超细抗离析注浆材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种超细抗离析注浆材料及其制备方法。由以下质量百分数的组分组成：P·O52.5水泥：76.56%～90.96%；42.5级低碱硫铝酸盐水泥：1.5%～6.8%；CA50铝酸盐水泥：0.51%～2.3%；脱硫石膏：0.26%～1.16%；硅灰：3.0%～6.0%；超细矿粉：3.0%～6.0%；萘系高效减水剂：0.6%～0.9%；含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.062%～0.094%。本发明的环保型超细抗离析注浆材料在使用时按照0.40～0.45的水胶比充分搅拌即可注浆。该浆体不沉淀、不离析、不泌水，可操作性好，1h流动度经时几乎无损失，后期强度高，具有自身微膨胀功能，耐久性好。

权利要求

1.一种超细抗离析注浆材料，其特征在于，由以下质量百分数的组分组成：P·O 52.5水泥：76.56％～90.96％；

42.5级低碱硫铝酸盐水泥：1.5％～6.8％；

CA 50铝酸盐水泥：0.51％～2.3％；

脱硫石膏：0.26％～1.16％；

硅灰：3.0％～6.0％；

超细矿粉：3.0％～6.0％；

萘系高效减水剂：0.6％～0.9％；

含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.062％～0.094％；

葡萄糖酸钠：0.02％～0.05％；

三聚磷酸钠：0.08％～0.12％；

羟丙基甲基纤维素醚：0.005％～0.009％；

碳酸氢钠：0.003％～0.007％。

2.根据权利要求1所述的注浆材料，其特征在于，由以下质量百分数的组分组成：P·O52.5水泥：76.56％；42.5级低碱硫铝酸盐水泥：6.8％；CA50铝酸盐水泥：2.3％；

脱硫石膏：1.16％；硅灰：6.0％；超细矿粉：6.0％；萘系高效减水剂：0.9％；含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.094％；葡萄糖酸钠：0.05％；三聚磷酸钠：0.12％；羟丙基甲基纤维素醚：0.009％；碳酸氢钠：0.007％。

3.根据权利要求1所述的注浆材料，其特征在于，由以下质量百分数的组分组成：P·O 52.5水泥：81.39％；42.5级低碱硫铝酸盐水泥：5.02％；CA 50铝酸盐水泥：

1.71％；脱硫石膏：0.85％；硅灰：5.0％；超细矿粉：5.0％；萘系高效减水剂：0.8％；含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.076％；葡萄糖酸钠：0.04％；三聚磷酸钠：0.1％；羟丙基甲基纤维素醚：0.008％；碳酸氢钠：0.006％。

4.根据权利要求1所述的注浆材料，其特征在于，由以下质量百分数的组分组成：P·O 52.5水泥：86.24％；42.5级低碱硫铝酸盐水泥：3.21％；CA 50铝酸盐水泥：

1.11％；脱硫石膏：0.54％；硅灰：4.0％；超细矿粉：4.0％；萘系高效减水剂：0.7％；含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.068％；葡萄糖酸钠：0.03％；三聚磷酸钠：0.09％；羟丙基甲基纤维素醚：0.007％；碳酸氢钠：0.005％。

5.根据权利要求1所述的注浆材料，其特征在于：由以下质量百分数的组分组成：P·O 52.5水泥：90.96％；42.5级低碱硫铝酸盐水泥：1.5％；CA 50铝酸盐水泥：

0.51％；脱硫石膏：0.26％；硅灰：3.0％；超细矿粉：3.0％；萘系高效减水剂：0.6％；含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.062％；葡萄糖酸钠：0.02％；三聚磷酸钠：0.08％；羟丙基甲基纤维素醚：0.005％；碳酸氢钠：0.003％。

6.根据权利要求1-5任一项所述的注浆材料，其特征在于：使用时按照质量比0.40～

0.45的水胶比充分搅拌即可注浆。

7.根据权利要求6所述的注浆材料，其特征在于：所述水胶比为0.4。

8.制备权利要求1-5任一项所述的注浆材料的方法，其特征在于：将所述组分按所述质量百分数在混料机中充分混合5min～10min即得。

说明书

超细抗离析注浆材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种注浆材料，特别是涉及一种用于压力注浆的环保型超细抗离析注浆材料。

