一种复合胶结充填膏体制备方法技术

本发明专利技术公布了一种复合胶结充填膏体制备方法，包括以下步骤：按重量份取原料：12.5～15份废弃混凝土，20～25份电石渣，25～30份粉煤灰，12.5～15份煤矸石，20～25份地质聚合物，预处理煤矸石和废弃混凝土，混合固体原料，混合时间为1～3分钟，按固体与水的质量比例7：3，加水搅拌，搅拌转速为80～100r/min，搅拌时间为2～5分钟。本发明专利技术制备了一种流动性能、固化性能以及力学性能均较为良好的膏体，将膏体填入矿场采空区，从而实现提高支撑强度、支撑采空区、防止地表沉降、保护生态环境、合理利用固体废物、吸附重金属，防止污染地下水源的目标。防止污染地下水源的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种复合胶结充填膏体制备方法


[0001]本专利技术涉及生态修复
，具体涉及一种复合胶结充填膏体制备方法。

技术介绍

[0002]煤矸石是采煤和洗煤中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、坚硬的岩石。我国煤矸石排放量约占煤炭开采量的10％～15％左右，现有存量已达60亿～70亿吨，并且每年仍以约3亿吨的惊人速度不断上升。大量煤矸石在地表堆积形成矸石山，不仅侵占了大量土地资源，而且部分煤矸石在雨水作用下重金属元素析出向周围土壤扩散，造成环境污染和破坏。粉煤灰和废弃混凝土同样是十分常见的固体废物。废弃混凝土主要源自老旧建筑物拆除，其大量堆放会对环境和土地资源带来巨大压力。粉煤灰是一种煤炭燃烧的产物，由燃煤锅炉中与烟气一起排出的微粒(燃烧的燃料的细小颗粒)组成，具有潜在胶凝特性。在有水的情况下，粉煤灰(特别是C级粉煤灰)会变硬，并随着时间的推移变得更加坚固。电石渣是电石水解获取乙炔气后产生的废渣，具有较强碱性，如果就地堆放，常给对周边的环境造成严重的环境污染。且煤矸石与电石渣中可能存在重金属，现有的利用煤矸石与电石渣作为建筑材料时，存在被雨水冲刷后导致重金属渗入土壤，产生二次污染地下水的问题。而在现有的含煤矸石与电石渣的建筑材料中添加其他成分又容易造成材料强度下降，不能满足材料强度要求的问题。矿山采空区、地质孔洞区存在坍塌的风险，也需要使用廉价的填充材料进行支撑。因此，需要开发具有一定力学强度且成本低廉的填充材料，用于矿山采空区和地质孔洞区的回填支撑。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出了一种掺杂煤矸石、粉煤灰、电石渣、废弃混凝土等固体废弃物并且可用于填充的膏体制备方法，以显著提高煤矸石等固体废弃物的利用率，解决我国固体废弃物排放量大、利用效率低的难题。本专利技术制备了一种流动性能、固化性能以及力学性能均较为良好的膏体，将膏体填入矿场采空区，从而实现提高支撑强度、支撑采空区、防止地表沉降、保护生态环境、合理利用固体废物、吸附重金属，防止污染地下水源的目标。
[0004]本专利技术的技术方案为：一种复合胶结充填膏体制备方法，包括以下步骤：按重量份取原料：12.5～15份废弃混凝土，20～25份电石渣，25～30份粉煤灰，12.5～15份煤矸石，20～25份地质聚合物，预处理煤矸石和废弃混凝土，混合原料，按固体与水的质量比例7：3，加水搅拌，搅拌转速为80～100r/min。
[0005]废弃混凝土为拆除混凝土结构件后粉碎得到的建筑垃圾。
[0006]优选的，所述煤矸石颗粒粒径均小于或等于10mm，其中粒径小于5mm的煤矸石颗粒控制在50％以上。
[0007]优选的，所述废弃混凝土颗粒粒径均小于或等于5mm。
[0008]优选的，所述原料按以下重量份称取：15份废弃混凝土，20份电石渣，30份粉煤灰，20份地质聚合物，15份煤矸石。
[0009]进一步的，所述原料中废弃混凝土替换为煤矸石。
[0010]优选的，所述原料按以下重量份称取：12.5份废弃混凝土，25份电石渣，25份粉煤灰，25份地质聚合物，12.5份煤矸石。
[0011]地质聚合物原料来源于固废，是一种由地球化学作用或人工模仿地质合成作用而制造出的、以无机聚合物为基体的、坚硬的人造岩石。这种人造岩石具有天然岩石样的硬度、耐久性和热稳定性。除此之外还具多孔性，可吸附可能存在于煤矸石与电石渣中的重金属，进一步防止环境污染。因此，将这几种材料按照一定配比，与水拌合形成膏体，作为矿山采空区或其它地质孔洞的充填料，一方面实现对固废的综合利用，减小环境负荷与污染，另一方面，制备的膏体成本低廉，具有推广利用的价值。
