CN110256038A - 一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料及其制备方法，将水玻璃溶液和KOH固体混合形成碱性溶液，将高炉矿渣粉、粉煤灰和水充分混合后加入苯丙乳液、弹性乳液、消泡剂和减水剂，使高炉矿渣粉和粉煤灰能够充分混合，增加高炉矿渣粉和粉煤灰之间的接触面积，利用消泡剂减少有机乳液搅拌时产生气泡，减少浆液中残留的气泡，然后利用得到的碱性溶液和高炉矿渣粉和粉煤灰混合，使高炉矿渣粉和粉煤灰中的氧化铝先反应，再反应生成氧化钙提供后期强度增长，而且矿渣粉与粉煤灰在上述比例混合下，防止单种矿渣粉或粉煤灰凝结过快，同时加入苯丙乳液和弹性乳液，防止粉煤灰和矿渣粉反应过程中重聚后出现干缩现象。
Description
技术领域
本发明涉及道路养护材料领域，具体涉及一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料及其制备方法。
背景技术
随着高速公路交通量不断增加，在一些地质较差的地方路基局部强度不足、路基沉陷或基层动水冲刷，从而造成路面不同程度沉陷或板底脱空，对道路上车辆行驶安全构成严重危害。其中，静压渗透注浆是处治公路路基沉陷的主要处治技术手段，目前常用的注浆填充材料是水泥注浆填充材料，由于生产水泥耗能大、对环境破坏较大，阻碍着注浆填充材料的绿色可持续发展。注浆填充材料中有一种利用工业废渣作为主要制备材料的地聚物注浆填充材料逐渐被运用到注浆工程。地聚物注浆填充材料主要采用工业废渣粉末作为原料，采用碱激发剂作为活性剂，但在注浆工程中地聚物注浆填充材料存在结石率低、干缩较大、微裂缝较多等缺点，限制其广泛运用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料及其制备方法，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料，按照质量分数计，包括高炉矿渣粉100-140份，粉煤灰60-100份，水80-100份，水玻璃溶液42-72份，KOH固体5-15份，苯丙乳液5-15份，弹性乳液5-10份，消泡剂2-4份和1-2份减水剂。
进一步的，所述高炉矿渣粉采用S95级以上的高炉矿渣粉。
进一步的，高炉矿渣粉比表面积≥400m2/kg，高炉矿渣粉中玻璃体含量≥85％。
进一步的，所述粉煤灰采用Ⅱ级以上F类粉煤灰。
进一步的，粉煤灰细度45微米方孔筛余≤30％，粉煤灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3总质量分数≥70％。
进一步的，所述水玻璃溶液为液体状，水玻璃模数为3.3，水玻璃溶液中SiO2含量≥26％，水玻璃溶液中Na2O含量大于8.2％。
进一步的，KOH固体纯度大于99％。
进一步的，所述苯丙乳液采用苯乙烯-丙烯酸酯乳液；所述弹性乳液采用丙烯酸酯与有机硅共聚物；所述减水剂采用聚羧酸高效减水剂。
一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料制备方法，包括以下步骤：步骤1)、按照质量分数计，称取原材料：包括高炉矿渣粉100-140份，粉煤灰60-100份，水80-100份，水玻璃溶液42-72份，KOH固体5-15份，苯丙乳液5-15份，弹性乳液5-10份，消泡剂2-4份和1-2份减水剂；
步骤2)、将称取好的水玻璃溶液和KOH固体混合均匀直至KOH固体完全溶解在水玻璃溶液内得到B溶液；
步骤3)、将称好的高炉矿渣粉、粉煤灰、减水剂、水、弹性乳液和苯丙乳液混合均匀得到A混合物；具体的，；
步骤4)、将B溶液和A混合物混合均匀即可得到注浆填充材料。