背景技术

[0002] 传统煤矿井巷堵水、加固注浆材料大都选用水泥类浆材与水玻璃配合注浆，主要原因成本低、来源广泛，由于水泥水玻璃硬化后体积收缩产生裂隙，后期由于水泥水玻璃水化后产生化学钠离子反应，钠是直接破坏硬化水泥石的结构，所以便引起二次复出水的现象并污染地下水源。从70年代初，美国、日本已明令禁止使用水玻璃注浆，有机材料如聚稀酰胺、木质素注浆单性能材料解决注水十分困难，而且有机注浆材料耐久性差、有毒，会对环境造成污染，其成本也高。

[0003] 目前，我国无机注浆材料的生产使用单位很多，但都是采用水泥内掺注浆剂来使用的，其注浆剂的配方主要是减水剂、缓凝剂和超细矿物载体等。现场配制注浆材料过程中，超细矿物载体容易结团，很难搅拌均匀，达不到预期的效果，而且注浆材料浆体容易出现沉淀、离析、泌水等现象，不利于注浆作业的顺利进行；注浆浆体的流动性能难以满足注浆工艺的要求，表现为流动度经时损失大；为控制流动度损失，常常采用超掺缓凝组分来实现，这样又出现了注浆浆体超缓凝现象，起不到注浆的应有效果；由于水胶比大，浆体严重收缩，起不到注浆封堵的作用。

[0004] 因此，如果能获得一种既具有优越的施工性能，又具有良好的抗腐蚀性和耐久性，后期强度不到缩和自身微膨胀性的多功能、可调型的超细抗离析注浆材料，将为注浆行业提供可靠地质量保证。

发明内容

[0005] 本发明克服了传统注浆材料的缺点和不足，提供了一种环保、高性能的抗离析注浆材料。

[0006] 为达上述目的，本发明一种超细抗离析注浆材料，其特征在于，由以下质量百分数的组分组成：

[0007] P·O52.5水泥：76.56%～90.96%；

[0008] 42.5级低碱硫铝酸盐水泥：1.5%～6.8%；

[0009] CA50铝酸盐水泥：0.51%～2.3%；

[0010] 脱硫石膏：0.26%～1.16%；

[0011] 硅灰：3.0%～6.0%；

[0012] 超细矿粉：3.0%～6.0%；

[0013] 萘系高效减水剂：0.6%～0.9%；

[0014] 含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.062%～0.094%；

[0015] 葡萄糖酸钠：0.02%～0.05%；

[0016] 三聚磷酸钠：0.08%～0.12%；

[0017] 羟丙基甲基纤维素醚：0.005%～0.009%；

[0018] 碳酸氢钠：0.003%～0.007%。

[0019] 本发明的注浆材料，其中所述P·O52.5水泥、42.5级低碱硫铝酸盐水泥和CA50铝酸盐水泥均为常用的水泥种类，市场有售。所述的超细矿粉是钢铁厂的水淬矿渣经粉磨制得，主要成分：CaO、SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3等；为本领域现有产品，可通过购买得到，如可购自太原德龙超细矿粉有限公司、太钢矿粉公司和长钢矿粉公司等。所述的萘系高效减水剂，化学名称萘磺酸盐甲醛缩合物，对于水泥粒子有很强的分散作用，市场有售。

[0020] 所述的含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂为发明人自制产品，该产品已在专利号为ZL201110137780.0中公开。由苯酚、对氨基苯磺酸钠和甲醛以摩尔比为（1.1～1.5）:（0.9～1.2）:（3.5～3.7）和苯甲酸磺化单体缩合而成，苯甲酸磺化单体的用量为所述苯酚和对氨基苯磺酸钠质量之和的60%～80%。其中苯甲酸磺化单体是由苯甲酸、苯酚和浓硫酸以摩尔比（0.9～1.2）：（0.3～0.6）：（1.3～1.7）在130℃磺化2-3小时制得。缩合反应温度为83～87℃，pH值为8～11，反应时间为4-6小时，具体制备方法参见上述专利。

[0021] 进一步地，本发明的注浆材料，其中优选由以下质量百分数的组分组成：

[0022] P·O52.5水泥：76.56%；42.5级低碱硫铝酸盐水泥：6.8%；CA50铝酸盐水泥：2.3%；脱硫石膏：1.16%；硅灰：6.0%；超细矿粉：6.0%；萘系高效减水剂：0.9%；含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.094%；葡萄糖酸钠：0.05%；

