CN112745091A - 一种地下工程水泥注浆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下工程水泥注浆材料及其制备方法,以质量份数为100的石灰石基础上结合黏土20‑30份、石膏10‑15份、无机铁盐3‑8份、无机铝盐2‑7份。S1、按照各组分质量份数将石灰石、黏土、石膏进行破碎,待用;S2、按照质量份数将石灰石进行加热,加热时间为2‑3d,温度为550‑650℃,得到原料a;S3、将原料a与步骤S1中粉碎后的黏土、石膏进行混合,在混合过程中添加相对应质量份数的无机铁盐和无机铝盐,并添加分散剂,进行搅拌,搅拌时间为3‑5h,搅拌完成后进行干燥,得到原料b;S4、将上述干燥后得到的原料b进行煅烧,煅烧温度为1300‑1500℃,煅烧时间为1‑2d,制备完成。本发明的水泥浆液材料及其制备方法使水泥凝结硬化速度快,强度增加。
Description
技术领域
本发明涉及水泥注浆领域,尤其涉及一种地下工程水泥注浆材料及其制备方法。
背景技术
目前,水泥浆液一般结石体强度较高、耐久性较好、材料来源丰富、浆液配制方便、操作简单、成本较低,但凝胶时间较长,扩散不易控制。化学浆材流动性好,浆液粘度低,凝胶可控、抗渗性及耐久性能好,能注入到细微裂隙中,但是一般的化学浆液都具有毒性并且价格昂贵,强度比较低。为了缩短水泥浆液的凝胶时间,多采用速凝剂对水泥浆液的凝胶时间进行控制。目前常用速凝剂例如水玻璃,多为碱性或者弱碱性,加入速凝剂后,水泥浆液的凝固时间可在数十秒至半小时可控。由于水泥速凝浆液凝固时间缩短,水泥结石初期强度迅速提高,一般为普通浆液的数倍,但由于速凝剂碱性作用,水泥结石中后期强度下降明显,后期强度平均只能达到普通浆液的一半左右。
在大量水利或隧道等防渗加固工程中,经常会采用速凝剂材料加速水泥浆液的凝固,控制其扩散范围。长期观测表明,加入碱性速凝剂后,虽然浆液的扩散范围和水泥结石初期强度都有所改善,但是水泥结石中后期强度衰减幅度较大,严重时降幅超过40%,给水利或隧道工程留下了巨大的安全隐患。
近年来,众多学者对水泥水化主要产物水化硅酸钙进行研究,证实了水泥硬化浆体中存在70%纳米尺度的水化硅酸钙凝胶颗粒,从而为水泥基材料进行纳米改性奠定基础。近年来纳米材料和纳米技术快速发展,为水泥基纳米复合材料的研制带来了很大的发展空间。众多学者对纳米二氧化硅改性普通硅酸盐水泥进行了广泛的探索性研究,结果表明,由于纳米二氧化硅尺寸小,表面能高,位于表面的原子占相当大的比例,这些表面原子具有很高的活性,表现为大量的悬挂键或不饱和键,这些不饱和性将导致提高了纳米SiO2的反应性,很容易与水泥水化反应生成的Ca(OH)2键合,生成水化硅酸钙(CSH)凝胶,随着Ca(OH)2的消耗加速了水泥的水化速度,促进了水泥的凝结,使凝结时间缩短。在固定水灰比的情况下,加入适量的纳米二氧化硅纳米,能生成更多的(CSH) 凝胶,使水泥结石微观结构更加密实,抗压和抗折强度都有所提高。
所以,如何利用亲水基纳米材料实现对水泥浆液的改性作用,改善水泥浆液流变特性,并提高传统速凝浆液中后期强度是现在亟待要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种地下工程水泥注浆材料及其制备方法,解决现有的水泥注浆材料形成的浆液中后期强度明显下降的问题。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
本发明一种地下工程水泥注浆材料及其制备方法,包括石灰石、黏土、石膏、无机铁盐和无机铝盐,其中以质量份数为100的石灰石基础上,黏土、石膏、无机铁盐、无机铝盐的质量份数分别为黏土20-30份、石膏10-15份、无机铁盐3-8份、无机铝盐2-7份。
进一步的,所述石灰石、黏土、石膏、无机铁盐、无机铝盐的质量份数比为,100:25:13:6:6。
再进一步的,所述石灰石、黏土、石膏、无机铁盐、无机铝盐的质量份数比为,100:30:15:8:7。
再进一步的,所述石灰石、黏土、石膏、无机铁盐、无机铝盐的质量份数比为,100:20:10:3:2。
再进一步的,所述无机铁盐采用氯化亚铁、三氧化二铁或硫酸亚铁。
再进一步的,所述无机铝盐采用氯化铝、硫酸铝或硅酸铝。
