一种石灰石尾矿充填材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及充填材料技术领域，具体涉及一种石灰石尾矿充填材料及其制备方法与应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
我国岩溶发育广泛，全国岩溶总面积占国土面积的1/7，给建筑物基础施工、矿山开采带来了非常大的困难。岩溶根据其发育强度，可分为强烈发育、中等发育、弱发育、微发育等。其中，强烈发育区主要表现为大型暗河，廊道及较大规模的溶洞，其他三种多表现为溶蚀、溶沟、溶槽、中小型串球状洞穴或单个小型溶洞，裂隙较为发育等形态。由于岩溶表现形态呈现多样性及规律性弱的特点，给目前的勘探、设计与施工带来了极大的困难。
岩溶在外载荷的作用下容易发生坍塌，其发生的时间和空间很难预测。在滨海地区的工程量不断增加的过程中，滨海岩溶地区岩溶发育对工程施工条件和安全带来的负面影响渐渐凸显，例如不均匀沉降、溶洞塌陷、基坑和洞室涌突水、岩溶渗漏、地表土潜移等潜在的工程危害，为减少岩溶地区此类问题对工程的影响，因此在岩溶地区修建各类工程建筑物时必须对岩溶进行工程地质研究，以预测和解决因岩溶而引起的各种工程地质问题。
本发明人研究发现：由于水泥生产对石灰石尾矿中氧化钙含量有明确要求(通常不能低于50％)，且氧化镁含量需低于2.0％，但现实情况是，即使同一座矿山，氧化钙和氧化镁含量均有较大差异，而导致这些氧化镁含量较高的尾矿无法用于水泥生产。一段时间以来，水泥企业多采用堆放和回填的办法处理，造成极大的资源浪费。
发明内容
针对上述的问题，本发明进一步研究发现：虽然氧化镁含量高的石灰石尾矿不能用于水泥生产，但其具有的高硬度使这种尾矿用于生产骨料恰到好处，为此，本发明提出了一种石灰石尾矿充填材料及其制备方法与应用，为实现上述目的，本发明技术方案如下所示。
在本发明的第一方面，提供一种石灰石尾矿充填材料，其包括石灰石尾矿胶凝材料和骨料，且两者的质量比依次序为1：3～7；其中，所述石灰石尾矿胶凝材料包括以下重量份的组分：石灰石尾矿粉40～60份、粒化高炉矿渣40～60份、水泥熟料4～12份、石膏4～12份、钢渣10～15份、激发剂2-15份、减水剂0.2-1.2份；所述骨料为原状石灰石尾矿。
进一步地，所述石灰石尾矿充填材料还包括水，优选地，按照0.6～1.2的水灰比添加所述水。
进一步地，所述石灰石尾矿粉由原状石灰石尾矿粉磨得到，其比表面积为100～600m2/kg。
进一步地，在本发明中，所述原状石灰石尾矿指未经任何处理的石灰石尾矿。
进一步地，所述石膏包括脱硫石膏、磷石膏中的任意一种，优选地，所述石膏为比表面积200～400m2/kg的石膏粉。
进一步地，所述钢渣、矿渣的细度均大于300m2/kg。
进一步地，所述水泥熟料包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥熟料等中的至少一种。
进一步地，所述激发剂包括氢氧化钠、硅酸钠、工业废碱的任意一种。可选地，所述工业废碱为工业生产中产生的强碱性废液，pH值为8-10。
进一步地，所述减水剂包括萘系减水剂、氨基减水剂、三聚氰胺减水剂、聚羧酸减水剂中的任意一种。
进一步地，所述骨料为原状石灰石尾矿细度模数为3.40～3.50。
在本发明的第二方面，公开所述石灰石尾矿充填材料的制备方法：首先将石灰石尾矿胶凝材料中的激发剂溶于水中，然后加入剩余的石灰石尾矿胶凝材料的各原料，最后加入原状石灰石尾矿，即得。
