CN112723817B - 一种高流动性可调凝预拌注浆砂浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及了一种高流动性可调凝预拌注浆砂浆，由以下重量百分比的组分组成：胶凝材料15%~24%、人工砂65%~74%、减水保坍组分0.1%~0.3%、调凝组分0.01%~0.04%、调粘组分0.005%~0.03%、拌合水11%~13%。本发明预拌注浆砂浆通过合理利用尾矿砂和机制砂中废弃石粉，达到资源化利用效果，实现循环经济，也减少了对环境的污染。同时发明了一种具有高流动性、适宜粘度和施工时间可调的预拌注浆砂浆，适用于地下未知空间回填、溶洞注浆、采空区回填等，解决了砂浆凝结时间短的缺点，便于预拌生产运输和泵送，有效增加了砂浆的可施工时间，改善了注浆中容易出现的和易性不好造成的堵塞、施工时间过短造成的砂浆凝结等问题。

Description

一种高流动性可调凝预拌注浆砂浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种高流动性可调凝预拌注浆砂浆及其制备方法。

背景技术

用于地下空间、溶洞、采空区等注浆回填的浆液各方面性能要求较高，再次，地下空间的容积、结构都具有隐蔽性，无法直观地监测施工中浆液填充情况。因此，在注浆或回填作业中的使用的砂浆在工作性能上要求流动度高、和易性好，具有一定粘度；凝结时间也不宜过短，否则注浆过程中容易堵管；此外，砂浆硬化后应具有一定的力学强度。

然而，受现场施工条件限制，目前多采用现场调制水泥浆或水泥砂浆进行回填注浆。但也出现了较多问题，一方面，为了高流动性而采用高水灰比配制的水泥砂浆很容易出现泌水离析现象，容易堵管，不利于注浆；另一方面，注浆不顺利时，由于水泥凝结时间较短，也常常会出现堵管的情况。此外，由于采用现场配制水泥浆，需要场地堆放材料、搅拌设备及人力进行作业，也无形中增加了成本，现场搅拌对质量控制也差强人意。现场搅拌砂浆时，一般没有采用封闭的作业现场，也会产生大量扬尘及噪音，造成环境污染。鉴于上述情况，迫切需要一种高流动度，凝结时间可调且生产运输中不造成环境污染的注浆材料。

由于许多地方天然砂石资源的匮乏，由此出现了利用石灰石生产机制砂和碎石的砂石厂，现有的破石制砂工艺下，会产生大量的石灰石粉。机制砂中若混有过多的石粉，将对机制砂的应用过程中产生不利影响，而将石粉丢弃，不但浪费资源，占用场地，还会破坏生态环境。本发明的一种高流动性可调凝的预拌注浆砂浆，以水泥、漂珠为胶凝材料，机制砂与尾矿混合的人工砂作为细骨料，配以专用外加剂，可实现注浆砂浆流动度高、粘度适宜、施工时间可调。区别于普通的混凝土和砂浆，本发明采用的机制砂含粉较多，含粉量为15％～20％，充分利用了机制砂生产中的石粉。现有研究表明，石灰石粉具有活性效应和颗粒形貌效应，不仅可以在一定范围内提升混凝土砂浆的强度，还能分散水泥颗粒，提升拌合物工作性能。本发明的每方注浆砂浆中，通过机制砂可额外引入75kg～200kg石灰石粉，可显著增强注浆砂浆工作性及强度，减少水泥等胶凝材料用量。

众所周知，尾矿作为矿山资源的开发过程中产生的废弃物，给自然环境带来了巨大压力。尾矿的堆积不仅占用大量耕地、破坏生态环境，还极易发生污染事故。只有对尾矿进行资源利用，变废为宝，才能有效解决尾矿带来的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高流动性可调凝预拌注浆砂浆及其制备方法，克服了现有注浆材料中存在的流动性与和易性相矛盾、凝结较快的问题。本发明的预拌注浆砂浆由搅拌站封闭生产运输，消除了目前现场搅拌存在的环境污染问题。此外，本发明使用了矿山开采生产中的产生的废料尾矿及机制砂中的石粉，不仅废物利用，同时也减少了尾矿和石粉存放中对环境的污染。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供了一种高流动性可调凝预拌注浆砂浆，由以下质量百分比的组分组成：胶凝材料15％～24％、人工砂65％～74％、减水保坍组分0.1％～0.3％、调凝组分0.01％～0.04％、调粘组分0.005％～0.03％、拌合水11％～13％。

