CN110330307A - 一种路基补强速凝注浆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种路基补强速凝注浆材料及其制备方法，按特定的质量分数将高炉矿渣粉和粉煤灰混合，使高炉矿渣粉和粉煤灰混合表面充分接触，利用粉煤灰中含有的二氧化硅和氧化铝偏以及矿渣粉中含有的氧化钙和二氧化硅，然后将水、水玻璃溶液、NaOH固体和减水剂混合成反映溶液，利用水玻璃溶液和NaOH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，利用水玻璃溶液和NaOH组成的溶液使粉煤灰和矿渣粉中的氧化铝先反应，能够防止粉煤灰过多导致凝结过快，确保后去氧化钙反映增强材料的增长，从而有效提高高炉矿渣粉和粉煤灰的使用率，同时提高了注浆材料的工作性能。
Description
技术领域
本发明涉及路基注浆材料领域，具体涉及一种路基补强速凝注浆材料及其制备方法。
背景技术
我国各地在冶炼钢铁产生大量的高炉矿渣粉，火力发电厂会生产大量粉煤灰，高炉矿渣粉和粉煤灰属工业固体废弃物，目前针对工业固体废弃物主要是采用堆积掩埋方式处理，大量堆放不仅需要侵占土地同时对周边地区产生粉尘污染。
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。目前的注浆材料主要采用水泥基注浆材料，但是每生产1吨水泥就要释放1吨的CO2，而且伴随着排放大量的NOx、SOx和粉尘，生产水泥耗能大，对生态环境造成巨大破坏。另外，在静压渗透注浆中，水泥颗粒偏大，粒径为100-200μm左右，不利于渗透至砂石的细小孔隙；且在水灰比0.8-1.5之间才能具有足够的流动性能进行注浆工作，水灰比越高，流动性越好越利于注浆，但浆液的析水率越高，结石率越低，容易造成析出水分进入路基局部水损害。以水灰比1.2的水泥注浆材料为例，2h析水率高达20％，结石率仅为76％。采用水泥作为注浆材料生产能耗大、价格较高、且工作性能欠佳。因此，急需采用一种新的材料作为注浆材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种路基补强速凝注浆材料及其制备方法，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：
一种路基补强速凝注浆材料，按质量分数计，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24-48份，NaOH固体2-4份，减水剂1-2份。
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≥400㎡/kg，高炉矿渣粉中玻璃体质量分数含量≥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，所述水玻璃溶液水玻璃模数为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，所述NaOH固体采用片状氢氧化钠固体。
进一步的，NaOH固体纯度大于99％。
一种路基补强速凝注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)、按质量分数计称取上述材料，将称取好的NaOH固体倒入水玻璃溶液中搅拌直至NaOH完全溶解得到B溶液；
步骤2)、将上述称好的高炉矿渣粉和粉煤灰混合均匀，然后依次放入减水剂和水搅拌均匀得到A混合物；
步骤3)、将B溶液和A混合物混合均匀即可得到路基补强速凝注浆材料。
进一步的，步骤2)中，向混合均匀的高炉矿渣粉和粉煤灰中依次放入减水剂和水，加入减水剂和水后以50-100r/min搅拌至少5min，然后以200-300r/min搅拌至少5min，得到A混合物。
进一步的，将B溶液倒入A混合物中，以200-300r/min搅拌2-3min，即可得到注浆材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本申请一种路基补强速凝注浆材料及其制备方法，按特定的质量分数取高炉矿渣粉、粉煤灰、水、水玻璃溶液、NaOH固体和减水剂，通过先将高炉矿渣粉和粉煤灰混合，使高炉矿渣粉和粉煤灰混合表面充分接触，利用粉煤灰中含有的二氧化硅和氧化铝偏以及矿渣粉中含有的氧化钙和二氧化硅，然后将水玻璃溶液和NaOH固体混合成溶液，利用水玻璃溶液和NaOH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，利用水玻璃溶液和NaOH组成的溶液使粉煤灰和矿渣粉中的氧化铝先反应，将高炉矿渣粉和粉煤灰安质量比控制在(100-140)：(60-100)，能够防止粉煤灰过多导致凝结过快，确保后去氧化钙反映增强材料的增长，从而有效提高高炉矿渣粉和粉煤灰的使用率，同时提高了注浆材料的工作性能，本发明使用矿渣粉和粉煤灰工业废弃物代替水泥制备注浆材料，既克服在注浆过程中大量使用水泥造成注浆成本高、的缺陷，同时有效利用了大量矿渣粉、粉煤灰等工业废弃物，实现工业废渣变废为宝的目的。本发明制备得到的注浆材料流动性好、析水率低、结石率高。
