CN108383471B - 利用含水赤泥协同高炉矿渣制备注浆材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种赤泥基新型注浆材料及其制备方法，按照重量百分计数，各个组分配比为赤泥汤70％～80％，高炉矿渣粉15～25％，复合碱激发剂5～10％，减水剂2％～3％，早强剂1％～2％。本发明利用赤泥、高炉矿渣粉制备的赤泥基新型注浆材料流动性好、早期强度高、凝结时间短，且不倒缩。本发明合理利用了工业废弃物，能够减少对环境的影响，且易于制备。步骤简单、操作方便、实用性强。

Description

利用含水赤泥协同高炉矿渣制备注浆材料的方法
技术领域
本发明涉及的是一种以赤泥汤为原料，协同高炉矿渣制备注浆材料的方法，特别是用于隧道、地下工程、路基等注浆加固的赤泥基新型注浆材料及其制备方法。
背景技术
赤泥是制铝工业从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物。一般平均每生产吨氧化铝，附带产生一吨赤泥。据不完全统计，我国每年排放的赤泥高达千万吨，现已累计存放超过数千万吨，赤泥的利用率低下，大量的赤泥不能充分有效的利用，大量的堆积在平地和山坡，占用的大量的土地，并且对环境造成了严重的危害。所以最大限度的减少赤泥的产量和危害，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。
赤泥中的主要化学成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3及CaO，赤泥中含铝、钙、硅较高，可以将赤泥作为建筑材料、水泥原料。此外，赤泥的pH值很高，浸出液的pH值为12.1-13.0。
矿渣粉具有火山灰作用，增加注浆材料抗压、抗拉、抗弯、抗剪性能；显著降低注浆材料的水花热，改善注浆材料和易性，减少离析和泌水；能够抑制碱骨料反应，显著增强注浆材料抗碱骨料反应的能力。
目前，使用最为广泛的注浆材料是水泥基注浆材料，水泥基注浆材料的初凝时间长，早期强度低，易倒缩，只能注入到裂隙大于0.2mm的结构体中，可注性差。有机类注浆材料可注性好，凝结速度快，凝结时间随意控制，但是会对环境产生危害。赤泥基注浆材料具有以下优势，早期强度高，凝结速度快，不倒缩，可注性好。目前已有部分学者致力于赤泥的综合利用，以实现其大规模应用。中国专利文献CN103896505A公开了一种赤泥为原料的注浆材料及其制备方法，该方法利用赤泥、矿物掺合料、外掺复合碱性激发剂通过缩聚反应生成一种三维凝胶结构的地聚物。中国专利文献CN104446213A公开了一种以赤泥为原料的注浆材料，主要原料为赤泥、激发剂、活性引发剂、微硅粉、缓凝剂、表面活性剂以及保水剂等。中国专利文献CN105669945A公开了一种赤泥基自悬浮柔性注浆材料及其制备方法，主要原料为赤泥、悬浮剂、催化剂、交联剂、水、多亚甲基多苯基多异氰酸酯。中国专利文献CN105859187A公开了一种利用赤泥制备的早强柔性双液注浆材料及其制备方法，主要原料是赤泥、悬浮剂、催化剂、交联剂、水、自制预聚体。以上专利对赤泥在注浆材料领域的应用取得了一定进展，但都是把赤泥烘干后作为原料制备注浆材料，而烘干会消耗大量的热量，能耗大，成本高。本专利采用的是赤泥汤，减少了能源的消耗，更加的经济、环保，制备工艺更加简便。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供一种以赤泥汤为主要原料的注浆材料，该注浆材料的流动性好，早期强度高，凝结速度快，不倒缩，可注性好。本发明的优势在于：利用含水赤泥制备了性能不低于烘干赤泥的注浆材料，节省烘干成本和工艺。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用含水赤泥协同高炉矿渣制备的注浆材料，由如下重量份的原料组成：赤泥汤 70～80份，高炉矿渣粉15～25份，复合碱性激发剂5～10份，减水剂2～3份、早强剂1～2份；
所述复合碱性激发剂由水泥熟料、固体水玻璃、氢氧化钠组成。
优选的，由如下重量份的原料组成：赤泥汤75～80份，高炉矿渣粉20～25份，复合碱性激发剂8～10份，减水剂2.5～3份、早强剂1.5～2份。
优选的，由如下重量份的原料组成：赤泥汤70～75份，高炉矿渣粉15～20份，复合碱性激发剂5～8份，减水剂2～2.5份、早强剂1～1.5份。
优选的，所述赤泥汤为拜耳法产生的赤泥汤。
优选的，所述高炉矿渣粉比表面积为380～420m2/Kg。
优选的，所述复合碱性激发剂中各原料的重量百分比为：水泥熟料30-40份，固体水玻璃20-30份，氢氧化钠25-40份。
优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
