用于矿山回填的钢渣水洗尘泥基地聚物自流平砂浆及其制备方法技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体地指一种用于矿山回填的钢渣水洗尘泥基地聚物
自流平砂浆材料及其制备方法。
背景技术
为适应人民现代生活方式和生活质量的不断提高，各种公用、公共场合对地面的
平整、装饰、清洁、安全和功能的要求不断提高，从而推进了地面材料的发展，并催生新的地
面材料的出现。另一方面，随着现代工业对生产环境要求的不断提高，对工业地坪提出了更
为严格的要求，使得地面成为不可忽视且必须高度重视并需要投入一定的资金、技术进行
建造、翻新和维修的生产硬件。自流平砂浆是一种以无机或者有机胶凝材料、细骨料、填料
及外加剂等组成，加水搅拌后具有流动性或稍加辅助性铺摊就能流动找平的地面用材料。
使用时只需按规定的水灰比范围加水拌和均匀，机械泵送或人工施工后，无需人
工抹平，浆体在自身重力作用下流动形成平整表面。它具有流动度大、施工快速、表而光滑
平整等优点，消除传统混凝土平整度差、开裂、剥落、起灰等多种缺陷，是大型超市、商场、停
车场、工厂车间、仓库等地面铺筑的理想材料，是现在建筑地面施工的一个发展方向，市场
潜力很大。
矿山采区采矿终了，废弃的地下井巷、采场和露天矿坑及废石场又需要及时充填，
以避免因地下采场和地表露天坑的存在，导致大规模地面沉陷与山体滑落，造成农田、水
库、道路与工业和民用建设设施的破坏。矿业公司处理方式为采空区回填综合治理，需要大
量地质聚合物作为大体积混凝土原料。目前大体积混凝土的生产还主要是利用常规的水
泥、尾矿、砂石进行拌和而成，回填成本较高。
矿渣是一种钢铁厂排放的工业副产品，其结构多为玻璃体，具有潜在的水化活性，
矿渣微粉等量替代各种用途混凝土及水泥制品中的水泥用量，可以明显的改善混凝土和水
泥制品的综合性能。矿渣微粉作为高性能混凝土的新型掺合料，具有改善混凝土各种性能
的优点，具体表现为：
1)可以大幅度提高水泥混凝土的强度，能配制出超高强水泥混凝土；
2)可以有效抑制水泥混凝土的碱骨料反应，显著提高水泥混凝土的抗碱骨料反应
性能，提高水泥混凝土的耐久性；
3)可以有效提高水泥混凝土的抗海水浸蚀性能，特别适用于抗海水工程；
4)可以显著减少水泥混凝土的泌水量，改善混凝土的和易性；
5)可以显著提高水泥混凝土的致密性，改善水泥混凝土的抗渗性；
6)可以显著降低水泥混凝土的水化热，适用于配置大体积混凝土；
地质聚合物是以粘土、工业废渣或矿渣为主要原料，经适当的工艺处理，在较低温
度条件下通过化学反应得到的一类新型无机聚合物材料。地质聚合物具有强度高、硬化快、
耐酸碱腐蚀等优于普通硅酸盐水泥的独特性能，同时具有材料丰富、工艺简单、价格低廉、
节约能源等优点。
现在大多数研究者都以法国J.Davidovits的理论作为研究地质聚合物反应机理
的基础，即地质聚合物的形成过程为：铝硅酸盐聚合反应是一个放热脱水的过程，反应以水
为传质，在碱性催化剂的作用下铝硅酸盐矿物的硅氧键和铝氧键断裂，发生“断裂—重组”
反应；形成一系列的低聚硅(铝)四面体单元，聚合后又将大部分水排除，少量水则以结构水
的形式取代[SiO4]中一个O的位置，最终生成Si-O-Al的网络结构。聚合作用过程即各种铝
硅酸盐(Al3+呈Ⅳ或Ⅴ次配位)与强碱性硅酸盐溶液之间的化学反应。
20世纪30年代，美国的Purdon在研究了波特兰水泥(普通硅酸盐水泥)的硬化机理
时发现，少量的NaOH在水泥硬化过程中可以起催化剂的作用，使得水泥中的硅、铝化合物比
较容易溶解而形成硅酸钠和偏铝酸钠，再进一步与Ca(OH)2反应形成硅酸钙和铝酸钙矿物，
使水泥硬化并且重新生成NaOH，再催化下一轮反应，因此他提出了所谓的“碱激活”理论。在
这以后，前苏联对碱激活材科进行了系统的研究。他们发现除了氢氧化钠以外，碱金属的氢
氧化物、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氟化物、硅酸盐和铝硅酸盐等都可以作为反应的激活剂。