进一步的，步骤3)中，将高炉矿渣粉和粉煤灰混合均匀后依次加入减水剂、水、弹性乳液和苯丙乳液，以50-100r/min搅拌至少5min，得到A液。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料及其制备方法，将水玻璃溶液和KOH固体混合形成碱性溶液，将高炉矿渣粉、粉煤灰和水充分混合后加入苯丙乳液、弹性乳液、消泡剂和减水剂，使高炉矿渣粉和粉煤灰能够充分混合，增加高炉矿渣粉和粉煤灰之间的接触面积，利用消泡剂减少有机乳液搅拌时产生气泡，减少浆液中残留的气泡，添加减水剂降低水用量，然后利用得到的碱性溶液和高炉矿渣粉和粉煤灰混合，碱性溶液将粉煤灰和矿渣粉中的活性硅、铝、钙物质溶解之后重聚，形成C-S-H水化硅酸钙、C-S-A-H水化硅铝酸钙水化产物，使高炉矿渣粉和粉煤灰中的氧化铝先反应，再反应生成氧化钙提供后期强度增长，而且矿渣粉与粉煤灰在上述比例混合下，防止单种矿渣粉或粉煤灰凝结过快，同时加入苯丙乳液和弹性乳液，防止粉煤灰和矿渣粉反应过程中重聚后出现干缩现象。本发明采用矿渣粉和粉煤灰作为主要材料，利用有机乳液增韧，既克服在注浆过程中大量使用水泥造成注浆成本高、间接污染环境的缺陷，同时有效利用了大量矿渣粉和粉煤灰工业废弃物，采用廉价的有机乳液对注浆填充材料进行增韧补强，减少干缩率和微裂缝的同时提高浆材的力学强度，实现材料性能优势互补。
进一步的，高炉矿渣粉采用S95级以上的高炉矿渣粉，粉煤灰采用Ⅱ级以上F类粉煤灰，采用两个粒径相近的材料能够提高注浆填充材料的结石率。
附图说明
图1为实施例2得到的注浆填充材料的扫描电镜图。
具体实施方式
一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料，按照质量分数计，包括高炉矿渣粉100-140份，粉煤灰60-100份，水80-100份，水玻璃溶液42-72份，KOH固体5-15份，苯丙乳液5-15份，弹性乳液5-10份，消泡剂2-4份和1-2份减水剂。
所述高炉矿渣粉采用S95级以上的高炉矿渣粉，高炉矿渣粉比表面积≥400m2/kg，高炉矿渣粉中玻璃体含量(质量分数)≥85％；
所述粉煤灰采用Ⅱ级以上F类粉煤灰，粉煤灰细度45微米方孔筛余≤30％，粉煤灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3总质量分数≥70％；
所述水玻璃溶液为液体状，水玻璃模数为3.3，水玻璃溶液中SiO2含量≥26％，水玻璃溶液中Na2O含量大于8.2％；SiO2含量指SiO2在水玻璃溶液中的质量百分比，Na2O含量指Na2O在水玻璃溶液中的质量百分比。
所述苯丙乳液为液体状，采用苯乙烯-丙烯酸酯乳液；
所述弹性乳液采用丙烯酸酯与有机硅共聚物；
所述KOH固体采用片状氢氧化钾固体，KOH固体纯度大于99％；
所述消泡剂采用粉末状高效消泡剂；
所述减水剂采用粉末状聚羧酸高效减水剂；
本发明一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料制备方法，包括下述具体步骤：
步骤1)，按照质量分数计，称取原材料：包括高炉矿渣粉100-140份，粉煤灰60-100份，水80-100份，水玻璃溶液42-72份，KOH固体5-15份，苯丙乳液5-15份，弹性乳液5-10份，消泡剂2-4份和1-2份减水剂；
制备B溶液：将称取好的水玻璃溶液和KOH固体混合均匀直至KOH固体完全溶解在水玻璃溶液内得到B溶液；具体的，将KOH固体倒入水玻璃溶液缓慢搅拌直至完全溶解；
步骤2)，将称好的高炉矿渣粉、粉煤灰、减水剂、水、弹性乳液和苯丙乳液混合均匀得到A混合物；具体的，将高炉矿渣粉和粉煤灰混合均匀后依次加入减水剂、水、弹性乳液和苯丙乳液，以50-100r/min搅拌至少5min，得到A液；
步骤3)，将B溶液和A混合物混合均匀即可得到注浆填充材料。具体的，将制备的B溶液倒入A混合物中以200-300r/min搅拌2-3min，得到注浆填充材料。
实施例1现有地聚物注浆填充材料的制备：
步骤1)、按照质量分数计，称取原材料：高炉矿渣粉120份，粉煤灰80份，水80份，分散液70份，减水剂1份，消泡剂2份；
步骤2)、将称取好的KOH固体倒入水玻璃溶液缓慢搅拌直至KOH固体完全溶解得到B溶液；
步骤3)、将称好的高炉矿渣粉和粉煤灰放入搅拌机搅拌均匀，然后依次放入减水剂和水，以100r/min搅拌5min，得到A混合物；
步骤4)、将制备的B溶液倒入A混合物中，并加入消泡剂，以300r/min搅拌3min，得到注浆填充材料。