进一步的，所述高炉矿渣粉采用S95级以上的高炉矿渣粉，确保反应充分，提高材料性能。粉煤灰采用Ⅱ级以上F类粉煤灰，提高粉煤灰与高炉矿渣粉表面接触，降低孔隙率。
附图说明
图1为实施例1得到材料的扫描电镜-能谱分析图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细描述：
一种路基补强速凝注浆材料，按质量分数计，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24-48份，NaOH固体2-4份，减水剂1-2份；
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≥400㎡/kg，高炉矿渣粉中玻璃体质量分数含量≥85％；
所述粉煤灰采用Ⅱ级以上F类粉煤灰，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NaOH固体采用片状氢氧化钠固体，NaOH固体纯度大于99％；
所述减水剂采用聚羧酸高效减水剂；
本发明一种路基补强速凝注浆材料的制备方法，包括下述具体步骤：
步骤1)，制备B溶液：将称取好的水玻璃溶液和NaOH固体混合直至NaOH完全溶解得到B溶液，由于NaOH固体溶于水玻璃溶液会释放热量，搅拌时需缓慢搅拌；
步骤2)，将上述称好的高炉矿渣粉和粉煤灰混合均匀，然后向混合均匀的高炉矿渣粉和粉煤灰中依次放入减水剂和水搅拌均匀得到A混合物，具体的，加入减水剂和水后以50-100r/min搅拌至少5min，然后以200-300r/min搅拌至少5min，得到A混合物；
步骤3)，将B溶液和A混合物混合均匀即可得到路基补强速凝注浆材料；具体的，将B溶液倒入A混合物中，以200-300r/min搅拌2-3min，即可得到注浆材料。
实施例1
步骤1)、按质量分数计取以下原材料：
S95级以上高炉矿渣粉120份，F级粉煤灰80份，水90份，水玻璃溶液40份，NaOH固体3份，减水剂1份。
步骤2)、将称取好的NaOH固体倒入水玻璃溶液中搅拌直至NaOH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在搅拌机中干搅拌混合均匀，然后依次放入减水剂、水，以100r/min搅拌5min，然后以200r/min搅拌7min，得到A混合物；
步骤4)、将B溶液和A混合物混合，以300r/min搅拌2min，得到注浆材料。
利用注浆压力泵和注浆管将制备的注浆材料注入指定区域用于注浆填充作用。然后对注浆材料的各项性能进行测试，测试得到注浆材料性能：析水率为0，结石率为98％，凝结时间为15min，流动度为350mm，7d抗压强度为14.20Mpa。
该配比的注浆材料适用于脱空区和空洞，浆液对于细小孔隙的渗透流动性能不足，但具有速凝、强度高、无析水、结石率高的优势。对实施例1得到的通过扫描电镜-能谱分析得到结果如图1所示。
实施例2
步骤1)、按质量分数计取以下原材料：
S95级以上高炉矿渣粉120份，F级粉煤灰100份，水80份，水玻璃溶液30份，NaOH固体2份，减水剂2份；
步骤2)、将称取好的NaOH固体倒入水玻璃溶液中搅拌直至NaOH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在搅拌机中干搅拌混合均匀，然后依次放入减水剂、水，以50r/min搅拌8min，然后以300r/min搅拌5min，得到A混合物；
步骤4)、将B溶液和A混合物混合，以300r/min搅拌2min，得到注浆材料。
利用注浆压力泵和注浆管将制备的注浆材料注入指定区域用于注浆填充作用。然后对注浆材料的各项性能进行测试，测试得到注浆材料性能：析水率为1％，结石率为98％，凝结时间为18min，流动度为394mm，7d抗压强度为10.89Mpa。
该配比的注浆材料适用于空隙较大的区域，流动性较实施例1提高，具有速凝、强度较高、析水率低、流动性好的优势。
实施例3
步骤1)、按质量分数计取以下原材料：
S95级以上高炉矿渣粉140份，F级粉煤灰80份，水100份，水玻璃溶液48份，NaOH固体2份，减水剂2份；
步骤2)、将称取好的NaOH固体倒入水玻璃溶液中搅拌直至NaOH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在搅拌机中干搅拌混合均匀，然后依次放入减水剂、水，以80r/min搅拌6min，然后以260r/min搅拌6min，得到A混合物；
步骤4)、将B溶液和A混合物混合，以200r/min搅拌3min，得到注浆材料。
利用注浆压力泵和注浆管将制备的注浆材料注入指定区域用于注浆填充作用。然后对注浆材料的各项性能进行测试，测试得到注浆材料性能：析水率为3％，结石率为97％，凝结时间为24min，流动度为421mm，7d抗压强度为8.25Mpa。该注浆材料适用于空隙较小的区域，有速凝、流动性好、析水率低、结石率高的优势。
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材料，具体配比如表1所示；
表1不同配比得到的注浆材料性能
