CN115745486A - 基于全固废的双组分干粉状地质聚合物注浆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
基于全固废的双组分干粉状地质聚合物注浆材料及其制备方法，属于注浆/充填材料技术领域，由A、B两种组分干粉材料构成，A组分组成及质量比：矿渣：复合激发剂：减水剂：速凝剂＝100：4～8：0.075～0.125：0.6～1.8；B组分组成及质量比：脱硫石膏：粉煤灰：偏高岭土：生石灰：缓凝剂：减水剂＝50～60：20～30：10～20：5～8：0.2～0.5：0.05～0.1。利用具备协同激发效应的多源固态废弃物兼做注浆材料基料和激发材料，大量减少工业原料外加剂用量，增加固废物的再利用率和再利用种类，属于无水泥环保型注浆材料，满足深部工程灾害特别是大变形灾害注浆治理的需求。
Description
技术领域
本发明属于注浆/充填材料技术、新型环保固态废弃物再利用技术以及深部工程围岩大变形防控技术领域，具体涉及到一种基于全固废的双组份干粉状地质聚合物注浆材料及其制备方法。
背景技术
随浅部的资源开发和基础建设不断完善，深部工程建设进入了大发展时代，但岩土工程“深度”便代表着难度，工程埋深越大，地质条件越复杂、工程灾害频发，如何安全、高效施工成为广大业内科技工作者面临的主要难题。碎裂岩体作为一种常见的不良地质体，在深部工程高真三向应力开挖卸荷条件下，原生、扰动裂隙不断发育、破裂后引起围岩发生变形，在围岩强流变性的条件下极易发生大变形灾害，甚至还有发生塌方的危险，严重影响工程施工人员和设备安全。
注浆加固技术作为一种便捷、有效的工程灾害治理技术，在矿山开采、交通隧道及水电隧洞等工程建设中得到广泛的应用。碎裂岩体在开挖扰动下产生的原生、扰动裂隙为注浆加固支护技术的实施提供可行性，通过对高地应力深埋隧道碎裂围岩进行预注浆，浆液充填裂隙网络，固化后的注浆材料将碎裂岩体重组为连续介质，使得碎裂岩体在高地应力、高应力差的环境下仍具备一定的承载能力，同时也为锚杆、锚索提供有力锚固基体，有效保证隧道围岩后期支护体系实施，从而能够很好地达到治理围岩大变形的目的。
而注浆材料作为注浆加固技术的核心部分，注浆材料的好坏决定了注浆工程治理的成败。注浆加固材料的性能需求应以科学的认识围岩的破裂变形机理为指导基础，对于深部工程灾害治理，特别是大变形灾害治理，围岩的时空变形、破坏具备极强的时效性，如不能及时控制浅层围岩的破裂发展，裂隙逐渐向深部转移，增大围岩的破裂深度范围和程度，会极大的增加后期的支护成本。这便对注浆加固治理材料的性能参数提出更高的需求，首先，注浆材料应具备一定的早强性能，在注入围岩裂隙以后，强度快速增长，有效提高弱面裂隙的力学性能，抑制裂隙不断向围岩深层破裂；其次，注浆材料还应具备良好的流动性和渗透性，能够在有效的时间内充填裂隙，避免部分微小裂隙得不到有效填充加固；再次，注浆材料性能应具备一定的调控性，现场注浆环境复杂多变，破碎围岩要求注浆材料能够快速凝固，而深层围岩则要求注浆材料具备优异的流动性能；最后，注浆作为一种大规模范围使用的材料，我国基础建设工程庞大，注浆材料用量需求日益增长，应尽可能降低材料的使用成本。
而目前我国乃至世界广泛使用的注浆材料基本分为有机化学和无机注浆材料，化学注浆材料力学性能及流动性能优异，但由于污染环境且价格昂贵，多用于应急抢修工程，无法大规模广泛使用。无机材料中应用最为广泛的是水泥材料，目前基于水泥材料为基料研发出了各类具备特种性能的注浆材料，性能提升的同时极大的增强了材料成本；同时水泥的原材料石灰石为不可再生资源，且水泥生产工艺排放大量的CO2，在我国2030年碳达峰、2060年碳中和的愿景下，应减少水泥注浆材料的使用，亟待寻求一种节能环保的绿色高性能、多功能的注浆材料。