优选的，所述早强剂为氯化钙和氯化锂中的一种或者两种。
本发明还提供了一利用含水赤泥协同高炉矿渣制备注浆材料的方法，包括：
将复合碱性激发剂、高炉矿渣粉、减水剂和早强剂混合，然后倒入赤泥汤中均匀搅拌十分钟，加水调至设计水灰比，搅拌10min，即可使用。
本发明还提供了任一上述的注浆材料作为水泥原料在地基加固、路基填充或地下工程灾害治理、建筑物制造中的应用。
本发明的有益效果
(1)本发明的碱性激发剂由水泥熟料、氢氧化钠、固体水玻璃三者配制而成。单一的碱性激发剂性能单一，复合碱性激发剂能够更好地激发注浆材料的潜在活性。
选用氯化钙和氯化锂作为早强剂，在水化过程中氯离子可以加快材料体系内部硅酸盐矿物的水化速率，促进水化硅酸钙凝胶的形成。既可以单独使用，也可以很合适用，当混合使用时，应控制氯化钙和氯化锂的含量在所述范围内。
(2)本发明赤泥基新型注浆材料在配方中以赤泥作为主料，以碱性激发剂提高原料胶凝活性，从而制备注浆材料。该注浆材料具有流动性好，早期强度高，凝结速度快，不倒缩，可注性好，且具有良好的环保节能效益。
(3)本发明制备方法简单、效率高、实用性强，易于推广。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的说明。
一种以赤泥汤为主要原料的注浆材料，按照重量百分计数，各个组分配比为赤泥汤 70～80％，高炉矿渣粉15～25％，复合碱激发剂5％～10％，减水剂掺量2％～3％，早强剂掺量 1％～2％。
利用赤泥汤配制赤泥基注浆材料，其优点是无需烘干，无需粉磨，节约能耗，使工艺简化，降低成本。赤泥的pH值很高，其中浸出液的pH值为12.1-13.0。赤泥汤的强碱性，可以增加碱性激发效果，赤泥的潜在活性可以得到充分的发挥。
高炉矿渣粉具有火山灰作用，能改善注浆材料的物理、力学性能。矿粉的颗粒细度越小，其作用就越好。因此，本发明综合产品性能和控制成本的角度考虑，高炉矿渣粉的比表面积控制在380m2/Kg～420m2/Kg。
实施例1
1)取NaOH 8.3g、水玻璃(其模式为2.8，波美度为35)8.3g、硅酸盐水泥熟料8.3g三者混合，配制成复合碱性激发剂；
2)取所述比表面积为380m2/Kg～420m2/Kg高炉矿渣粉125g，取聚羧酸减水剂SP-409 10g，氯化钙5g；
3)取赤泥汤(含水率为62％，比表面积为250m2/Kg，pH值为11-13)335g，将高炉矿渣与碱性激发剂倒入赤泥汤中，搅拌十分钟，搅拌均匀后可以进行注浆作业。
4)强度测试方法：实验室内按水灰比为0.8:1设计，使用70.7×70.7×70.7mm试模浇筑试样，养护温度为20℃，湿度为90％。
Figure RE-GDA0001652189510000041
实施例2
1)取NaOH 10g、水玻璃(其模式为2.8，波美度为35)8.3g、硅酸盐水泥熟料6.6g三者混合，配制成复合碱性激发剂；
2)取所述比表面积为380m2/Kg～420m2/Kg高炉矿渣粉100g，取聚羧酸减水剂SP-409 10g，氯化钙5g；
3)取赤泥汤(含水率为62％，比表面积为250m2/Kg，pH值为11-13)350g，将高炉矿渣与碱性激发剂倒入赤泥汤中，搅拌五分钟，搅拌均匀后可以进行注浆作业。
4)强度测试方法：实验室内按水灰比为0.8:1设计，使用70.7×70.7×70.7mm试模浇筑试样，养护温度为20℃，湿度为90％。
Figure RE-GDA0001652189510000042
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.利用含水赤泥协同高炉矿渣制备注浆材料的方法，其特征在于，各个组分配比为：赤泥汤掺量为70～80％，高炉矿渣粉掺量为15～25％，复合碱性激发剂掺量为5～10％，减水剂掺量2％～3％，早强剂掺量1％～2％；
将制备的复合碱性激发剂、高炉矿渣粉、减水剂和早强剂混合，然后倒入赤泥汤中均匀搅拌十分钟，加水调至设计水灰比，搅拌10min，即可使用；
所述的赤泥汤为拜耳法产生的不经粉磨、烘干的鲜赤泥汤。
2.根据权利要求书1所述的利用含水赤泥协同高炉矿渣制备注浆材料的方法，其特征是，所述高炉矿渣粉比表面积为380～420m2/Kg。
3.根据权利要求书1所述的利用含水赤泥协同高炉矿渣制备注浆材料的方法，其特征在于碱性激发剂所含的硅酸盐水泥熟料、固体水玻璃、氢氧化钠的比例为硅酸盐水泥熟料30-40份，固体水玻璃20-30份，氢氧化钠25-40份。
4.根据权利要求书1所述的利用含水赤泥协同高炉矿渣制备注浆材料的方法，其特征是，所述的减水剂为聚羧酸减水剂。
5.根据权利要求书1所述的利用含水赤泥协同高炉矿渣制备注浆材料的方法，其特征是，所述的早强剂为氯化钙和氯化锂中的一种或者两种。
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