Композиционный материал для закладки выработанного пространства
Владельцы патента RU 2565288:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") (RU)
Изобретение относится к горной промышленности и может использоваться при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства. Технический результат заключается в повышении прочности закладочного композиционного материала. Композиционный материал для закладки выработанного пространства, включающий цемент, пластифицирующую добавку, мелкозернистый заполнитель - отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит асбест хризотиловый − хризотил, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент - 12,8%; отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов - 62,86; суперпластификатор Полипласт СП-1 - 0,226; асбест хризотиловый − хризотил - 0,422%; вода - остальное. 1 табл.
Изобретение относится к горной промышленности и может использоваться при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства.
Известен закладочный композиционный материал, включающий цемент, мелкий заполнитель и воду в следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент -15,54; мелкий заполнитель (хвосты обогащения вкрапленных руд Норильской обогатительной фабрики) - 61,49; вода - остальное [см. Монтянова А.Н. Формирование закладочных массивов при разработке алмазных месторождений в криолитозоне - М.: Издательство «Горная книга», 2005 - 597 с. - с. 91].
Недостатками данной смеси являются низкая прочность (2,3 МПа в возрасте 28 суток) при большом расходе цемента и отсутствие данных о величине предела прочности на растяжение при изгибе.
Известны закладочные композиции, включающие цемент, мелкий заполнитель и воду в следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент - 15; мелкий заполнитель (хвосты обогатительных фабрик) - 50; вода - остальное [см. Монтянова А.Н. Формирование закладочных массивов при разработке алмазных месторождений в криолитозоне - М.: Издательство «Горная книга», 2005 - 597 с. - с. 147].
Недостатками данной смеси также являются низкая прочность (1,2; 1,3; 1,5; 2,5 МПа в возрасте 28 суток при использовании хвостов Жезказганской, Белоусовской, Зыряновской и Миргалимсайской фабрик соответственно) при повышенном расходе цемента и отсутствие данных о величине предела прочности на растяжение при изгибе.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является закладочный композиционный материал, содержащий цемент ЦЕМ II 32,5АШ, пластифицирующую добавку (СП-1), мелкий заполнитель (отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов) и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: цемент - 15,3; СП-1 - 0,1; заполнитель - 55,77; вода - остальное [Лесовик Г.А. Закладочные смеси на основе техногенных отходов /автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук - Белгород, 2013 - 24 с. - с. 19-20 (состав 4, таблица 7)].
Недостатками данного состава является невысокая при достаточно большом расходе цемента прочность при сжатии и растяжении при изгибе - 1,5 МПа и 0,468 МПа соответственно в возрасте 28 суток.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение прочности закладочного композиционного материала при сжатии и растяжении при изгибе.
Для решения поставленной задачи предложен композиционный материал для закладки выработанного пространства, включающий цемент, пластифицирующую добавку, мелкозернистый заполнитель - отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит асбест хризотиловый − хризотил, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент- 12,8%; отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов - 62,86; суперпластификатор СП-1 - 0,226; асбест хризотиловый − хризотил - 0,422%; вода - остальное.
Технический результат - повышение прочности массива при сжатии и растяжении при изгибе.
Согласно официальному сайту: http://www.polyplast-un.ru/products/stroitelnaya-otrasl/dobavki-dlya-betonov/superplastifikatoryi.html - 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).
Асбест хризотиловый − хризотил выпускается ОАО «Ураласбест» по ГОСТ 12871-93, ТУ 5721-01-028-1476, ТУ 21-22-23.
Пример
Цемент ЦЕМ II 32,5АШ смешали с отходами обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов со средним размером частиц 75,76 мкм и асбестом хризотиловым − хризотилом и затворили водой, в которую предварительно добавили суперпластификатор Полипласт СП-1. Окончательную смесь перемешали до однородной консистенции. Из полученной смеси приготовили образцы закладочного композиционного материала размером 70Х70Х70 мм и 40Х40Х160 мм. Образцы выдержали в климатической камере в течение 2-3 суток до достижения распалубочной прочности образцов. В камере поддерживалась температура 20±200С и относительная влажность 90-95%. После расформовки образцы вновь помещались в климатическую камеру для дальнейшего твердения в течение 28 суток, после чего определили механическую прочность при сжатии и растяжении при изгибе с использованием электронной испытательной машины Инстрон 5882.
Получены следующие результаты: предел прочности при сжатии - 3,96 МПа и растяжении при изгибе - 1,98 MПa в возрасте 28 суток при расходе цемента 12,8%.
В прототипе при содержании цемента 15,3% предел прочности при сжатии - 1,5 МПа и растяжении при изгибе - 0,468 MПa в возрасте 28 суток.
В таблице приведен исходный валовой состав закладочных композиционных материалов и результаты испытаний механической прочности образцов, приготовленных из этих материалов.
Экспериментальные данные
| № | Расход компонентов (мас. %) при изготовлении закладочных композиционных материалов | Предел прочности при сжатии, МПа | Предел прочности при растяжении при изгибе, МПа | ||||
| Цемент ЦЕМ II 32,5АШ | Отходы обогащения мокрой магнитной сепарации | Асбест | СП-1 | Вода | |||
| Прототип | 15,3 | 55,77 | - | 0,1 | 28,83 | 1,5 | 0,468 |
| Заявляемый | 12,8 | 62,86 | 0,422 | 0,226 | 23,692 | 3,96 | 1,98 |
Из таблицы следует, что поставленная задача увеличения прочности закладки при сжатии и растяжении при изгибе в 2,64 и 4,23 раза соответственно, достигается при введении в материал асбеста хризотилового − хризотила в количестве 0,422% от массы материала.
Композиционный материал для закладки выработанного пространства, включающий цемент, пластифицирующую добавку, мелкозернистый заполнитель - отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит асбест хризотиловый − хризотил, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цемент 12,80 | |
| Указанные отходы | 62,86 |
| Указанный асбест | 0,422 |
| Суперпластификатор СП-1 | 0,226 |
| Вода | остальное |
