CN113004008A - 一种磷石膏基灌浆材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磷石膏基灌浆材料及其制备方法和应用。按质量份数计，包括以下原料：水10‑30份，水泥20‑30份，粉煤灰20‑30份，石灰45‑55份，磷石膏40‑60份，砂35‑45份，钢纤维0‑18份，石灰石5‑25份，减水剂0.05‑0.4份，早强剂0.02‑0.4。本发明制备的灌浆材料流动性好、强度高，且可用于灌浆检测，通过电阻率实现非钻入测试，有利于工程完整性。

Description

一种磷石膏基灌浆材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及灌浆材料技术领域，具体涉及一种磷石膏基灌浆材料及其制备方法和应用。

背景技术

灌浆材料为达到确定的工程目的所选用的，能够以液态形式存在，且便于利用液压、气压或电化学原理注入相应介质的裂缝、裂隙、孔隙等内部空间并具有胶结固化能力，使介质的泄露通道得到堵塞、物理性状及力学性能得到改善的一类工程材料的总称。

灌浆检测是检测灌浆后的灌浆填充情况及其是否达到设计要求的工程性能。传统的灌浆检测是无法进行施工过程的实时监测的，具体是通过钻取灌浆后的实地样品，采用实验室做强度测试并观察灌浆质量方式进行检测，同时只能对检测点进行定点检测，并且，钻取的数量、位置等等都是有限的，后期检测方法也费时、费用高、无法掌握全面的灌浆情况。不仅如此，打钻取芯后，钻取点还需进行二次灌浆封闭钻孔，封孔质量也会影响最终灌浆质量。因此灌浆材料的选择尤为重要，提供新的灌浆检测方法更是亟需解决的技术问题。

磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，现有技术中已经存在利用磷石膏制备石膏板、粉刷石膏等建筑材料，但是磷石膏组成比较复杂，除硫酸钙以外，还有未完全分解的磷矿、残余的磷酸、氟化物、酸不溶物、有机质等，比如将磷石膏用于生产水泥缓凝剂时，其中的可溶性杂质会延长水泥的缓凝时间，降低水泥的强度，进而影响建筑材料性能。因此需要进一步对磷石膏进行处理，但是该操作增加了复杂程度，步骤繁琐。

基于此，如何“变废为宝”，制备一种基于磷石膏、可应用于灌浆检测的、符合质量要求的灌浆材料是本领域亟需解决的技术难题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种磷石膏基灌浆材料及其制备方法和应用，本方法可以适应不同条件下的灌浆检测与监测，施工简单、性能良好。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种磷石膏基灌浆材料，按质量份数计，包括以下原料：

水10-30份，水泥20-30份，粉煤灰20-30份，石灰45-55份，磷石膏40-60份，砂35-45份，钢纤维0-18份，石灰石5-25份，减水剂0.05-0.4份，早强剂0.02-0.4。

优选的，所述石灰石粒径为4000目。

优选的，所述磷石膏粒径为80-100目。

优选的，所述减水剂为三聚氰胺系减水剂、聚羧酸盐系减水剂和萘系减水剂中的一种。

优选的，所述早强剂为三乙醇胺、甲酸钙和尿素中的一种。

本发明还提供一种磷石膏基灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：

先将石灰与磷石膏混合，然后加入水泥、粉煤灰、磷石膏、砂、钢纤维、石灰石、减水剂和早强剂，混匀，再加水，即完成磷石膏基灌浆材料的制备。

本发明还提供一种磷石膏基灌浆材料在灌浆检测中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明以固废资源磷石膏为原料制备一种灌浆材料，减少污染，工程性能强，在灌浆材料中加入石灰，石灰可以中和磷石膏中的残留酸，调整磷石膏的pH值，消除磷石膏中残留酸对其性能的影响，同时还可与可溶的P₂O₅生成惰性的难溶物，使可溶物变成惰性物，这样可以改变磷石膏体系中的酸碱度，使磷石膏中的可溶性磷、氟转化成惰性盐，可降低对磷石膏性能的不利影响；同时，石灰的加入还可以起到激发粉煤灰活性的作用，从而对灌浆材料的后期强度增长起到积极的作用；本发明还加入了粒径非常小的石灰石，石灰石粒径越小，表面越光滑，其形貌效应也越好，光滑的颗粒在水泥颗粒间可起到“滚珠”作用，增加浆体的流动性，改善浆体性能，并且，石灰石的加入可取代部分水泥，降低减水剂的饱和点并减少水泥净浆流动度损失，同时促进水泥水化初期的水化反应，整体上降低水泥水化热，石灰石粉与粉煤灰双掺入可以使石灰石得到更加充分有效的利用；钢纤维的加入使制备的灌浆材料具备导电性的同时也降低了材料的强度，本发明通过各原料相互搭配、促进各自优良性能提升，相互弥补缺陷，克服了导电性与抗压强度不能并存的难题，从而获得高质量的灌浆材料。

(2)本发明严格控制原料粒度，实现密堆积效应，达到结构致密效果，降低收缩率。同时，本发明先将石灰与磷石膏混合进行酸碱中和，避免同时加入的石灰石与磷石膏反应生成难溶物质，造成二次污染。