由表1中各配比制备得到的注浆材料性能指标可知，在取高炉矿渣粉120份，粉煤灰100份，水80份，水玻璃溶液30份，NaOH固体2份和减水剂2份的情况下得到的注浆材料抗压强度最高，流动性低，由上可知，在粉煤灰过多情况下会导致凝结过快，粉煤灰中含有的二氧化硅和氧化铝偏多，矿渣粉中含氧化钙和二氧化硅较多，通过水玻璃溶液和NaOH将粉煤灰和矿渣粉中的活性硅、铝、钙物质溶解之后重聚，由于反应是氧化铝先反应，氧化钙提供后期强度增长，所以粉煤灰过量会导致反映过快，后期强度增长不足，粉煤灰过少强度较低，矿渣粉增加对凝结时间、后期强度有利。本发明制备的注浆加固材料，相比于水泥注浆材料(水灰比0.8-1.2之间)，具有速凝、析水率小、结石率高、造价低等优势，力学强度与水泥注浆材料相当。在实际使用时，可根据路基病害的具体位置、具体状况和注浆条件进行综合分析，通过合理调整各原料的配比，满足实际的使用需求。
Claims (10)
1.一种路基补强速凝注浆材料，其特征在于，按质量分数计，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24-48份，NaOH固体2-4份，减水剂1-2份。
2.根据权利要求1所述的一种路基补强速凝注浆材料，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所述的一种路基补强速凝注浆材料，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质量分数含量≥85％。
4.根据权利要求1所述的一种路基补强速凝注浆材料，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所述的一种路基补强速凝注浆材料，其特征在于，所述水玻璃溶液水玻璃模数为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％。
6.根据权利要求1所述的一种路基补强速凝注浆材料，其特征在于，所述NaOH固体采用片状氢氧化钠固体。
7.根据权利要求6所述的一种路基补强速凝注浆材料，其特征在于，NaOH固体纯度大于99％。
8.一种权利要求1所述路基补强速凝注浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、按质量分数计称取上述材料，将称取好的NaOH固体倒入水玻璃溶液中搅拌直至NaOH完全溶解得到B溶液；
步骤2)、将上述称好的高炉矿渣粉和粉煤灰混合均匀，然后依次放入减水剂和水搅拌均匀得到A混合物；
步骤3)、将B溶液和A混合物混合均匀即可得到路基补强速凝注浆材料。
9.根据权利要求8所述路基补强速凝注浆材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，向混合均匀的高炉矿渣粉和粉煤灰中依次放入减水剂和水，加入减水剂和水后以50-100r/min搅拌至少5min，然后以200-300r/min搅拌至少5min，得到A混合物。
10.根据权利要求8所述路基补强速凝注浆材料的制备方法，其特征在于，将B溶液倒入A混合物中，以200-300r/min搅拌2-3min，即可得到注浆材料。
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Inventor after: Zhang Zhengqi Inventor after: Chang Qingxi Inventor after: Wu Jinbo Inventor after: Ma Lixia Inventor after: Cheng Xiaochun Inventor after: Zhang Jinhang Inventor after: Li Hao Inventor after: Tian Zhongnan Inventor after: Li Yanjun Inventor after: Li Naiqiang Inventor after: Xu Yufeng Inventor after: Tang Hengshan Inventor after: Gui Zengjian Inventor after: Xu Cheng Inventor after: Cheng Genyuan Inventor before: Zhang Zhengqi Inventor before: Chang Qingxi Inventor before: Tian Zhongnan Inventor before: Li Yanjun Inventor before: Li Naiqiang Inventor before: Xu Yufeng Inventor before: Tang Hengshan Inventor before: Gui Zengjian Inventor before: Xu Cheng Inventor before: Cheng Genyuan |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191015 |