本發(fā)明涉及建筑材料領(lǐng)域，具體地指一種用于礦山回填的鋼渣水洗塵泥基地聚物自流平砂漿材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
為適應(yīng)人民現(xiàn)代生活方式和生活質(zhì)量的不斷提高，各種公用、公共場合對地面的平整、裝飾、清潔、安全和功能的要求不斷提高，從而推進(jìn)了地面材料的發(fā)展，并催生新的地面材料的出現(xiàn)。另一方面，隨著現(xiàn)代工業(yè)對生產(chǎn)環(huán)境要求的不斷提高，對工業(yè)地坪提出了更為嚴(yán)格的要求，使得地面成為不可忽視且必須高度重視并需要投入一定的資金、技術(shù)進(jìn)行建造、翻新和維修的生產(chǎn)硬件。自流平砂漿是一種以無機(jī)或者有機(jī)膠凝材料、細(xì)骨料、填料及外加劑等組成，加水?dāng)嚢韬缶哂辛鲃有曰蛏约虞o助性鋪攤就能流動找平的地面用材料。
使用時只需按規(guī)定的水灰比范圍加水拌和均勻，機(jī)械泵送或人工施工后，無需人工抹平，漿體在自身重力作用下流動形成平整表面。它具有流動度大、施工快速、表而光滑平整等優(yōu)點，消除傳統(tǒng)混凝土平整度差、開裂、剝落、起灰等多種缺陷，是大型超市、商場、停車場、工廠車間、倉庫等地面鋪筑的理想材料，是現(xiàn)在建筑地面施工的一個發(fā)展方向，市場潛力很大。
礦山采區(qū)采礦終了，廢棄的地下井巷、采場和露天礦坑及廢石場又需要及時充填，以避免因地下采場和地表露天坑的存在，導(dǎo)致大規(guī)模地面沉陷與山體滑落，造成農(nóng)田、水庫、道路與工業(yè)和民用建設(shè)設(shè)施的破壞。礦業(yè)公司處理方式為采空區(qū)回填綜合治理，需要大量地質(zhì)聚合物作為大體積混凝土原料。目前大體積混凝土的生產(chǎn)還主要是利用常規(guī)的水泥、尾礦、砂石進(jìn)行拌和而成，回填成本較高。
礦渣是一種鋼鐵廠排放的工業(yè)副產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)多為玻璃體，具有潛在的水化活性，礦渣微粉等量替代各種用途混凝土及水泥制品中的水泥用量，可以明顯的改善混凝土和水泥制品的綜合性能。礦渣微粉作為高性能混凝土的新型摻合料，具有改善混凝土各種性能的優(yōu)點，具體表現(xiàn)為：
1)可以大幅度提高水泥混凝土的強(qiáng)度，能配制出超高強(qiáng)水泥混凝土；
2)可以有效抑制水泥混凝土的堿骨料反應(yīng)，顯著提高水泥混凝土的抗堿骨料反應(yīng)性能，提高水泥混凝土的耐久性；
3)可以有效提高水泥混凝土的抗海水浸蝕性能，特別適用于抗海水工程；
4)可以顯著減少水泥混凝土的泌水量，改善混凝土的和易性；
5)可以顯著提高水泥混凝土的致密性，改善水泥混凝土的抗?jié)B性；
6)可以顯著降低水泥混凝土的水化熱，適用于配置大體積混凝土；
地質(zhì)聚合物是以粘土、工業(yè)廢渣或礦渣為主要原料，經(jīng)適當(dāng)?shù)墓に囂幚?，在較低溫度條件下通過化學(xué)反應(yīng)得到的一類新型無機(jī)聚合物材料。地質(zhì)聚合物具有強(qiáng)度高、硬化快、耐酸堿腐蝕等優(yōu)于普通硅酸鹽水泥的獨特性能，同時具有材料豐富、工藝簡單、價格低廉、節(jié)約能源等優(yōu)點。