[0023] 三聚磷酸钠：0.12%；羟丙基甲基纤维素醚：0.009%；碳酸氢钠：0.007%。

[0024] 本发明的注浆材料，其中优选由以下质量百分数的组分组成：

[0025] P·O52.5水泥：81.39%；42.5级低碱硫铝酸盐水泥：5.02%；CA50铝酸盐水泥：1.71%；脱硫石膏：0.85%；硅灰：5.0%；超细矿粉：5.0%；萘系高效减水剂：0.8%；含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.076%；葡萄糖酸钠：0.04%；三聚磷酸钠：0.1%；羟丙基甲基纤维素醚：0.008%；碳酸氢钠：0.006%。

[0026] 本发明的注浆材料，其中优选由以下质量百分数的组分组成：

[0027] P·O52.5水泥：86.24%；42.5级低碱硫铝酸盐水泥：3.21%；CA50铝酸盐水泥：1.11%；脱硫石膏：0.54%；硅灰：4.0%；超细矿粉：4.0%；萘系高效减水剂：0.7%；含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.068%；葡萄糖酸钠：0.03%；

[0028] 三聚磷酸钠：0.09%；羟丙基甲基纤维素醚：0.007%；碳酸氢钠：0.005%。

[0029] 本发明的注浆材料，其中优选由以下质量百分数的组分组成：

[0030] P·O52.5水泥：90.96%；42.5级低碱硫铝酸盐水泥：1.5%；CA50铝酸盐水泥：0.51%；脱硫石膏：0.26%；硅灰：3.0%；超细矿粉：3.0%；萘系高效减水剂：0.6%；含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.062%；葡萄糖酸钠：0.02%；三聚磷酸钠：0.08%；羟丙基甲基纤维素醚：0.005%；碳酸氢钠：0.003%。

[0031] 本发明的注浆材料，使用时按照质量比0.40～0.45的水胶比充分搅拌即可注浆。水胶比即水与本发明注浆材料的质量比，优选0.40。

[0032] 本发明的注浆材料，含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂分子中引入了羧基，改善了分子结构（引入支链），改善了浆体的流动度和流动度保持性，以及与萘系高效减水剂的复合超叠加效应。

[0033] 所述三聚磷酸钠和葡萄糖酸钠复合使用对提高浆体的流动度及改善流动度经时损失起到了复合超叠加效应。

[0034] 硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥和脱硫石膏复合体系提供了注浆材料的膨胀源，起到了自身微膨胀作用和增强作用。

[0035] 所述羟丙基甲基纤维素起保水增稠抗离析作用，黏度为8000～12000MPa·S。

[0036] 所述碳酸氢钠作为缓冲剂在提高浆体的流动度及改善流动度经时损失过程中起到了协同效应。

[0037] 本发明还涉及制备上述注浆材料的方法，将上述组分按上述质量百分数在带飞刀的混料机中充分混合5min～10min即得。

[0038] 本发明的环保型超细抗离析注浆材料为无机复合环保型粉体制剂，具有生产简单、无毒无污染；其性能稳定，可操作性好，流动度经时损失小，具有防沉淀、抗离析、不泌水、渗透性好、凝结时间可调可控等优点。用该超细抗离析注浆材料替代水泥类浆材配合水玻璃注浆和化学注浆，解决了注浆材料本身对环境的污染；用脱硫石膏代替了天然二水石膏，既保护了不可再生自然资源，又解决了工业脱硫石膏随意丢弃污染环境的问题。该注浆材料还具有良好的抗腐蚀性和耐久性，后期强度不到缩，具有自身微膨胀功能，弥补了传统注浆材料的缺点和不足。经实践证明，本发明的环保型超细抗离析注浆材料在使用时按照0.40～0.45的水胶比充分搅拌即可注浆。该浆体不沉淀、不离析、不泌水，可操作性好，1h流动度经时几乎无损失，后期强度高，具有自身微膨胀功能，耐久性好。

具体实施方式

[0039] 以下结合实施例和试验数据，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

[0040] 实施例1

[0041] P·O52.5水泥：76.56kg；42.5级低碱硫铝酸盐水泥：6.8kg；CA50铝酸盐水泥：2.3kg；脱硫石膏：1.16kg；硅灰：6.0kg；超细矿粉：6.0kg；萘系高效减水剂：0.9kg；含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.094kg；葡萄糖酸钠：0.05kg；

