Состав закладочной смеси
Владельцы патента RU 2425980:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства. Технический результат - увеличение объемов утилизируемых техногенных отходов для существенного повышения экологической безопасности при сохранении прочности в возрасте 28 суток. Состав закладочной смеси, включающий молотый гранулированный доменный шлак - вяжущее, инертный заполнитель и воду, в качестве вяжущего содержит указанный кислый шлак, содержащий частиц: менее 1 мкм - 4,3%, менее 3 мкм - 12,6%, менее 5 мкм - 17,2% и молотый доломит, содержащий частиц менее 1 мкм не менее 10%, в качестве инертного заполнителя - отходы мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, содержащие частицы менее 1 мкм не менее 3,4%, дополнительно состав содержит поверхностно-активную добавку - суперпластификатор СП-1 при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный шлак 12, указанный доломит 10, указанные отходы 60, вода остальное, суперпластификатор СП-1 0,5% от шлака. 2 табл.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства.
Известна закладочная смесь, включающая цемент, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель-песок и воду в следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 1,4-2; молотый гранулированный доменный шлак 18,8-19,9; заполнитель 62,8-63; вода остальное [1].
Недостатками данной смеси являются низкая прочность (4,5 МПа в возрасте 180 суток), использование цемента и природного заполнителя.
Известна закладочная смесь, включающая цемент, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель - молотый диабаз, измельченную солому и воду в следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 2,9-5,07; молотый гранулированный доменный шлак 15,21-16,91; заполнитель 52,24-53,22; вода - остальное [2].
Недостатками данной смеси также являются низкая прочность (5,12 МПа в возрасте 180 суток) и использование дорогостоящего цемента.
Наиболее близким предлагаемому изобретению является состав закладочной смеси, включающий портландцемент, молотый доменный гранулированный шлак, инертный заполнитель, воду и молотый известняк. Инертный заполнитель содержит 8,8% пылевидных глинистых и илистых частиц, плотность 1,9 г/см3 [3].
Недостатками данного состава являются использование в качестве вяжущего дефицитного и дорогостоящего материала портландцемента и шлака с высоким коэффициентом качества 2,1 (табл.1), невысокая прочность (5 МПа в возрасте 60 суток).
Задачей изобретения является исключение портландцемента и применение шлака более низкого сорта, обеспечение нормативной прочности закладочного массива в возрасте до 28 суток, сокращение воды при сохранении подвижности закладочной смеси и увеличение объемов утилизируемых техногенных отходов для существенного улучшения экологической среды региона.
Для решения поставленной задачи предложен состав закладочной смеси, включающий молотый гранулированный доменный шлак, вяжущее, инертный заполнитель и воду, причем в качестве вяжущего используют указанный кислый шлак, содержащий частиц: менее 1 мкм - 4,3%, менее 3 мкм - 12,6%, менее 5 мкм - 17,2% и молотый доломит, содержащий частиц менее 1 мкм не менее 10%. В качестве инертного заполнителя используют отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, содержащие частицы менее 1 мкм не менее 3,4%. Дополнительно состав содержит поверхностно-активную добавку суперпластификатора СП-1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Указанный шлак | 12 |
| Указанный доломит | 10 |
| Указанные отходы | 60 |
| Суперпластификатор СП-1 | 0,5% от шлака |
| Вода | Остальное. |
Технический результат - снижение расхода вяжущих, обеспечение нормативной прочности массива, утилизация отходов гидрометаллургического производства, некондиционного доломита и отходов обогащения железистых кварцитов, снижение расхода воды, снижение загрязнения окружающей среды.
Согласно официальным сайтам: http://www.ktprom.ru/plast.htm, www.yarhim.ru/news/2006/10/news15/?print=page, http://www.polvplast-mi.ru/rus/sp-1/ - суперпластификатор СП-1 представляет собой органическое синтетическое вещество на основе продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида со специфическим соотношением фракций с различной средней молекулярной массой -полинафталинметиленсульфонат или метиленбис (нафталинсульфонат) натрия. По классификации ГОСТ 24211 относится к пластифицирующе-водоредуцирующему виду - суперпластификаторам. Химический состав: метиленбис (нафталинсульфонат) натрия или полинафталинметиленсульфонат. Суперпластификатор СП-1 выпускается по ТУ 5870-005-58042865-05 и предназначен (используют):
- для резкого повышения удобоукладываемости и формуемости бетонных смесей без снижения прочности и показателей долговечности бетона (при неизменном водоцементном отношении);
- для существенного повышения физико-механических показателей и строительно-технических свойств бетона (при сокращении расхода воды и неизменной удобоукладываемости);
- для повышения удобоукладываемости бетонных смесей и повышения физико-механических показателей и строительно-технических свойств бетонов (при одновременном снижении водоцементного отношения и повышении удобоукладываемости);
- для сокращения расхода цемента без снижения удобоукладываемости бетонной смеси, физико-механических показателей и строительно-технических свойств бетона (при снижении водосодержания бетонной смеси).
