CN114349443A - 一种中粗砂层加固用注浆材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种中粗砂层加固用注浆材料及其制备方法，该注浆材料由矿渣微粉30～50份，水15～45份，减水剂0.2～0.4份和碱性激发剂1.7～4.5份制成，其中碱性激发剂为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙的混合物。采用矿渣微粉作为注浆材料的胶凝成分，通过特定组成的碱性激发剂彻底激发矿渣微粉的活性：配合特定用量的减水剂，改善了矿渣微粉的缺陷，使制得的注浆材料早期强度高，流动性好，硬化时间适宜，适合中粗砂层加固过程的施工特点，让仅采用矿渣微粉制备建筑材料成为了现实。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种中粗砂层加固用注浆材料及其制备方法。
背景技术
矿渣属于高炉炼铁的副产品，是由高炉炼铁熔融的矿物经水淬骤冷时，来不及结晶而大部分形成的玻璃态物质，其主要组分为氧化钙，氧化镁，氧化硅和氧化铝，共占总量的95％以上。矿渣研磨后的矿渣微粉可以作为混合材料掺入水泥中，实现矿渣回收的同时改善水泥的性能，降低生产成本和能耗。
不过由于矿渣微粉中含有大量结构完整的晶体，并且组成中氧化硅等酸性氧化物含量高于氧化钙等碱性氧化物的含量，导致矿渣微粉的反应活性很低，需要借助水泥的水化过程提高矿渣微粉的反应活性，因此，虽然矿渣微粉可以代替部分水泥，但是由于矿渣微粉反应活动低的问题，制备的材料也就一直存在强度低，流动性差，硬化时间长的缺陷，现有技术中尚未出现矿渣微粉完全代替水泥的建筑材料。
发明内容
针对现有技术中矿渣微粉的反应活性差，制备的建筑材料强度低，流动性差，硬化时间长的技术问题，本发明提供一种中粗砂层加固用注浆材料及其制备方法，该注浆材料仅采用矿渣微粉作为注浆材料的胶凝成分，通过选用特定的碱性激发剂，提高了矿渣微粉的反应活性和水化效率，制备得到的注浆材料早期强度高，流动性强，硬化时间适宜，符合中粗砂层加固过程的施工特点。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
本发明实施例提供了一种中粗砂层加固用注浆材料：该注浆材料按重量份数计，包括矿渣微粉30～50份，水15～45份，减水剂0.2～0.4份和碱性激发剂1.7～4.5份，其中碱性激发剂为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙的混合物。
相对于现有技术，本发明提供的中粗砂层加固用注浆材料仅采用矿渣微粉作为注浆材料的胶凝成分，并通过特定组成的碱性激发剂，彻底激发矿渣微粉的活性：氢氧化钠和甲酸钙的复合使用，能显著激发矿渣微粉的早期活性，提高注浆材料的早期强度；碳酸钠、氢氧化钙的复合使用，能进一步提高矿渣微粉的水化反应速率，有效分解矿渣微粉中的玻璃体结构，降低注浆材料的粘度，提高其流动性和稳定性，氢氧化钙和甲酸钙还能为矿渣微粉提供有效的Ca2+，促进矿渣微粉水化生成C-S-H凝胶的形成，碳酸钠和氢氧化钙也会反应生成纳米型碳酸钙，与不断生成的C-S-H凝胶相互粘结，形成一个整体，有效提高注浆后中粗砂层固结体的强度；结合特定用量的减水剂的掺入，使制得的注浆材料早期强度高，流动性好，硬化时间适宜，适合中粗砂层加固过程的施工特点，让仅采用矿渣微粉制备建筑材料成为了现实。
优选地，碱性激发剂中氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙的质量比为10～20：5～15：2～6：5～6。
优选地，该中粗砂层加固用注浆材料所用减水剂为聚羧酸盐类减水剂，具体可选用西卡公司的ViscoCrete 325C聚羧酸高效粉状减水剂。
减水剂是改善注浆材料初始流动度和初始粘度的关键组分，聚羧酸盐类减水剂与矿渣微粉的相容性好，有效成分高，分子范围集中，能在低掺量的情况下显著降低注浆材料的用水量，提高注浆材料的流变性和可塑性，对注浆材料的早期强度和后期强度的提高也有一定的促进作用。
优选地，该中粗砂层加固用注浆材料所用的矿渣微粉为S95级矿渣微粉或S105级矿渣微粉中的一种。
优选地，该中粗砂层加固用注浆材料中所用的氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙为工业纯以上。
本发明还提供上述中粗砂层加固用注浆材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，并将矿渣微粉和减水剂预混15～30s，得到预混料；
S2：向所得预混料中加入60％～80％配方量的水，搅拌1～3min后得到预拌浆体；将碱性激发剂中的各组分在剩余配方量的水中搅拌溶解，得到碱性激发剂溶液；
S3：带所述碱性激发剂溶液冷却至8～15℃后，将所述碱性激发剂溶液加入所述预拌浆体中，搅拌2～5min后，即得该中粗砂层加固用注浆材料。
