CN101407395A - 一种矿山用粉煤灰基注浆充填材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种矿山用粉煤灰基注浆充填材料,由下列质量比的原料组成:粉煤灰40~80%,水泥10~50%,石灰5~18%,余量为掺和料。本发明以粉煤灰为主料,水泥和石灰为辅料,通过添加外加剂即硫酸盐、碳酸盐、强碱、氯盐、减水剂中的一种或几种,有效激发粉煤灰活性,能够有效提高注浆结石体强度,提高浆液的稳定性,不仅降低了工程造价,而且保护了环境,与目前使用的注浆充填工艺兼容性好,施工管理方便,适用于矿山各种注浆充填加固工程中。

Description

一种矿山用粉煤灰基注浆充填材料
技术领域
本发明涉及一种注浆充填材料,具体是一种矿山用粉煤灰注浆充填材料,属于地下建筑物注浆材料技术领域。
背景技术
随着社会经济的发展,人类对矿产资源的需求越来越大。随着矿产资源的大规模开发和利用,我国矿山开采深度在逐年加深,矿山开采过程中形成了庞大的地下岩体工程系统,它的稳定情况与矿山建设、生产设计、施工、建设投资、生产成本和矿产资源的综合利用等,有着非常密切的关系。因而矿山岩体的稳定性越来越受到人们的关注。目前主要采用注浆加固技术来保持矿山巷道和采场的稳定性,处理采空区,以及解决多裂隙和破碎围岩巷道维护问题。
注浆充填材料的选择是注浆充填工程中的一个重要组成部分,也是限制其能否被大规模应用于矿山的重要因素。注浆工程中,最常用的注浆材料是普通硅酸盐水泥,在某些情况下也采用矿渣水泥、火山灰水泥等。水泥浆具有结石体强度高,既可防渗又可加固地基,而且原材料成本低,因而被广泛应用在注浆工程中。但水泥浆同时又存在下列缺点:析水率大,稳定性、可灌性差,胶凝时间长,尤其在地下水流速较大的情况下,浆液易被冲刷和稀释,从而影响注浆效果。此外,由于水泥颗粒较粗,通常只能灌注到直径大于0.2mm的孔隙、裂隙中,而不易灌注到细小的裂隙中。为此有人开发了超细水泥和各种化学注浆材料,超细水泥具有较高的渗透性,能灌注到渗透系数为10-3~10-4cm/s的细砂层和岩层的细裂隙中,但超细水泥的高成本却又制约了它的应用范围。化学注浆材料在一定程度上也满足了微细裂缝注浆施工的要求,但化学浆液大都带有毒性,且价格偏贵,胶凝强度低,因而随着环境保护的加强,许多国家已明令禁止使用化学浆液。因此,开发既能满足矿山实际需要,又经济、环保,且技术上可行的新型注浆材料,一直是科技人员十分关注的研究课题。
粉煤灰是火力发电厂的工业废料,因其排放量大而严重污染环境,占用耕地面积,危害人们的身体健康,若不能充分加以利用和开发,将成为一大公害。粉煤灰的研究,国外早在上世纪五十年代前就已开始。国内粉煤灰研究起步于六十年代后期,到八十年代,开始引进、消化国外先进的粉煤灰利用技术,同时综合利用及开发才真正引起人们的重视。由于粉煤灰的化学组成与水泥的化学组成十分相似,因此多年来,一直作为水泥的活性混合外掺料在混凝土中得到了广泛应用,而且应用水平也比较高,已成为混凝土必不可少的成分。但是粉煤灰在注浆工程中的应用不多,主要是因为粉煤灰的活性较低,易引起早期强度过低,不能满足注浆充填工程的要求。如果能大幅度激发粉煤灰的活性,提高早期强度,在满足矿山注浆技术要求的情况下,能够在注浆充填工程中大量使用粉煤灰,将对粉煤灰的应用范围的扩大起重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以粉煤灰为主要原料,水泥、石灰为辅料,其它成分为掺和料的矿山用注浆充填材料,使灌注浆液具有较高的稳定性、流动性,以及结石体强度高、环保、经济等优点。
本发明通过下列技术方案完成:一种矿山用粉煤灰基注浆充填材料,其特征在于由下列质量比的原料组成:
粉煤灰    40~80%,
水泥      10~50%,
石灰      5~18%,
掺和料    余量。
本发明提供的注浆充填材料其主要成分是粉煤灰,辅料是水泥和石灰,掺和料是石膏、硫酸钠、氢氧化钠、氯化钙、碳酸钠、减水剂中的一种或几种。
所述减水剂为萘系高效减水剂、木质素磺酸盐类、羧酸盐系高效减水剂中的一种或几种。
所述水泥为普通硅酸盐水泥或矿渣水泥。
通常情况下,由于粉煤灰的活性未能被充分的激发出来,因而易造成注浆结石体强度低。本发明通过大量试验,得出一系列能够有效激发粉煤灰活性的复合外加剂,即硫酸盐、碳酸盐、强碱、氯盐、减水剂中的一种或几种,掺入这些有激发活性作用的外剂后,能够有效提高粉煤灰基注浆充填材料的注浆结石体强度,提高浆液的稳定性,可使浆液结石体3d抗压强度达1~3MPa,7d抗压强度达3~8.5MPa,28d抗压强度达8~18MPa,且浆液结实率接近100%。