[0012]与常规的粉煤灰、煤矸石固体充填技术相比，本专利技术中膏体制备的主要原料为地质聚合物、煤矸石、废弃混凝土、粉煤灰、电石渣等固体废弃物及其制品，堆放量大且价格低廉，制备过程简单；利用地质聚合物、粉煤灰、电石渣等取代水泥，投资成本低但经济效益高；通过调整原料配比，可以使膏体达到不同的强度要求，材料配比灵活，应用场景多样。
具体实施方式
[0013]以下所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0014]实施例1
[0015]一种复合胶结充填膏体的制备方法如下：
[0016]按质量分数取15wt％的废弃混凝土，20wt％的电石渣，30wt％的粉煤灰，20wt％地质聚合物，15wt％的煤矸石，地质聚合物、电石渣、粉煤灰作为胶结物，煤矸石和废弃混凝土均作为骨料掺入。地质聚合物通过采购获得，粉煤灰从某热电厂收集，电石渣从化工厂收集，煤矸石和废弃混凝土则分别从对应的堆放场地获得。
[0017]预处理煤矸石和废弃混凝土，将大块的煤矸石和废弃混凝土破碎后进行筛分，得到对应的颗粒，煤矸石颗粒粒径均小于或等于10mm，其中粒径小于5mm的煤矸石颗粒控制在50％以上，废弃混凝土颗粒粒径小于或等于5mm。筛分后煤矸石粒径大于10mm的颗粒以及废弃混凝土粒径大于5mm的颗粒需采用机械或人工继续进行破碎，直至满足粒径要求为止。
[0018]先用干混砂浆混合机混合原料，固体混合时间为3分钟，按固体与水的质量比例为7：3，加水搅拌，搅拌转速为80～100r/min，搅拌2分钟。搅拌后的膏体凝固后第28d力学强度测试为单轴抗压强度测试，使用电液式数显压力试验机进行测试，在试验过程中连续均匀加荷，加荷速度取0.3MPa/s～0.5MPa/s。通过手动控制试验机加荷速度，当膏体接近破坏开始急剧变形时，停止调整试验机油门，直至破坏，然后记录破坏荷载。抗压强度计算式如下：
[0019][0020]P—单轴抗压强度(MPa)，F—试件破坏荷载(N)，A—试样承压面积(mm2)。
[0021]按上述实施的方法制备复合胶结充填膏体。废弃混凝土、电石渣、粉煤灰、地质聚合物、煤矸石按表1进行配料，得到不同配比的膏体。待固化后检测不同膏体的强度(如表2)。
[0022]表1材料配比
[0023][0024]表2力学强度测试结果
[0025]配比序号12345单轴抗压强度(MPa)19.2213.439.056.884.67
[0026]实施例2
[0027]一种复合胶结充填膏体的制备方法如下：
[0028]将表1所有配比中的废弃混凝土全部使用煤矸石替代，地质聚合物全部使用水泥替代，将固体原料先用干混砂浆混合机混匀，混合时间3分钟，然后将混合后的固体原料置于搅拌机中加水搅拌，搅拌时间为2分钟，搅拌的转速为100r/min。搅拌后的膏体固化28d后对其进行单轴抗压强度测试，结果如表3。
[0029]表3力学强度测试结果
[0030]配比序号12345单轴抗压强度(MPa)15.1910.386.524.092.70
[0031]实施例3
[0032]一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合胶结充填膏体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按重量份取原料：12.5～15份废弃混凝土，20～25份电石渣，25～30份粉煤灰，12.5～15份煤矸石，20～25份地质聚合物，预处理煤矸石和废弃混凝土，混合原料，按固体与水的质量比例7：3，加水搅拌，搅拌转速为80～100r/min。2.根据权利要求1所述的一种复合胶结充填膏体制备方法，其特征在于，所述煤矸石颗粒粒径均小于或等于10mm，其中粒径小于5mm的煤矸石颗粒控制在50％以上。3.根据权利要求1所述的一种复合胶结充填膏体制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵康，张力为，王翰文，孔佳，王燕，侯赟璐，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：