利用注浆压力泵和注浆管将注浆填充材料注入指定区域用于注浆填充作用。对注浆填充材料的各项性能进行测试得到：析水率为1％，结石率为97％，7d干缩率5％，表面微裂缝较多，凝结时间为17min，流动度为380mm，7d抗压强度为12.29Mpa，7d抗折强度2.18MPa。
实施例2
步骤1)、按照质量分数计，称取原材料：高炉矿渣粉120份，粉煤灰80份，水80份，水玻璃溶液60份，KOH固体10份，苯丙乳液15份，弹性乳液10份，减水剂1份，消泡剂2份；
步骤2)、将称取好的KOH固体倒入水玻璃溶液缓慢搅拌直至KOH固体完全溶解得到B溶液；
步骤3)、将称好的高炉矿渣粉和粉煤灰放入搅拌机搅拌均匀，然后依次放入减水剂和水，以100r/min搅拌5min，得到A混合物；
步骤4)、将制备的B溶液倒入A混合物中，并加入消泡剂，以300r/min搅拌3min，得到注浆填充材料。
利用注浆压力泵和注浆管将注浆填充材料注入指定区域用于注浆填充作用。对注浆填充材料的各项性能进行测试得到：析水率为1％，结石率为99％，7d干缩率1％，表面无微裂缝，凝结时间为21min，流动度为394mm，7d抗压强度为17.63Mpa，7d抗折强度3.83MPa，得到的注浆填充材料的扫描电镜图如图1所示。
实施例3
步骤1)、按照质量分数计，称取原材料：高炉矿渣粉140份，粉煤灰100份，水80份，水玻璃溶液72份，KOH固体11份，苯丙乳液5份，弹性乳液10份，减水剂1份，消泡剂3份；
步骤2)、将称取好的KOH固体倒入水玻璃溶液缓慢搅拌直至KOH固体完全溶解得到B溶液；
步骤3)、将称好的高炉矿渣粉和粉煤灰放入搅拌机搅拌均匀，然后依次放入减水剂和水，以50r/min搅拌8min，得到A混合物；
步骤4)、将制备的B溶液倒入A混合物中，并加入消泡剂，以200r/min搅拌3min，得到注浆填充材料。
利用注浆压力泵和注浆管将注浆填充材料注入指定区域用于注浆填充作用。对注浆填充材料的各项性能进行测试得到：析水率为2％，结石率为99％，7d干缩率0％，表面无微裂缝，凝结时间为24min，流动度为421mm，7d抗压强度为14.25Mpa,7d抗折强度3.08MPa。
实施例4
步骤1)、按照质量分数计，称取原材料：高炉矿渣粉100份，粉煤灰60份，水85份，水玻璃溶液42份，KOH固体5份，苯丙乳液5份，弹性乳液5份，减水剂1份，消泡剂2份；
步骤2)、将称取好的KOH固体倒入水玻璃溶液缓慢搅拌直至KOH固体完全溶解得到B溶液；
步骤3)、将称好的高炉矿渣粉和粉煤灰放入搅拌机搅拌均匀，然后依次放入减水剂和水，以70r/min搅拌7min，得到A混合物；
步骤4)、将制备的B溶液倒入A混合物中，并加入消泡剂，以260r/min搅拌3min，得到注浆填充材料。
利用注浆压力泵和注浆管将注浆填充材料注入指定区域用于注浆填充作用。对注浆填充材料的各项性能进行测试得到：析水率为2％，结石率为99％，7d干缩率0％，表面无微裂缝，凝结时间为24min，流动度为421mm，7d抗压强度为15.22Mpa,7d抗折强度3.12MPa。
按照上述方法，以表1中原料配比关系，制备多组不同配比下的注浆填充材料，具体配比如表1所示；
表1不同配比得到的注浆填充材料性能
实施例1为现有地聚物注浆填充材料的制备，由上表可知，现有注浆工程中地聚物注浆填充材料采用分散液将高炉矿渣粉和粉煤灰混合，并且添加减水剂和消泡剂制备得到的注浆填充材料存在干缩，容易造成微裂缝，并且结石率低。
本发明制备的注浆填充材料，将水玻璃溶液和KOH固体混合形成碱性溶液，将高炉矿渣粉、粉煤灰和水充分混合后加入苯丙乳液、弹性乳液、消泡剂和减水剂，使高炉矿渣粉和粉煤灰能够充分混合，增加高炉矿渣粉和粉煤灰之间的接触面积，利用消泡剂减少有机乳液搅拌时产生气泡，减少浆液中残留的气泡，添加减水剂降低水用量，然后利用得到的碱性溶液和高炉矿渣粉和粉煤灰混合，碱性溶液将粉煤灰和矿渣粉中的活性硅、铝、钙物质溶解之后重聚，形成C-S-H水化硅酸钙、C-S-A-H水化硅铝酸钙水化产物，使高炉矿渣粉和粉煤灰中的氧化铝先反应，再反应生成氧化钙提供后期强度增长，而且矿渣粉与粉煤灰在上述比例混合下，防止单种矿渣粉或粉煤灰凝结过快，同时加入苯丙乳液和弹性乳液，防止粉煤灰和矿渣粉反应过程中重聚后出现干缩现象。本发明采用矿渣粉和粉煤灰作为主要材料，利用有机乳液增韧，既克服在注浆过程中大量使用水泥造成注浆成本高、间接污染环境的缺陷，同时有效利用了大量矿渣粉和粉煤灰工业废弃物，采用廉价的有机乳液对注浆填充材料进行增韧补强，减少干缩率和微裂缝的同时提高浆材的力学强度，实现材料性能优势互补。
