CN101974319A

CN101974319A - 一种井巷注浆和软土压密注浆用双液速凝浆液

Info

Publication number: CN101974319A
Application number: CN2010105131627A
Authority: CN
Inventors: 徐润; 杨春满; 周兴旺; 郑军; 高岗荣; 袁辉; 袁东锋; 宋雪飞; 王正胜; 籍晓龙
Original assignee: Beijing China Coal Mine Engineering Co ltd
Current assignee: Beijing China Coal Mine Engineering Co ltd
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: CN101974319B

Abstract

本发明公开了一种井巷注浆和软土压密注浆用双液速凝浆液。该浆液弥补了水泥-水玻璃浆液结石体耐久性差、注浆工艺复杂的不足。浆液由甲液和乙液组成，甲液和乙液等体积注入，现场操作简单；甲液由硅酸盐水泥50％、无机钠盐0.5％～0.75％、有机醇类早强剂0.025％～0.05％及余量水组成，乙液由粉煤灰43.6％～48.8％、硅酸钠13.9％～20.05％及余量水组成。浆液性能为：凝胶时间36s～124s可调，结石率100％，早期抗压强度高，且结石体耐久性好，不开裂、不粉化，与原“水泥-水玻璃浆液”相比，注浆工艺简单，并显著提高了浆液结石体的耐久性，节省了硅酸钠用量，使注浆成本大幅度降低。

Description

一种井巷注浆和软土压密注浆用双液速凝浆液

技术领域：

本发明是涉及煤矿井巷注浆和软土压密注浆所用的一种双液速凝浆液。

背景技术：

煤矿建井过程中，当含水岩层被开凿揭露后，出现涌水、冒砂，井壁或巷道开裂、片帮、冒顶等情况，必需使用注浆技术堵水和加固，一般统称为井巷注浆。软弱地区，如淤泥、砂土、杂填土等地层采用压密注浆技术增加地基强度，应用也十分广泛。这两种不同注浆技术的主体注浆材料都是“水泥-水玻璃”双液浆。

水泥-水玻璃浆液凝结时间短，结实率高。多年来，在软土加固、井壁注浆、透水事故处理等方面都有广泛应用，解决了许多关键问题。但是，许多工程实践证明，水泥-水玻璃浆液存在结石体耐久性差的问题，有的井壁注浆1～2年后又开始渗水；并且由于水泥-水玻璃浆液要求双液体积比为1∶0.6(水玻璃40Be′)，工程现场一般通过调整泵的缸套来实现双液体积比，但这种方式对泵的损害很大，很多工程中不予采用，而是用直接兑稀硅酸钠的方式，使甲、乙液等体积注入，这种方式注入的水泥-水玻璃浆液密实性差，结石体的耐久性等性能更差。

水泥-水玻璃浆液结石体耐久性差是因为其凝胶固化主要是靠硅酸钠中的硅酸根和水泥水化产生的Ca发生反应生成C-S-H凝胶来维持。而水泥中钙的含量是固定的，其水化生成的氢氧化钙以及硅酸钠与氢氧化钙反应的量也是一定的，因此过多硅酸钠对结石体的强度无益，反而可能会使体系稀释而导致强度下降。这是因为C-S-H凝胶需要高碱性才能维持其稳定存在，NaOH的溶出会导致C-S-H凝胶分解，导致结构体破坏。当灌浆材料处于干燥条件下时，硅凝胶会脱水，结石体体积收缩产生裂纹，造成结石体粉化。

当采用直接兑稀硅酸钠的方式，使甲、乙液等体积注入时，浆液结石体性能更差。这是由于浆液水灰比大，密实性差，水介质能顺利进入结石体内部，与结石体水化产物作用发生溶蚀。因此，兑稀硅酸钠后，水泥一水玻璃浆液结石体抗水溶蚀性能更差，注浆效果更难保证。

