CN108383470B - 一种赤泥钢渣协同制备的注浆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种赤泥钢渣协同制备的注浆材料及其制备方法，以质量份数计，包括赤泥55～65份、钢渣25～35份、早强剂1～4份、悬浮剂1～5份、激发剂8～12份；其中，所述早强剂为二甲基乙醇胺、双(3‑二甲氨基丙基)胺、三乙烯二胺中的至少一种；所述悬浮剂为玻璃纤维或硅酸铝纤维；所述激发剂为硫铝酸盐水泥熟料与水玻璃的混合物。本发明选择了特定的早强剂、悬浮剂和激发剂，从而大宗利用固废，并且使注浆材料同时具备早期强度高、流动性好、固结强度高、抗侵蚀的优点。

Description

一种赤泥钢渣协同制备的注浆材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及主要用于隧道、路基、地下工程等注浆加固的注浆材料，具体涉及一种赤泥钢渣协同制备的注浆材料及其制备方法。
背景技术
赤泥是氧化铝冶炼工业生产过程中排出的红色固体粉状废弃物。据估计，全世界每年排放的赤泥量约6000万吨，仅我国氧化铝生产过程中每年排出的赤泥量就达600万吨，全部露天堆存，并且大部分堆场坝体用赤泥构筑。赤泥堆放不仅占用大量土地，耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的碱向地下渗透，造成地下水体和土壤污染。裸露赤泥形成的粉尘随风飞扬，污染大气，对人类和动植物的生存造成负面影响，恶化生态环境。钢渣炼钢过程中的一种副产品。它由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的各种氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类所组成。所以最大限度的限制赤泥的产量和危害，提高钢渣利用率，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。
交通水电工程方面，在未来10年到20年中，新建高速公路约6万公里，铁路3万公里，面临地质条件日趋复杂，塌方、突涌水等地质灾害频发。地铁市政工程方面，在建轻轨地铁城市43个，运营线路3000公里，在建2525公里。地铁隧道穿越地层围岩较为破碎，围岩自稳性差，易地面塌陷、涌水溃砂等灾害。矿山工程方面，随着我国对资源需求量的日益增加，矿山开采逐步向深部转移。深部开采带来了矿压大、水压大、温度高等技术难题，突涌水、软弱围岩失稳等时有发生。传统注浆材料通常分为以下两种，常规水泥基注浆材料：浆液稳定性差，强度增速慢，易被水冲散，结石体干缩较大。有机高分子类：造价高昂，污染严重，易老化。因此，急需研制一种能够满足实际工程需要并经济环保的注浆材料。
目前，已有部分学者将赤泥用于注浆材料制备领域，中国专利文献CN 103896503A公开了一种赤泥基新型注浆材料及其制备方法，通过掺合料的碱激发作用形成具有较高强度的三维网络凝胶结构的地质聚合物注浆材料。中国专利文献CN 104446213 A公开了一种以赤泥为原料的注浆材料，主要原料是赤泥、激发剂、活性引发剂、微硅粉、缓凝剂、表面活性剂及保水剂等。以上方法制备的赤泥基注浆材料虽成本较低，一定程度上利用了赤泥，但凝结时间长、力学强度不足、稳定性较差。
中国专利文献CN105669945 A公开了一种赤泥基自悬浮柔性注浆材料及其制备方法，通过添加悬浮剂和多亚甲基多苯基多异氰酸酯，使注浆材料具有较好的强度和柔性。中国专利文献CN 105859187 A公开了一种利用赤泥制备的早强柔性双液注浆材料及其制备方法，通过双液混合使浆液有较好的强度和柔性。以上两种方法虽然提高了注浆材料的柔性但是力学强度不够，不能大宗利用固废并且抗侵蚀能力不足。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种赤泥钢渣协同制备的注浆材料，该注浆材料同时具备早期强度高、流动性好、固结强度高、抗侵蚀的优点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种赤泥钢渣协同制备的注浆材料，以质量份数计，包括赤泥55～65份、钢渣25～35份、早强剂1～4份、悬浮剂1～5份、激发剂8～12份；其中，