一种地下工程水泥注浆材料的制备方法,采用所述的地下工程水泥注浆材料,按照如下步骤进行,
S1、按照各组分质量份数将石灰石、黏土、石膏进行破碎,待用;
S2、按照质量份数将石灰石进行加热,加热时间为2-3d,温度为550-650℃,得到原料a;
S3、将原料a与步骤S1中粉碎后的黏土、石膏进行混合,在混合过程中添加相对应质量份数的无机铁盐和无机铝盐,并添加分散剂,进行搅拌,搅拌时间为3-5h,搅拌完成后进行干燥,得到原料b;
S4、将上述干燥后得到的原料b进行煅烧,煅烧温度为1300-1500℃,煅烧时间为1-2d,制备完成。
进一步的,所述分散剂为乙二醇,其与石灰石的质量比为1:2。
与现有技术相比,本发明的有益技术效果如下:
本发明的水泥浆液材料科学配方,配比合理,内部添加无机铁盐,配合熟化的石灰石,创造在碱性环境的下的反应环境,制备完成后的水泥材料颗粒小,接近为纳米级,可注性好,比普通水泥更加致密,同时内部添加无机铝盐,与无机铁盐结合,使水泥凝结硬化速度快,强度增加。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,详细说明如下。
下面将对本发明实施例的地下工程水泥注浆材料及其制备方法作详细说明。
一种地下工程水泥注浆材料包括石灰石、黏土、石膏、无机铁盐和无机铝盐,其中以质量份数为100的石灰石基础上,黏土、石膏、无机铁盐、无机铝盐的质量份数分别为黏土20-30份、石膏10-15份、无机铁盐3-8份、无机铝盐2-7份。所述无机铁盐采用氯化亚铁、三氧化二铁或硫酸亚铁。所述无机铝盐采用氯化铝、硫酸铝或硅酸铝。
一种地下工程水泥注浆材料的制备方法,采用上述的地下工程水泥注浆材料,按照如下步骤进行,
S1、按照各组分质量份数将石灰石、黏土、石膏进行破碎,待用。
S2、按照质量份数将石灰石进行加热,加热时间为2-3d,温度为550-650℃,得到原料a。
S3、将原料a与步骤S1中粉碎后的黏土、石膏进行混合,在混合过程中添加相对应质量份数的无机铁盐和无机铝盐,并添加分散剂,所述分散剂为乙二醇,其与石灰石的质量比为1:2。进行搅拌,搅拌时间为3-5h,搅拌完成后进行干燥,得到原料b。
S4、将上述干燥后得到的原料b进行煅烧,煅烧温度为1300-1500℃,煅烧时间为1-2d,制备完成。
上述破碎采用滚式破碎机进行破碎,加热及混合采用反应釜进行。
实施例1
将石灰石100份、黏土20份、石膏10份、氯化亚铁3份、氯化铝2份,按照制备步骤进行添加制作。
S1、按照质量份数将石灰石、黏土、石膏进行破碎,待用;
S2、按照质量份数将石灰石进行加热,加热时间为2d,温度为550℃,得到原料a;
S3、将原料a与步骤S1中粉碎后的黏土、石膏进行混合,在混合过程中添加相对应质量份数的氯化亚铁和氯化铝,并添加分散剂,进行搅拌,搅拌时间为3h,搅拌完成后进行干燥,得到原料b;
S4、将上述干燥后得到的原料b进行煅烧,煅烧温度为1300℃,煅烧时间为1d,制备完成。
实施例2
将石灰石100份、黏土30份、石膏15份、氯化亚铁8份、氯化铝7份,按照制备步骤进行添加制作。
S1、按照质量份数将石灰石、黏土、石膏进行破碎,待用;
S2、按照质量份数将石灰石进行加热,加热时间为3d,温度为650℃,得到原料a;
S3、将原料a与步骤S1中粉碎后的黏土、石膏进行混合,在混合过程中添加相对应质量份数的氯化亚铁和氯化铝,并添加分散剂,进行搅拌,搅拌时间为5h,搅拌完成后进行干燥,得到原料b;
S4、将上述干燥后得到的原料b进行煅烧,煅烧温度为1500℃,煅烧时间为2d,制备完成。
实施例3
将石灰石100份、黏土20份、石膏10份、氯化亚铁3份、氯化铝2份,按照制备步骤进行添加制作。
S1、按照质量份数将石灰石、黏土、石膏进行破碎,待用;
S2、按照质量份数将石灰石进行加热,加热时间为2.5d,温度为600℃,得到原料a;
S3、将原料a与步骤S1中粉碎后的黏土、石膏进行混合,在混合过程中添加相对应质量份数的氯化亚铁和氯化铝,并添加分散剂,进行搅拌,搅拌时间为4h,搅拌完成后进行干燥,得到原料b;
S4、将上述干燥后得到的原料b进行煅烧,煅烧温度为1400℃,煅烧时间为1.5d,制备完成。
实施例4
将石灰石100份、黏土30份、石膏15份、氯化亚铁8份、氯化铝7份,按照制备步骤进行添加制作。