我国作为火力发电量、钢产量超级大国，每年排放大量的粉煤灰、钢渣、高炉矿渣等固态废弃物，废弃物的堆放占用大量土地资源，严重污染当地水土环境，亟待进行处置和综合利用。这些固态废弃物中含有大量的硅、铝元素，具有潜在活性，可在各类激发条件下配制出优于水泥材料的无水泥熟料，这为固态废弃物替代水泥成为可能；同时在很大程度上缓解了废弃物的环保处置问题。
近年来，国内外针对无机类绿色固废材料开展了广泛研究，在现有技术中，多采用矿渣、钢渣等等固态废弃物作为地质聚合物前驱体研发了各类用途的胶凝材料，主要集中在道路修补工程，以及少数的注浆/充填工程。首先，在材料施工工艺方面，对于道路修补材料，地质聚合物混合料的水灰比极低，多为膏体状，其流动性极小；而在深部工程注浆加固治理中，对注浆材料流动性能、渗透力等提出了更高的要求，该类道路修补材料满足不了注浆工程中浆液的易泵送和流动性需求，无法应用到深部工程灾害注浆治理。对于现有的地质聚合物基注浆材料整体上分为单液和双液材料，单液材料水灰比较低，浆液流动性和可泵送性能较差，双液材料中一种组分多为液态碱性激发溶液，现场施工过程中液态组分材料运输、配置不如干粉材料简易，碱性液态激发剂还存在对施工人员的安全威胁。其次，在材料固废利用率方面，为保证材料固结体的快速硬化特性及早强性，大多数只实现了部分取代水泥，对固态废弃物利用率低，并未完全取代水泥达到全固废利用；同时对固态废弃物利用种类单一，无法有效处置现阶段存放的种类繁多的大量废弃物。最后，在材料成本方面，现有的聚合物注浆材料大量使用了外加激发剂，激发剂作为工业原料，增大了注浆材料的成本，较高的成本是现阶段限制地质聚合物胶凝材料推广应用的主要因素之一。
发明内容
针对以上背景技术中所描述的现状与问题，本发明旨在提供一种新型基于全固废的干粉状双组分地质聚合物注浆材料及其制备方法，该新型注浆材料具备全固废绿色环保、流动性能可调、早强快硬、渗透能力强、成本低等特点。具体为，在性能上结合深部工程围岩破裂变形机理及注浆治理需求，同时考虑到现场施工过程中的复杂性，以及围岩浅层和深层注浆参数的差异性，使其材料满足早强快硬、渗透性强、性能可调等性能需求；施工工艺上改进为干粉状的双组分材料，使注浆材料运输、制浆便捷，减轻劳动强度，同时双组分材料在单液条件下不沉淀、不泌水，混合后才能发生反应，反应速率可调，解决现场停泵时间过久导致浆液凝固影响泵送、浅层围岩漏浆导致深层注浆效果差等问题；在成本上，大幅度减少激发剂等工业原料使用量，完全取代水泥，综合利用各类固态废弃物特点，协同调控注浆材料的激发过程，通过引入脱硫石膏固废物作为激发剂激发矿渣等地聚物前驱体的性能，降低激发剂掺量，脱硫石膏作为燃煤电厂处理烟气的工业副产品，我国主要多采用堆储的方式进行处理，污染环境且占用土地资源，脱硫石膏的加入大幅度降低材料成本且降低了天然石膏的开采使用量，同时脱硫石膏快硬的特点有效解决了地聚物材料硬化速度慢的问题。
为了解决以上问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于全固废的双组份干粉状地质聚合物注浆材料，该材料由A、B双组份构成。A组材料组成与质量比为：矿渣：复合激发剂：减水剂：速凝剂＝100：(4～8)：(0.075～0.125)：(0.6～1.8)；B组分材料组成及质量比为：脱硫石膏：粉煤灰：偏高岭土：生石灰：缓凝剂：减水剂＝(50～60)：(20～30)：(10～20)：(5～8)：(0.2～0.5)：(0.05～0.1)。
所述矿渣为S95级以上的粒化高炉碱性矿渣，细度800目及以上；
所述复合激发剂为速溶硅酸钠干粉和氢氧化钠颗粒的混合物，所述速溶硅酸钠干粉与氢氧化钠颗粒的混合质量比依据速溶硅酸钠干粉的初始模数而定，复合激发剂中硅酸钠的模数控制在2-3之间；
所述减水剂为萘系减水剂或聚羧酸高效减水剂；
所述速凝剂为偏铝酸钠、硫酸铝或碳酸钠的一种或几种；
所述脱硫石膏为燃煤电厂治理烟气中二氧化硫所得的工业副产石膏，细度在300目-400目；
所述偏高岭土为高岭土通过烧制脱水得到的无定形硅酸铝材料，细度在1250目及以上；
