CN104446261A - 一种钻井井壁高性能泵送混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井井壁高性能泵送混凝土及其制备方法，包括以下组份：水泥400～450份，硅粉0～30份，粉煤灰40～100份，矿渣0～100份，胶凝材料460～600份，砂620～730份，石子1060～1110份，水160～170份，减水剂或泵送剂为总重量的1～3％。本发明的混凝土可以满足泵送要求的流动性，砼坍落度在160mm以上；匀质性好，配制出的高性能混凝土在大坍落度下不分层离析，不泌水，使泵送混凝土出料时达到连续不间断的紊流状态；和管壁的摩阻力小，配置工艺简单；低水化热，高耐久性；防裂、抗渗。

Description

一种钻井井壁高性能泵送混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土材料，尤其涉及的是一种钻井井壁高性能泵送混凝土及其制备方法。

背景技术

煤矿主井、副井和风井的三个井筒表土及风化基岩段采用冻结法施工，三个井筒穿过表土层厚度至少为450m，井筒设计净直径至少6m。

由于三个冻结井筒穿过的表土层深厚、井筒直径又大、井壁受力复杂，必须要采用高强井壁结构。普通的混凝土结构无法抵御强大的外载荷作用，考虑到冻结井筒的特殊施工环境，无论是低强混凝土还是高强混凝土，对混凝土性能都提出了较高的要求。，要求井壁砼应具有高流动性、抗裂、防渗等功能，以确保井壁能安全、高效和快速地施工。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种钻井井壁高性能泵送混凝土及其制备方法，实现高强度的施工需求。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明按重量计，包括以下组份：包括以下组份：水泥400～450份，硅粉0～30份，粉煤灰40～100份，矿渣0～100份，胶凝材料460～600份，砂620～730份，石子1060～1110份，水160～170份，减水剂或泵送剂为总重量的1～3％。

所述水泥为硅酸盐水泥。水泥用量不大于450kg/m³，另外可掺加一定量的矿物掺和料，如掺加一定量的粉煤灰，可以提高混凝土的可泵性，粉煤灰还对混凝土拌合料和易性的改善有好处，使泌水减少。

所述砂的细度模数为2.6～3.2。水泥粒子群的比表面积、粒子形状、密度及粒子之间的级配(互相填充)等，对浆体的流动性影响很大。比表面积小，粒子形状接近球状，比重大，填充性越大，流动性也大。优化这些因子，可以获得适宜的流动性。

所述石子为石灰岩或玄武岩，粒径小于等于31.5mm。石子作为粗骨料，粗骨料的性能对高性能混凝土的抗压强度及弹性模量起到决定性的制约作用，如果粗骨料强度不足，其他提高混凝土强度的手段都将起不到明显效果。

石灰岩由反击式破碎机生产，级配好；玄武岩由反击式破碎机生产，强度高，级配好。

所述矿渣为比表面积为4500cm²/g的磨细矿渣。磨细矿渣对混凝土性能的改善，主要表现为以下几个方面：

(1)掺磨细矿渣混凝土的早期强度与不掺矿渣的普通水泥混凝土强度相差不多：7天能达28天强度的70～75％；后期强度增长率比较高，特别是掺量增多时，混凝土的后期强度增长比率提高更多；

(2)掺磨细矿渣的混凝土中，当磨细矿渣掺入的数量不大于50％时，抗冻性能良好；

(3)掺磨细矿渣的混凝土，有很好的抗酸性和抗碱骨料反应能力；

(4)混凝土中掺磨细矿渣后在硬化初期的放热量比不掺磨细矿渣的混凝土要小得多，在大体积混凝土构筑物中使用是最有利的，它不会因硬化初期水化热量过大导致混凝土体破坏的危险。掺有磨细矿渣的混凝土的耐热性能也要比硅酸盐水泥拌制的混凝土要好，这是因为混凝土胶材部分Ca(OH)₂含量比较低的缘故。因此，在井壁混凝土中掺磨细矿渣，可降低混凝土中水化热，防止混凝土开裂。

粉煤灰是煤粉经燃烧炉燃烧后排放的细灰，是火力发电厂的废渣。其主要成份为氧化硅及氧化铝，而且多数以硅铝玻璃体存在，属于人工火山灰质材料，具有较大的潜在活性，由于粉煤灰的颗粒呈圆球状，因此加入到混凝土中后，能起润滑作用，可显著的改善混凝土的和易性，同时在满足混凝土强度要求下可代替部分水泥以降低水化热。因此，近年来，国外将粉煤灰广泛用于大体积混凝土、大流动度混凝土、泵送混凝土中，而国内一般把粉煤灰作为普通混凝土的掺合料，用于水坝等大体积混凝土中以降低水泥的水化热，近几年来，随着混凝土泵送工艺的发展，在泵送混凝土中开始应用，以改善混凝土的可泵性。为了提高其强度，采用磨细粉煤灰将能获得更好的效果。