其中，胶凝材料为水泥和漂珠；其中，所述水泥为等级不低于42.5级的硅酸盐水泥，水泥与漂珠的质量比为1：0.11～0.43。

其中，人工砂为机制砂和尾矿的混合砂。

其中，人工砂中的机制砂最大粒径不超过2.36mm，细度模数在2.2～2.6，机制砂母岩为石灰石，机制砂制备过程分为粗碎、中碎、细碎、筛分、除粉，其中粗碎采用颚式破碎机，中碎采用圆锥式破碎机，细碎采用冲击式破碎机。

其中，机制砂采用动态干法除粉工艺，控制含粉量15％～20％；所述机制砂亚甲蓝值低于1.0。

其中，人工砂中的尾矿粒径小于0.6mm，含水率小于1％。

其中，减水保坍组分为聚羧酸减水剂、聚羧酸保坍剂、十二烷基硫酸钠及焦亚硫酸钠四种复配而成。

其中，调凝组分为葡萄糖酸钠、蔗糖中的至少一种。

其中，调粘组分为麦芽糊精、羟丙基甲基纤维素醚、黄原胶、温轮胶的至少一种。

此外，本发明提供了一种高流动性可调凝预拌注浆砂浆的制备方法，包含以下步骤：

(1)将聚羧酸减水剂与保坍剂按照比例称量混合后，加入十二烷基硫酸钠及焦亚硫酸钠搅拌均匀，得到减水保坍组分；

(2)将按配比称量的调粘组分和调凝组分加入步骤(1)制得的减水保坍组分中，快速搅拌，复配混合均匀制得专用外加剂；

(3)将称量好的机制砂、尾矿、水泥、漂珠强制搅拌干混10s，再加入1/2用量的拌合水，搅拌20s；

(4)将准确称量的专用外加剂与剩下拌合水均匀混合，然后倒入(3)中的砂浆拌合物中，搅拌120s，得到均匀的高流动性、粘度适宜的可调凝预拌注浆砂浆。

优选地，所述胶凝材料水泥和漂珠，水泥与漂珠的质量比为1：0.11～0.43。

优选地，所述水泥为等级为P.O42.5硅酸盐水泥，28d胶砂抗压强度不小于48MPa，其他质量指标要求符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)。

优选地，所述漂珠粒径小于100μm，烧失量不大于1％。

优选地，所述的人工砂为机制砂和尾矿的混合物，机制砂与尾矿的质量比为1：0.43～1.5。

优选地，所述机制砂最大粒径不超过2.36mm，细度模数在2.2～2.6。机制砂采用动态除粉工艺，控制含粉量15％～20％。

优选地，所述减水保坍组分中的聚羧酸减水剂、聚羧酸保坍剂、十二烷基硫酸钠及焦亚硫酸钠质量比为1：0.43～1：0.05～0.15：0.1～0.2。

本发明的有益效果为：

(1)本发明合理利用工业废弃物中的石粉和尾矿，优化预拌砂浆性能，减少了对环境的污染，废物利用，实现循环经济。

(2)预拌砂浆的使初始流动度大于320mm，2h后流动度大于290mm，凝结时间灵活可调，28d强度大于35MPa，使得注浆砂浆具有强度高，粘度适中，流动性好，施工时间可根据进度调整等等优点。解决了注浆作业中经常出现的注浆材料工作性能差，凝结过快等导致堵管的问题，使得搅拌站可以生产运输，从而避免了在施工现场搅拌砂浆带来的成本提高及环境污染等问题。

具体实施方式

下面结合具体例进一步说明本发明的技术解决方案，实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。

本发明提供了一种高流动性可调凝预拌注浆砂浆，由以下质量百分比的组分组成：胶凝材料15％～24％、人工砂65％～74％、减水保坍组分0.1％～0.3％、调凝组分0.01％～0.04％、调粘组分0.005％～0.03％、拌合水11％～13％。

其中，胶凝材料为水泥和漂珠；其中，所述水泥为等级不低于42.5级的硅酸盐水泥，水泥与漂珠的质量比为1：0.11～0.43。

优选地，水泥为等级为P.O42.5硅酸盐水泥，28d胶砂抗压强度不小于48MPa，其他质量指标要求符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)。

漂珠粒径小于100μm，烧失量不大于1％。

其中，人工砂为机制砂和尾矿的混合砂，机制砂与尾矿的质量比为1：0.43～1.5。

其中，人工砂中的机制砂最大粒径不超过2.36mm，细度模数在2.2～2.6，机制砂母岩为石灰石，机制砂制备过程分为粗碎、中碎、细碎、筛分、除粉，其中粗碎采用颚式破碎机，中碎采用圆锥式破碎机，细碎采用冲击式破碎机。

