一种快硬早强型矿山充填注浆材料及其制备方法

1.本发明涉及注浆材料，具体的涉及一种快硬早强型矿山充填注浆材料及其制备方法。


背景技术：

2.在矿山的开发和应用的实际中，需要挖掘隧道、巷道、井口等地下设施；由此形成的空间受到矿山周围的岩石压力，容易发生塌陷造成生产和人员事故。为了解决这样的问题，通常有效的方法是填充注浆来对地层进行加固、填充软质岩石结构、提高围岩的整体性和完整性。然而岩层结构复杂、二次工程应力扰动因素加剧，导致注浆的过程需要考察的方面十分繁杂，其中包括结构应力、地应力、挖掘扰动、渗水影响以及离子侵蚀；而且固化后的注浆材料需要应对严峻的考验。
3.随着发展，水泥基注浆材料是常用的一种，即以水泥作为基料、添加硅灰、粉煤灰、黏土等无机物颗粒以及聚氨酯、聚丙烯酰胺、脲醛树脂等有机物颗粒等组成。快硬早强是一个注浆材料的重要指标，其能够实现快速硬化、缩短早强时间更有利于交通路线的施工和修补。注浆材料是一种新型充填材料，其是浆液悬浮状的固液共存混合物，注浆施工的难以程度以及施工效率也与注浆材料的流动性有很大关系；由于注浆材料的析水、沉淀发生会导致流动性显著降低。在注浆材料的原料中，硫铝酸盐水泥具有凝结快、早期强度高等特点,但后期强度发展缓慢、甚至后期容易出现倒缩。钢渣、钢纤维虽然可以提高抗压强度，但是会增加注浆材料的初凝和终凝时间，延长注浆材料的固化和硬化，使得施工周期加长。并且有机物颗粒的成本高。
4.对于氯离子的影响，现有研究涉及的相对较少；虽然硅灰、粉煤灰等在注浆材料中应用比较广泛，但是申请人发现关于高活性超细矿物掺合料的研究和应用比较少；基于此，申请人研究了高活性超细矿物掺合料作为充填的注浆材料，研究发现能够显著的提高注浆材料的早期强度，而且采用了工业废料作为原料，可以有效利用固废和降低成本。