粉煤灰对高强混凝土性能的改善作用，主要表现在以下几个方面：

(1)工作度

粉煤灰能改善拌合料的工作度，这与其球形玻璃体的光滑表面形状有关，因而能减少混凝土拌合料的用水量，减少泌水和离析现象。减小坍落度的损失，有利于泵送。

(2)强度

掺加粉煤灰能够减少混凝土中的空隙，可以明显提高混凝土的强度。加入一定数量的粉煤灰所增加的强度可以比继续增加同样重量的水泥所增加的强度来得大，这对水泥需用量较大的高性能高强混凝土来说无疑是极为重要的。

(3)水化热

用粉煤灰替代部分水泥能有效的降低水化热，在通常情况下，粉煤灰中活性材料在头几天中的水化程度并不十分显著，所产生的水化热大概仅及水泥的一半。

(4)干缩

掺加粉煤灰替代部分水泥还能减少混凝土的收缩量。

(5)耐久性

由于粉煤灰减少了混凝土中的空隙，所以能使混凝土的抗渗性明显提高，并改善混凝土抗化学腐蚀的能力。

选用减水率高、有一定缓凝作用、且有一定引气作用的复合泵送剂。有一定的缓凝组分是为了适当抑制水泥的早期水化速度以减少坍落度损失，另外，也为了提高减水效果。有一定的含气量可以改善高性能混凝土拌合物粘度过大且易发生板结的现象。因此，选用恰当的泵送剂及适宜的掺量是泵送高强混凝土施工的关键问题之一。

本发明选用四种外加剂，分别为：

江苏博特新材料材料有限公司JM-PCA(I)型高效复合减水剂；

南京中飞混凝土外加剂厂生产的ZF-1、ZF-1B型泵送剂；

淮南矿业集团合成材料有限责任公司生产的NF高效泵送减水剂。

一种钻井井壁高性能泵送混凝土的制备方法，包括以下步骤：

(1)将水泥、粉煤灰、硅粉、矿渣、砂、石子按比例加入搅拌均匀后加入水；

(2)加入水再次搅拌均匀后加入胶凝材料和减水剂搅拌均匀即可。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明的混凝土可以满足泵送要求的流动性，砼坍落度在160mm以上；匀质性好，配制出的高性能混凝土在大坍落度下不分层离析，不泌水，使泵送混凝土出料时达到连续不间断的紊流状态；和管壁的摩阻力小，配置工艺简单；低水化热，高耐久性；防裂、抗渗。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例的混凝土包括以下组份：硅酸盐水泥400份，粉煤灰60份，胶凝材料460份，砂730份，石灰岩碎石1090份，水165份，砂率40％，ZF-1占总重量的1％。

石灰岩碎石粒径小于等于31.5mm，砂的细度模数为2.8。本实施例的制备方法如下：

(1)将水泥、粉煤灰、砂、石子按比例加入搅拌均匀后加入水；

(2)加入水再次搅拌均匀后加入胶凝材料和减水剂搅拌均匀即可。

实施例2

本实施例的混凝土包括以下组份：硅酸盐水泥440份，粉煤灰80份，胶凝材料520份，砂650份，谢家集石灰岩碎石1108份，水170份，砂率37％，NF占总重量的1％。

其他实施方式和实施例1相同。

实施例3

本实施例的混凝土包括以下组份：硅酸盐水泥400份，粉煤灰40份，矿渣100份，胶凝材料540份，砂650份，谢家集石灰岩碎石1100份，水162份，砂率37％，ZF-1B占总重量的1.23％。其他实施方式和实施例1相同。

实施例4

本实施例的混凝土包括以下组份：硅酸盐水泥400份，硅粉20份，粉煤灰80份，矿渣80份，胶凝材料580份，砂630份，谢家集石灰岩碎石1070份，水162份，砂率37％，ZF-1B占总重量的1.23％。

其他实施方式和实施例1相同。

实施例5

本实施例的混凝土包括以下组份：硅酸盐水泥400份，粉煤灰80份，硅粉30份，矿渣90份，胶凝材料600份，砂625份，明光玄武岩碎石1060份，水162份，砂率37％，JM-PCA(I)占总重量的3.0％。

其他实施方式和实施例1相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种钻井井壁高性能泵送混凝土，其特征在于，按重量计，包括以下组份：水泥400～450份，硅粉0～30份，粉煤灰40～100份，矿渣0～100份，胶凝材料460～600份，砂620～730份，石子1060～1110份，水160～170份，减水剂或泵送剂为总重量的1～3％。

2.根据权利要求1所述的一种钻井井壁高性能泵送混凝土，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的一种钻井井壁高性能泵送混凝土，其特征在于，所述砂的细度模数为2.6～3.2。

4.根据权利要求1所述的一种钻井井壁高性能泵送混凝土，其特征在于，所述石子为石灰岩或玄武岩，粒径小于等于31.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种钻井井壁高性能泵送混凝土，其特征在于，所述矿渣为比表面积为4500cm²/g的磨细矿渣。

6.如权利要求1～5中任一项所述的一种钻井井壁高性能泵送混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将水泥、粉煤灰、硅粉、矿渣、砂、石子按比例加入搅拌均匀后加入水；

(2)加入水再次搅拌均匀后加入胶凝材料和减水剂搅拌均匀即可。