CN115925369A - 一种可自密实固化的铁尾矿细砂混凝土注浆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可自密实固化的铁尾矿细砂混凝土注浆材料及其制备方法，属于注浆材料技术领域。本发明的可自密实固化的铁尾矿细砂混凝土注浆材料，包括水泥15‑30份、粉质粘土20‑40份、铁尾矿细砂20‑40份、水20‑60份、固化剂0.5‑5份、外加剂0.5‑3份。本发明将水泥、粉质粘土、铁尾矿细砂、固化剂和外加剂按比例混合并搅拌，掺入水后再次搅拌，即得所述铁尾矿细砂混凝土注浆材料。该注浆材料具有自流平、可固化、自密实等性能，解决了狭窄地下空间难回填、难压实、回填后易沉降等质量通病。同时，本发明利用粉质粘土和铁尾矿细砂作为注浆掺加材料，达到了经济适用、节能环保的目的。
Description
技术领域
本发明属于注浆材料技术领域，特别是涉及一种可自密实固化的铁尾矿细砂混凝土注浆材料及其制备方法。
背景技术
岩溶发育区的地下土洞、地下溶洞、基坑四周的肥槽等狭窄部位及管线区域回填工程施工中，常遇到难回填、难压实、回填后易沉降等问题，容易造成质量通病。“自密实注浆充填技术”是将具有自流平和自密实性能的注浆材料采用注浆设备将浆体浇筑到土溶洞或狭窄地下空间等需要充填部位，固化后达到一定强度，保证充填区域密实稳定，其对于解决狭窄地下空间充填的质量通病具有重要作用。目前，现有技术有采用水泥砂浆进行水中注浆的施工方案，其存在施工质量难以保证等问题，可自密实固化的注浆材料缺少研究。因此，研发一种可自密实固化的铁尾矿细砂混凝土注浆材料具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可自密实固化的铁尾矿细砂混凝土注浆材料及其制备方法，该注浆材料具有自流平、可固化、自密实等性能，以解决狭窄地下空间难回填、难压实、回填后易沉降等质量通病。同时铁矿开采产生大量的铁尾矿弃渣，其处置需要设置专门的填埋场，本发明利用铁尾矿弃渣-尾矿细砂作为注浆掺加材料，达到了经济适用、节能环保的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明目的之一是提供一种可自密实固化的铁尾矿细砂混凝土注浆材料，包括如下重量份的原料：水泥15-30份、粉质粘土20-40份、铁尾矿细砂20-40份、水20-60份、固化剂0.5-5份、外加剂0.5-3份。
进一步地，所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为42.5；所述粉质粘土的含水率为1.7-2.3％；所述铁尾矿细砂的细度为0.3-1.7mm。
进一步地，所述固化剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氨脂、木质素磺酸盐、水解聚丙烯腈、聚醋酸乙烯、马来酸、碳酸钠、氢氟酸、三乙醇胺、羧甲基纤维素、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甘油、辛癸基葡萄苷、铝酸三钙、硅酸三钙、铁铝酸四钙和游离氧化钙中的一种或多种的混合物。
进一步地，所述外加剂为早强剂和/或速凝剂。
进一步地，所述早强剂为氯化钙、氯化钠、氯化铝、氯化锂、硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硝酸钙、尿素、甲酸钙、乙酸和乙酸盐中的一种或多种的混合物；所述速凝剂为水玻璃。
本发明目的之二是提供一种所述的可自密实固化的铁尾矿细砂混凝土注浆材料的制备方法，包括如下步骤：将水泥、粉质粘土、铁尾矿细砂、固化剂和外加剂按比例混合并进行第一次搅拌，再掺入水，进行第二次搅拌，混合均匀后得到所述铁尾矿细砂混凝土注浆材料。
进一步地，所述粉质粘土先进行破碎、筛分、匀化，除去杂质后再与其他原料混合；所述铁尾矿细砂筛除杂质后再与其他原料混合。
进一步地，所述第一次搅拌的速度为1000-2000r/min，时间为3min。
