1、高水材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢文獻綜述:1995-2012摘要：高水材料是一種主要用于礦井支護、填充、堵漏、固土、阻燃滅火和污水處理，并具有廣泛應用前景的無機膠凝材料。雖然具備某些優(yōu)異的性能，但是在許多工程中仍不能滿足其應用。目前，它正在向石油工程和超高水材料方向發(fā)展。關鍵字：高水材料填充發(fā)展研究趨勢一、高水材料的起源及組成：高水材料是20世紀80年代發(fā)展起來的一種無機膠凝材料，全稱為高水速凝材料。它是一種使用方便，并具有一定力學性能的新型可泵性支護材料1'20高水材料通常由A、B兩種組分組成，A組分一般由鋁酸鹽或硫鋁酸鹽水泥燒結料、懸浮劑、緩凝劑和分散劑組成，B組分由石膏、石灰和復合速凝、

2、早強劑和懸浮分散劑組成，A、B組分質量比一般是1:1,并且按大致相同的水灰比分別加水攪拌后由管道輸送到填充位置再混合凝結成固化，所以高水材料可以不凝結、不堵管、可泵送，混合后又能速凝早強，可用于礦井支護、填充、堵漏、固土、阻燃滅火和污水處理等，具有廣泛的應用前景。2-7二、高水材料的研究現(xiàn)狀：雖然高水材料具備眾多的優(yōu)異性能，在許多工程中也得到了應用，但是在對其研究和應用中發(fā)現(xiàn)，以鈣磯石為主體的結構疏松，強度變化起伏較大，以致在許多工程應用中不能滿足其應用要求。8對此，眾多學者專家對高水速凝材料做了各種各樣的改性研究。200處12月陳洪令、王玉平利用硫酸鋁對硫鋁酸鹽基高水材料進行凝膠化改性。通過

3、X寸線彳方射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、壓汞儀等現(xiàn)代測試手段，研究了硫鋁酸鹽基高水材料凝膠化改性后的微觀結構與強度間的關系。結果表明，高水材料經(jīng)凝膠化改性后，水化形成以鈣研石為主的結構體，具1d抗壓強度為3.5MPa,28d抗壓強度可達7.8MPa；硫酸鋁凝膠化改性可以促進鈣研石的形成，改善結構體的孔結構，增加結構體致密性，提高高水材料的強度。凝膠化改性后的高水材料可用作一種優(yōu)良的充填材料。網(wǎng)2010年04月，由陳洪令、王玉平在硫鋁酸鹽基高水材料中引入了粘土礦物對其進行改性，通過正交實驗討論了原料配比、細度及粘土礦物摻量對硫鋁酸鹽基高水材料結構體強度的影響，并得出了最佳配比方案。結合

4、X寸線彳方射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM污現(xiàn)代測試方法，對改性硫鋁酸鹽基高水材料的微觀結構及性能進行了研究。結果表明，原料配比是影響高水材料結構體強度的主要因素，硫鋁酸鹽水泥熟料：石膏：石灰=1：0.4:0.15,外摻10%勺膨潤土，水化形成以鈣磯石為主的結構體，28d抗壓強度達到6.5MPa；外摻適量膨潤土可以改善漿體的均勻性，減少泌水和分層現(xiàn)象，促進結構體的形成。改性后的高水材料，可用作一種優(yōu)良的充填材料。92011年09月，由彭美勛、蔣建宏、張欣等人做了一項關于礦用高水材料的組分對其性能與微結構的影響研究。通過實驗綜合研究高水速凝材料各組分對其工作性能和固結體抗壓強度的影響，并利用

5、XRDfSEMF究了材料的微結構。研究證明：硫鋁酸鹽熟料漿（A組分）的懸浮性不如石膏與石灰（B組分）混合漿，所需懸浮劑也更多；B組分中石膏摻量在80%-85%£圍內(nèi)，高水速凝材料各齡期強度穩(wěn)定在較高的平臺。緩凝劑的加量為1.8%時A組分的凝結時間可達24h;速凝劑加量為A組分的0.050%0.300%寸，試塊各齡期的同齡期強度比較穩(wěn)定；水灰比為3.0時，摻入0.100%的速凝劑,試塊7d的強度最高，達3.19MPa高水材料由柱狀鈣磯石網(wǎng)絡狀連接而成，且含水量越高，鈣研石晶體越細小。16張彩文、魏慶敏等人研究發(fā)現(xiàn)當在原料中加入一定量的膨潤土時，由于膨潤土在水中易分散為大量極微小的薄片，

6、與棱柱狀水化產(chǎn)物AFt一起構成絮凝結構網(wǎng)，封閉自由水，促使?jié){體凝固。絮凝結構形成后，膨潤土因妨礙晶體連生而對強度發(fā)展不利。11三、高水材料的發(fā)展趨勢：目前，高水材料主要用于礦井的充填，但是按當前趨勢來看，它正在向石油工程以及超高水材料發(fā)展過渡。2001年由紀朝鳳首次在室內(nèi)做了將高水速凝材料用于石油工程的研究，高水材料可替代水泥運用于低密度固井，可以得到性能接近，但成本較低的低密度水泥漿；也可替代礦渣用于MTCfc術，不僅可以解決礦渣MTC勺問題而且成本不會超過礦渣MTCfc術,還可以用于廢棄鉆井液固化；由于具有在流動時稠化時間很長，而靜止后能迅速凝固的特性，還可以作為一種快速堵漏材料；在控制一