所述粉煤灰为来源于燃煤发电厂排放的一级低钙粉煤灰，细度在200目-400目；
所述缓凝剂为柠檬酸钠、六偏磷酸钠、天然水解蛋白或氨基酸合成的大分子聚合物的蛋白类缓凝剂的一种或者几种。
本发明利用了粉煤灰和矿渣等地质聚合物潜在的胶凝活性，创新性的辅以多源固态废弃物和外加剂激发对其进行协同碱激发生成胶凝材料，减少了工业原料使用量；失流、硬化时间以及力学性能可依据具体工程需求进行调节。
本发明所述的基于全固废的双组份干粉状地质聚合物注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：按照A组分的质量比称取相应质量的矿渣、复合激发剂、减水剂和速凝剂；按照B组分的质量比称取相应质量的脱硫石膏、偏高岭土、粉煤灰、生石灰，减水剂、缓凝剂；
步骤2：称取两份等质量的水，分别加入A、B组分干粉料中，并搅拌均匀；A、B组分中水灰比为(0.5-0.8)：1。
步骤3：将A、B两种组分的浆液搅拌混合，浆液均匀后可得双液注浆材料。
混合后A、B两种组分内矿渣、粉煤灰等前驱体材料中的硅铝等元素在碱性环境下溶解、重聚生成高聚硅铝酸盐材料即地质聚合物材料。
本发明所产生的有益效果为：
本发明公开的注浆材料不含水泥熟料，可以替代当下使用最为广泛的水泥基材料，实现固态废弃物再利用，解决固态废弃物堆置和环保问题，制备出一种无水泥熟料地质聚合物环保型注浆材料；创新性采用固态废弃物脱硫石膏和少量生石灰有效协同激发矿渣和粉煤灰的潜在活性，极大的减少激发剂等工业原料的使用量、降低材料总成本，增大了固态废弃物材料的推广利用。同时，规避现有注浆材料多采用液态激发剂导致现场不便于制备浆液和运输的弊点，将注浆材料设计为双组份干粉材料，便于前期加工和现场运输，现场制备浆液简单，只需按照设计水灰比将双组份干粉材料分别加入两个搅拌桶中制备浆液，单组分浆液能够在5-8h内保证良好的工作性能，有效避免浆液长时间放置固化而影响施工的问题；两种组分浆液材料只有在混合时才会发生反应，因此在遇到现场注浆问题时，随时可以停止注浆作业，摒弃了以往单液注浆材料在停止注浆作业时流动性能突变的问题。特别的，该地聚物基注浆材料具备早强、快硬的特性，能够及时控制围岩向深层破裂发展，有效及早控制围岩变形，加快施工进度；同时该注浆材料流动性能可调，通过调节现场水灰比等参数就可满足注浆加固工程的不同需求，如浅层破碎围岩漏浆严重时，通过减少材料水灰比和外加剂等参数，缩短材料的失流时间，即可进行堵漏；深层注浆可适当增大材料水灰比，增强材料的流动性，满足注浆范围的设计需求。再特别的，在同一水灰比下，该注浆材料固结体强度增长速率强于普通水泥，同龄期的抗压强度和变形模量均优于普通水泥，能够很好的适应深部工程围岩大变形的治理需求。
附图说明
图1实施例1中制备的注浆材料固结试样图。
图2实施例1中制备的注浆材料混合液体初始流动度测试。
图3实施例1中制备的注浆材料与普通42.5硅酸盐水泥全应力-应变曲线对比。
具体实施方式
为更好的表述本发明的技术方案及其优点，下面进行实施具体案例进行详细说明。同时需要说明的是，以下所描述的实施例仅仅为本发明的一部分，并不包含所有可以实施的案例。
将以下所有实施例中所使用的材料进行进一步说明：A组份中矿粉为S95级以上的矿渣，细度800目；B组分脱硫石膏为治理烟气中二氧化硫所得的工业副产石膏，细度300目-400目；B组份中粉煤灰为来源于燃煤发电厂的一级低钙粉煤灰，细度200目-400目；B组份中偏高岭土细度1250目左右；B组分中生石灰氧化钙含量不低于80％，细度200目以上；A组分中复合激发剂为速溶硅酸钠干粉和氢氧化钠颗粒的混合物，速溶硅酸钠干粉为市售，溶解速度200s左右，二氧化硅有效含量62.5％、氧化钠有效含量18.3％；氢氧化钠颗粒为市售，分析纯；硅酸钠模数M控制在3，即速溶硅酸钠与氢氧化钠的质量比为48:1。A组分中速凝剂为偏铝酸钠；A、B组分中减水剂为萘系高效减水剂或聚羧酸高效减水剂；B组分中缓凝剂为蛋白类缓凝剂。