进一步地，所述第二次搅拌的速度为1000-2000r/min，时间为5-10min。
本发明的有益效果：
本发明的粉质粘土可就地取材，铁尾矿细砂为矿山固废弃渣，其一般细度模数在0.3-1.7mm，多属于细砂和特细砂，易于形成浆液泵送；铁尾矿细砂粉体含量高可以使铁尾矿细砂的比表面积增大，提高混凝土注浆材料的保水性；同时，粉质粘土和铁尾矿细砂均为工业固废，本发明的方案可实现固体废物的资源化利用，极大降低了工程成本。
本发明可针对不同充填要求和不同建筑荷载所需要的力学性能要求对成分配比进行调节。本发明制得的铁尾矿细砂混凝土注浆材料经注浆填筑、养护后，可固化为具有一定强度、低渗透性、水稳定性及耐久性的岩土结构材料，具有重要的应用价值。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
某13层框架剪力墙结构建筑物，箱形基础。在开挖钻孔钎探后，发现了土洞，其埋置深度在离箱形基础底部约9m处，洞宽1.00-2.00m，洞深6.30m。考虑建筑物使用后，地下水位改变时，土洞再次被水冲刷扩大，尽管土洞距箱形基础底部较深，但因上部荷载大，仍在影响范围之内，故对其进行注浆充填处理。
(1)本实施例所使用水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；粉质粘土含水率为1.7％；铁尾矿细砂细度为0.3-1.7mm；固化剂为聚丙烯酰胺；外加剂为早强剂氯化钙；水为普通自来水。
(2)确定施工配合比，选定配合比为：水泥：15份；粉质粘土：25份；铁尾矿细砂：25份；固化剂2份；外加剂0.8份；水45份。
(3)现场拌合，采用5立方米小型浆液搅拌机拌合流动性注浆材料，将除水之外的原料以1000r/min的速率搅拌3min后，再加入水，以1000r/min的速率继续搅拌10min，得到铁尾矿细砂混凝土注浆材料。
(4)在洞体范围的顶部地基面上钻2个以上孔，直径为100-150mm。将拌合好的具有流动性的铁尾矿细砂混凝土注浆材料注入土洞中，充填深部空隙空间，每次从搅拌到注浆完成均在30min内完成。
(5)施工效果：施工时，流动性的铁尾矿细砂混凝土注浆材料的流动度值为197mm，充填良好，无离析现象发生，现场测定28天标准试块(三组)抗压强度平均值为1.01MPa。施工一年后观察，施工处建筑地面完好，未发生沉陷、开裂及不均匀沉降等现象。
实施例2
某建筑施工超前钻勘探发现181个桩位有78个桩位下存在溶洞，根据地基处理规范要求，需对溶洞进行压力注浆固化处理。
注浆深度为6.0m，注浆影响半径为0.5m，每个桩位设一个与超前钻孔同心的注浆孔。
(1)本实施例所使用水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；粉质粘土含水率为2.3％；铁尾矿细砂细度为0.3-1.5mm；固化剂为聚乙烯醇；外加剂为速凝剂水玻璃；水为普通自来水。
(2)确定施工配合比，选定配合比为：水泥：20份；粉质粘土：20份；铁尾矿细砂：20份；固化剂2份；外加剂1.5份；水45份。
(3)现场拌合，采用5立方米小型浆液搅拌机拌合流动性的注浆材料，将除水之外的原料以2000r/min的速率将混合物搅拌3min后，再加入水，以2000r/min的速率继续搅拌10min，得到溶洞流动注浆材料，即铁尾矿细砂混凝土注浆材料。
(4)压力注浆按桩位依次展开施工，注浆压力为0.2-0.4MPa，根据地层变化可适当进行调整。注浆流量为6-10L/min，待其浆液稳定(一般20min)后，再把注浆管提起50cm，再压浆，稳定，拔管至设计标高。
(5)施工效果：施工时，流动性的铁尾矿细砂混凝土注浆材料的流动度值为223mm，充填良好，无离析现象发生，现场测定28天标准试块(三组)抗压强度平均值为1.35MPa。施工半年后观察，施工处桩周土密实完好，未因溶洞影响而发生不均匀沉降等现象。
实施例3
某仓库建筑物施工钻孔发现地基下存在不同类型溶洞多处，埋深为40-60m之间均有分布，洞高范围从0.8-4.6m均有分布，需对其进行注浆处理。
