CN111792871A - 一种用于注浆材料的复合添加剂及注浆材料 - Google Patents

一种用于注浆材料的复合添加剂及注浆材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于注浆材料的复合添加剂及注浆材料，所述复合添加剂按重量份计包括如下组分：聚羧酸减水剂1份～3份、膨润土2份～5份、磷酸二氢镁2份～4份、聚合硫酸铝0.5份～2份、硫铝酸钙2份～6份、纤维素醚0.5份～1份和聚丙烯腈纤维0.2份～0.8份。本发明所述的复合添加剂加入到水泥类浆液(尤其是硅酸盐类水泥)中，能够调整和改变水泥浆液的物理力学性质，明显提高水泥类浆液围岩加固截水堵漏、地质构造治理工程等效果。

Description

一种用于注浆材料的复合添加剂及注浆材料
技术领域
本发明属于煤矿中深孔注浆材料领域，涉及一种用于注浆材料的复合添加剂及注浆材料。
背景技术
随着煤矿矿井开采深度的增加，井巷围岩呈现出明显的软岩变形特征，围岩滑移变形运动越来越强烈，使井巷工程的支护更加困难。随着注浆技术的发展，全断面注浆成为围岩加固、截水堵漏和地质构造治理工程等行之有效的重要手段之一。注浆材料是注浆技术中不可缺少的一个组成部分，注浆之所以能够起到加固作用，主要是由于注浆材料在注浆过程中发生由液相到固相转变的结果。
在注浆施工中，能够正确合理地选择一种或几种注浆材料必将直接影响注浆工程的成败和技术经济效益。
目前的注浆材料，主要分为两大类：
其一是无颗粒材料，包括无机材料和有机材料，也称之为化学浆液。该类材料具有稳定性好、可注性强、粘度低和凝胶时间易控等优点，且能注入岩体较细小的裂隙或空隙中。常见的有丙烯酰胺类、甲基丙烯酸类、木质素类、尿醛树脂类、丙烯酸盐类、聚氨酯类、环氧树脂类和马丽散类等。但其不足之处在于：浆液凝固后强度较低，耐久性较差，对周围环境产生污染，价格较贵，或多或少都有些毒性，并且具有可燃性。因此，在一般的井巷注浆加固工程较少采用。
其二是颗粒性材料，包括水泥浆、黏土浆、黏土水泥浆、水泥粉煤灰浆和水泥-水玻璃浆等。该类材料具有原料来源丰富、价格低廉且固化后强度高等优点，但都存在浆液固化收缩率过大和终凝时间过长的弊病：固化收缩率过大导致在注浆过程中需多次注浆才能达到工程要求；而终凝时间过长会使注浆工作效率极低，加长注浆施工周期。由于颗粒性材料普遍存在凝胶时间较长且不易准确控制、析水率高、稳定性差及强度增长速度慢等缺点，并且在大孔隙地层中容易出现漏浆和在小孔隙地层中可注性差等现象，注浆质量难以保证。尤其是水泥-水玻璃浆液，该材料因可注性好、早期强度高、结石率高以及价格低等优点，是目前常用的一种经济使用的注浆材料之一，但该浆液的不足之处在于：结石体干压缩量大，后期强度下降迅速；在水中养护28-90天后，强度就明显下降，半年后就开裂甚至崩解为粉末，从而丧失使用价值。特别是在干燥失水的条件下，干缩崩解就更迅速，因此该浆液一般只能局限与临时性的地下井巷工程加固防渗、堵漏之用。
CN108218359A公开了一种水泥基高性能微膨胀充填注浆料，但硅酸盐水泥注浆浆液存在析水率大、稳定性差、凝结时间较长，且不易灌入微小裂隙、生产污染环境、消耗大量能源和资源、成本高等的缺陷。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于注浆材料的复合添加剂及注浆材料。本发明所述的复合添加剂加入到水泥类浆液(尤其是硅酸盐类水泥)中，能够调整和改变水泥浆液的物理力学性质，明显提高水泥类浆液围岩加固截水堵漏、地质构造治理工程等效果。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种用于注浆材料的复合添加剂，所述复合添加剂按重量份计包括如下组分：
Figure BDA0002021655860000031
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述复合添加剂按重量份计包括如下组分：
Figure BDA0002021655860000032
作为本发明优选的技术方案，所述磷酸二氢镁和聚合硫酸铝的质量比为2:1。
作为本发明优选的技术方案，所述纤维素醚和聚丙烯腈纤维的质量比为3:2。
第二方面，本发明提供了一种注浆材料，所述注浆材料包括硅酸盐水泥和如前所述的复合添加剂，所述复合添加剂的添加量为硅酸盐水泥质量的7％～10％。
作为本发明优选的技术方案，所述复合添加剂的添加量为硅酸盐水泥质量的8％～9％。
作为本发明优选的技术方案，所述注浆材料的水灰比为0.4～0.55。