本发明提供的粉中粗砂层加固用注浆材料的制备方法，工艺简单，操作方便。矿渣微粉和减水剂预混后加水进行混合，有助于提高所得注浆材料的混合均匀性，避免减水剂分布不均导致的注浆材料性质不一，提高注浆材料的性能均一性。碱性激发剂溶液组分的后续加入，可以延长注浆材料的水化时间，使其更适合中粗砂层加固的施工过程，延长注浆材料的保质期，避免注浆材料在施工过程中提前硬化。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面分为多个实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种中粗砂层加固用注浆材料，其原料按质量份数计，包括矿渣微粉40份，水24份，减水剂0.24份，氢氧化钠1.6份、碳酸钠1.6份，氢氧化钙0.6份和甲酸钙0.5份；其中矿渣微粉为S95级，减水剂为西卡高效减水剂，氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙为工业纯。
该中粗砂层加固用注浆材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，将矿渣微粉和减水剂干料混合搅拌15s，得到预混料；
S2：向所得预混料中加入18份水，搅拌1min后得到预拌浆体，将氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙在剩余的6份水中搅拌溶解，得到碱性激发剂溶液；
S3：碱性激发剂冷却至10℃后，将其加入预拌浆体中搅拌3min，即得该中粗砂层加固用注浆材料。
实施例2
本实施例提供一种中粗砂层加固用注浆材料，其原料按质量份数计，包括矿渣微粉45份，水27份，减水剂0.27份，氢氧化钠1.575份、碳酸钠1.35份，氢氧化钙0.45份和甲酸钙0.55份；其中矿渣微粉为S95级，减水剂为西卡高效减水剂，氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙为工业纯。
该中粗砂层加固用注浆材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，将矿渣微粉和减水剂干料混合搅拌15s，得到预混料；
S2：向所得预混料中加入20份水，搅拌2min后得到预拌浆体，将氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙在剩余的7份水中搅拌溶解，得到碱性激发剂溶液；
S3：碱性激发剂冷却至10℃后，将其加入预拌浆体中搅拌4min，即得该中粗砂层加固用注浆材料。
实施例3
本实施例提供一种中粗砂层加固用注浆材料，其原料按质量份数计，包括矿渣微粉30份，水18份，减水剂0.21份，氢氧化钠0.9份、碳酸钠0.9份，氢氧化钙0.45份，甲酸钙0.3份；其中矿渣微粉为S95级，减水剂为西卡高效减水剂，氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙为工业纯。
该中粗砂层加固用注浆材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，将矿渣微粉和减水剂干料混合搅拌18s，得到预混料；
S2：向所得预混料中加入14份水，搅拌2min后得到预拌浆体，将氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙在剩余的4份水中搅拌溶解，得到碱性激发剂溶液；
S3：碱性激发剂冷却至10℃后，将其加入预拌浆体中搅拌3min，即得该中粗砂层加固用注浆材料。
实施例4
本实施例提供一种中粗砂层加固用注浆材料，其原料按质量份数计，包括矿渣微粉50份，水30份，减水剂0.35份，氢氧化钠1.75份、碳酸钠2份，氢氧化钙0.25份，甲酸钙0.5份；其中矿渣微粉为S95级，减水剂为西卡高效减水剂，氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙为工业纯。
该中粗砂层加固用注浆材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，将矿渣微粉和减水剂干料混合搅拌20s，得到预混料；
S2：向所得预混料中加入22份水，搅拌2min后得到预拌浆体，将氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙在剩余的8份水中搅拌溶解，得到碱性激发剂溶液；
S3：碱性激发剂冷却至10℃后，将其加入预拌浆体中搅拌4min，即得该中粗砂层加固用注浆材料。
实施例5
本实施例提供一种中粗砂层加固用注浆材料，其原料按质量份数计，包括矿渣微粉35份，水21份，减水剂0.28份，氢氧化钠1.05份、碳酸钠1.4份，氢氧化钙0.35份，甲酸钙0.8份；其中矿渣微粉为S95级，减水剂为西卡高效减水剂，氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙为工业纯。
该中粗砂层加固用注浆材料的制备方法具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，将矿渣微粉和减水剂干料混合搅拌25s，得到预混料；
S2：向所得预混料中加入15份水，搅拌2min后得到预拌浆体，将氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙在剩余的6份水中搅拌溶解，得到碱性激发剂溶液；