针对不同的注浆治理需求，下面结合实施例1-8对本发明进一步说明，主要采用材料的失流、硬化时间，3d、7d和28d抗压强度等工作性能作为参考指标，每个实施例中均对各组分中配比进行详细描述。
实施例1
一种基于全固废的双组份干粉状地质聚合物注浆材料的制备方法，具体操作如下：
步骤1：将两种组分材料等质量称取，每种组分水灰比固定为0.6:1；其中，A组分各种材料的质量为：矿渣1000g，复合激发剂80g，聚羧酸高效减水剂0.8g，偏铝酸钠8g，自来水600g；B组分各种材料的质量为：脱硫石膏600g，粉煤灰300g，偏高岭土100g，生石灰50g，聚羧酸高效减水剂0.75g，天然水解蛋白缓凝剂3g，自来水600g；
步骤2：A、B组分材料分别放入两个搅拌容器内，分别加入称量好的600g自来水，搅拌均匀，得到A组分浆液和B组分浆液；
步骤3：将A、B两种单体浆液混合，并加以搅拌3min左右，保证浆液混合均匀，得到双液注浆材料。
A、B组分材料混合后，失流时间为100-120min，流动度为220mm，浆液满足在现场深层围岩扩散和微裂隙注浆加固等需求，硬化时间为180-200min，经取样检测，材料固结体3d单轴抗压强度16.5MPa，7d单轴抗压强度26.5MPa，28d单轴抗压强度42.1MPa。表中所述的“新型注浆材料”即为本发明具体实施例中制备的基于全固废的双组份干粉状地质聚合物注浆材料。所述的“普通42.5水泥”，代表42.5普通硅酸盐水泥，42.5为水泥标号，代表“强度”等级。
如上表及图2所示，本发明中流动度测定按照水泥净浆流动度测试方法(GB/T8077-2000)进行，流动度越大，表示浆液在裂隙的流动性和扩散性能越好，流动度测定是以相同水灰比下的水泥浆液材料作为对比，本发明公开的新型注浆材料的流动度高于普通水泥(0.6:1水灰比下普通水泥的流动度约为200mm)。
所述的材料固结体试样为50mm*100mm的圆柱体，在标准水泥混凝土养护箱内进行养护，养护环境温度20±1℃、环境湿度95±1％，在达到相应的养护龄期后，将试样放置在岩石力学试验机上进行单轴抗压强度力学性能测试，加载过程采用应变伺服控制，加载速率0.25mm/min。取试验过程中的峰值强度作为试样的单轴抗压强度值。
实施例1中制备的注浆材料固结试样如图1所示(内部黑色为生成的地质聚合物)，制备的注浆材料部分试样与普通42.5硅酸盐水泥全应力-应变曲线对比如图3所示。
实施例2
一种基于全固废的双组份干粉状地质聚合物注浆材料的制备方法，具体操作如下：
步骤1：将两种组分材料等质量称取，每种组分水灰比固定为0.5:1；其中，A组分各种材料的质量为：矿渣1000g，复合激发剂70g，聚羧酸高效减水剂1.0g，偏铝酸钠10g，自来水500g；B组分各种材料的质量为：脱硫石膏600g，粉煤灰300g，偏高岭土100g，生石灰50g，聚羧酸高效减水剂0.75g，天然水解蛋白缓凝剂2.5g，自来水500g；
步骤2：A、B组分材料分别放入两个搅拌容器内，分别加入称量的500g水，搅拌3-5min至浆液均匀，得到A组分浆液和B组分浆液；
步骤3：将A、B两种单组分浆液混合，并加以搅拌5min左右，保证浆液混合均匀，得到双液注浆材料。
A、B组分材料混合后，失流时间10-15min，流动度175mm，浆液满足在现场浅层、中层裂隙较发育围岩的扩散和注浆堵漏、加固围岩治理等需求，硬化时间50-60min，经取样检测，材料固结体3d单轴抗压强度18.1MPa，7d单轴抗压强度32MPa，28d单轴抗压强度47.9MPa。
实施例3
一种基于全固废的双组份干粉状地质聚合物注浆材料的制备方法，具体操作如下：
步骤1：将两种组分材料等质量称取，每种组分水灰比固定为0.6:1；其中，A组分各种材料的质量为：矿渣1000g，复合激发剂60g，聚羧酸高效减水剂0.75g，偏铝酸钠8g，自来水600g；B组分各种材料的质量为：脱硫石膏600g，粉煤灰300g，偏高岭土100g，生石灰50g，聚羧酸高效减水剂0.75g，天然水解蛋白缓凝剂3g，自来水600g；
