采礦後充填用膠凝材料中石灰石和水泥的淺析

為了提高充填體的強度，使充填體具有一定的穩定性，在充填體內要加入膠凝材料。礦山充填使用的膠凝材料有矽酸鹽水泥、高水速凝材料、全砂土固結材料。

礦山及工程常用及使用較多的是矽酸鹽水泥，就是以適當成分的生料燒至部分熔融，所得的以矽酸鹽為主要成分的矽酸鹽水泥熟料，加入適量石膏和一定量的混合材，磨細製成的水硬性膠凝材料，稱為矽酸鹽水泥。生料是指生產水泥的原料，成分主要含有氧化鈣、氧化矽、氧化鋁、氧化鐵等，主要原材料有石灰石破碎後的原料(石灰石、大理石、貝殼、白堊)，黏土質原料(黏土、黏土質頁岩、黃土、河泥)，輔助材料(鐵粉、礬土、矽藻土)，礦化劑(螢石)等。

將按一定比例配好的原料經磨細得到生料，放入窯中經1450℃的高溫煆燒後，成為熟料。再加入石膏和一定的混合材料磨細，就是水泥。

矽酸鹽水泥的成分為矽酸三鈣與矽酸二鈣的含量大約在75%左右，鋁酸三鈣與鐵鋁酸四鈣的含量在22%左右，也就是說矽酸鹽成分占3/4左右，故稱之為矽酸鹽水泥。除此以外還有少量氧化鈣、氧化鎂、氧化鈦和堿，但其總含量不超過水泥量的百分之幾。在水泥熟料磨細時，還要摻入3%～5%的石膏共同磨細。石膏在水泥中的作用主要是為了調節凝結時間。

矽酸鹽水泥的性能是由其組成礦物的性能決定的，水泥性能主要是強度、凝結硬化速度、水化放熱的大小以及收縮大小等指標。

水泥加水拌和後，則發生化學反應，生成多種水化物，這個過程稱之為“水化”。水泥加水拌和的初期是具有一定流動性或可塑性的漿體，經自身的物理化學變化以後，逐漸變稠而失去可塑性，這時稱之為凝結。隨著水化反應的增長，產生強度，並逐漸發展成堅硬的人造石，稱之為硬化。

水泥的水化與凝結硬化的過程，也就是水泥強度發展的過程。為了正確使用水泥，並能在生產中采取有效措施，調節水泥性能，需要了解水泥水化硬化的影響因素。

影響水泥水化的因素，除礦物成分、細度、用水量外，還有養護時間、環境的溫度、濕度以及石膏摻量等。

養護時間，水泥加水後的前4周，早期的水化速度較快，強度發展也快，4周之後顯著減慢，6個月的水化深度隻有顆粒半徑的1/2左右。因此，隻要維持適當的溫度與濕度，水泥的水化將不再進行，其強度在幾個月、幾年，甚至幾十年後還會持續增長。

溫度和濕度，水泥的水化與凝結硬化和環境的溫度關係很大。當溫度低於5℃時，水化硬化大大減慢，當溫度低於0℃時，水化反應基本停止。同時，由於溫度低於0℃，當水分結冰時，還會破壞水泥石結構。潮濕環境下的水泥石，水分不易蒸發，能保持有足夠的水分進行凝結硬化，生成的水化物進一步填充毛細孔，促進水泥石的強度發展。保持環境的溫度和濕度，是使水泥石強度不斷增長的主要措施。因此水泥強度的測定需要在規定的標準溫度與濕度環境中養護至規定的齡期情況下進行。

石膏的摻量，水泥加水後成為一種凝膠溶液;矽酸鹽膠體帶負電荷。由於電性排斥力，使膠粒不容易互相靠近而結合成大顆粒，凝膠溶液具有一定穩定性。加入石膏，與水化鋁酸鈣作用，可以減少矽酸鹽膠體生成，延緩凝結時間。但如果石膏過量，又會使水泥速凝。

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