CN104710139A

CN104710139A - 一种黏土水泥浆的注浆材料

Info

Publication number: CN104710139A
Application number: CN201410803444.9A
Authority: CN
Inventors: 解波; 张宏忠
Original assignee: Anhui Hengyuan Coal Electricity Group Co Ltd
Current assignee: Anhui Hengyuan Coal Electricity Group Co Ltd
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2015-06-17

Abstract

本发明公开了一种黏土水泥浆的注浆材料，包括水泥、黏土和水，所述水泥和黏土的重量比例为25～70∶75～30；所述注浆材料的浆液比重范围为1.14～1.38。本发明工艺配方简单，通过适当的浆液比重范围提高了产品的粘度，能够有效的将其运用在矿井注浆工艺中。

Description

一种黏土水泥浆的注浆材料

技术领域

本发明涉及一种注浆材料，尤其涉及的是一种黏土水泥浆的注浆材料。

背景技术

浆液的性能对注浆工程来讲是至关重要的，所以研究开发价格低廉、性能优良的浆液具有良好的经济效益。水泥-黏土浆液因具有成本低、抗渗性强、结石率高等优点，在解决各种不同的水文地质条件下的堵水加固和防渗工程中得到广泛的应用。在底板含水层改造中均采用了水泥-黏土浆液或水泥浆液。但由于黏土-水泥浆的配比不同，所以注浆的效果也不相同。实践证明，在注浆工程的设计中，浆液的选择是重要的一环，它直接影响着注浆的质量和工程的造价。由于注浆的目的和要求不同，选用的浆液亦应不同。为了提高注浆效果，降低注浆工程造价，对于浆液的物理力学性能进行系统的试验研究，掌握其变化规律是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种黏土水泥浆的注浆材料，确实适当的浆液比，提高注浆效果。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明包括水泥、黏土和水，所述水泥和黏土的重量比例为25～70∶75～30；所述注浆材料的浆液比重范围为1.14～1.38。

作为本发明的优选方式之一，所述水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥。

作为本发明的优选方式之一，所述黏土过200目筛，黏土的液限为35.4％，塑限为19.2％，塑性指数为16.2。

作为本发明的优选方式之一，所述水的PH值为7.81，矿化度为665.30mg/L。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明工艺配方简单，通过适当的浆液比重范围提高了产品的粘度，能够有效的将其运用在矿井注浆工艺中。

附图说明

图1是实施例1～7制备的浆液比重示意图；

图2是实施例1～7制备的浆液比重与粘度关系曲线图；

图3是实施例1～7制备的浆液水泥含量与粘度关系曲线图；

图4是水泥含量30％时温度对浆液粘度的影响曲线；

图5是水泥含量35％时温度对浆液粘度的影响曲线；

图6是纯水泥浆比重与析水率关系图；

图7是不同配比黏土-水泥浆比重与析水率关系图；

图8是各比重黏土-水泥浆水泥含量与析水率关系图；

图9是纯水泥浆结石率与比重和时间关系图；

图10是黏土-水泥浆结石率与比重和时间关系图(3d)；

图11是黏土-水泥浆结石率与比重和时间关系图(7d)；

图12是黏土-水泥浆结石率与比重和时间关系图(28d)；

图13是各比重水泥-黏土浆结石率与水泥含量及时间关系图(3d结石率)；

图14是各比重水泥-黏土浆结石率与水泥含量及时间关系图(7d结石率)；

图15是各比重水泥-黏土浆结石率与水泥含量及时间关系图(28d结石率)；

图16是纯水泥试块抗压强度与比重随时间变化曲线；

图17是不同配比黏土-水泥浆试块抗压强度与比重的关系(3d)；

图18是不同配比黏土-水泥浆试块抗压强度与比重的关系(7d)；

图19是不同配比黏土-水泥浆试块抗压强度与比重的关系(28d)。

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

本实施例中，固体料总量为200g，在固体料配比不变的情况下，通过改变水的加量来配制不同比重的黏土-水泥浆。本次试验固体料的配比以水泥重量表示，水泥的重量比为25％，本配比中浆液的比重为：1.14、1.16、1.18、1.20、1.22、1.24、1.26、1.28、1.30、1.32、1.34、1.36、1.38。

实施例2

本实施例的水泥的重量比为30％，其他实施方式和实施例1相同。

实施例3

本实施例的水泥的重量比为35％，其他实施方式和实施例1相同。

实施例4

本实施例的水泥的重量比为40％，其他实施方式和实施例1相同。

实施例5

本实施例的水泥的重量比为50％，其他实施方式和实施例1相同。

实施例6

本实施例的水泥的重量比为60％，其他实施方式和实施例1相同。

实施例7

本实施例的水泥的重量比为70％，其他实施方式和实施例1相同。

对实施例1～7制备的浆液测试其密度、粘度、析水率、结石率和抗压强度，具体结果如下。

以纯水泥浆做对比例。

1、浆液的密度

浆液的密度是指浆液中固体料的质量与浆液体积的比值。比重是无量纲的量，密度是有量纲的量，比重和密度在数值上是相等的，如图1所示为各个实施例测得的比重值。

2、浆液的粘度

浆液的粘度代表浆液的流变性，是浆液内摩擦力的一种指标，从某种程度上体现了一种浆液的可注性。浆液在地下岩体孔隙中的流变性取决于浆材的特性。如图2所示，浆液的粘度均随浆液比重的增加而增大。在水泥悬浮液中加入黏土后，将使浆液的稳定性大大提高，同时，黏土颗粒的粒径一般极小、比表面积大，遇水具有胶体化学特征。相同比重的浆液，当固体配料中水泥含量不同，其粘度也不同。