到了1972年，法国的J.Davidovits教授申请了地质聚合物历史上的第一篇关于用高岭土通
过碱激活反应制备建筑板材的专利。之后世界许多国家的专门机构都在致力于地质聚合物
材料内部结构和反应机理的研究，并对其优异性能的应用前景进行了乐观的预测。
20世纪90年代后期，Van Jaarsveid和Van Deventer等致力于由粉煤灰等工业固
体废物制备地质聚合物及其应用的研究，包括固化有毒金属及化合物等。他们也对16种天
然硅酸盐矿物制备地质聚合物进行了研究，结果表明：架状和岛状结构的硅酸盐，并且钙含
量较高者形成的地质聚合物抗压强度最大。且以粉煤灰为原料合成了7d抗压强度达
58.6MPa的地质聚合物，并证明了粉煤灰中较高的CaO含量和含有部分超细颗粒是合成高强
度地质聚合物的有利条件。国内对人造矿物聚合物材料的研究起步较晚。
地质聚合物是一类新型无机高聚合胶凝材料，在国内的研究目前仅限于其作为胶
凝材料的研究，大多数报道其采用矿渣、粉煤灰等活性较好的材料制备，在矿山回填中的应
用在国内尚未见报道。
钢渣水洗尘泥是某钢厂采取湿法水洗球磨工艺提取金属铁后残留的渣泥。钢渣水
洗尘泥细度小、易渗水，饱和含水率约为30％。由于钢渣具有一定的胶凝性，因此钢渣水洗
尘泥难以脱水，干燥后又容易板结，从而导致难以运输和堆放，严重污染了生产现场。同时
钢渣水洗尘泥含磷、硫很高，不适合直接用于水泥和其他建材。
长期以来，钢渣水洗尘泥的主要处理方式是堆放或者作为垃圾处理。其每年排放
量较大，造成了巨大的环境压力，已经成为制约企业发展的瓶颈。因此如何既环保又高附加
值综合利用钢渣水洗尘泥是一项十分复杂的问题，既要解决其自身的硫、磷、钙导致的不稳
定性，又要解决其活性低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供了一种用于矿山回填的钢渣水洗尘泥基地聚物自流平砂浆
及其制备方法，本发明利用矿渣微粉与尾矿砂在自流平中的大量应用，取代河砂或人工石
英砂与双飞粉，既可提高自流平砂浆的性能，降低自流平产品的成本，又可以缓解矿渣堆积
和环境污染的压力。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种用于矿山回填的钢渣水洗尘泥基地聚物
自流平砂浆，所述平砂浆的原料按重量份数比计包括：8～55份的矿渣微粉，0～6份的硫酸
铝、5～8份的烧结脱硫灰、2～12份的钢渣水洗尘泥、35～43份的尾矿砂、0.05～0.15份的聚
羧酸类高效减水剂、0.05～0.25份的保水剂、0～0.15份的十二烷基苯磺酸钠和1.5～3.5份
的乳胶粉或橡胶粉。
进一步地，所述平砂浆的原料按重量份数比计包括：45～55份的矿渣微粉、1～6份
的硫酸铝、7～8份的烧结脱硫灰、10～12份的钢渣水洗尘泥、40～43份的尾矿砂、0.1～0.15
份的聚羧酸类高效减水剂、0.15～0.2份的保水剂、0.02～0.05份的十二烷基苯磺酸钠、2～
2.5份乳胶粉或橡胶粉。
再进一步地，所述矿渣微粉的比表面积为300～500m2/kg。
再进一步地，所述烧结脱硫灰为烧结NID工艺中脱硫剂吸收烧结烟气中的SO2后形
成的一种工业固体废弃物，其粒径小于45μm。
再进一步地，所述尾矿砂粒径0.15mm～0.60mm。
本发明还提供了一种上述用于矿山回填的钢渣水洗尘泥基地聚物自流平砂浆的
制备方法，包括以下方法：
1)按重量份数比称取矿渣微粉、硫酸铝、烧结脱硫灰、钢渣水洗尘泥、尾矿砂、聚羧
酸类高效减水剂、保水剂、十二烷基苯磺酸钠、乳胶粉或橡胶粉；
2)将钢渣水洗尘泥进行水洗后进行固液分离，并控制固体含水量(以重量百分比
计)降低到5～10％，得到尘泥干燥基；
3)向混料机中依次加入尾矿砂、矿渣微粉、尘泥干燥基、硫酸铝、烧结脱硫灰、高效
减水剂、保水剂、十二烷基苯磺酸钠、乳胶粉或橡胶粉；充分搅拌混合均匀，形成自流平砂
浆。
本发明的有益效果在于：
1)使用工业副产品作为自流平砂浆的填料，其总掺量高达55％以上，大大降低了