作为本发明优选的技术方案，所述注浆材料的水灰比为0.45～0.5。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过选择合适的添加剂并对其用量配比进行调整，混合后使之形成具有特定性质的复合添加剂，通过合适的水灰配比实验，最终达到调控水泥浆液不同物理力学性质，从而满足不同注浆需求的目的；
(2)本发明的注浆材料的可控调节性好，浆液流动性好、液态及终凝时间随意调节、显著保持水灰不分离的稳定状态、浆液终凝后不析水、可以硬化成等体积的混凝土(零收缩)、涨缩量可小幅度任意调节、力学性能优良等优点。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种用于注浆材料的复合添加剂，所述复合添加剂按重量份计包括如下组分：
Figure BDA0002021655860000041
Figure BDA0002021655860000051
其中，聚羧酸减水剂的用量可为1份、1.5份、2份、2.5份或3份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；膨润土的用量可为2份、3份、4份或5份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；磷酸二氢镁的用量可为2份、2.3份、2.5份、2.7份、3份、3.3份、3.5份、3.7份或4份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；聚合硫酸铝的用量可为0.5份、1.3份、1.5份、1.7份或2份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；硫铝酸钙的用量可为2份、3份、4份、5份或6份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；纤维素醚的用量可为0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份或1份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；聚丙烯腈纤维的用量可为0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份或0.8份等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明通过选择合适的添加剂并对其用量配比进行调整，使添加该复合添加剂后的水泥类浆液(尤其是硅酸盐类水泥)的物理力学性质得到调整和提升，并明显提高了水泥类浆液围岩加固截水堵漏、地质构造治理工程等效果。
本发明所述复合添加剂优化原料的组成和配比，选择聚羧酸减水剂可以更好的提高水泥颗粒的分散效果，有效增加水泥浆液的流动性，并使塌落度保持良好；膨润土具有较强的吸湿性和膨胀性，在液体介质中能分散成胶凝状和悬浮状，有效改变水泥浆液水灰分离的不稳定状态；硫铝酸钙遇水后会生产大量膨胀结晶水化物-水化硫铝酸钙(即钙钒石)，产生适度膨胀，能有效补偿其析水硬化收缩，大大提高抗裂性能；同时，在前述原料基础上添加磷酸二氢镁、聚合硫酸铝、纤维素醚以及聚丙烯腈纤维，在其共同作用下，一方面可以加速水泥浆液的水化硬化，在很短的时间内形成足够的强度，可以有效调节水泥浆液硬化速度问题；另一方面，可以提高其可注性，能迅速渗透到巷道围岩(煤)的细小裂缝内，同时具有优异的物理性能，快速凝固，不收缩，遇水不影响材料性能。
以下作为具体实施方式优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为具体实施方式优选的技术方案，所述复合添加剂按重量份计包括如下组分：
Figure BDA0002021655860000061
作为具体实施方式优选的技术方案，所述磷酸二氢镁和聚合硫酸铝的质量比为2:1。本发明所述磷酸二氢镁和聚合硫酸铝在该质量比下达到的效果最优。
作为具体实施方式优选的技术方案，所述纤维素醚和聚丙烯腈纤维的质量比为3:2。本发明所述纤维素醚和聚丙烯腈纤维的用量配比在该质量比下达到的效果最优。
本发明具体实施方式部分还提供了一种注浆材料，所述注浆材料包括硅酸盐水泥和前述的复合添加剂，所述复合添加剂的添加量为硅酸盐水泥质量的7％～10％，例如7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为具体实施方式优选的技术方案，所述复合添加剂的添加量为硅酸盐水泥质量的8％～9％。