S1、按照质量份数将石灰石、黏土、石膏进行破碎,待用;
S2、按照质量份数将石灰石进行加热,加热时间为2.5d,温度为600℃,得到原料a;
S3、将原料a与步骤S1中粉碎后的黏土、石膏进行混合,在混合过程中添加相对应质量份数的氯化亚铁和氯化铝,并添加分散剂,进行搅拌,搅拌时间为4h,搅拌完成后进行干燥,得到原料b;
S4、将上述干燥后得到的原料b进行煅烧,煅烧温度为1400℃,煅烧时间为1.5d,制备完成。
实施例5
将石灰石100份、黏土25份、石膏13份、氯化亚铁6份、氯化铝6份,按照制备步骤进行添加制作。
S1、按照质量份数将石灰石、黏土、石膏进行破碎,待用;
S2、按照质量份数将石灰石进行加热,加热时间为2.5d,温度为600℃,得到原料a;
S3、将原料a与步骤S1中粉碎后的黏土、石膏进行混合,在混合过程中添加相对应质量份数的氯化亚铁和氯化铝,并添加分散剂,进行搅拌,搅拌时间为4h,搅拌完成后进行干燥,得到原料b;
S4、将上述干燥后得到的原料b进行煅烧,煅烧温度为1400℃,煅烧时间为1.5d,制备完成。
对比例
将石灰石100份、黏土25份、石膏13份,按照制备步骤进行添加制作。
S1、按照质量份数将石灰石、黏土、石膏进行破碎,待用;
S2、按照质量份数将石灰石进行加热,加热时间为2.5d,温度为600℃,得到原料a;
S3、将原料a与步骤S1中粉碎后的黏土、石膏进行混合,在混合过程中添加分散剂,进行搅拌,搅拌时间为4h,搅拌完成后进行干燥,得到原料b;
S4、将上述干燥后得到的原料b进行煅烧,煅烧温度为1400℃,煅烧时间为1.5d,制备完成。
上述实施例与对比例对水泥的凝结硬化速度、制备时间进行统计,通过材料试验机进行水泥凝结后的强度进行测试,得到下表数据:
凝结硬化速度(h) | 制备时间(d) | 强度(MPa) | |
实施例1 | 4 | 3.1 | 43.5 |
实施例2 | 3.5 | 5.2 | 45 |
实施例3 | 3.9 | 4.2 | 44 |
实施例4 | 3.7 | 4.2 | 44.5 |
实施例5 | 3.8 | 4.2 | 43.5 |
对比例 | 6 | 4.2 | 30 |
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种地下工程水泥注浆材料,其特征在于:包括石灰石、黏土、石膏、无机铁盐和无机铝盐,其中以质量份数为100的石灰石基础上,黏土、石膏、无机铁盐、无机铝盐的质量份数分别为黏土20-30份、石膏10-15份、无机铁盐3-8份、无机铝盐2-7份。
2.根据权利要求1所述的地下工程水泥注浆材料,其特征在于:所述石灰石、黏土、石膏、无机铁盐、无机铝盐的质量份数比为,100∶25∶13∶6∶6。
3.根据权利要求1所述的地下工程水泥注浆材料,其特征在于:所述石灰石、黏土、石膏、无机铁盐、无机铝盐的质量份数比为,100∶30∶15∶8∶7。
4.根据权利要求1所述的地下工程水泥注浆材料,其特征在于:所述石灰石、黏土、石膏、无机铁盐、无机铝盐的质量份数比为,100∶20∶10∶3∶2。
5.根据权利要求1所述的地下工程水泥注浆材料,其特征在于:所述无机铁盐采用氯化亚铁、三氧化二铁或硫酸亚铁。
6.根据权利要求1所述的地下工程水泥注浆材料,其特征在于:所述无机铝盐采用氯化铝、硫酸铝或硅酸铝。
7.一种地下工程水泥注浆材料的制备方法,其特征在于,采用如权利要求1-6任意一项所述的地下工程水泥注浆材料,按照如下步骤进行,
S1、按照各组分质量份数将石灰石、黏土、石膏进行破碎,待用;
S2、按照质量份数将石灰石进行加热,加热时间为2-3d,温度为550-650℃,得到原料a;
S3、将原料a与步骤S1中粉碎后的黏土、石膏进行混合,在混合过程中添加相对应质量份数的无机铁盐和无机铝盐,并添加分散剂,进行搅拌,搅拌时间为3-5h,搅拌完成后进行干燥,得到原料b;
S4、将上述干燥后得到的原料b进行煅烧,煅烧温度为1300-1500℃,煅烧时间为1-2d,制备完成。
8.根据权利要求7所述的一种地下工程水泥注浆材料的制备方法,其特征在于,所述分散剂为乙二醇,其与石灰石的质量比为1∶2。
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