因此，水泥-水玻璃浆液解决了井巷注浆和压密注浆对浆液凝结时间短、结实率高的要求，但是浆液在应用过程中一直存在上述缺陷：由于硅酸钠相对水泥过量而导致其结石体耐久性差，易粉化；要求注入体积比(1∶0.6)导致注浆工艺复杂，将水玻璃兑稀等体积注入后，结石体性能更差。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种井巷注浆和压密注浆用双液速凝浆液，该浆液不仅具有水泥-水玻璃浆液的所有优点，而且其结石体耐久性好，可等体积注入，注浆工艺简单。

本发明所采用的技术方案是：该浆液由甲液和乙液组成，甲液和乙液体积比为1∶1，其中甲液由硅酸盐水泥50％、无机钠盐0.5％～0.75％、有机醇类早强剂0.025％～0.05％及余量水组成，乙液由粉煤灰43.6％～48.8％、硅酸钠13.9％～20.05％及余量水组成。上述各组分均按重量百分比计。

本发明的一个重要特征是在乙液中添加了粉煤灰，粉煤灰在该浆液中有双重作用。一是利用粉煤灰的颗粒形态效应和微集料效应，当甲、乙液混合时，粉煤灰均匀分布在体系中，填充空隙和毛细孔，改善体系的孔结构和增大浆液的密实度。其二是利用硅酸钠对粉煤灰的活化作用，这种反应增加了凝胶物质的数量，改善了凝胶物质的质量，解决了水泥-水玻璃浆液中硅酸钠相对水泥过量的问题，从根本上提高了浆液结石体耐久性。同时乙液中添加粉煤灰，可实现双液体积比为1∶1注浆施工，简化了双液注浆工艺，且硅酸钠用量可无级调节。

本发明的另一个重要特征是在甲液中添加了可激发粉煤灰活性和水泥后期强度的复合早强剂。其中硫酸钠在水化反应中，由于生成了颗粒细小的二水石膏，故而能激发水泥中的混合材和掺合料粉煤灰的潜在活性。即在有水存在时，能与Ca(OH)₂在常温下发生化学反应，生成凝胶性的组分，增加了结石体的强度和耐久性。三乙醇胺硫酸盐能有效阻止C₃A水化初期形成疏松结晶结构物的趋势，从而提高了硬化后水泥石的致密性和强度。

本发明具有如下有益效果：该双液浆利用粉煤灰的物理活性和硅酸钠对其化学活化作用，从根本上解决了水泥-水玻璃浆液中硅酸钠相对水泥过剩的问题，保证了该双液浆结石体的耐久性。实现了双液体积比1∶1注浆施工，改善了注浆工艺。添加的复合早强剂，激发了乙液中掺合料粉煤灰的潜在活性和促进了水泥水化，使粉煤灰的火山灰反应和水泥的水化反应相互促进，增加了凝胶物质的数量，改善了凝胶物质的质量。该浆液不仅具有原水泥-水玻璃浆液快凝和凝胶时间可调的特征，还使注浆施工易于操作，同时显著改善了浆液结石体的耐久性，节省了硅酸钠用量，使注浆成本大幅度降低。

具体实施方式：

以下实施例从浆液的凝胶时间、结石率、抗压强度等物理力学参数来说明浆液的优越性。

实施例1、

该双液速凝浆液由下列组分组成：甲液：硅酸盐水泥50％、水49.475％、无机钠盐0.5％、有机醇类早强剂0.025％；乙液：粉煤灰43.6％，硅酸钠20.05％，水36.35％。甲液与乙液体积比1∶1。

本实施例的浆液结石率为100％，凝胶时间为36s，具有明显的快凝、高结石率特征。

为了表征浆液的早强性能，测量了浆液结石体的小时抗压强度和后期强度。实验结果见表1。

浆液早期抗压强度表表1

由表1可以看出，浆液在1h即具有强度，6h结石体抗压强度可达到1.5MPa，28d抗压强度达到9MPa。

实施例2、

该双液速凝浆液由下列组分组成：甲液A：硅酸盐水泥50％、水49.45％、无机钠盐0.5％、有机醇类早强剂0.05％；乙液B：粉煤灰46.2％，硅酸钠16.94％，水：36.86％。甲液与乙液体积比1∶1。