所述早强剂为二甲基乙醇胺、双(二甲氨基丙基)胺、三乙烯二胺中的至少一种；
所述悬浮剂为玻璃纤维或硅酸铝纤维；
所述激发剂为硫铝酸盐水泥熟料与水玻璃的混合物。
本发明大宗利用固废，制备的注浆材料同时具备早期强度高、流动性好、固结强度高、抗侵蚀的优点。
本发明的目的之二是提供一种赤泥钢渣协同制备的注浆材料的制备方法，将赤泥、钢渣破碎、粉磨后加入早强剂、悬浮剂、激发剂和水搅拌制成浆液即可作为注浆材料使用，赤泥、钢渣、早强剂、悬浮剂、激发剂的质量比为55～65:25～35:1～4:1～5:8～12:8～12；
所述早强剂为二甲基乙醇胺、双(二甲氨基丙基)胺、三乙烯二胺中的至少一种；
所述悬浮剂为玻璃纤维或硅酸铝纤维；
所述激发剂为硫铝酸盐水泥熟料与水玻璃的混合物。
本发明的目的之三是提供一种上述注浆材料或上述制备方法获得的注浆材料在隧道、路基、地下工程中的应用。
本发明的有益效果为：
1、本发明的注浆材料具有早期强度高、流动性好、抗侵蚀、自悬浮及成本低等优点，且制作流程简单、易于推广。
2、本发明采用碱激发技术，将赤泥和钢渣作为主要原料，利用激发剂来激发赤泥中碱性物质的活性和钢渣的胶凝活性，赤泥-钢渣材料具有铁铝系胶凝特性，有较好的抗侵蚀性。
3、本发明加入纤维悬浮剂，不仅能使赤泥和钢渣形成稳定的自悬浮液，而且可以使注浆材料固化体具有较好的强度和流动性。
4、本发明能够大宗利用固废，实现固废资源化利用。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在利用赤泥制备注浆材料无法同时具备早期强度高、流动性好、固结强度高、抗侵蚀等的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种赤泥钢渣协同制备的注浆材料及其制备方法。
本申请的一种典型实施方式，提供了一种赤泥钢渣协同制备的注浆材料，以质量份数计，包括赤泥55～65份、钢渣25～35份、早强剂1～4份、悬浮剂1～5份、激发剂8～12份；其中，
所述早强剂为二甲基乙醇胺、双(二甲氨基丙基)胺、三乙烯二胺中的至少一种；
所述悬浮剂为玻璃纤维或硅酸铝纤维；
所述激发剂为硫铝酸盐水泥熟料与水玻璃的混合物。
本申请选择了特定的早强剂、悬浮剂和激发剂，从而大宗利用固废，并且使注浆材料同时具备早期强度高、流动性好、固结强度高、抗侵蚀的优点。
优选的，所述赤泥为拜耳法所得赤泥。
优选的，所述赤泥的比表面积为440～500m2/kg。
优选的，所述钢渣的比表面积为350～400m2/kg。
优选的，硫铝酸盐水泥熟料与水玻璃的质量比为2:1～4:1。
优选的，硫铝酸盐水泥熟料比表面积为350～400m2/kg。
优选的，所述水玻璃的模数为1.5～2.0。
本申请的另一种实施方式，提供了一种赤泥钢渣协同制备的注浆材料的制备方法，将赤泥、钢渣破碎、粉磨后加入早强剂、悬浮剂、激发剂和水搅拌制成浆液即可作为注浆材料使用，赤泥、钢渣、早强剂、悬浮剂、激发剂的质量比为55～65:25～35:1～4:1～5:8～12:8～12；
所述早强剂为二甲基乙醇胺、双(二甲氨基丙基)胺、三乙烯二胺中的至少一种；
所述悬浮剂为玻璃纤维或硅酸铝纤维；
所述激发剂为硫铝酸盐水泥熟料与水玻璃的混合物。
优选的，步骤为：
(1)将赤泥破碎后烘干，将钢渣破碎，然后分别放入球磨机中粉磨；
(2)按比例掺加激发剂、早强剂、悬浮剂；
(3)将步骤(1)获得的赤泥粉磨、钢渣粉磨、步骤(2)的混合物与水加入到无重力搅拌机中搅拌制成浆液，即可使用。