其中，机制砂采用动态干法除粉工艺，控制含粉量15％～20％；所述机制砂亚甲蓝值低于1.0。

其中，人工砂中的尾矿粒径小于0.6mm，含水率小于1％。

其中，减水保坍组分为聚羧酸减水剂、聚羧酸保坍剂、十二烷基硫酸钠及焦亚硫酸钠四种复配而成。

减水保坍组分中的聚羧酸减水剂、聚羧酸保坍剂、十二烷基硫酸钠及焦亚硫酸钠质量比为1：0.43～1：0.05～0.15：0.1～0.2。

其中，调凝组分为葡萄糖酸钠、蔗糖中的至少一种。

其中，调粘组分为麦芽糊精、羟丙基甲基纤维素醚、黄原胶、温轮胶的至少一种。

此外，本发明提供了一种高流动性可调凝预拌注浆砂浆的制备方法，包含以下步骤：

(1)将聚羧酸减水剂与保坍剂按照比例称量混合后，加入十二烷基硫酸钠及焦亚硫酸钠搅拌均匀，得到减水保坍组分；

(2)将按配比称量的调粘组分和调凝组分加入步骤(1)制得的减水保坍组分中，快速搅拌，复配混合均匀制得专用外加剂；

(3)将称量好的机制砂、尾矿、水泥、漂珠强制搅拌干混10s，再加入1/2用量的拌合水，搅拌20s；

(4)将准确称量的专用外加剂与剩下拌合水均匀混合，然后倒入(3)中的砂浆拌合物中，搅拌120s，得到均匀的高流动性、粘度适宜的可调凝预拌注浆砂浆。

实施例1

一种高流动性可调凝的预拌注浆砂浆由以下质量百分比的组分组成：胶凝材料23.3％，其中水泥与漂珠质量比为1：0.43；人工砂65.0％，其中机制砂与尾矿质量比为1：0.43；减水保坍组分0.3％，其中聚羧酸减水剂、聚羧酸保坍剂、十二烷基硫酸钠、焦亚硫酸钠的质量比为1：1：0.06：0.1；调凝组分0.02％，所述调凝组分为葡萄糖酸钠；调粘组分0.005％，所述调粘组分为羟丙基甲基纤维素醚；拌合水11.4％。

该高流动性可调凝的预拌注浆砂浆的制备包括以下步骤：

(1)将聚羧酸减水剂与保坍剂按照比例称量混合后，加入十二烷基硫酸钠及焦亚硫酸钠搅拌均匀，得到减水保坍组分；

(2)将按配比称量的调粘组分和调凝组分加入(1)制得的减水保坍组分中，快速搅拌混合均匀制得专用外加剂；

(3)将称量好的机制砂、尾矿、水泥、漂珠倒入搅拌锅中并干混10s，得到均匀的干状砂浆混合物，加入部分拌合水，搅拌20s；

(4)将准确称量的专用外加剂与剩下拌合水均匀混合，然后倒入(3)中的砂浆拌合物中，搅拌30s，得到均匀的高流动性、粘度适宜的可调凝预拌注浆砂浆。

上述的高流动性可调凝的预拌注浆砂浆制备完成后，对初始截锥流动度、流动度损失、凝结时间及成型后的28d抗压强度进行测试。

实施例2

一种高流动性可调凝的预拌注浆砂浆由以下质量百分比的组分组成：胶凝材料15.6％，其中水泥与漂珠质量比为1：0.11；人工砂72.8％，其中机制砂与尾矿质量比为1：1；减水保坍组分0.2％，其中聚羧酸减水剂、聚羧酸保坍剂、十二烷基硫酸钠、焦亚硫酸钠的质量比为1：0.8：0.1：0.1；调凝组分0.02％，所述调凝组分为蔗糖；调粘组分0.02％，所述调粘组分为麦芽糊精；拌合水11.4％。

其余部分与实施例1完全一致。

实施例3

一种高流动性可调凝的预拌注浆砂浆由以下质量百分比的组分组成：胶凝材料20.8％，其中水泥与漂珠质量比为1：0.25；人工砂67.7％，其中机制砂与尾矿质量比为1：1.5；减水保坍组分0.1％，其中聚羧酸减水剂、聚羧酸保坍剂、十二烷基硫酸钠、焦亚硫酸钠的质量比为1：0.43：0.1：0.1；调凝组分0.03％，所述调凝组分为葡萄糖酸钠；调粘组分0.01％，所述调粘组分为黄原胶；拌合水11.4％。