本实施例的浆液结石率100％，凝胶时间为82s，具有明显的快凝、高结石率特征。

为了进一步表征浆液的早强性能，测量了浆液结石体的小时抗压强度和后期强度。实验结果见表2。

浆液早期抗压强度表表2

实施例3、

该双液速凝浆液由下列组分组成：甲液A：硅酸盐水泥50％、水49.2％、无机钠盐0.75％、有机醇类早强剂0.05％；乙液B：粉煤灰48.8％，硅酸钠13.9％，水37.3％。甲液与乙液体积比1∶1。

本实施例的浆液结石率为100％，凝胶时间为124s，具有明显的快凝、高结石率特征。

为了进一步表征浆液的早强性能，测量了浆液结石体的小时抗压强度。实验结果见表3。

浆液早期抗压强度表表3

对比例1、

本对比例的水泥-水玻璃双液浆由下列组分组成：甲液A：硅酸盐水泥50％、水50％，乙液B：硅酸钠：100％，波美度40。甲液与乙液体积比为1∶0.6。

本实施例的浆液结石率为100％，凝胶时间为32s。

早期抗压强度表表4

由表4可以看出，原水泥-水玻璃浆液在体积比1∶0.6注浆时，浆液结石体在6h结石体抗压强度即可达到6.9MPa，但3天后，结石体抗压强度逐步衰减，28抗压强度下降到5.4MPa。可见，浆液结石体耐久性很差。

材料用量对比：1m³水泥-水玻璃浆液中硅酸钠用量达到517.5kg，而实施例1中1m³浆液中硅酸钠用量为138kg，粉煤灰用量为300Kg。

对比例2、

本对比例的水泥-水玻璃双液浆由下列组分组成：甲液A：硅酸盐水泥50％、水50％，乙液B：硅酸钠：100％，波美度26。双液体积比为1∶1(即将对比例1中波美度40的硅酸钠直接兑稀，使甲、乙液等体积注入)。

本实施例的浆液结石率为100％，凝胶时间为68s。

早期抗压强度表表5

由表5可以看出，采取将硅酸钠直接兑稀，甲、乙液等体积直接注浆时，浆液结石体抗压强度6h即可达到2.59MPa，但3天后，结石体抗压强度增长缓慢，同时结石体密实性差，28天抗压强度仅6.32MPa，同时结石体发生不同程度的干缩、开裂等硅酸钠过量引起的问题。

材料用量对比：对比例2中1m³水泥-水玻璃浆液中硅酸钠用量达到414Kg，而实施例2中1m³浆液中硅酸钠用量为116.3Kg，粉煤灰用量为320Kg。

Claims

1.一种井巷注浆和压密注浆用双液速凝浆液，其特征在于：该浆液由甲液和乙液组成，双液体积比为1∶1，甲液由硅酸盐水泥50％、无机钠盐0.5％～0.75％、有机醇类早强剂0.025％～0.05％及余量水组成，乙液由粉煤灰43.6％～48.8％、硅酸钠13.9％～20.05％及余量水组成。上述各组分均按重量百分比计。

2.根据权利要求1所述的井巷注浆和压密注浆用双液速凝浆液，其特征在于：硅酸盐水泥为42.5强度等级普通硅酸盐水泥。

3.根据权利要求2所述的井巷注浆和压密注浆用双液速凝浆液，其特征在于：无机钠盐为硫酸钠。

4.根据权利要求3所述的井巷注浆和压密注浆用双液速凝浆液，其特征在于：有机醇类早强剂为三乙醇胺硫酸盐。

5.根据权利要求4所述的井巷注浆和压密注浆用双液速凝浆液，其特征在于：硅酸钠为偏硅酸钠。

6.根据权利要求5所述的井巷注浆和压密注浆用双液速凝浆液，其特征在于：粉煤灰为低钙粉煤灰。