步骤2：A、B组分材料分别放入两个搅拌容器内，分别加入600g等质量的水，搅拌3-5min至浆液均匀，得到A组分浆液和B组分浆液；
步骤3：将A、B两种单组分浆液混合，并加以搅拌5min左右，保证浆液混合均匀，得到双液注浆材料。
A、B组分材料混合后，失流时间100-120min，流动度190mm，浆液满足在现场深层围岩扩散和微裂隙注浆加固等需求，硬化时间200-240min，经取样检测，材料固结体3d单轴抗压强度15.1MPa，7d单轴抗压强度27.1MPa，28d单轴抗压强度37.2MPa。
实施例4
一种基于全固废的双组份干粉状地质聚合物注浆材料的制备方法，具体操作如下：
步骤1：将两种组分材料等质量称取，每种组分水灰比固定为0.6:1；其中，A组分各种材料的质量为：矿渣1000g，复合激发剂60g，聚羧酸高效减水剂1.25g，速凝剂12g，自来水600g；B组分各种材料的质量为：脱硫石膏600g，粉煤灰300g，偏高岭土100g，生石灰50g，减水剂0.75g，缓凝剂4g，自来水600g；
步骤2：A、B组分材料分别放入两个搅拌容器内，分别加入600g等质量的水，搅拌3-5min至浆液均匀，得到A组分浆液和B组分浆液；
步骤3：将A、B两种单组分浆液混合，并加以搅拌5min左右，保证浆液混合均匀，得到双液注浆材料。
A、B组分材料混合后，失流时间80-90min，流动度164mm，浆液满足在现场中层、深层裂隙较发育围岩的扩散和注浆加固裂隙等需求，硬化时间280-300min，经取样检测，材料固结体3d单轴抗压强度13.1MPa，7d单轴抗压强度24.6MPa，28d单轴抗压强度42.2MPa。
实施例5
一种基于全固废的双组份干粉状地质聚合物注浆材料的制备方法，具体操作如下：
步骤1：将两种组分材料等质量称取，每种组分水灰比固定为0.6:1；其中，A组分各种材料的质量为：矿渣1000g，复合激发剂60g，聚羧酸高效减水剂1.0g，偏铝酸钠16g，自来水600g；B组分各种材料的质量为：脱硫石膏600g，粉煤灰300g，偏高岭土100g，生石灰50g，聚羧酸高效减水剂0.75g，天然水解蛋白缓凝剂5g，自来水600g；
步骤2：A、B组分材料分别放入两个搅拌容器内，分别加入600g等质量的水，搅拌3-5min至浆液均匀，得到A组分浆液和B组分浆液；
步骤3：将A、B两种单组分浆液混合，并加以搅拌5min左右，保证浆液混合均匀，得到双液注浆材料。
A、B组分材料混合后，失流时间20-25min，流动度142mm，浆液满足在现场浅层破碎围岩注浆堵漏、及时封闭和加固浅层破碎围岩等需求，硬化时间450-500min，经取样检测，材料固结体3d单轴抗压强度13.9MPa，7d单轴抗压强度28.7MPa，28d单轴抗压强度44.8MPa。
实施例6
一种基于全固废的双组份干粉状地质聚合物注浆材料的制备方法，具体操作如下：
步骤1：将两种组分材料等质量称取，每种组分水灰比固定为0.6:1；其中，A组分各种材料的质量为：矿渣1000g，复合激发剂70g，聚羧酸高效减水剂1.0g，偏铝酸钠8g，自来水600g；B组分各种材料的质量为：脱硫石膏600g，粉煤灰300g，偏高岭土100g，生石灰50g，聚羧酸高效减水剂0.75g，天然水解蛋白缓凝剂4g，自来水600g；
步骤2：A、B组分材料分别放入两个搅拌容器内，分别加入600g等质量的水，搅拌3-5min至浆液均匀，得到A组分浆液和B组分浆液；
步骤3：将A、B两种单组分浆液混合，并加以搅拌5min左右，保证浆液混合均匀，得到双液注浆材料。
A、B组分材料混合后，失流时间70-80min，流动度195mm，浆液满足在现场深层围岩扩散和微裂隙注浆加固等需求，硬化时间220-240min，经取样检测，材料固结体3d单轴抗压强度12.1MPa，7d单轴抗压强度22.5MPa，28d单轴抗压强度42.7MPa。
