CN104310941A - 一种碱渣基注浆填充材料 - Google Patents

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Abstract

本发明一种碱渣基注浆填充材料，涉及制碱工业废料组合物的建筑材料，是由70%～90%（质量）的碱渣、10%～30%（质量）的粉煤灰和占碱渣+粉煤灰总质量10%（质量）的活性剂组成的组合物；先将规定质量百分比的所需用量的碱渣与粉煤灰混合均匀，再向其中加入占该混合物总质量10%（质量）的活性剂，然后搅拌均匀，即得到一种碱渣基注浆填充材料。该注浆填充材料是采用大掺量的废料碱渣替代水泥制成的碱渣土工聚合物，既克服了现有注浆填充材料中因使用水泥造成的成本高和间接地严重污染环境的缺陷，又有效地利用了大量的碱渣废料，将其变废为宝。

Description

一种碱渣基注浆填充材料
技术领域
本发明的技术方案涉及制碱工业废料组合物的建筑材料，具体地说是一种碱渣基注浆填充材料。
背景技术
在现有的建筑用注浆填充材料的研发中，虽然在不断寻求和开发采用以废料为基础的注浆填充材料，然而这些组合物注浆填充材料中大多都含有水泥，不仅成本高，而且众所周知，水泥的生产过程会产生大量的CO2废气排出，严重污染环境。例如，《大掺量粉煤灰注浆充填材料试验研究》(童立元,潘石.东南大学学报(自然科学版).2002.32(4):643-647)一文报道了一种水泥-粉煤灰注浆充填材料，其中还掺有适量的水玻璃。《高速公路下采空区充填注浆治理技术研究》(王晓峰.科技情报开发与经济.2012.22(24):138-139)介绍了采用水泥、水、粉煤灰按照一定比率混合而成的浆液作为注浆充填材料；CN200810233536公开了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。上述现有技术所存在的缺陷是,一来由于水泥的存在,不仅导致这些材料的成本高，而且间接地严重污染环境，二来,水泥在其中起到增强填充材料强度的主要作用。
另一方面，近年来我国纯碱工业蓬勃发展，在碱厂规模逐年扩大为社会带来巨大效益的同时，碱渣的污染问题变得愈加严重。以河北省为例，位于沿海地区的大化碱厂和唐山碱厂每年生产170万吨碱渣。其中三友化工碱渣堆放场已堆积20多年，厚约20m，面积近362.3万平方米，体积约7200万立方米，道路两侧大大小小的碱渣堆放杂乱，在碱渣堆放的地方寸草不生，严重破坏了当地的生态环境，威胁着当地居民的身体健康和生活环境。而堆积在河口海岸带处的碱渣，不仅占用大量土地资源，还严重地污染地下水和破坏自然景观环境。虽然对于碱渣污染治理的研究时日已久，将碱渣用作路基填料，回填土，生产肥料，虽取得了一些成绩，但效果不理想，这一世界性难题亟待解决，十分必要加紧研发碱渣新的用途，以便有效利用碱渣废料，将其变废为宝。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种碱渣基注浆填充材料，是采用大掺量的废料碱渣替代水泥制成的碱渣土工聚合物，既克服了现有注浆填充材料中因使用水泥造成的成本高和间接地严重污染环境的缺陷，又有效地利用了大量的碱渣废料，将其变废为宝。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种碱渣基注浆填充材料，是由70％～90％(质量)的碱渣、10％～30％(质量)的粉煤灰和占碱渣+粉煤灰总质量10％(质量)的活性剂组成的组合物；先将规定质量百分比的所需用量的碱渣与粉煤灰混合均匀，再向其中加入占该混合物总质量10％(质量)的活性剂，然后搅拌均匀，即得到一种碱渣基注浆填充材料。
上述一种碱渣基注浆填充材料，所述活性剂的组成配方为占碱渣+粉煤灰总质量0％～8％(质量)的元明粉和占碱渣+粉煤灰总质量2％～10％(质量)的摩尔浓度为1.5M的水玻璃构成。
上述一种碱渣基注浆填充材料，所述活性剂的组成配方优选为以下四种中的任意一种：a.占碱渣+粉煤灰总质量3％(质量)的元明粉和占碱渣+粉煤灰总质量7％(质量)的摩尔浓度为1.5M的水玻璃，b.占碱渣+粉煤灰总质量5％(质量)的元明粉和占碱渣+粉煤灰总质量5％(质量)的摩尔浓度为1.5M的水玻璃，c.占碱渣+粉煤灰总质量8％(质量)的元明粉和占碱渣+粉煤灰总质量2％(质量)的摩尔浓度为1.5M的水玻璃，d.占碱渣+粉煤灰总质量10％(质量)的摩尔浓度为1.5M的水玻璃。
上述一种碱渣基注浆填充材料，所涉及的原材料均通过公知途径获得。
本发明的有益效果是：本发明以新的探索思路，克服了注浆充填材料必须用水泥的技术偏见，采用大掺量的工业废料碱渣为主原料，粉煤灰为次要原料，并添加适当比例的由元明粉和元明粉组成的起激发作用的活性剂，经搅拌混合的工艺处理，在常温条件下通过化学反应得到本发明的一种碱渣基注浆填充材料，是一种碱渣土工无机聚合物，该碱渣土工聚合物具有强度高、硬化快和耐酸碱腐蚀的特点。“强度高”指该新型材料抗压强度>1.0MPa，相对于工程填充材料要求0.6-0.8MPa强度要高。利用采空区注浆填充技术，把具有充填胶结性能的本发明碱渣基注浆填充材料浆液，通过注浆管路和止浆系统注入工程充填区内，例如矿山废弃巷道、采空区和地下岩溶洞室等空洞注浆充填，以达到控制该充填区上覆岩层移动和地表变形以及充填区周围岩体变形的目的，其工程性能优于普通硅酸盐水泥填充材料。