进一步优选的，赤泥、钢渣、早强剂、悬浮剂、激发剂和水的质量比为55～65:25～35:1～4:1～5:8～12:8～12:100。
进一步优选的，步骤(1)中的烘干至赤泥中的含水率小于1％(质量)。
进一步优选的，步骤(1)中将赤泥粉磨至比表面积为440～500m2/kg，将钢渣粉磨至比表面积350～400m2/kg。
进一步优选的，步骤(3)中搅拌的时间为10±1min。
优选的，所述赤泥为拜耳法所得赤泥。
优选的，硫铝酸盐水泥熟料与水玻璃的质量比为2:1～4:1。
优选的，硫铝酸盐水泥熟料比表面积为350～400m2/kg。
优选的，所述水玻璃的模数为1.5～2.0。
本申请的第三种实施方式，提供了一种上述注浆材料或上述制备方法获得的注浆材料在隧道、路基、地下工程中的应用。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
实施例1
配方如表1所示，
表1注浆材料原料的配方
Figure BDA0001597857550000041
其中激发剂为硫铝酸盐水泥熟料与水玻璃的质量比为3:1。
其制备过程为：
(1)将赤泥破碎后放入烘干箱烘干，将钢渣破碎，分别放入球磨机中粉磨，赤泥粉磨至比表面积为440～500m2/kg，钢渣粉末至比表面积为350～400m2/kg；
(2)按相应比例掺加硫铝酸盐水泥熟料、水玻璃、早强剂、悬浮剂；
(3)将各种原料按照比例加入到无重力搅拌机中搅拌10min制成浆液，即可使用。
表征结果如表2所示。
表2注浆材料的表征结果
Figure BDA0001597857550000051
实施例2
配方如表3所示，
表3注浆材料原料的配方
Figure BDA0001597857550000052
其中激发剂为硫铝酸盐水泥熟料与水玻璃的质量比为3:1。
其制备过程为：
(1)将赤泥破碎后放入烘干箱烘干，将钢渣破碎，分别放入球磨机中粉磨，赤泥粉磨至比表面积为440～500m2/kg，钢渣粉末至比表面积为350～400m2/kg；
(2)按相应比例掺加硫铝酸盐水泥熟料、水玻璃、早强剂、悬浮剂；
(3)将各种原料按照比例加入到无重力搅拌机中搅拌10min制成浆液，即可使用。
表征结果如表4所示。
表4注浆材料的表征结果
Figure BDA0001597857550000053
Figure BDA0001597857550000061
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种赤泥钢渣协同制备的注浆材料，其特征是，以质量份数计，包括赤泥55～65份、钢渣25～35份、早强剂1～4份、悬浮剂1～5份、激发剂8～12份；其中，
所述早强剂为二甲基乙醇胺、双(二甲氨基丙基)胺、三乙烯二胺中的至少一种；
所述悬浮剂为玻璃纤维或硅酸铝纤维；
所述激发剂为硫铝酸盐水泥熟料与水玻璃的混合物，硫铝酸盐水泥熟料与水玻璃的质量比为2:1～4:1；
所述赤泥的比表面积为440～500m2/kg，或，所述钢渣的比表面积为350～400m2/kg；
制备方法具体步骤为：
(1)将赤泥破碎后烘干，将钢渣破碎，然后分别放入球磨机中粉磨；
(2)按比例掺加激发剂、早强剂、悬浮剂；
(3)将步骤(1)获得的赤泥粉末、钢渣粉末、步骤(2)的混合物与水加入到无重力搅拌机中搅拌制成浆液，即可使用。
2.如权利要求1所述的注浆材料，其特征是，硫铝酸盐水泥熟料比表面积为350～400m2/kg；
或，所述水玻璃的模数为1.5～2.0。
3.如权利要求1所述的注浆材料，其特征是，赤泥、钢渣、早强剂、悬浮剂、激发剂和水的质量比为55～65:25～35:1～4:1～5:8～12:100；
或，步骤(3)中搅拌的时间为10±1min。
4.一种权利要求1～3任一所述的注浆材料在隧道、路基、地下工程中的应用。
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