本发明可根据不同工程的要求进行设计、调节浆材的配比,能够做到充分利用浆材的各种性能,做到不浪费材料,节约成本。
本发明的技术原理根本就是瓦解粉煤灰结构,释放被禁锢在内部的活性SiO2和Al2O3,将网络高聚体解聚成具有活性的低聚合度硅铝酸盐胶体物。其机理通过下面三个主要步骤:
1、破坏表面-Si-O-Al-和-Si-O-Al-网络构成的双层保护层,使内部可溶SiO2、Al2O3的活性释放;
2、将网络聚集体解聚、瓦解,使[SiO4]、[AlO4]四面体形成的三维连续的高聚合度网络解聚成四面体短链,进一步解聚成[SiO4]、[AlO4]等单体或双聚体等活性物,为下一步反应生成的C-S-H,C-A-H等胶凝物提供活化分子;
3、使上一步中解聚产物与Ca(OH)2反应,生成水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C-A-H),从而使浆液具有粘结能力,产生强度。反应式如下:
m1.Ca(OH)2+SiO2+nH2O→m1.CaO.SiO2.nH2O
m1.Ca(OH)2+Al2O3+nH2O→m1.CaO.Al2O3.nH2O
由于粉煤灰中绝大多数为玻璃微珠,这些玻璃微珠光滑、致密、粒细。在浆液中有滚珠作用,能减少颗粒间内摩阻力,从而使注浆材料在施工中提高可泵性和可注性,并且能够使注浆材料在泵送和灌注过程中减少分离、沉降作用和降低析水率。
粉煤灰在形成过程中会产生f-CaO和f-MgO,而CaO和MgO水化反应后,其固相体积分别比反应前增加了77%和97%。而粉煤灰中的f-CaO和f-MgO水化活性低,但随着时间发展,水化仍在进行。当使用本发明提供的矿山用粉煤灰注浆充填材料,注浆充填进被注体后,由于f-CaO和f-MgO水化的深入,材料发生微膨胀,产生楔形效应,给围岩一个附加力,使注浆充填后的围岩更加稳固,而不像水泥会产生干缩。
因此,本发明配料方便,成本低,与目前使用的注浆充填工艺兼容性好,施工管理方便,适用于矿山各种注浆充填加固工程中。
具体实施方式
下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明,但本发明内容并不局限于此,其配比在权利1中所述的范围之内都属于本发明。
实施例1
按下列配比取料:粉煤灰40kg,水泥40kg,石灰8kg,石膏4kg,氢氧化钠3kg,硫酸钠5kg;将上述混合料用现有技术中的常规方法搅拌制成水灰比为0.5的浆料后,即可灌注。
实施例2
按下列配比取料:粉煤灰70kg,水泥20kg,石灰5kg,石膏1kg,氢氧化钠2kg,硫酸钠2kg;将上述混合料用现有技术中的常规方法搅拌制成水灰比为0.7的浆料后,即可灌注。
实施例3
按下列配比取料:粉煤灰60kg,水泥10kg,石灰10kg,石膏5kg,氢氧化钠5kg,硫酸钠3.5kg,碳酸钠3kg,氯化钙3kg,FDN 0.5kg;将上述混合料用现有技术中的常规方法搅拌制成水灰比为0.6的浆料后,即可灌注。
实施例4
按下列配比取料:粉煤灰50kg,水泥30kg,石灰18kg,碳酸钠2kg;将上述混合料用现有技术中的常规方法搅拌制成水灰比为0.5的浆料后,即可灌注。
实施例5
按下列配比取料:粉煤灰45kg,水泥25kg,石灰15kg,石膏1kg,氢氧化钠2kg,硫酸钠2kg,碳酸钠1kg,碎石8kg,氯化钙1kg;将上述混合料用现有技术中的常规方法搅拌制成水灰比为0.8的浆料后,即可灌注。
实施例6
按下列配比取料:粉煤灰80kg,水泥10kg,石灰5kg,氢氧化钠2kg,硫酸钠3kg;将上述混合料用现有技术中的常规方法搅拌制成水灰比为0.5的浆料后,即可灌注。
实施例7
按下列配比取料:粉煤灰50kg,水泥40kg,石灰5kg,氢氧化钠2kg,硫酸钠3kg;将上述混合料用现有技术中的常规方法搅拌制成水灰比为0.8的浆料后,即可灌注。

Claims (3)

1、一种矿山用粉煤灰基注浆充填材料,其特征在于由下列质量比的原料组成:
粉煤灰    40~80%,
水  泥    10~50%,
石灰      5~18%,
掺和料    余量。
2、根据权利1所述的矿山用粉煤灰注浆充填材料,其特征是所述掺和料是石膏、硫酸钠、氢氧化钠、氯化钙、碳酸钠、减水剂中的一种或几种。
3、根据权利2所述的矿山用粉煤灰注浆充填材料,其特征是所述减水剂为萘系高效减水剂、木质素磺酸盐类、羧酸盐系高效减水剂中的一种或几种。
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