本发明的显著进步如下：
(1)采用本发明一种碱渣基注浆填充材料的碱渣土工聚合物替代水泥,不仅克服了现有注浆填充材料中因使用水泥造成的成本高和间接地严重污染环境的缺陷，又有效地利用了大量的碱渣废料，将其变废为宝，解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题，推助了碱渣堆积的世界性难题的解决，具有重要的社会效益。
(2)本发明一种碱渣基注浆填充材料制备的原材料丰富、制作工艺简单、价格低廉和节约能源，该类碱渣土工聚合物在作为注浆充填材料方面的应用为土木建筑带来巨大的经济效益。
具体实施方式
实施例1
取建筑工程实际所需要用量碱渣与粉煤灰，按百分比为80％(质量)的碱渣与20％(质量)的粉煤灰混合均匀，再向其中加入占该混合物总质量3％(质量)的元明粉和占该混合物总质量7％(质量)的摩尔浓度为1.5M的水玻璃作为活性剂，然后搅拌均匀，即得到一种碱渣基注浆填充材料。
本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料无侧限抗压强度测定结果如下：
本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料抗压强度高，而且28天龄期的试样相对于7天的抗压强度有所增加。表1列出了本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料的无侧限抗压值。测得的无侧限抗压强度为1.08MPa～1.46MPa，能够满足矿山废弃巷道、采空区以及地下岩溶洞室等充填区的充填强度不低于0.8MPa的要求。
表1.本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料的无侧限抗压值
实施例2
取建筑工程实际所需要用量碱渣与粉煤灰，按百分比为70％(质量)的碱渣与30％(质量)的粉煤灰混合均匀，再向其中加入占该混合物总质量5％(质量)的元明粉和占该混合物总质量5％(质量)的摩尔浓度为1.5M的水玻璃作为活性剂，然后搅拌均匀，即得到一种碱渣基注浆填充材料。
本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料无侧限抗压强度测定结果如下：
本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料抗压强度高，而且28天龄期的试样相对于7天的抗压强度有所增加。表2列出了本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料的无侧限抗压值。测得的无侧限抗压强度值为1.12MPa～1.53MPa，能够满足矿山废弃巷道、采空区以及地下岩溶洞室等充填区的充填强度不低于0.8MPa的要求。
表2.本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料的无侧限抗压值
实施例3
取建筑工程实际所需要用量碱渣与粉煤灰，按百分比为90％(质量)的碱渣与10％(质量)的粉煤灰混合均匀，再向其中加入占该混合物总质量8％(质量)的元明粉和占该混合物总质量2％(质量)的摩尔浓度为1.5M的水玻璃作为活性剂，然后搅拌均匀，即得到一种碱渣基注浆填充材料。
本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料无侧限抗压强度测定结果如下：
本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料抗压强度高，而且28天龄期的试样相对于7天的抗压强度有所增加。表3列出了本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料的无侧限抗压值。测得的无侧限抗压强度值为1.18MPa～1.87MPa，能够满足矿山废弃巷道、采空区以及地下岩溶洞室等充填区的充填强度不低于0.8MPa的要求。
表3.本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料的无侧限抗压值
实施例4
取建筑工程实际所需要用量碱渣与粉煤灰，按百分比为80％(质量)的碱渣与20％(质量)的粉煤灰混合均匀，再向其中加入占该混合物总质量10％(质量)的摩尔浓度为1.5M的水玻璃作为活性剂，然后搅拌均匀，即得到一种碱渣基注浆填充材料。
本实施例制得的注浆填充材料无侧限抗压强度测定结果如下：
本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料抗压强度高，而且28天龄期的试样相对于7天的抗压强度有所增加。表4列出了本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料的无侧限抗压值。测得的无侧限抗压强度值为1.06MPa～1.39MPa，能够满足矿山废弃巷道、采空区以及地下岩溶洞室等充填区的充填强度不低于0.8MPa的要求。
表4.本实施例制得的一种碱渣基注浆填充材料的无侧限抗压值
从上述实施例可见，通过调整原材料的配比，可以增加或减少碱渣土工聚合物的强度，结合预算，以满足不同工程应用的需要。
上述实施例中所涉及的原材料均通过公知途径获得。