(1)本实施例所使用水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；粉质粘土含水率为2.1％；铁尾矿细砂细度为0.3-1.2mm；固化剂为三乙醇胺；外加剂为速凝剂水玻璃；水为普通自来水。
(2)确定施工配合比，选定配合比为：水泥：25份；粉质粘土：30份；铁尾矿细砂：30份；固化剂2份；外加剂2份；水60份。
(3)现场拌合，采用5立方米小型浆液搅拌机拌合流动性的注浆材料，将除水之外的原料以2000r/min的速率将混合物搅拌3min后，再加入水，以2000r/min的速率继续搅拌10min，得到溶洞流动注浆材料，即铁尾矿细砂混凝土注浆材料。
(4)压力注浆按桩位依次展开施工，注浆压力为0.7-0.9MPa，根据地层变化可适当进行调整。为保证注浆效果，采用重复注浆方法。两次注浆时间间隔为6-10h，注浆3次，满足终孔压力时停止注浆。
(5)施工效果：施工时，流动性的铁尾矿细砂混凝土注浆材料的流动度值为252mm，充填良好，无离析现象发生，现场测定28天标准试块(三组)抗压强度平均值为1.18MPa。施工半年后观察，地基承载力良好，未因溶洞影响而发生墙体开裂、不均匀沉降等现象。
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)
1.一种可自密实固化的铁尾矿细砂混凝土注浆材料，其特征在于，包括如下重量份的原料：水泥15-30份、粉质粘土20-40份、铁尾矿细砂20-40份、水20-60份、固化剂0.5-5份、外加剂0.5-3份。
2.根据权利要求1所述的可自密实固化的铁尾矿细砂混凝土注浆材料，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为42.5；所述粉质粘土的含水率为1.7-2.3％；所述铁尾矿细砂的细度为0.3-1.7mm。
3.根据权利要求1所述的可自密实固化的铁尾矿细砂混凝土注浆材料，其特征在于，所述固化剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氨脂、木质素磺酸盐、水解聚丙烯腈、聚醋酸乙烯、马来酸、碳酸钠、氢氟酸、三乙醇胺、羧甲基纤维素、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甘油、辛癸基葡萄苷、铝酸三钙、硅酸三钙、铁铝酸四钙和游离氧化钙中的一种或多种的混合物。
4.根据权利要求1所述的可自密实固化的铁尾矿细砂混凝土注浆材料，其特征在于，所述外加剂为早强剂和/或速凝剂。
5.根据权利要求4所述的可自密实固化的铁尾矿细砂混凝土注浆材料，其特征在于，所述早强剂为氯化钙、氯化钠、氯化铝、氯化锂、硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硝酸钙、尿素、甲酸钙、乙酸和乙酸盐中的一种或多种的混合物；所述速凝剂为水玻璃。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的可自密实固化的铁尾矿细砂混凝土注浆材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将水泥、粉质粘土、铁尾矿细砂、固化剂和外加剂按比例混合并进行第一次搅拌，再掺入水，进行第二次搅拌，混合均匀后得到所述铁尾矿细砂混凝土注浆材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一次搅拌的速度为1000-2000r/min，时间为3min。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第二次搅拌的速度为1000-2000r/min，时间为5-10min。
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