現(xiàn)在大多數(shù)研究者都以法國J.Davidovits的理論作為研究地質(zhì)聚合物反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)，即地質(zhì)聚合物的形成過程為：鋁硅酸鹽聚合反應(yīng)是一個放熱脫水的過程，反應(yīng)以水為傳質(zhì)，在堿性催化劑的作用下鋁硅酸鹽礦物的硅氧鍵和鋁氧鍵斷裂，發(fā)生“斷裂—重組”反應(yīng)；形成一系列的低聚硅(鋁)四面體單元，聚合后又將大部分水排除，少量水則以結(jié)構(gòu)水的形式取代[SiO4]中一個O的位置，最終生成Si-O-Al的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。聚合作用過程即各種鋁硅酸鹽(Al3+呈Ⅳ或Ⅴ次配位)與強(qiáng)堿性硅酸鹽溶液之間的化學(xué)反應(yīng)。
20世紀(jì)30年代，美國的Purdon在研究了波特蘭水泥(普通硅酸鹽水泥)的硬化機(jī)理時發(fā)現(xiàn)，少量的NaOH在水泥硬化過程中可以起催化劑的作用，使得水泥中的硅、鋁化合物比較容易溶解而形成硅酸鈉和偏鋁酸鈉，再進(jìn)一步與Ca(OH)2反應(yīng)形成硅酸鈣和鋁酸鈣礦物，使水泥硬化并且重新生成NaOH，再催化下一輪反應(yīng)，因此他提出了所謂的“堿激活”理論。在這以后，前蘇聯(lián)對堿激活材科進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。他們發(fā)現(xiàn)除了氫氧化鈉以外，堿金屬的氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、氟化物、硅酸鹽和鋁硅酸鹽等都可以作為反應(yīng)的激活劑。到了1972年，法國的J.Davidovits教授申請了地質(zhì)聚合物歷史上的第一篇關(guān)于用高嶺土通過堿激活反應(yīng)制備建筑板材的專利。之后世界許多國家的專門機(jī)構(gòu)都在致力于地質(zhì)聚合物材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理的研究，并對其優(yōu)異性能的應(yīng)用前景進(jìn)行了樂觀的預(yù)測。
20世紀(jì)90年代后期，Van Jaarsveid和Van Deventer等致力于由粉煤灰等工業(yè)固體廢物制備地質(zhì)聚合物及其應(yīng)用的研究，包括固化有毒金屬及化合物等。他們也對16種天然硅酸鹽礦物制備地質(zhì)聚合物進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：架狀和島狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽，并且鈣含量較高者形成的地質(zhì)聚合物抗壓強(qiáng)度最大。且以粉煤灰為原料合成了7d抗壓強(qiáng)度達(dá)58.6MPa的地質(zhì)聚合物，并證明了粉煤灰中較高的CaO含量和含有部分超細(xì)顆粒是合成高強(qiáng)度地質(zhì)聚合物的有利條件。國內(nèi)對人造礦物聚合物材料的研究起步較晚。
地質(zhì)聚合物是一類新型無機(jī)高聚合膠凝材料，在國內(nèi)的研究目前僅限于其作為膠凝材料的研究，大多數(shù)報道其采用礦渣、粉煤灰等活性較好的材料制備，在礦山回填中的應(yīng)用在國內(nèi)尚未見報道。
鋼渣水洗塵泥是某鋼廠采取濕法水洗球磨工藝提取金屬鐵后殘留的渣泥。鋼渣水洗塵泥細(xì)度小、易滲水，飽和含水率約為30％。由于鋼渣具有一定的膠凝性，因此鋼渣水洗塵泥難以脫水，干燥后又容易板結(jié)，從而導(dǎo)致難以運輸和堆放，嚴(yán)重污染了生產(chǎn)現(xiàn)場。同時鋼渣水洗塵泥含磷、硫很高，不適合直接用于水泥和其他建材。