实施例7
一种基于全固废的双组份干粉状地质聚合物注浆材料的制备方法，具体操作如下：
步骤1：将两种组分材料等质量称取，每种组分水灰比固定为0.6:1；其中，A组分各种材料的质量为：矿渣1000g，复合激发剂70g，聚羧酸高效减水剂1.25g，偏铝酸钠12g，自来水600g；B组分各种材料的质量为：脱硫石膏600g，粉煤灰300g，偏高岭土100g，生石灰50g，聚羧酸高效减水剂0.75g，天然水解蛋白缓凝剂5g，自来水600g；
步骤2：A、B组分材料分别放入两个搅拌容器内，分别加入600g等质量的水，搅拌3-5min至浆液均匀，得到A组分浆液和B组分浆液；
步骤3：将A、B两种单组分浆液混合，并加以搅拌5min左右，保证浆液混合均匀，得到双液注浆材料。
A、B组分材料混合后，失流时间10-15min，流动度140mm，浆液满足在现场浅层破碎围岩注浆堵漏、及时封闭和加固浅层破碎围岩等需求，硬化时间100-150min，经取样检测，材料固结体3d单轴抗压强度11.3MPa，7d单轴抗压强度24.7MPa，28d单轴抗压强度43.8MPa。
实施例8
一种基于全固废的双组份干粉状地质聚合物注浆材料的制备方法，具体操作如下：
步骤1：将两种组分材料等质量称取，每种组分水灰比固定为0.6:1；其中，A组分各种材料的质量为：矿渣1000g，复合激发剂80g，聚羧酸高效减水剂1.25g，偏铝酸钠8g，自来水600g；B组分各种材料的质量为：脱硫石膏600g，粉煤灰300g，偏高岭土100g，生石灰50g，聚羧酸高效减水剂0.75g，天然水解蛋白缓凝剂5g，自来水600g；
步骤2：A、B组分材料分别放入两个搅拌容器内，分别加入600g等质量的水，搅拌3-5min至浆液均匀，得到A组分浆液和B组分浆液；
步骤3：将A、B两种单组分浆液混合，并加以搅拌3-5min左右，保证浆液混合均匀，得到双液注浆材料。
A、B组分材料混合后，失流时间150-180min，流动度215mm，浆液满足在现场深层围岩扩散和微裂隙注浆加固等需求，硬化时间600-800min，经取样检测，材料固结体3d单轴抗压强度12.5MPa，7d单轴抗压强度23.2MPa，28d单轴抗压强度37.8MPa。
本发明公开的注浆材料，其3天、7天甚至28天龄期的抗压强度均高于同水灰比下的普通硅酸盐水泥(标号42.5)。越早强，代表强度增长速度越快，就能够及时在围岩裂隙内形成强度，控制围岩向深层破裂发展。
Claims (9)
1.一种基于全固废的双组分干粉状地质聚合物注浆材料，其特征在于，该注浆材料由A、B双组份构成；A组材料组成与质量比为：矿渣：复合激发剂：减水剂：速凝剂＝100：(4～8)：(0.075～0.125)：(0.6～1.8)；B组分材料组成及质量比为：脱硫石膏：粉煤灰：偏高岭土：生石灰：缓凝剂：减水剂＝(50～60)：(20～30)：(10～20)：(5～8)：(0.2～0.5)：(0.05～0.1)。
2.根据权利要求1所述的基于全固废的双组分干粉状地质聚合物注浆材料，其特征在于，所述矿渣为S95级以上的粒化高炉碱性矿渣，细度800目及以上。
3.根据权利要求1所述的基于全固废的双组分干粉状地质聚合物注浆材料，其特征在于，所述复合激发剂为速溶硅酸钠干粉和氢氧化钠颗粒的混合物，所述速溶硅酸钠干粉与氢氧化钠颗粒的混合质量比依据速溶硅酸钠干粉的初始模数而定，复合激发剂中硅酸钠的模数控制在2-3之间。
4.根据权利要求1所述的基于全固废的双组分干粉状地质聚合物注浆材料，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂或聚羧酸高效减水剂；所述速凝剂为偏铝酸钠、硫酸铝或碳酸钠的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的基于全固废的双组分干粉状地质聚合物注浆材料，其特征在于，所述脱硫石膏为燃煤电厂治理烟气中二氧化硫所得的工业副产石膏，细度在300目-400目；所述偏高岭土为高岭土通过烧制脱水得到的无定形硅酸铝材料，细度在1250目及以上。
