其组分及配比(质量百分比)为：

其中：

所述水泥为32.5或42.5普通硅酸盐水泥。

所述石灰是未经过熟化的生石灰或熟化后的消石灰。

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。

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。

所述的早强剂选自铝酸钠、硫酸钠或硅酸钠中的一种。

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。

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。

有益效果：与国内外同类技术相比，该项成果具有以下特色：

(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。

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。