在本发明的第三方面，公开所述石灰石尾矿充填材料在岩溶治理中的应用。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明充分利用了石灰石尾矿，利用率高达90％以上，解决了石灰石尾矿利用的问题，首先在胶凝材料中石灰石尾矿可以起到填充作用密实结石体，同时石灰石尾矿可以促进水泥熟料的水化，另一方面原状石灰石尾矿可以作为集料提高充填材料的力学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。本发明中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
正如前文所述，由于水泥生产对石灰石尾矿中氧化钙含量有明确要求，且氧化镁含量需低于2.0％，导致氧化镁含量较高的尾矿无法用于水泥生产。一段时间以来，造成极大的资源浪费。为此，本发明提出了，现结合具体实施方式对本发明进一步说明。
下列实施例中，所述石灰石尾矿粉来自华润水泥(平南)有限公司。
下列实施例中，所述矿渣来自山东鲁碧建材有限公司。
下列实施例中，所述水泥来自山水水泥集团有限公司。
下列实施例中，所述钢渣来自山东鲁碧建材有限公司。
第一实施例
一种石灰石尾矿充填材料的制备，包括如下步骤：
(1)按照以下重量份的比例，分别称取石灰石尾矿胶凝材料中各原料：石灰石尾矿50份、高炉矿渣40份、硅酸盐水泥熟料8份、脱硫石膏8份、钢渣10份、激发剂(氢氧化钠粉末)6份、氨基高效减水剂0.8份。其中，所述脱硫石膏为比表面积大约400m2/kg的粉体，所述石灰石尾矿为比表面积600m2/kg的粉体。
(2)按照5倍于本实施的石灰石尾矿胶凝材料质量的比例，称取原状石灰石尾矿作为骨料，其细度模数3.45。
(3)按照水灰比1称取自来水。
(4)将步骤(1)中的激发剂溶于步骤(3)的水中，搅拌均匀，然后加入步骤(1)中剩余的各原料，最后加入步骤(2)中的原状石灰石尾矿，搅拌均匀，即得石灰石尾矿充填材料。
(5)将步骤(4)得到的填充材料放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护，完成后测试其力学强度。
第二实施例
一种石灰石尾矿充填材料的制备，包括如下步骤：
(1)按照以下重量份的比例，分别称取石灰石尾矿胶凝材料中各原料：石灰石尾矿40份、高炉矿渣50份、硅酸盐水泥熟料4份、脱硫石膏4份、钢渣12份、激发剂(硅酸钠)2份、萘系减水剂0.2份。(2)石灰石尾矿胶凝材料，其中，所述脱硫石膏为比表面积大约300m2/kg的粉体，所述石灰石尾矿为比表面积400m2/kg的粉体。
(2)按照3倍于本实施的石灰石尾矿胶凝材料质量的比例，称取原状石灰石尾矿作为骨料，其细度模数为3.45。
(3)按照水灰比1称取自来水。
(4)将步骤(1)中的激发剂溶于步骤(3)的水中，搅拌均匀，然后加入步骤(1)中剩余的各原料，最后加入步骤(2)中的原状石灰石尾矿，搅拌均匀，即得石灰石尾矿充填材料。
(5)将步骤(4)得到的填充材料放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护，完成后测试其力学强度。
第三实施例
一种石灰石尾矿充填材料的制备，包括如下步骤：
(1)按照以下重量份的比例，分别称取石灰石尾矿胶凝材料中各原料：石灰石尾矿60份、高炉矿渣55份、硅酸盐水泥熟料12份、脱硫石膏10份、钢渣15份、激发剂(氢氧化钠粉末)15份、三聚氰胺减水剂1.2份。(2)石灰石尾矿胶凝材料，其中，所述脱硫石膏为比表面积大约200m2/kg的粉体，所述石灰石尾矿为比表面积100m2/kg的粉体。
(2)按照4.5倍于本实施的石灰石尾矿胶凝材料质量的比例，称取原状石灰石尾矿作为骨料，其细度模数为3.45。
(3)按照水灰比1称取自来水。
