铝基高固水材料技术说明

《铝基高固水材料技术说明》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铝基高固水材料技术说明（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、铝基高固水充填材料技术性能铝基高固水充填材料主要由A、B两种主要骨料及C料组份构成。其中A料主 要以特种水泥熟料为基料独立炼制并与悬浮剂及复合超缓凝分散剂混磨而成，B 料由石膏、石灰与悬浮剂及复合速凝剂等混磨而成。C料由助凝剂构成。这些材 料本身无毒、无害、无腐蚀性。各种材料在干燥的条件下保质期为5个月。 A、 B 两种组分以1：1比例配合使用，C料根据凝固时间配合使用。铝基高固水充填材 料强度可据需要进行调整，满足井下充填要求，材料水体积可达到98.3%。铝基高固水充填材料应具备以下特点：1、固结体具有体积应变较小，凝结时间易调，输送距离不受限制。2、材料固结体不收缩，具有微膨胀性。3、材料

2、固结体长时间在水中不但不会对其性能产生负面影响，反而有利于 其性能的稳定与提高。4、铝基高固水充填材料可压缩性能较好，再生强度高。5、铝基高固水充填材料的含水率可达86%99%。6、材料甲、乙两组份分别加水搅拌后24 h内不凝固，但当两种浆体混合后5min30 min 内可初凝。7、材料初凝时间为3 min6 min,1 d强度达到最终强度的50%以上，7 d强度可达到最终强度的 95以上。8、不同水体积铝基高固水充填材料应达到的凝结时间水体积，%91929394959697凝结时间，min4677910129、不同水体积下的铝基高固水充填材料A、B料浆的浓度特性水体积，%CCwC，VCw，m

3、Pas950.050.1360.0530.1581.156960.040.1110.0420.1251.122970.030.0850.0310.0931.08910、不同质量的水灰比应达到的单轴抗压强度质量比3:14:15:16:17:18:17天强度2.7MP1.8MP0.95MP0.72MP0.62MP0.50MP铝基高固水材料的物理性能铝基高固水材料的含水率可达86%99%。使用时，甲、乙两种料以重量比1:1 配合，分别加水搅拌形成浆体，然后进行混合，便可形成凝固的充填体。新 型高固水速凝材料性能与原高固水速凝充填材料相比，强度有了大幅度的提高， 强度各龄期平均提高 50%以上，具体如

4、下所述。速凝早强特性铝基高固水材料甲、乙两组份分别加水搅拌后24 h内不凝固，但当两种浆 体混合后 5min30 min 内可初凝。通过外加剂调整后，其性能可大幅度提高。铝 基高固水材料通过外加剂调整后，在实验室标准测试条件下，初凝时间为3 min 6 min, 2 h抗压强度可达2.8 MPa, 24 h抗压强度可达到4.8 MPa, 7d抗压强度 可达7.2 MPa, 28 d能达到8.2 MPa及以上，经特殊配比后，材料强度可达20 MPa 以上，表现出很好的强度特征。1 d强度达到最终强度的50%以上，7 d强度可达 到最终强度的 95以上。这表明铝基高固水材料早期强度高，高结晶水特性

5、铝基高固水材料固化体主要形成钙矶石(3CaOAl2O3 3CaS04 32H20)，钙 矾石结晶体含水量较高。由于钙矾石结晶能力强，易形成网状或树枝状结构。当材料配比最佳时，浆体将发挥最大的潜能，形成针状结构的钙矾石，填充在已形 成的钙矾石网状结构中。随着针状结构晶体的不断增加，结晶化程度的加大，浆 体变成具有一定强度的硬化体。再胶结与强度再生性当铝基高固水材料固化体压裂后，在环境湿度满足要求条件下，经过一段时 间后，原来压裂的高固水材料固化体裂隙，能够重新胶结起来，该性能称再胶结 性。铝基高固水材料硬化体具有弹塑性特征。在单轴受力状态下，原有的裂隙被 压密后，呈弹性变形，而当外力继续加大，达

6、到屈服极限后，不会立即发生脆性 破坏，会出现一定程度的枝状晶体断裂，即具有一定的残余强度。此时，如果使 高固水硬化体被再压实，则晶体会再生长，会把周围枝状晶体重新连接起来，强 度随之恢复与增大。该特性特别利于充填体的稳定。实验室研究表明，铝基高固 水材料硬化体，若破坏时间越早，其强度恢复越好，这主要是因为早期破坏后， 钙矾石的晶体生长还不完善，仍有部分铝基高固水材料没有反应形成钙矾石的原 故。三轴压缩应力应变特性在实际采矿充填过程中，充填硬化体会受到周围岩体对其产生的作用，类似 三向受力状态。对铝基高固水材料进行三轴压缩应力应变特性研究后表明，与 单轴抗压强度的应力应变曲线不同，围压对充填体的

7、变形以及充填体的刚度影 响较大，围压对高固水材料固化体的三轴强度影响明显，围压大时三轴极限强度 大，残余强度大。因此，高固水材料硬化体适宜于三向受力状态。高固水材料的凝结时间高固水速凝材料的凝结和固化时间是施工性能的重要参数。高固水速凝材料 的凝结时间是比较短的。由于高固水速凝材料的初凝和终凝时间离的很近，故统 称为凝结时间。高固水速凝材料的凝结时间必须适合于沿空留巷巷旁支护充填工 艺的要求。甲料中含有大量的氧化钙和氧化铝，遇水后会很快地发生水化反应。一般水 化反应速度越快，其凝结时间也越短；乙料中含有大量的钙离子和硫酸根离子， 乙料对凝结时间的影响就是这两种离子对凝结时间的影响。实际中，可通