水泥含量对浆液粘度有一定的影响，如图3所示。浆液的粘度在水泥含量为35％处发生转折，当水泥含量大于35％时，粘度总体上随水泥含量的增加而减小，当水泥含量小于35％时，粘度随着水泥含量的减少而减小；纵向上粘度随着浆液比重的增大而增大。配制同一比重的浆液，当水泥含量为35％时配制浆液的用水量最少，使得浆液的粘度最大；水泥含量小于35％时，由于用水量随着水泥含量的增加而减少，导致浆液的粘度随着水泥含量的增加而增大；水泥含量大于35％时，用水量随着水泥含量的增加而增加，使得浆液的粘度随着水泥含量的增加而减小。

温度对浆液粘度有一定影响。如表1、图4、图5所示，从中可以看出：相同固体料配比的黏土-水泥浆的粘度随着环境温度的升高而减小。这是由于温度的升高，一方面加快了水泥的水化反应，使得浆液中产生更多的Ca(OH)₂，Ca²⁺与土颗粒中的Na⁺发生置换反应，降低了黏土颗粒的分散度，稳定性下降，黏土颗粒凝聚，浆液由黏性状态进入塑性状态；另一方面，本试验所用黏土中高岭石占的比例较高，在水中形成棚架结构，温度升高使得更多棚架结构被水泥所破坏，然后释放出被其包裹的水分，浆液中的水分增多，从而使粘度减小。

表1 不同室温下黏土-水泥浆粘度(s)试验数据

3、浆液的析水率

浆液的析水率是指浆液在静止状态下，浆液颗粒受重力的作用自然沉降，从而析出水的比例。一般情况下，浆液在两个小时内就可以完全析水。析水率是反映浆液稳定性和充填裂隙饱满程度的指标。

(1)浆液析水率随比重的增大而减小，见图6和图7。浆液析水率主要受配比中用水量的影响，用水量越大，浆液的比重越小，析水率越大；反之，析水率越小。

(2)如图7所示，当比重小于1.28时，各配比黏土-水泥浆的析水率较大且相差较小；当比重大于1.28时，各配比黏土-水泥浆的析水率相差较大。

(3)从图8中可以看出，水泥含量越大，浆液的析水率越小，这是由于水泥的水化作用消耗一部分水引起的。由于水泥含量越高，要使得水泥充分发生水化反应，必然会消耗大量的水分，导致浆液析水率随着水泥含量的增加而减小。

4、浆液的结石率

结石率是反映浆液充填裂隙饱满程度的另外一个指标，结石率越大，注浆堵水的效果越好。

颗粒类浆液固结后形成的固体成为结石体，结石体的体积占浆液体积的比例为浆液的结石率。

从图9中可以看出随着浆液比重的增加，浆液的结石率随之增加；同一比重浆液随养护时间的增加而增加，但总体变化不大。由于浆液是在煤层底板含水层中固结的，因此，将试块在水中养护，然后测定结石率，试块在结石过程中不断吸水，这样测得的结石率就表现为：28d结石率＞7d结石率＞3d结石率。

从图10、11、12中可以看出：当固体料配比一定时，黏土-水泥浆的结石率随着浆液比重的增大而增加。

浆液中水泥的含量越高，浆液的结石率也越高，但总体变化不大。同时可以看出，当水泥含量为35％时，浆液的结石率较高。对比纯水泥浆的结石率数据，加入黏土后浆液的结石率相对减小。见图13、14、15。

5、抗压强度

浆液形成结石体的抗压强度反映了被加固的岩层承载能力的大小。对于浆液结石体抗压强度的测试，首先将试块切成40×40mm的小块(高为结石自然高度)，然后进行抗压强度测试。试块3天及7天的抗压强度较小，因此采用无侧限抗压仪测量抗压强度，对于28天的强度采用多功能压力试验机进行测量。

由图16可知，纯水泥浆的抗压强度总体上随着浆液比重的增大略有增加；比重相同，试块养护时间越长，结石体的抗压强度就越大，养护时间3d的平均抗压强度为0.298MPa，7d为0.435MPa，28d为0.814MPa，这是由于随着时间的延长，水泥发生了充分的水化反应。

由图17、18、19可知，黏土-水泥浆试块的抗压强度随浆液比重变化略有变化，但规律不明显，主要与固体料中水泥含量以及养护时间有关，其抗压强度随养护时间的增加而增大，随水泥含量的增加而增大。养护时间3d的平均抗压强度为0.114MPa，7d为0.247MPa，28d为0.560MPa，小于纯水泥浆试块的抗压强度。

总体上来说，黏土-水泥浆试块的抗压强度较小，且有一定的离散性。当固体料中水泥含量较小时，其强度更小，主要是由于浆液中水泥所占比例不大，水化产物较少，反应产物所形成的网状结构不够致密，使得结石体的内部结构凝聚力增加不大。

Claims

1.一种黏土水泥浆的注浆材料，其特征在于，包括水泥、黏土和水，所述水泥和黏土的重量比例为25～70∶75～30；所述注浆材料的浆液比重范围为1.14～1.38。

2.根据权利要求1所述的一种黏土水泥浆的注浆材料，其特征在于，所述水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的一种黏土水泥浆的注浆材料，其特征在于，所述黏土过200目筛，黏土的液限为35.4％，塑限为19.2％，塑性指数为16.2。

4.根据权利要求1所述的一种黏土水泥浆的注浆材料，其特征在于，所述水的PH值为7.81，矿化度为665.30mg/L。