(4)将步骤(1)中的激发剂溶于步骤(3)的水中，搅拌均匀，然后加入步骤(1)中剩余的各原料，最后加入步骤(2)中的原状石灰石尾矿，搅拌均匀，即得石灰石尾矿充填材料。
(5)将步骤(4)得到的填充材料放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护，完成后测试其力学强度。
第四实施例
一种石灰石尾矿充填材料的制备，包括如下步骤：
(1)按照以下重量份的比例，分别称取石灰石尾矿胶凝材料中各原料：石灰石尾矿55份、高炉矿渣60份、硅酸盐水泥熟料10份、磷石膏12份、钢渣13份、激发剂(硅酸钠)11份、聚羧酸减水剂0.8份。(2)石灰石尾矿胶凝材料，其中，所述磷石膏为比表面积大约200m2/kg的粉体，所述石灰石尾矿为比表面积100m2/kg的粉体。
(2)按照7倍于本实施的石灰石尾矿胶凝材料质量的比例，称取原状石灰石尾矿作为骨料，其细度模数为3.45。
(3)按照水灰比1称取自来水。
(4)将步骤(1)中的激发剂溶于步骤(3)的水中，搅拌均匀，然后加入步骤(1)中剩余的各原料，最后加入步骤(2)中的原状石灰石尾矿，搅拌均匀，即得石灰石尾矿充填材料。
(5)将步骤(4)得到的填充材料放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护，完成后测试其力学强度。
第五实施例
一种石灰石尾矿充填材料的制备，包括如下步骤：
(1)按照以下重量份的比例，分别称取石灰石尾矿胶凝材料中各原料：石灰石尾矿50份、高炉矿渣40份、硅酸盐水泥熟料8份、脱硫石膏8份、钢渣10份、激发剂(氢氧化钠粉末)6份、氨基高效减水剂0.8份。(2)石灰石尾矿胶凝材料，其中，所述脱硫石膏为比表面积大约400m2/kg的粉体，所述石灰石尾矿为比表面积600m2/kg的粉体。
(2)按照水灰比1称取自来水。
(3)将步骤(1)中的激发剂溶于步骤(2)的水中，搅拌均匀，然后加入步骤(1)中剩余的各原料，搅拌均匀，即得石灰石尾矿充填材料。
(4)将步骤(3)得到的填充材料放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护，完成后测试其力学强度。
第六实施例
一种石灰石尾矿充填材料的制备，包括如下步骤：
(1)按照以下重量份的比例，分别称取石灰石尾矿胶凝材料中各原料：高炉矿渣40份、硅酸盐水泥熟料8份、脱硫石膏8份、钢渣10份、激发剂(氢氧化钠粉末)6份、氨基高效减水剂0.8份。(2)石灰石尾矿胶凝材料，其中，所述脱硫石膏为比表面积大约400m2/kg的粉体，所述石灰石尾矿为比表面积600m2/kg的粉体。
(2)按照5倍于本实施的石灰石尾矿胶凝材料质量的比例，称取原状石灰石尾矿作为骨料，其细度模数为3.45。
(3)按照水灰比1称取自来水。
(4)将步骤(1)中的激发剂溶于步骤(3)的水中，搅拌均匀，然后加入步骤(1)中剩余的各原料，最后加入步骤(2)中的原状石灰石尾矿，搅拌均匀，即得石灰石尾矿充填材料。
(5)将步骤(4)得到的填充材料放入到模具中成型，一天后拆模，并在标准状况下养护，完成后测试其力学强度。
以第一至第四实施例制备的石灰石尾矿充填材料为测试对象，对其流动度及强度进行测试，结果如表1所示。
表1
从表1可以看出：加入原状石灰石尾矿作为骨料可以明显提高充填材料的强度，同时提高了石灰石尾矿的利用率，可以大量的消耗石灰石尾矿，在胶凝材料中增加可以增大石灰石尾矿的石灰石尾矿充填材料的流动度，胶凝材料中石灰石尾矿可以起到填充作用密实结石体，同时石灰石尾矿可以促进水泥熟料的水化，另一方面原状石灰石尾矿可以作为集料提高充填材料的力学性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