Пример.
Гранулированный доменный кислый шлак, измельченный в шаровой мельнице до содержания частиц: менее 1 мкм - 4,3%, менее 3 мкм - 12,6%, менее 5 мкм - 17,2%, смешали с отходами обогащения мокрой магнитной сепарации, содержащими частицы: менее 1 мкм - 3,4%; менее 3 мкм - 12,6%; менее 5 мкм - 17,2%, и доломитом, измельченным в шаровой мельнице до содержания частиц менее 1 мкм - 10%, и затворили водой, в которую предварительно добавили суперпластификатор СП-1. Окончательную смесь перемешали до однородной консистенции. Из полученной смеси приготовили образцы размером 70×70×70 мм. Образцы выдержали в климатической камере в течение 2-3 суток до достижения распалубочной прочности образцов. В камере поддерживалась температура 20±20°C и относительная влажность 90-95%, т.е. условия, близкие к условиям твердения массива в шахте. После расформовки образцы вновь помещались в климатическую камеру для дальнейшего твердения в течение 60 суток, после чего определили механическую прочность с использованием гидравлического пресса. Получены следующие результаты: осадка конуса «СтройЦНИЛа» 11,8 см, механическая прочность 5,36 МПа в возрасте 28 суток и 7,8 МПа в возрасте 60 суток при содержании шлака 12% и воды 17,94%.
В прототипе при содержании портландцемента 0,22%, шлака 20,54% и воды 22,37% механическая прочность - 2,8 МПа в возрасте 28 суток и 5,4 МПа в возрасте 60 суток, осадка конуса «СтройЦНИЛа» -11,5 см
В табл.1 приведен химический состав доменного гранулированного шлака, а в табл.2 - исходный валовый состав смесей и результаты испытаний механической прочности образцов, приготовленных из этих смесей.
| Таблица 1 | |||||||
| Химический состав доменного шлака | |||||||
| Коэффициент качества К | CaO, % | SiO2, % | Al2O3, % | MgO, % | MnO, % | Прочие, % | |
| Прототип | 2,1 | 37,4 | 31,0 | 24,0 | 4,1 | 0,4 | 3,1 |
| Заявляемый | 1,23 | 40,4 | 42,7 | 5,4 | 6,7 | 0,026 | 4,78 |
Гидравлические свойства доменного шлака оценивают по ГОСТ 3476-74 коэффициента качества К, который определяют по формулам
при содержании окиси магния до 10%
при содержании окиси магния более 10%
Для 1 сорта K=1,65, 2 сорта К=1,45, 3 сорта К=1,2.
Из табл.2 следует, что поставленная задача увеличения механической прочности закладочных смесей по прототипу (2,8 МПа), сокращению объема воды при сохранении консистенции смеси, пригодной для транспортирования, достигается при добавлении пластификатора СП-1 и молотого доломита при условии содержания частиц менее 1 мкм в отходах обогащения и молотом доломите не менее 3,4% и 10% соответственно.
Использование предложенного технического решения полностью исключает потребление для закладочных работ дорогостоящего портландцемента, а также позволяет обеспечить высокие технологические свойства закладочных смесей - подвижность и нормативную прочность в возрасте до 28 суток при сокращении объема воды, замене шлака на более низкосортный и увеличить объемы утилизируемых техногенных отходов для существенного улучшения экологической среды региона.
Источники информации
1. А.Л.Требуков. Применение твердеющей закладки при подземной добыче руд. - М.: Недра, 1981, с.31.
2. Патент 2270921, опубл. 27.02.2006 г.
3. А.с. 1673560, опубл. 30.08.1991 г., Бюл. № 32.
Состав закладочной смеси, включающий молотый гранулированный доменный шлак- вяжущее, инертный заполнитель и воду, отличающийся тем, что в качестве вяжущего используют указанный кислый шлак, содержащий частиц: менее 1 мкм 4,3%, менее 3 мкм 12,6%, менее 5 мкм 17,2% и молотый доломит, содержащий частиц менее 1 мкм не менее 10%, а в качестве инертного заполнителя используют отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, содержащие частицы менее 1 мкм не менее 3,4%, кроме того, состав дополнительно содержит поверхностно-активную добавку - суперпластификатор СП-1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Указанный шлак | 12 |
| Указанный доломит | 10 |
| Указанные отходы | 60 |
| Суперпластификатор СП-1 | 0,5% от шлака |
| Вода | Остальное |