技术实现要素：

5.基于现有技术中存在的缺陷以及需求，本发明提供了一种快硬早强型矿山充填注浆材料及其制备方法，制备得到流动性好、凝结时间段短、早期强度高的矿山充填注浆材料；而且注浆材料也在一定程度对氯离子有着明显的固定效果。
6.本发明提供一种快硬早强型矿山充填注浆材料，按照重量份计，所述快硬早强型矿山充填注浆材料由以下原料组成：
7.[0008][0009]
进一步地，按照重量份计，所述快硬早强型矿山充填注浆材料由以下原料组成：
[0010][0011]
进一步地，所述高活性超细矿物掺合料比表面积为1000～1200m2·
kg-1
、粒径为10～20μm，7d活性指数为95～100％、28d活性指数为105～110％；由20～30份粉煤灰、30～40份锰矿尾矿渣、40～50份钢渣在10～20份醇胺类助磨激发剂下进行球磨、筛分制备获得。
[0012]
进一步地，所述微硅灰的粒径为100～200μm。
[0013]
本发明提供一种快硬早强型矿山充填注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]
(1)将硫铝酸盐水泥、高活性超细矿物掺合料、0.5～1mm河沙、2～5mm河沙、微硅灰、硫酸钙、csa膨胀剂在搅拌机中混合均匀；
[0015]
(2)将可再分散乳胶粉、硼酸、聚羧酸减水剂溶解在水中；
[0016]
(3)将步骤(2)中的水溶液倒入至搅拌机中，继续搅拌均匀，即得充填注浆材料。
[0017]
本发明提供一种快硬早强型矿山充填注浆材料的应用，应用于矿山开采、道路修补、桥梁基柱加固等方面。
[0018]
相对于现有技术，本技术技术方案具有如下技术效果：
[0019]
(1)本技术采用高活性超细矿物掺合料作为充填的注浆材料，可以显著的提高浆料硬化后的抗折强度、抗压强度等力学性能；并且能够在一定程度上提高氯离子的固定能力。
[0020]
(2)本技术采用不同粒径的河沙作为骨料，并且与高活性超细矿物掺合料之间相互配合，显著提高了主将材料的密实度；在保障了流动性的基础上，可以有效的提高注浆材料的早期强度以及后期强度；并且硬化后形成的主体致密、孔隙率低，进而提高了渗透性。
[0021]
(3)采用微硅灰可以有效的提高注浆材料的流动度、并且能够抑制注浆材料后期强度的倒缩现象。
[0022]
(4)本技术中高活性超细矿物掺合料的原料为粉煤灰、锰矿尾矿渣、钢渣，可以有效地利用工业固废、并且本技术中可再分散乳胶粉含量低，不需要采用大量的有机颗粒，可以大大的降低注浆材料的生产成本。
[0023]
(5)本技术通过对注浆材料的配伍，制备得到流动性好、凝结时间段短、早期强度高的矿山充填注浆材料；同时具有易于泵送、易于施工、抗裂效果好等优异性能；能够较大程度上满足矿山开采、道路修补、桥梁基柱加固等方面的应用，有效的提高了施工效率。
具体实施方式
[0024]
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和技术效果更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述；但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
[0025]
实施例1
[0026]
首先制备高活性超细矿物掺合料，具体的：将25份粉煤灰、35份锰矿尾矿渣、45份钢渣以及15份醇胺类助磨激发剂放入行星式球磨机中，加入粒径为0.5mm的钢球进行球磨，球磨机转速为80r/min、球磨时间为90min。对球磨料进行筛分。
[0027]
按照gb/t 18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》测试超细矿物掺合料的比表面积、活性指数。高活性超细矿物掺合料的指标数据如表1所示。
[0028]
表1
[0029][0030]
以下实施例中采用实施例1所制备得到的高活性超细矿物掺合料。
[0031]
实施例2
[0032]
一种快硬早强型矿山充填注浆材料，按照重量份计，所述快硬早强型矿山充填注浆材料由以下原料组成：
[0033][0034]
所述快硬早强型矿山充填注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
[0035]
(1)将硫铝酸盐水泥、高活性超细矿物掺合料、河沙、微硅灰、硫酸钙、csa膨胀剂在搅拌机中混合均匀；
[0036]
(2)将可再分散乳胶粉、硼酸、聚羧酸减水剂溶解在水中；
[0037]
(3)将步骤(2)中的水溶液倒入至搅拌机中，继续搅拌均匀，即得充填注浆材料。
[0038]
实施例3
[0039]
一种快硬早强型矿山充填注浆材料，按照重量份计，所述快硬早强型矿山充填注浆材料由以下原料组成：
[0040][0041]
所述快硬早强型矿山充填注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
[0042]
(1)将硫铝酸盐水泥、高活性超细矿物掺合料、2～5mm河沙、微硅灰、硫酸钙、csa膨
胀剂在搅拌机中混合均匀；
[0043]
(2)将可再分散乳胶粉、硼酸、聚羧酸减水剂溶解在水中；
[0044]
(3)将步骤(2)中的水溶液倒入至搅拌机中，继续搅拌均匀，即得充填注浆材料。
[0045]
实施例4
[0046]
一种快硬早强型矿山充填注浆材料，按照重量份计，所述快硬早强型矿山充填注浆材料由以下原料组成：
[0047][0048]
所述快硬早强型矿山充填注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
[0049]
(1)将硫铝酸盐水泥、高活性超细矿物掺合料、河沙、微硅灰、硫酸钙、csa膨胀剂在搅拌机中混合均匀；
[0050]
(2)将可再分散乳胶粉、硼酸、聚羧酸减水剂溶解在水中；
[0051]
