Композиционный закладочный материал
Владельцы патента RU 2565290:
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 закладочный материал включает цемент, пластифицирующую добавку, мелкозернистый заполнитель - отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, воду, дополнительно содержит микрофибру базальтовую модифицированную, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент - 14; указанные отходы - 61,70; указанная микрофибра - 0,422; суперпластификатор СП-1 - 0,15; вода - остальное. 2 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 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, масс. %: 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)].
Недостатком 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 закладочный материал, включающий цемент, пластифицирующую добавку, мелкозернистый заполнитель - отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит микрофибру базальтовую модифицированную, при следующем соотношении компонентов, масс.%: цемент - 14; указанные отходы - 61,70; указанная микрофибра - 0,422; суперпластификатор СП-1 - 0,15; 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).
Микрофибра базальтовая модифицированная МБМ выпускается ЗАО «Астрин-Холдинг» по ТУ 5761-014-13800624-2004.
МБМ состоит из (в % по массе):
- ваты базальтовой с органической пропиткой - 99,3-99,6;
- наномодификатора - 0,0001-0,01;
- воды - 0,3-0,5.
В качестве наномодификатора в МБМ используют углеродный наномодификатор фуллероидного типа по ТУ 2166-001-13800624-2003.
Основные характеристики МБМ приведены в таблице 1.
Таблица 1
Характеристики МБМ
| №п/п | Наименование показателя | Норма |
| 1 | Средний диаметр волокна, мкм | 8-10 |
| 2 | Средняя длина волокна, мкм | 100-500 |
| 3 | Содержание неволокнистых включений, % по массе, не более | 10 |
| 4 | Влажность, % по массе, не более | 1 |
| 5 | Плотность насыпная, кг/м3, не более | 800 |
| 6 | Содержание органических веществ, % по массе, не более | 2 |
Пример.
Цемент ЦЕМ II 32,5АШ смешали с отходами обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов со средним размером частиц 75,76 мкм и микрофиброй базальтовой модифицированной 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 70×70×70 мм и 40×40×160 мм. Образцы выдержали в климатической камере в течение 2-3 суток до достижения распалубочной прочности образцов. В камере поддерживалась температура 20±20°С 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 - 8,50МПа и растяжении при изгибе - 2,923 MПa в возрасте 28 суток при расходе цемента 14%.
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 2 приведен исходный валовой состав закладочных композиционных материалов и результаты испытаний механической прочности образцов, приготовленных из этих материалов.
Таблица 2
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 | МБМ | СП-1 | Вода | |||
| Прототип | 15,3 | 55,77 | - | 0,1 | 28,83 | 1,5 | 0,468 |
| Заявляемый | 14 | 61,70 | 0,422 | 0,15 | 23,728 | 8,5 | 2,923 |
Из таблицы следует, что поставленная задача увеличения прочности закладки при сжатии и растяжении при изгибе в 5,67 и 6,25 раза соответственно, достигается при введении в материал микрофибры базальтовой модифицированной в количестве 0,422% от массы материала.
Композиционный закладочный материал, включающий цемент, пластифицирующую добавку, мелкозернистый заполнитель - отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит микрофибру базальтовую модифицированную, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Цемент | 14 |
| Указанные отходы | 61,70 |
| Указанная микрофибра | 0,422 |
| Суперпластификатор СП-1 | 0,15 |
| Вода | Остальное |