本发明所用高炉矿渣粉粉料的粒径在30-50μm，远小于水泥粒径100-150μm，在静压渗透注浆中有利于渗透至砂石的微小孔隙；添加有机乳液，有利于减小注浆填充材料硬化产生的微小裂缝，降低干缩率，同时有助于提高浆材硬化体的抗压和抗折强度，且对流动性影响不大；本发明制备的注浆填充材料相比于水泥注浆填充材料，析水率更低，结石率高，具有速凝效果，能减少浆液未凝结阶段水分对公路路基的侵扰。
Claims (10)
1.一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料，其特征在于，按照质量分数计，包括高炉矿渣粉100-140份，粉煤灰60-100份，水80-100份，水玻璃溶液42-72份，KOH固体5-15份，苯丙乳液5-15份，弹性乳液5-10份，消泡剂2-4份和1-2份减水剂。
2.根据权利要求1所述的一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料，其特征在于，所述高炉矿渣粉采用S95级以上的高炉矿渣粉。
3.根据权利要求2所述的一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料，其特征在于，高炉矿渣粉比表面积≥400㎡/kg，高炉矿渣粉中玻璃体含量≥85％。
4.根据权利要求1所述的一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料，其特征在于，所述粉煤灰采用Ⅱ级以上F类粉煤灰。
5.根据权利要求4所述的一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料，其特征在于，粉煤灰细度45微米方孔筛余≤30％，粉煤灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3总质量分数≥70％。
6.根据权利要求1所述的一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料，其特征在于，所述水玻璃溶液为液体状，水玻璃模数为3.3，水玻璃溶液中SiO2含量≥26％，水玻璃溶液中Na2O含量大于8.2％。
7.根据权利要求1所述的一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料，其特征在于，KOH固体纯度大于99％。
8.根据权利要求1所述的一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料，其特征在于，所述苯丙乳液采用苯乙烯-丙烯酸酯乳液；所述弹性乳液采用丙烯酸酯与有机硅共聚物；所述减水剂采用聚羧酸高效减水剂。
9.一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)、按照质量分数计，称取原材料：包括高炉矿渣粉100-140份，粉煤灰60-100份，水80-100份，水玻璃溶液42-72份，KOH固体5-15份，苯丙乳液5-15份，弹性乳液5-10份，消泡剂2-4份和1-2份减水剂；
步骤2)、将称取好的水玻璃溶液和KOH固体混合均匀直至KOH固体完全溶解在水玻璃溶液内得到B溶液；
步骤3)、将称好的高炉矿渣粉、粉煤灰、减水剂、水、弹性乳液和苯丙乳液混合均匀得到A混合物；具体的，；
步骤4)、将B溶液和A混合物混合均匀即可得到注浆填充材料。
10.根据权利要求9所述的一种矿渣粉粉煤灰注浆填充材料制备方法，其特征在于，步骤3)中，将高炉矿渣粉和粉煤灰混合均匀后依次加入减水剂、水、弹性乳液和苯丙乳液，以50-100r/min搅拌至少5min，得到A液。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190920 |