其余部分与实施例1完全一致。

对比例1

未掺入减水保坍组分、调凝组分及调粘组分，仅掺入聚羧酸减水剂0.1％，其余部分与实施例2完全一致。

对比例2

掺入粒径不大于2.36mm、含粉8％、细度模数2.5的机制砂，等量代替实施例2中的机制砂和尾矿，其余部分与实施例2完全一致。

对比例3

掺入Ⅱ级粉煤灰等量代替实施例2中的漂珠，其余部分与实施例2完全一致。

砂浆性能测试结果见表1

表1

	初始流动度(mm)	2h流动度(mm)	凝结时间(h)	28d抗压强度(MPa)
					实施例1	335	320	18.5	43.3
实施例2	330	305	16.5	36.5
					实施例3	320	295	20.5	39.5
对比例1	320	200	9.5	38.6
					对比例2	290	240	15.5	35.1
对比例3	300	270	16.0	35.3

由以上所述，实施例1、实施例2、实施例3的初始流动度均不小于320mm，2h流动度不小于295mm，凝结时间大于18h，28d抗压强度大于36MPa；而对比例1跟实施例2相比，由于采用的是普通聚羧酸减水剂，而非专用外加剂，因此2h流动度损失过快，凝结时间较短，无法满足长距离运输或长时间的施工作业。对比例2与实施例2相比，采用普通机制砂，初始流动度降低，2h流动度损失也增大，由于石粉降低，28d强度略微下降。对比例3与实施例2相比采用Ⅱ级粉煤灰替代漂珠，初始流动度与2h流动度明显降低，28d强度也出现下降。本发明的高流动性可调凝的预拌注浆砂浆在流动度、2h流动度、凝结时间及抗压强度等方面性能均能满足目前的注浆作业的性能要求。长时间的可施工时间及凝结时间也为在搅拌站生产运输提供了技术支持。此外，采用工业废弃物石粉与尾矿，注浆砂浆性能优异，实现废物利用，减少环境污染，实现循环经济，适用于推广应用。

上面对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种高流动性可调凝预拌注浆砂浆，其特征在于，该砂浆的成分及质量百分比配比如下：

所述胶凝材料为水泥和漂珠；其中，所述水泥为等级不低于42.5级的硅酸盐水泥，水泥与漂珠的质量比为1：0.11～0.43；

所述人工砂为机制砂和尾矿的混合砂；所述人工砂中的机制砂最大粒径不超过2.36mm，细度模数在2.2～2.6，机制砂母岩为石灰石，机制砂制备过程分为粗碎、中碎、细碎、筛分、除粉，其中粗碎采用颚式破碎机，中碎采用圆锥式破碎机，细碎采用冲击式破碎机；所述机制砂采用动态干法除粉工艺，控制含粉量15％～20％；所述机制砂亚甲蓝值低于1.0；所述人工砂中的尾矿粒径小于0.6mm，含水率小于1％。

2.根据权利要求1所述的一种高流动性可调凝预拌注浆砂浆，其特征在于，所述减水保坍组分为聚羧酸减水剂、聚羧酸保坍剂、十二烷基硫酸钠及焦亚硫酸钠四种复配而成。

3.根据权利要求1所述的一种高流动性可调凝预拌注浆砂浆，其特征在于，所述调凝组分为葡萄糖酸钠、蔗糖中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种高流动性可调凝预拌注浆砂浆，其特征在于，所述调粘组分为麦芽糊精、羟丙基甲基纤维素醚、黄原胶、温轮胶的至少一种。

5.一种权利要求1所述高流动性可调凝预拌注浆砂浆的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)将聚羧酸减水剂与保坍剂按照比例称量混合后，加入十二烷基硫酸钠及焦亚硫酸钠搅拌均匀，得到减水保坍组分；

(2)将按配比称量的调粘组分和调凝组分加入步骤(1)制得的减水保坍组分中，快速搅拌，复配混合均匀制得专用外加剂；

(3)将称量好的机制砂、尾矿、水泥、漂珠强制搅拌干混10s，再加入1/2用量的拌合水，搅拌20s；

(4)将准确称量的专用外加剂与剩下拌合水均匀混合，然后倒入(3)中的砂浆拌合物中，搅拌120s，得到均匀的高流动性、粘度适宜的可调凝预拌注浆砂浆。