Claims (3)

1.一种碱渣基注浆填充材料，其特征在于：是由70%～90%（质量）的碱渣、10%～30%（质量）的粉煤灰和占碱渣+粉煤灰总质量10%（质量）的活性剂组成的组合物；先将规定质量百分比的所需用量的碱渣与粉煤灰混合均匀，再向其中加入占该混合物总质量10%（质量）的活性剂，然后搅拌均匀，即得到一种碱渣基注浆填充材料。
2.根据权利要求1所述一种碱渣基注浆填充材料，其特征在于：所述活性剂的组成配方为占碱渣+粉煤灰总质量0%～8%（质量）的元明粉和占碱渣+粉煤灰总质量2%～10%（质量）的摩尔浓度为1.5M的水玻璃构成。
3.根据权利要求2所述一种碱渣基注浆填充材料，其特征在于：所述活性剂的组成配方为以下四种中的任意一种：a.占碱渣+粉煤灰总质量3%（质量）的元明粉和占碱渣+粉煤灰总质量7%（质量）的摩尔浓度为1.5M的水玻璃，b.占碱渣+粉煤灰总质量5%（质量）的元明粉和占碱渣+粉煤灰总质量5%（质量）的摩尔浓度为1.5M的水玻璃，c.占碱渣+粉煤灰总质量8%（质量）的元明粉和占碱渣+粉煤灰总质量2%（质量）的摩尔浓度为1.5M的水玻璃，d.占碱渣+粉煤灰总质量10%（质量）的摩尔浓度为1.5M的水玻璃。
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