砂浆成本，有效利用了废物资源，达到了经济和环境双重效益；
2)矿渣微粉的掺入促进了砂浆的流动性，提高了砂浆的后期强度；
3)尾矿砂的掺入使胶凝材料和骨料粘结更好，提高了砂浆的强度；
4)砂浆具有良好的稳定性，不离析、泌水；
5)所选用的缓凝剂使砂浆开放时间长，强度衰减小，具有较高的早期强度；
6)该自流平砂浆拉伸粘结强度高，具有良好的变形能力、耐久性和后期尺寸稳定；
7)本自流平材料可广泛用于地面自流平找平，地面垫层，地面终饰层的自流找平
及旧地面、起砂地面及施工不合格地面修补。本发明制备的一种用于矿山回填的钢渣水洗
尘泥基地聚物自流平砂浆强度达到CSLM S C25 F6 JC/T 985-2005等级及以上标准的要
求。
综上所示：本发明的原料采用钢渣特别是钢渣水洗尘泥生产地质聚合物具有一定
创新性，也将带动钢渣水洗尘泥在矿山回填绿色工程产业的发展。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但
本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
一种用于矿山回填的钢渣水洗尘泥基地聚物自流平砂浆的制备方法，包括以下方
法：
1)按重量份数比称取矿渣微粉、硫酸铝、烧结脱硫灰、钢渣水洗尘泥、尾矿砂、聚羧
酸类高效减水剂、保水剂、十二烷基苯磺酸钠、乳胶粉或橡胶粉；
2)将钢渣水洗尘泥进行水洗后进行固液分离，并控制固体含水量(以重量百分比
计)降低到5～10％，得到尘泥干燥基；
3)向混料机中依次加入尾矿砂、矿渣微粉、尘泥干燥基、硫酸铝、烧结脱硫灰、高效
减水剂、保水剂、十二烷基苯磺酸钠、乳胶粉或橡胶粉；充分搅拌混合均匀，形成自流平砂
浆。
实施例1
本实施中的一种用于矿山回填的钢渣水洗尘泥基地聚物自流平砂浆按重量百分
比计算，其组成为：比表面积350m2/kg矿渣微粉18份，硫酸铝12份，粒径小于45μm烧结脱硫
灰6.3份，含水量5-10％的钢渣水洗尘泥20份，粒径为0.15mm尾矿砂41份，高效减水剂0.2
份，保水剂0.15份，十二烷基苯磺酸钠0.05份，乳胶粉2份。
实施例2
本实施中的一种用于矿山回填的钢渣水洗尘泥基地聚物自流平砂浆按重量百分
比计算，其组成为：比表面积350m2/kg矿渣微粉12份，硫酸铝8份，粒径小于45μm烧结脱硫灰
5份，含水量5-10％的钢渣水洗尘泥32份，粒径为0.60mm尾矿砂40.5份，高效减水剂0.2份，
保水剂0.15份，十二烷基苯磺酸钠0.05份，乳胶粉2份。
实施例3
本实施中的一种用于矿山回填的钢渣水洗尘泥基地聚物自流平砂浆按重量百分
比计算，其组成为：比表面积350m2/kg矿渣微粉25份，硫酸铝15份，粒径小于45μm烧结脱硫
灰6.5份，含水量5-10％的钢渣水洗尘泥20份，粒径为0.15mm尾矿砂30份，高效减水剂0.3
份，保水剂0.15份，十二烷基苯磺酸钠0.05份，乳胶粉2.7份。
实施例4
本实施中的一种用于矿山回填的钢渣水洗尘泥基地聚物自流平砂浆按重量百分
比计算，其组成为：比表面积350m2/kg矿渣微粉20份，硫酸铝10份，粒径小于45μm烧结脱硫
灰6份，含水量5-10％的钢渣水洗尘泥20份，粒径为0.60mm尾矿砂41.4份，高效减水剂0.2
份，保水剂0.15份，十二烷基苯磺酸钠0.05份，乳胶粉2份。
利用以上四个实施例的配比得到的一种用于矿山回填的钢渣水洗尘泥基地聚物
自流平砂浆，流动性好，开放时间长，强度较高，适用于地面找平，地面垫层，地面终饰层的
自流找平及旧地面、起砂地面及施工部不合格地面修补。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描
述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经
创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。