采矿后充填用胶凝材料中石灰石和水泥的浅析

为了提高充填体的强度，使充填体具有一定的稳定性，在充填体内要加入胶凝材料。矿山充填使用的胶凝材料有硅酸盐水泥、高水速凝材料、全砂土固结材料。

矿山及工程常用及使用较多的是硅酸盐水泥，就是以适当成分的生料烧至部分熔融，所得的以硅酸盐为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏和一定量的混合材，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。生料是指生产水泥的原料，成分主要含有氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁等，主要原材料有石灰石破碎后的原料(石灰石、大理石、贝壳、白垩)，黏土质原料(黏土、黏土质页岩、黄土、河泥)，辅助材料(铁粉、矾土、硅藻土)，矿化剂(萤石)等。

将按一定比例配好的原料经磨细得到生料，放入窑中经1450℃的高温煅烧后，成为熟料。再加入石膏和一定的混合材料磨细，就是水泥。

硅酸盐水泥的成分为硅酸三钙与硅酸二钙的含量大约在75%左右，铝酸三钙与铁铝酸四钙的含量在22%左右，也就是说硅酸盐成分占3/4左右，故称之为硅酸盐水泥。除此以外还有少量氧化钙、氧化镁、氧化钛和碱，但其总含量不超过水泥量的百分之几。在水泥熟料磨细时，还要掺入3%～5%的石膏共同磨细。石膏在水泥中的作用主要是为了调节凝结时间。

硅酸盐水泥的性能是由其组成矿物的性能决定的，水泥性能主要是强度、凝结硬化速度、水化放热的大小以及收缩大小等指标。

水泥加水拌和后，则发生化学反应，生成多种水化物，这个过程称之为“水化”。水泥加水拌和的初期是具有一定流动性或可塑性的浆体，经自身的物理化学变化以后，逐渐变稠而失去可塑性，这时称之为凝结。随着水化反应的增长，产生强度，并逐渐发展成坚硬的人造石，称之为硬化。

水泥的水化与凝结硬化的过程，也就是水泥强度发展的过程。为了正确使用水泥，并能在生产中采取有效措施，调节水泥性能，需要了解水泥水化硬化的影响因素。

影响水泥水化的因素，除矿物成分、细度、用水量外，还有养护时间、环境的温度、湿度以及石膏掺量等。

养护时间，水泥加水后的前4周，早期的水化速度较快，强度发展也快，4周之后显著减慢，6个月的水化深度只有颗粒半径的1/2左右。因此，只要维持适当的温度与湿度，水泥的水化将不再进行，其强度在几个月、几年，甚至几十年后还会持续增长。

温度和湿度，水泥的水化与凝结硬化和环境的温度关系很大。当温度低于5℃时，水化硬化大大减慢，当温度低于0℃时，水化反应基本停止。同时，由于温度低于0℃，当水分结冰时，还会破坏水泥石结构。潮湿环境下的水泥石，水分不易蒸发，能保持有足够的水分进行凝结硬化，生成的水化物进一步填充毛细孔，促进水泥石的强度发展。保持环境的温度和湿度，是使水泥石强度不断增长的主要措施。因此水泥强度的测定需要在规定的标准温度与湿度环境中养护至规定的龄期情况下进行。

石膏的掺量，水泥加水后成为一种凝胶溶液;硅酸盐胶体带负电荷。由于电性排斥力，使胶粒不容易互相靠近而结合成大颗粒，凝胶溶液具有一定稳定性。加入石膏，与水化铝酸钙作用，可以减少硅酸盐胶体生成，延缓凝结时间。但如果石膏过量，又会使水泥速凝。

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