長期以來，鋼渣水洗塵泥的主要處理方式是堆放或者作為垃圾處理。其每年排放量較大，造成了巨大的環(huán)境壓力，已經(jīng)成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此如何既環(huán)保又高附加值綜合利用鋼渣水洗塵泥是一項十分復(fù)雜的問題，既要解決其自身的硫、磷、鈣導(dǎo)致的不穩(wěn)定性，又要解決其活性低的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供了一種用于礦山回填的鋼渣水洗塵泥基地聚物自流平砂漿及其制備方法，本發(fā)明利用礦渣微粉與尾礦砂在自流平中的大量應(yīng)用，取代河砂或人工石英砂與雙飛粉，既可提高自流平砂漿的性能，降低自流平產(chǎn)品的成本，又可以緩解礦渣堆積和環(huán)境污染的壓力。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種用于礦山回填的鋼渣水洗塵泥基地聚物自流平砂漿，所述平砂漿的原料按重量份數(shù)比計包括：8～55份的礦渣微粉，0～6份的硫酸鋁、5～8份的燒結(jié)脫硫灰、2～12份的鋼渣水洗塵泥、35～43份的尾礦砂、0.05～0.15份的聚羧酸類高效減水劑、0.05～0.25份的保水劑、0～0.15份的十二烷基苯磺酸鈉和1.5～3.5份的乳膠粉或橡膠粉。
進(jìn)一步地，所述平砂漿的原料按重量份數(shù)比計包括：45～55份的礦渣微粉、1～6份的硫酸鋁、7～8份的燒結(jié)脫硫灰、10～12份的鋼渣水洗塵泥、40～43份的尾礦砂、0.1～0.15份的聚羧酸類高效減水劑、0.15～0.2份的保水劑、0.02～0.05份的十二烷基苯磺酸鈉、2～2.5份乳膠粉或橡膠粉。
再進(jìn)一步地，所述礦渣微粉的比表面積為300～500m2/kg。
再進(jìn)一步地，所述燒結(jié)脫硫灰為燒結(jié)NID工藝中脫硫劑吸收燒結(jié)煙氣中的SO2后形成的一種工業(yè)固體廢棄物，其粒徑小于45μm。
再進(jìn)一步地，所述尾礦砂粒徑0.15mm～0.60mm。
本發(fā)明還提供了一種上述用于礦山回填的鋼渣水洗塵泥基地聚物自流平砂漿的制備方法，包括以下方法：
1)按重量份數(shù)比稱取礦渣微粉、硫酸鋁、燒結(jié)脫硫灰、鋼渣水洗塵泥、尾礦砂、聚羧酸類高效減水劑、保水劑、十二烷基苯磺酸鈉、乳膠粉或橡膠粉；
2)將鋼渣水洗塵泥進(jìn)行水洗后進(jìn)行固液分離，并控制固體含水量(以重量百分比計)降低到5～10％，得到塵泥干燥基；
3)向混料機(jī)中依次加入尾礦砂、礦渣微粉、塵泥干燥基、硫酸鋁、燒結(jié)脫硫灰、高效減水劑、保水劑、十二烷基苯磺酸鈉、乳膠粉或橡膠粉；充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，形成自流平砂漿。
本發(fā)明的有益效果在于：
1)使用工業(yè)副產(chǎn)品作為自流平砂漿的填料，其總摻量高達(dá)55％以上，大大降低了砂漿成本，有效利用了廢物資源，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙重效益；
2)礦渣微粉的摻入促進(jìn)了砂漿的流動性，提高了砂漿的后期強(qiáng)度；
3)尾礦砂的摻入使膠凝材料和骨料粘結(jié)更好，提高了砂漿的強(qiáng)度；
4)砂漿具有良好的穩(wěn)定性，不離析、泌水；
5)所選用的緩凝劑使砂漿開放時間長，強(qiáng)度衰減小，具有較高的早期強(qiáng)度；
6)該自流平砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度高，具有良好的變形能力、耐久性和后期尺寸穩(wěn)定；
7)本自流平材料可廣泛用于地面自流平找平，地面墊層，地面終飾層的自流找平及舊地面、起砂地面及施工不合格地面修補(bǔ)。本發(fā)明制備的一種用于礦山回填的鋼渣水洗塵泥基地聚物自流平砂漿強(qiáng)度達(dá)到CSLM S C25 F6 JC/T 985-2005等級及以上標(biāo)準(zhǔn)的要求。
