Материалы для закладочных смесей

Опыт разработки полезных ископаемых системами с закладкой выработанного пространства показывает, что качество возведенного искусственного массива в большей степени зависит от свойств применяемых закладочных материалов. Выбор того или иного материала во многом определяется требованиями к закладочному массиву, способу транспортирования и размещения закладки в выработанном пространстве.

ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА - материалы, применяемые для скрепления (омоноличивания) всех компонентов закладки в единое прочное камневидное тело.

Вяжущее должно обладать необходимой активностью, под которой понимают предел прочности образцов стандартной смеси в возрасте 28 суток, стойкостью к агрессивным средам, что позволяет использовать его при разработке месторождений, где шахтные воды резко отличаются по своим характеристикам от нейтральных.

Свойства вяжущих материалов не должны резко изменяться при хранении на базисных и расходных складах и транспортировке. Основные требования к цементам регламентированы ГОСТом 31.1-76.

Стоимость вяжущего не должна быть преобладающей статьей затрат в себестоимости закладки.

Для приготовления твердеющих закладочных смесей наибольшее распространение получили товарные вяжущие - цементы, доменные шлаки. Среди цементов применяются портландцемент и шлакопортландцемент.

Портландцемент имеет главной своей составной частью силикаты и алюминаты кальция, кроме этих основных компонентов, присутствуют в небольших количествах окись железа, серный кальций, окись магния, алкалоиды и некоторые другие вещества. Марки портландцемента - 250, 300, 400, 500 и 600.

Шлакопортландцемент получают совместным помолом портландцементного клинкера (30%), доменного гранулированного шлака (до 70%) и небольшой добавки гипса. От портландцемента он отличается замедленным нарастанием прочности в начальный период твердения и несколько большей водостойкостью. Марки - 200, 300, 400, 500.

Средний химический состав цементов приведен в таблице 8.5.

Таблица 8.5 - Химический состав цементов

Тип цемента	Содержание основных компонентов, %
SiO3	Аl2О3	СаО	MgO	Р2О5	S	Вода	Прочие
Портландцемент Шлакопортландцемент	17,52 27,97	5,93 10,64	63,84 44,53	4,24 9,29	0,025 0,15	0,79 0,97	0,63 0,49	6,63 5,96

Повышенное содержание в клинкере СаО обуславливает обычно повышенную скорость твердения портландцемента, его высокую конечную прочность, но несколько пониженную водостойкость.

Цемент с повышенным содержанием SiO₂ характеризуется пониженной скоростью твердения в начальные сроки при достаточно интенсивном наборе прочности в более поздние сроки твердения, они отличаются водо- и сульфатостойкостью.

Повышенное содержание Аl₂О₃ придает цементу способность к ускоренному твердению в начальные сроки, однако водостойкость цемента снижается.

Цементы, богатые Fe₂O₃, при низком содержании А1₂О₃ характеризуются свойствами, аналогичными высококремнеземистым цементам.

Фосфорный ангидрид P₂O₅ и окись хрома Сг₂О₃ в небольшом количестве (0,1-0,3%) оказывают легкое легирующее действие на клинкер, увеличивая интенсивность твердения цемента в ранние сроки и повышая его конечную прочность. При повышении их содержания (1-2%) скорость твердения цемента замедляется, а прочность снижается.

Более точной характеристикой помола является удельная поверхность, т.е. сумма поверхность зерен, содержащихся в 1 г цемента. Заводские цементы имеют удельную поверхность 2500-3000 см²/г.

Физические и механические свойства цементов: плотность портландцемента 3,0-3,2 т/м³, шлакопортландцемента 2,7-2,9 т/м³.

Объемная масса портландцемента в рыхлом состоянии 900-1100 кг/м³, в уплотненном состоянии 1400-1700 кг/м³.

Водопотребность портландцемента 24-28%.

Сроки схватывания: начало не ранее 45 мин, окончание не позднее 12 ч.

Доменные гранулированные шлаки являются одним из наиболее эффективных местных сырьевых материалов для производства низкомарочного вяжущего. Вяжущие свойства доменных шлаков обусловлены тем, что их химический состав близок к составу портландцемента (таблица 8.6). В отличие от последнего в гранулированных шлаках содержится меньше СаО, но больше SiO₂, Al₂O₃ и других окислов. Из основных окислов СаО и А1₂О₃ повышают вяжущую активность шлака, кремнезем же снижает ее.

Таблица 8.6 - Средний химический состав доменных гранулированных шлаков

Сорт шлака	Содержание основных компонентов, %
А12О3	СаО	SiO2	MgO	SO3	Р	Mn	Fe
Первый Второй Третий	13,5 8,5 6,9	37,3 44,5 46,2	34,5 40,7 39,6	9,9 3,2 2,5	1,05 1,15	0,65 - -	1,8 0,65 2,2	1,05 1,25 0,7

Для приготовления твердеющей закладочной смеси в качестве вяжущего на бетоно-закладочном комплексе (БЗК) Малеевского рудника применяют:

- портландцемент или шлакопортландцемент марки М400;

- шлакопортландцемент марки 300;

- доменный гранулированный шлак молотый.

Основные требования к вяжущим материалам:

- марка цемента и его нормативные характеристики должны соответствовать требованиям ГОСТ 10178;

- доменный гранулированный шлак по химическому составу и коэффициенту качества должен быть не ниже 2 сорта по ГОСТ 3476;

- в молотом граншлаке, подаваемом в процесс приготовления закладочной смеси, содержание тонких частиц, проходящих, через сито № 008 по ГОСТ 3584, должно быть не менее 50% по массе.

Удельный расход компонентов в назначенном составе твердеющей закладочной смеси зависит от марки используемого вяжущего и должен корректироваться в зависимости от фактической активности вяжущего.