采礦后充填用膠凝材料中石灰石和水泥的淺析

時間：2014-05-07 09:38:20

作者：世邦機器

為了提高充填體的強度，使充填體具有一定的穩(wěn)定性，在充填體內要加入膠凝材料。礦山充填使用的膠凝材料有硅酸鹽水泥、高水速凝材料、全砂土固結材料。

礦山及工程常用及使用較多的是硅酸鹽水泥，就是以適當成分的生料燒至部分熔融，所得的以硅酸鹽為主要成分的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏和一定量的混合材，磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。生料是指生產水泥的原料，成分主要含有氧化鈣、氧化硅、氧化鋁、氧化鐵等，主要原材料有石灰石破碎后的原料(石灰石、大理石、貝殼、白堊)，黏土質原料(黏土、黏土質頁巖、黃土、河泥)，輔助材料(鐵粉、礬土、硅藻土)，礦化劑(螢石)等。

將按一定比例配好的原料經磨細得到生料，放入窯中經1450℃的高溫煅燒后，成為熟料。再加入石膏和一定的混合材料磨細，就是水泥。

硅酸鹽水泥的成分為硅酸三鈣與硅酸二鈣的含量大約在75%左右，鋁酸三鈣與鐵鋁酸四鈣的含量在22%左右，也就是說硅酸鹽成分占3/4左右，故稱之為硅酸鹽水泥。除此以外還有少量氧化鈣、氧化鎂、氧化鈦和堿，但其總含量不超過水泥量的百分之幾。在水泥熟料磨細時，還要摻入3%～5%的石膏共同磨細。石膏在水泥中的作用主要是為了調節(jié)凝結時間。

硅酸鹽水泥的性能是由其組成礦物的性能決定的，水泥性能主要是強度、凝結硬化速度、水化放熱的大小以及收縮大小等指標。

水泥加水拌和后，則發(fā)生化學反應，生成多種水化物，這個過程稱之為“水化”。水泥加水拌和的初期是具有一定流動性或可塑性的漿體，經自身的物理化學變化以后，逐漸變稠而失去可塑性，這時稱之為凝結。隨著水化反應的增長，產生強度，并逐漸發(fā)展成堅硬的人造石，稱之為硬化。

水泥的水化與凝結硬化的過程，也就是水泥強度發(fā)展的過程。為了正確使用水泥，并能在生產中采取有效措施，調節(jié)水泥性能，需要了解水泥水化硬化的影響因素。

影響水泥水化的因素，除礦物成分、細度、用水量外，還有養(yǎng)護時間、環(huán)境的溫度、濕度以及石膏摻量等。

養(yǎng)護時間，水泥加水后的前4周，早期的水化速度較快，強度發(fā)展也快，4周之后顯著減慢，6個月的水化深度只有顆粒半徑的1/2左右。因此，只要維持適當?shù)臏囟扰c濕度，水泥的水化將不再進行，其強度在幾個月、幾年，甚至幾十年后還會持續(xù)增長。

溫度和濕度，水泥的水化與凝結硬化和環(huán)境的溫度關系很大。當溫度低于5℃時，水化硬化大大減慢，當溫度低于0℃時，水化反應基本停止。同時，由于溫度低于0℃，當水分結冰時，還會破壞水泥石結構。潮濕環(huán)境下的水泥石，水分不易蒸發(fā)，能保持有足夠的水分進行凝結硬化，生成的水化物進一步填充毛細孔，促進水泥石的強度發(fā)展。保持環(huán)境的溫度和濕度，是使水泥石強度不斷增長的主要措施。因此水泥強度的測定需要在規(guī)定的標準溫度與濕度環(huán)境中養(yǎng)護至規(guī)定的齡期情況下進行。

石膏的摻量，水泥加水后成為一種凝膠溶液;硅酸鹽膠體帶負電荷。由于電性排斥力，使膠粒不容易互相靠近而結合成大顆粒，凝膠溶液具有一定穩(wěn)定性。加入石膏，與水化鋁酸鈣作用，可以減少硅酸鹽膠體生成，延緩凝結時間。但如果石膏過量，又會使水泥速凝。