6.根据权利要求1所述的基于全固废的双组分干粉状地质聚合物注浆材料，其特征在于，所述粉煤灰为来源于燃煤发电厂排放的一级低钙粉煤灰，细度在200目-400目。
7.根据权利要求1所述的基于全固废的双组分干粉状地质聚合物注浆材料，其特征在于，所述缓凝剂为柠檬酸钠、六偏磷酸钠、天然水解蛋白或氨基酸合成的大分子聚合物的蛋白类缓凝剂的一种或者几种。
8.一种权利要求1-7任一项所述的基于全固废的双组份干粉状地质聚合物注浆材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：按照A组分的质量比称取相应质量的矿渣、复合激发剂、减水剂和速凝剂；按照B组分的质量比称取相应质量的脱硫石膏、偏高岭土、粉煤灰、生石灰，减水剂、缓凝剂；
步骤2：称取两份等质量的水，分别加入A、B组分干粉料中，并搅拌均匀；
步骤3：将A、B两种组分的浆液搅拌混合，浆液均匀后可得双液注浆材料。
9.根据权利要求8所述的基于全固废的双组份干粉状地质聚合物注浆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中A、B组分中水灰比为(0.5-0.8)：1。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106145798A (zh) * | 2016-07-04 | 2016-11-23 | 河南理工大学 | 一种碱矿渣双液注浆材料及其制备方法 |
| CN107601988A (zh) * | 2017-10-11 | 2018-01-19 | 上海力阳道路加固科技股份有限公司 | 一种微膨胀抗裂超早强双组份地聚合物注浆材料 |
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| CN115215597A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-10-21 | 同济大学 | 一种盾构渣浆碱激发再生砂浆及其制备方法和应用 |
-
2022
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106145798A (zh) * | 2016-07-04 | 2016-11-23 | 河南理工大学 | 一种碱矿渣双液注浆材料及其制备方法 |
| CN107601988A (zh) * | 2017-10-11 | 2018-01-19 | 上海力阳道路加固科技股份有限公司 | 一种微膨胀抗裂超早强双组份地聚合物注浆材料 |
| CN113651587A (zh) * | 2021-08-18 | 2021-11-16 | 陕西培文路泰交通科技有限公司 | 一种双组分地聚合物注浆加固材料及制备方法 |
| CN115215597A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-10-21 | 同济大学 | 一种盾构渣浆碱激发再生砂浆及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郑文忠等: ""碱激发矿渣胶凝材料砌块砌体设计"", vol. 1, 哈尔滨工业大学出版社, pages: 418 - 56 * |
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Legal Events
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