(3)根据特殊地质环境下的灌浆的空洞存在空腔或/和岩体水等，岩体破碎或溶洞，且不含有水等矿物质充填，表现为高阻特征，那么，就需要减低灌浆材料的导电率；相反的，若灌浆的环境是岩体致密且孔隙充满了矿物质水，此时，就需要提高灌浆材料的导电率。本发明巧妙地利用物理性能进行灌浆过程监测和质量检测，在灌浆材料中掺入导电相钢纤维，利用钢纤维通过自由电子的迁移引起电阻率的变化，最终实现导电率的调节，从而实现灌浆材料的快速检测与监测，利用灌浆料与周围岩土或其他材料电阻差来实时监测及检测灌浆效果。本方法可以适应不同条件下的灌浆检测与监测，施工简单、性能良好，方便有效，且通过电阻率实现非钻入测试，有利于工程完整性。

(4)传统灌浆材料通常是现场配料搅拌，质量难以控制，本发明采用预拌后运至现场，根据配比要求加水后直接用于灌浆，方便准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1制备的磷石膏基灌浆材料水下性能测试图。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

以下实施例均按照下列方法制备灌浆材料：

先将石灰与磷石膏混合，然后加入水泥、粉煤灰、磷石膏、砂、钢纤维、石灰石、减水剂和早强剂，混匀，再加水，即完成磷石膏基灌浆材料的制备。

本发明所用水泥为是普通硅酸盐水泥；

本发明所用粉煤灰粒径为100μm。

实施例1

按质量份数计，取以下原料制备灌浆材料：

水20份，水泥25份，粉煤灰25份，石灰50份，粒径为90目的磷石膏50份，砂40份，钢纤维9份，石灰石15份，三聚氰胺系减水剂0.2份，三乙醇胺0.2。

对本实施例制备的灌浆材料进行性能测试，取相同量本实施例的灌浆材料和对照组(现有技术中的灌浆材料)分别倒入水中，结果如图1所示。从图1中可以看出，对照组(左图)的浆体倒入水中后迅速分散，水呈现浑浊状态，本实施例制备的浆体(右图)倒入水中后浆体还是一个整体，浆体与水呈分离态，说明本发明制备的灌浆材料性能强。

实施例2

按质量份数计，取以下原料制备灌浆材料：

水10份，水泥20份，粉煤灰30份，石灰55份，粒径为100目的磷石膏60份，砂45份，钢纤维18份，石灰石25份，萘系减水剂0.05份，甲酸钙0.4。

实施例3

按质量份数计，取以下原料制备灌浆材料：

水30份，水泥30份，粉煤灰20份，石灰45份，粒径为80目的磷石膏40份，砂35份，石灰石5份，聚羧酸盐系减水剂0.4份，三乙醇胺0.3。

实施例4

按质量份数计，取以下原料制备灌浆材料：

水28份，水泥22份，粉煤灰28份，石灰52份，粒径为90目的磷石膏55份，砂43份，钢纤维10份，石灰石20份，三聚氰胺系减水剂0.2份，尿素0.08。

对比例1

同实施例1，区别在于，磷石膏未粉碎处理。

对比例2

同实施例1，区别在于，石灰石粒径为1000目。

对比例3

同实施例1，区别在于，不加入石灰。

试验例1

对实施例1-4和对比例1-3制备的灌浆材料进行性能测试，结果如表1。

表1

从表中可以看出，本发明制备的灌浆材料流动性好，抗压强度高，且具有导电性能，适用于不同环境下的灌浆检测。使用磷石膏灌浆材料完全可以满足灌浆强度要求，避免了传统灌浆检测出现的各类问题。同时根据化学成分检测本灌浆材料均符合环保要求。因此利用磷石膏基灌浆材料可以提高资源利用率、减少污染、提高灌浆检测可靠性。未按照本发明制备方法制备的灌浆材料，对比例1和对比例2由于未进行粉碎处理，无法达到结构致密效果，抗压强度下降，流动性下降，后期灌浆材料出现裂纹，且对比例2中的石灰石粒度未达到要求，无法实现“滚珠”作用，流动性严重下降；对比例3由于缺少成分之间的相互促进作用，因而得到的灌浆材料性能下降。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种磷石膏基灌浆材料，其特征在于，按质量份数计，包括以下原料：

水10-30份，水泥20-30份，粉煤灰20-30份，石灰45-55份，磷石膏40-60份，砂35-45份，钢纤维0-18份，石灰石5-25份，减水剂0.05-0.4份，早强剂0.02-0.4。

2.根据权利要求1所述的磷石膏基灌浆材料，其特征在于，所述石灰石粒径为4000目。

3.根据权利要求1所述的磷石膏基灌浆材料，其特征在于，所述磷石膏粒径为80-100目。

4.根据权利要求1所述的磷石膏基灌浆材料，其特征在于，所述减水剂为三聚氰胺系减水剂、聚羧酸盐系减水剂和萘系减水剂中的一种。

5.根据权利要求1所述的磷石膏基灌浆材料，其特征在于，所述早强剂为三乙醇胺、甲酸钙和尿素中的一种。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的磷石膏基灌浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

先将石灰与磷石膏混合，然后加入水泥、粉煤灰、磷石膏、砂、钢纤维、石灰石、减水剂和早强剂，混匀，再加水，即完成磷石膏基灌浆材料的制备。

7.一种根据权利要求1-5任一项所述的磷石膏基灌浆材料在灌浆检测中的应用。

Images