作为具体实施方式优选的技术方案，所述注浆材料的水灰比为0.4～0.55，例如0.4、0.42、0.44、0.46、0.48、0.5、0.51、0.53或0.55等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述水灰比是指注浆材料中水与水泥和复合添加剂的质量之比，为本领域的常规表述。
作为具体实施方式优选的技术方案，所述注浆材料的水灰比为0.45～0.5，本发明所述的注浆材料在该水灰比条件下到达的效果最优。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1-4：
实施例1-4提供了不同配比的复合添加剂，其具体配比如表1所示。
对比例1-4：
对比例1-4提供了不同配比的复合添加剂，其具体配比如表1所示。
表1实施例1-4和对比例1-4复合添加剂成分配比表(重量份计)
Figure BDA0002021655860000071
Figure BDA0002021655860000081
将实施例1-4和对比例1-4的复合添加剂与硅酸盐水泥混合制备注浆材料，所述复合添加剂的添加量为硅酸盐水泥质量的8％，所述注浆材料的水灰比为0.47，对注浆材料进行性能测试，其物理性质如表2所示。
表2添加了实施例1-4和对比例1-4的复合添加剂的注浆材料的物理性质测试表
Figure BDA0002021655860000082
实施例5-7：
实施例5-7提供了不同复合添加剂用量的注浆材料，其中所用复合添加剂的原料配比与实施例1中相同，复合添加剂的添加量分别为硅酸盐水泥质量8％、7％和10％，注浆材料的水灰比均为0.47。
对比例5-6：
对比例5和对比例6提供了不同复合添加剂用量的注浆材料，其中复合添加剂的添加量分别为硅酸盐水泥质量5％和12％，注浆材料的水灰比均为0.47。
对实施例5-7和对比例5-6的注浆材料进行性能测试，其物理性质如表3所示。
表3实施例5-7和对比例5-6的注浆材料的物理性质测试表
Figure BDA0002021655860000091
实施例8-12：
实施例8-12提供了不同水灰比的注浆材料，其中所用复合添加剂的原料配比均与实施例1中相同，复合添加剂的添加量均为硅酸盐水泥质量8％，水灰比分别为0.47、0.45、0.5、0.4和0.5。
对比例7-8：
对比例7-8提供了不同水灰比的注浆材料，其中所用复合添加剂的原料配比均与实施例1中相同，复合添加剂的添加量均为硅酸盐水泥质量8％，水灰比分别为0.3和0.6。
对实施例8-12和对比例7-8的注浆材料进行性能测试，其物理性质如表4所示。
表4实施例8-12和对比例7-8的注浆材料的物理性质测试表
Figure BDA0002021655860000092
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明的注浆材料的可控调节性好，浆液流动性好、液态及终凝时间随意调节、显著保持水灰不分离的稳定状态、浆液终凝后不析水、可以硬化成等体积的混凝土(零收缩)、涨缩量可小幅度任意调节、力学性能优良等优点。
申请人申明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细应用方法，但本发明并不局限于上述详细应用方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品原料的等效替换及辅助成分的添加、具体操作条件和方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.一种用于注浆材料的复合添加剂，其特征在于，所述复合添加剂按重量份计包括如下组分：
Figure FDA0002021655850000011
2.根据权利要求1所述的复合添加剂，其特征在于，所述复合添加剂按重量份计包括如下组分：
Figure FDA0002021655850000012
3.根据权利要求1所述的复合添加剂，其特征在于，所述磷酸二氢镁和聚合硫酸铝的质量比为2:1。
4.根据权利要求1所述的复合添加剂，其特征在于，所述纤维素醚和聚丙烯腈纤维的质量比为3:2。
5.一种注浆材料，其特征在于，所述注浆材料包括硅酸盐水泥和如权利要求1-4任一项所述的复合添加剂，所述复合添加剂的添加量为硅酸盐水泥质量的7％～10％。
6.根据权利要求5所述的注浆材料，其特征在于，所述复合添加剂的添加量为硅酸盐水泥质量的8％～9％。
7.根据权利要求5或6所述的注浆材料，其特征在于，所述注浆材料的水灰比为0.4～0.55。
8.根据权利要求7所述的注浆材料，其特征在于，所述注浆材料的水灰比为0.45～0.5。
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