7、定的粒徑后,高水材料可以作為一種防砂材料。11超高水材料是中國礦業(yè)大學研究發(fā)明的一種新型材料。2011年7月，由丁玉、馮光明、王成真等人對超高水充填材料基本性能進行了試驗研究。超高水材料由A、B兩種材料組成，A料主要以鋁土礦、石膏等獨立煉制成主料并配以復合超緩凝分散劑（又稱AA）構成；B料由石膏、石灰混磨成主料并與少量復合速凝劑（又稱BB）構成。二者以1:1比例配合使用，水體積在95%97%時，超高水材料周結體抗壓強度可根據(jù)水體積的不同而進行調(diào)節(jié)且能實現(xiàn)初凝時間在890min之間的按需調(diào)整，其28d強度可達到0.661.50MPa超高水材料A、B兩料單漿液可持續(xù)3040h不凝固，混合以后材料可

8、快速水化并凝固，調(diào)整外加劑配方可改變材料性能，固結體初凝強度約為最終強度的20%,7h抗壓強度可達到最終強度的60%90%,后期強度增長趨勢較慢。超高水材料固結體由鈣磯石、鋁膠和游離水等構成，鈣磯石是其中的主要物質。文獻1214將水體積大于95%的材料稱為超高水材料，而小于95%的材料為普通高水材料。超高水材料的水灰比可達11:1,而普通高水材料水灰比為2.5:1左右，兩者用水量相差甚大。15河北冀中能源邯礦集團陶一礦運用超高水材料充填技術獲得成功，2012年6月份單面充填產(chǎn)量達到5.068萬噸。這標志著世界首創(chuàng)的超高水材料充填技術實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)。據(jù)了解，目前我國大多數(shù)煤礦都存在“三下”，即

9、建筑物下、水體下、鐵路下壓煤問題，充填開采是解決“三下”壓煤的重要方法。超高水材料充填技術工藝簡單，既能避免地面沉降，又減少礦井水排放，為我國礦井采空區(qū)充填提供了新途徑。172012年由肖龍正、賈凱軍、郭楠楠、戚洋等人做了一項超高水材料充填空巷研究與工業(yè)性試驗。此項研究針對煤礦開采中工作面過空巷，傳統(tǒng)的空巷支護方式不能有效地對頂板和煤壁提供足夠的阻力或阻止圍巖破壞范圍的擴大展開研究。這項研究分析工作面空巷圍巖活動規(guī)律和超高水材料性能的基礎上，論證了超高水材料充填空巷的可行性，并確定了充填體的力學參數(shù)和充填工藝?，F(xiàn)場試驗證明，采用超高水材料充填空巷是一種安全、經(jīng)濟、高效的方法，較傳統(tǒng)空巷支護方法

10、具有較大的優(yōu)勢。182011年11月由馬廣興、侯尚武、白長江等人針對高水材料充填過程中存在的充填管路易堵塞、充填料在泵坑淤積、充填料利用率低、充填面與充填碉室溝通不暢等問題做了一項關于超高水材料充填系統(tǒng)的優(yōu)化的試驗研究。根據(jù)實際應用情況，提出了充填管路的改造、通信系統(tǒng)的調(diào)整以及使用走向限包鏈網(wǎng)與擋漿膠帶等措施，解決了充填過程中的技術難題，改進了充填工藝。應用表明，這些方法可以有效提高超高水材料充填系統(tǒng)的性能。19四、結論高水材料經(jīng)過三十年的發(fā)展，已經(jīng)得到了大眾的認可。利用其“易輸送、任意成型、易接頂”等特點，廣泛應用于礦井充填、支護、堵漏等方面。在高水材料逐步發(fā)展過程中，人們對其突現(xiàn)出的缺陷與

11、不足進行了各種各樣的改性試驗研究。當下，高水材料正逐漸與石油工程相結合，向著超高水材料方向發(fā)展，并且在某些方面已經(jīng)得到了初步的應用，可以看出超高水材料將會很快的并且熟練的應用到實際工程當中去。參考文獻：1余其俊.高水速凝固結材料的性能及其水化硬化機理研究.水泥技術.1995(5):3-62張宇震.高水速凝固結材料的生產(chǎn)及應用.水泥，1995(11):7-113孫春東，馮光明.新型高水材料巷旁填充沿空留巷技術J.煤礦開采.2010,15(11):58-704周明凱，張文生，李北星.高水速凝固結材料性能和硬化機理研究J.武漢工業(yè)大學校報.1998,20(4):18-215劉從喜.高水填充材料充填護

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