(3)将步骤(2)中的水溶液倒入至搅拌机中，继续搅拌均匀，即得充填注浆材料。
[0052]
实施例5
[0053]
一种快硬早强型矿山充填注浆材料，按照重量份计，所述快硬早强型矿山充填注浆材料由以下原料组成：
[0054][0055]
200μm微硅灰21份、
[0056]
硫酸钙7份、
[0057]
csa膨胀剂35份、
[0058]
可再分散乳胶粉8份、
[0059]
硼酸0.4份、
[0060]
聚羧酸减水剂3份、
[0061]
水95份。
[0062]
所述快硬早强型矿山充填注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
[0063]
(1)将硫铝酸盐水泥、高活性超细矿物掺合料、河沙、微硅灰、硫酸钙、csa膨胀剂在搅拌机中混合均匀；
[0064]
(2)将可再分散乳胶粉、硼酸、聚羧酸减水剂溶解在水中；
[0065]
(3)将步骤(2)中的水溶液倒入至搅拌机中，继续搅拌均匀，即得充填注浆材料。
[0066]
实施例6
[0067]
一种快硬早强型矿山充填注浆材料，按照重量份计，所述快硬早强型矿山充填注浆材料由以下原料组成：
[0068][0069]
所述快硬早强型矿山充填注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
[0070]
(1)将硫铝酸盐水泥、高活性超细矿物掺合料、河沙、微硅灰、硫酸钙、csa膨胀剂在搅拌机中混合均匀；
[0071]
(2)将可再分散乳胶粉、硼酸、聚羧酸减水剂溶解在水中；
[0072]
(3)将步骤(2)中的水溶液倒入至搅拌机中，继续搅拌均匀，即得充填注浆材料。
[0073]
对实施例2-6的主将材料的性能和指标进行测试：其中流动性按照gb/t 2419-2005标准进行；抗压、抗折强度按照gb/t 17671-2021标准进行；抗渗性按照gb 23440-2009标准进行；干缩试验按照jc/t 603-2004标准进行，其中制作30
×
30
×
40cm试件；凝结时间、泌水率按照gb/t 50080-2002标准进行。具体的测试数据如下表所示。
[0074]
表2
[0075][0076]
表3
[0077][0078]
从以上数据可知：
[0079]
(1)：本发明的流动性能良好，初始流动度达到300mm以上，远远超过标准要求的260mm；并且经过30min后，流动度虽然有所下降，但是下降幅度并不大，其依然远超过标准要求。
[0080]
(2)注浆材料具有0.05％下的微膨胀性能，能够保障注浆材料与被充填的界面完全接触。
[0081]
(3)本技术注浆材料的干收缩率显著的降低，表现出更好的抗干燥收缩性能，从而能有效的避免由于注浆材料硬化收缩过程中产生裂缝，引起渗漏，从而具有良好的抗渗性。
[0082]
(4)注浆材料的在30～40min、终凝时间在50～70min内。
[0083]
表4
[0084][0085]
本发明的注浆材料在30分钟～2小时内抗压强度就能够达到30mpa以上；说明符合快硬、早强的特点，能够有效的适用于诸多特殊工程的早期强度要求，使施工进度大大加快。并且注浆材料的强度在前2h、3d、28d一直在增加趋势，并未出现强度倒缩现象，而且最终的28抗压强度大于70mpa、28抗折强度大于24mpa，说明其力学性能优异。
[0086]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种快硬早强型矿山充填注浆材料，其特征在于：按照重量份计，所述快硬早强型矿山充填注浆材料由以下原料组成：2.根据权利要求1所述快硬早强型矿山充填注浆材料，其特征在于：按照重量份数计，所述快硬早强型矿山充填注浆材料由以下原料组成：3.根据权利要求1所述快硬早强型矿山充填注浆材料，其特征在于：按照重量份数计，所述快硬早强型矿山充填注浆材料由以下原料组成：
4.根据权利要求1～3任一项所述快硬早强型矿山充填注浆材料，其特征在于：所述高活性超细矿物掺合料比表面积为1000～1200m2·
kg-1
、粒径为10～20μm，7d活性指数为95～100％、28d活性指数为105～110％；由20～30份粉煤灰、30～40份锰矿尾矿渣、40～50份钢渣在10～20份醇胺类助磨激发剂下进行球磨、筛分制备获得。5.根据权利要求1～4任一项所述快硬早强型矿山充填注浆材料，其特征在于：所述微硅灰的粒径为100～200μm。6.一种权利要求1～5任一项所述快硬早强型矿山充填注浆材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：(1)将硫铝酸盐水泥、高活性超细矿物掺合料、0.5～1mm河沙、2～5mm河沙、微硅灰、硫酸钙、csa膨胀剂在搅拌机中混合均匀；(2)将可再分散乳胶粉、硼酸、聚羧酸减水剂溶解在水中；(3)将步骤(2)中的水溶液倒入至搅拌机中，继续搅拌均匀，即得充填注浆材料。7.一种权利要求1～5任一项所述快硬早强型矿山充填注浆材料的应用，其特征在于：应用于矿山开采、道路修补、桥梁基柱加固等方面。

技术总结
本发明公开了一种快硬早强型矿山充填注浆材料及其制备方法，按照重量份计，所述快硬早强型矿山充填注浆材料由以下原料组成：硫铝酸盐水泥90～130份、高活性超细矿物掺合料10～20份、0.5～1mm河沙20～40份、2～5mm河沙30～50份、微硅灰15～25份、硫酸钙3～10份、CSA膨胀剂20～40份、可再分散乳胶粉5～10份、硼酸0.1～0.5份、聚羧酸减水剂1～3份、水80～100份。制备得到流动性好、凝结时间段短、早期强度高的矿山充填注浆材料；而且注浆材料也在一定程度对氯离子有着明显的固定效果；可以广泛应用于充填施工。用于充填施工。


技术研发人员：高恒朋 李克强 李恒辉 高恒辉 明阳 李玲 甘国兴
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/7/19