8、过控制 外加剂的种类和数量满足现场的需要。外加剂对高固水速凝材料的性能是一个关键性的因素。外加剂的种类和含量 可以决定凝结时间的长短。可以说，外加剂是凝结时间的“指挥系统”。外加剂 的种类很多，但主要分为缓凝剂和速凝剂两大类。外加剂的种类和数量对凝结时 间有很大的影响。有的含量越高，凝结越快，有的含量越高，凝结越慢。如何选 择合适的外加剂，受多种因素的影响。这里除了有技术因素外，还有经济因素。 而且就技术因素本身来讲，也是比较复杂的。应根据实际情况进行选择。温度与凝结时间温度对高固水速凝材料凝结时间的影响，实际上是对高固水速凝材料结晶速 度的影响。温度越高，晶体生长越快，凝结时间越短。水灰比与

9、凝结时间水灰比对凝结时间的影响，实际是高固水速凝材料的浓度。浓度大时，一般 容易凝固，浓度小时，凝结较慢。但超过一定水量，高固水速凝材料就不会发生 凝聚。原因是凝结固化时产生的枝状晶体，因其晶粒间距离被水分子拉得太远， 粒晶或晶粒处于游离状态，而无法聚集在一起。尽管浆体会出现有“稠”的现象， 但并不能凝固。高固水速凝材料硬化体的含水量含水量是高固水速凝材料的一个关键性指标。含水量低，充填体成本增加而 且不利于泵送。体现不出高固水速凝材料的高固水特性。一般来说，只要强度、 凝结时间等能够满足实际应用的需要，高固水速凝材料硬化体的含水量越高越 好。高固水速凝材料硬化体的含水量与其化学组成和矿物组成

10、有关。生成的钙钒 石晶体越多，高固水速凝材料硬化体的需水量也越多。其水分一部分用于钙钒石 的形成而变成固体，另一部分以自由水的形式占据了枝状钙钒石晶体间的空隙。温度对高固水速凝材料硬化体含水量的影响不大，基本上呈水平直线关系。细度对含水量略有影响，物料越细，由于表面积增大的原因，吸附的水分子 也越多，其含水量也越大。但物料过细，往往造成高固水速凝材料的成本上升， 影响材料的推广应用。水速凝材料硬化体的耐水性耐水性指硬化体受水的侵蚀与浸泡后，硬化体强度与结构变化的特性。高固 水速凝充填材料属水硬性材料，在水化过程中需要水的参与。当硬化体结构一旦形成，钙矾石晶体相互交接成网状后，未水化的高固水材料

11、可以再水化。能使网状加密，强度不断升高。因此，高固水速凝充填材料硬化体具有很强的耐水性， 可以说高固水速凝充填材料硬化体具有“亲”水性，即在水中长时间浸后，强度 不但不会降低，反而会有所提高。高固水速凝材料硬化体的耐蚀、耐热性能高固水速凝材料含有大量的钙，所以其硬化体处于碱性溶液中，强度损失不 大。而置于酸性溶液中时，强度会明显下降。高固水速凝材料呈碱性，甲料的 pH值为910，乙料的pH值为1112。这个值基本与水泥和石灰的pH值相同。 高固水速凝材料对硫酸盐、氯酸盐的耐蚀性较好。高固水速凝材料硬化体主要由钙钒石构成，具有很好的耐热性能。其硬化体 能承受300 C以内的咼温。高固水材料对煤质

12、影响及洗选特性铝基咼固水系材料含水量较大(最大水灰比达 15:1)，承受荷载时具有一定 的让压变形性能，静载单轴受压变形量为15%30%,并能保持一定的残余强度。 由于大部分成分为水，因此在流动性、渗流效果上要比其它材料有优势。根据目前的研究成果，其中A料里面的A13+与OH-离子首先发生反应，之 后与Ca和硫酸根发生反应，成为钙矶石。其矿物与石膏快速溶解产生Ca2+、SO42 、OH-等离子，形成钙矶石过饱和溶液，这些离子通过浓差扩散聚集在一起， 按照下列3步反应过程形成钙矶石：第一步：AlO2-+2OH-+2H2O=Al(OH)63-第二步：2Al(OH)63-+6Ca2+=24H2OCa

13、6Al(OH)6 24H2O6+第三步：Ca6Al(OH)6 24H2O+3SO42-+2H2OCa6Al(OH)6 24H2O2 24H2O(SO4)3 2H2OAFt 的生长具有结晶压，倾向于受力方向生长，所以钙矾石是较好的支撑材 料。AFt可以以胶体或结晶体形式存在，由于周围环境的作用，AFt表面带负电。 由于静电引力的作用， AFt 较强的吸水性较强，当湿度小于 90%时， AFt 吸水 很小;当湿度为 90%时， AFt 吸水 114%；当湿度为 95%时， AFt 吸水 916%。综上分析铝基高固水材料相对于原高水速凝材料各方面性能有很大提升，两 者凝结后都不溶于水，作为先充后采的材料，两种材料都会使原煤的灰份增加， 原煤灰份的增加与充填材料的数量及充填材料水灰比大小有关，充填材料水灰比 越大则对原煤的灰份影响越小。由于铝基高固水材料在相同强度时水灰比较大，密度于水基本相同，因此相对于原高水速凝材料更易于洗选。