綜上所示：本發(fā)明的原料采用鋼渣特別是鋼渣水洗塵泥生產(chǎn)地質(zhì)聚合物具有一定創(chuàng)新性，也將帶動鋼渣水洗塵泥在礦山回填綠色工程產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
具體實施方式
為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實施例。
一種用于礦山回填的鋼渣水洗塵泥基地聚物自流平砂漿的制備方法，包括以下方法：
1)按重量份數(shù)比稱取礦渣微粉、硫酸鋁、燒結(jié)脫硫灰、鋼渣水洗塵泥、尾礦砂、聚羧酸類高效減水劑、保水劑、十二烷基苯磺酸鈉、乳膠粉或橡膠粉；
2)將鋼渣水洗塵泥進(jìn)行水洗后進(jìn)行固液分離，并控制固體含水量(以重量百分比計)降低到5～10％，得到塵泥干燥基；
3)向混料機(jī)中依次加入尾礦砂、礦渣微粉、塵泥干燥基、硫酸鋁、燒結(jié)脫硫灰、高效減水劑、保水劑、十二烷基苯磺酸鈉、乳膠粉或橡膠粉；充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，形成自流平砂漿。
實施例1
本實施中的一種用于礦山回填的鋼渣水洗塵泥基地聚物自流平砂漿按重量百分比計算，其組成為：比表面積350m2/kg礦渣微粉18份，硫酸鋁12份，粒徑小于45μm燒結(jié)脫硫灰6.3份，含水量5-10％的鋼渣水洗塵泥20份，粒徑為0.15mm尾礦砂41份，高效減水劑0.2份，保水劑0.15份，十二烷基苯磺酸鈉0.05份，乳膠粉2份。
實施例2
本實施中的一種用于礦山回填的鋼渣水洗塵泥基地聚物自流平砂漿按重量百分比計算，其組成為：比表面積350m2/kg礦渣微粉12份，硫酸鋁8份，粒徑小于45μm燒結(jié)脫硫灰5份，含水量5-10％的鋼渣水洗塵泥32份，粒徑為0.60mm尾礦砂40.5份，高效減水劑0.2份，保水劑0.15份，十二烷基苯磺酸鈉0.05份，乳膠粉2份。
實施例3
本實施中的一種用于礦山回填的鋼渣水洗塵泥基地聚物自流平砂漿按重量百分比計算，其組成為：比表面積350m2/kg礦渣微粉25份，硫酸鋁15份，粒徑小于45μm燒結(jié)脫硫灰6.5份，含水量5-10％的鋼渣水洗塵泥20份，粒徑為0.15mm尾礦砂30份，高效減水劑0.3份，保水劑0.15份，十二烷基苯磺酸鈉0.05份，乳膠粉2.7份。
實施例4
本實施中的一種用于礦山回填的鋼渣水洗塵泥基地聚物自流平砂漿按重量百分比計算，其組成為：比表面積350m2/kg礦渣微粉20份，硫酸鋁10份，粒徑小于45μm燒結(jié)脫硫灰6份，含水量5-10％的鋼渣水洗塵泥20份，粒徑為0.60mm尾礦砂41.4份，高效減水劑0.2份，保水劑0.15份，十二烷基苯磺酸鈉0.05份，乳膠粉2份。
利用以上四個實施例的配比得到的一種用于礦山回填的鋼渣水洗塵泥基地聚物自流平砂漿，流動性好，開放時間長，強(qiáng)度較高，適用于地面找平，地面墊層，地面終飾層的自流找平及舊地面、起砂地面及施工部不合格地面修補(bǔ)。
其它未詳細(xì)說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。盡管上述實施例對本發(fā)明做出了詳盡的描述，但它僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部實施例，人們還可以根據(jù)本實施例在不經(jīng)創(chuàng)造性前提下獲得其他實施例，這些實施例都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。