S3：碱性激发剂冷却至10℃后，将其加入预拌浆体中搅拌3min，即得该中粗砂层加固用注浆材料。
对比例1
本对比例提供一种注浆材料，该注浆材料的原料在实施例1的基础上将氢氧化钙替换为等量的氢氧化钾，其他组分与实施例1保持一致，采用与实施例1相同的制备方法得到该注浆材料。
对比例2
本对比例提供一种注浆材料，该注浆材料的原料在实施例1的基础上将碳酸钠替换为等质量的二水石膏，其他组分与实施例1保持一致，采用与实施例1相同的制备方法得到该注浆材料。
对比例3
本对比例提供一种注浆材料，该注浆材料的原料在实施例1的基础上将氢氧化钙替换为等量的水玻璃，其他组分与实施例1保持一致，采用与实施例1相同的制备方法得到该注浆材料。
对比例4
本对比例提供一种注浆材料，其原料按质量份数计，包括矿渣微粉45份，水27份，减水剂0.27份，氢氧化钠0.875份、碳酸钠1.65份，氢氧化钙0.65份和甲酸钙0.75份；其中矿渣微粉为S95级，减水剂为西卡高效减水剂，氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙为工业纯，采用与实施例1相同的制备方法得到该注浆材料。
检测例
将实施例1～5及对比例1～4制备的注浆材料进行性能测试，粘度值参照GB/T22235-2008《液体粘度的测定》进行测试，采用数显旋转粘度计测定浆体粘度值。抗压强度参照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行测试。各注浆材料的性能检测结果如表1所示。
表1
根据表1中的数据可以看出，本发明实施例提供的中粗砂层加固用注浆材料，未出现沉降泌水，并且24h后的抗压强度与3h后的抗压强度之差≥14Mpa，早期强度高，初始粘度≤430mPa·s，并且初始流动度和30min后的流动度差值0.4～6.7s，早期流动性高，浆体扩散均匀，符合中粗砂层加固的施工过程特点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种中粗砂层加固用注浆材料，其特征在于，按重量份数计，所述注浆材料包括：矿渣微粉30～50份，水15～45份，减水剂0.2～0.4份和碱性激发剂1.7～4.5份，其中所述碱性激发剂为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙的混合物。
2.如权利要求1所述的中粗砂层加固用注浆材料，其特征在于，所述碱性激发剂中氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙的质量比为10～20：5～15：2～6：5～6。
3.如权利要求2所述的中粗砂层加固用注浆材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸盐减水剂。
4.如权利要求2所述的中粗砂层加固用注浆材料，其特征在于，所述矿渣微粉为S95级矿渣微粉或S105级矿渣微粉。
5.如权利要求2所述的中粗砂层加固用注浆材料，其特征在于，所述氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钙和甲酸钙为工业纯以上。
6.权利要求1～5任一项所述的中粗砂层加固用注浆材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：按配方量称取各原料，将矿渣微粉和减水剂预混15～30s，得到预混料；
S2：向所述预混料中加入60％～80％配方量的水，搅拌1min～3min后得到预拌浆体；将所述碱性激发剂中的各组分在剩余配方量的水中搅拌溶解，得到碱性激发剂溶液；
S3：待所述碱性激发剂溶液冷却至8～15℃后，加入所述预拌浆体中，搅拌2～5min后，即得所述中粗砂层加固用注浆材料。
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|---|---|---|---|---|
| KR20130087240A (ko) * | 2012-01-27 | 2013-08-06 | 주식회사 인트켐 | 고로슬래그 시멘트의 물성개선용 알칼리 자극제, 그 자극제를 이용한 고로슬래그 시멘트 및 그 제조방법 |
| CN103819113A (zh) * | 2014-01-15 | 2014-05-28 | 中南大学 | 一种用于制备矿渣早强注浆材料的复合激发剂、注浆材料及其制备方法 |
| CN111205060A (zh) * | 2020-01-13 | 2020-05-29 | 东南大学 | 一种工业废渣多元复合盾构隧道壁后注浆材料及其制备方法 |
| CN112592143A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种粘土-矿渣基港口抗震加固矿物注浆材料及制备方法 |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202111668012.8A patent/CN114349443A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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