[0042] 三聚磷酸钠：0.12kg；羟丙基甲基纤维素醚：0.009kg；碳酸氢钠：0.007kg。

[0043] 将上述组分在带飞刀的混料机中充分混合5min～10min即得。

[0044] 实施例2

[0045] P·O52.5水泥：81.39kg；42.5级低碱硫铝酸盐水泥：5.02kg；CA50铝酸盐水泥：1.71kg；脱硫石膏：0.85kg；硅灰：5.0kg；超细矿粉：5.0kg；萘系高效减水剂：0.8kg；含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.076kg；葡萄糖酸钠：0.04kg；三聚磷酸钠：0.1kg；羟丙基甲基纤维素醚：0.008kg；碳酸氢钠：0.006kg。

[0046] 将上述组分在带飞刀的混料机中充分混合5min～10min即得。

[0047] 实施例3

[0048] P·O52.5水泥：86.24kg；42.5级低碱硫铝酸盐水泥：3.21kg；CA50铝酸盐水泥：1.11kg；脱硫石膏：0.54kg；硅灰：4.0kg；超细矿粉：4.0kg；萘系高效减水剂：0.7kg；含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.068kg；葡萄糖酸钠：0.03kg；三聚磷酸钠：0.09kg；羟丙基甲基纤维素醚：0.007kg；碳酸氢钠：0.005kg。

[0049] 将上述组分在带飞刀的混料机中充分混合5min～10min即得。

[0050] 实施例4

[0051] P·O52.5水泥：90.96kg；42.5级低碱硫铝酸盐水泥：1.5kg；CA50铝酸盐水泥：0.51kg；脱硫石膏：0.26kg；硅灰：3.0kg；超细矿粉：3.0kg；萘系高效减水剂：0.6kg；含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂：0.062kg；葡萄糖酸钠：0.02kg；

[0052] 三聚磷酸钠：0.08kg；羟丙基甲基纤维素醚：0.005kg；碳酸氢钠：0.003kg。

[0053] 将上述组分在带飞刀的混料机中充分混合5min～10min即得。

[0054] 试验例

[0055] 将上述实施例得到的注浆材料，按照0.40的水胶比注浆，测试依据及测试结果如表1所示。

[0056] 传统注浆材料的制备方法：采用膨胀剂、减水剂与缓凝剂等添加剂与矿物掺合料（如粉煤灰）混合制成注浆剂，内掺10%到P·O52.5水泥中，按照0.4的水胶比搅拌而成。其缺点是膨胀剂细度不够，影响强度，膨胀剂掺量小达不到微膨胀效果；缺少超细粉料来填充细微裂缝，而且质量不稳定，后期强度低；流动度经时损失大，有泌水，沉淀现象，影响注浆质量。测试结果如表1所示。

[0057] 表1实施例得到的注浆材料检验结果

[0058]

[0059]

[0060] 从凝结时间来看，传统注浆材料的凝结时间较长，而且很难调节，不利于施工质量；从浆体稠度可以看出，传统注浆材料的稠度偏小，而且经时损失较大，泌水率也比本发明大得多，不利于压力注浆的有效实施；而且传统的注浆材料没有微膨胀功效，对工程质量有隐患；传统注浆材料强度明显低于本发明。本发明中硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥和脱硫石膏复合体系提供了注浆材料的膨胀源，起到了自身微膨胀作用和增强作用，而且有效改善了浆体的稠度。硅灰和超细矿粉的引入能有效填充细微裂缝，再加上多种助剂的复合叠加效应，使本发明表现出优越的性能，更加便于工程使用。

[0061] 对比例

[0062] 本发明注浆材料各组分及其质量百分数均是发明人长期无数次试验研究得到，其中42.5级低碱硫铝酸盐水泥、CA50铝酸盐水泥和脱硫石膏这三个组分主要起补偿收缩、增强和改善注浆料的综合性能，不添加不能实现硬化浆体的微膨胀效果，对比试验如对比例1，对比例1的制备方法同实施例2，不同之处在于没有添加上述组分。

[0063] 含羧酸基团的氨基磺酸盐系减水剂分子中引入了羧基，改善了分子结构（引入支链），改善了浆体的流动度和流动度保持性，以及与萘系高效减水剂的复合超叠加效应。对比例2的制备方法同实施例2，不同之处在于没有添加上述两种减水剂。

[0064] 三聚磷酸钠和葡萄糖酸钠复合使用对提高浆体的流动度及改善流动度经时损失起到了复合超叠加效应。对比例3的制备方法同实施例2，不同之处在于没有添加三聚磷酸钠和葡萄糖酸钠。

[0065] 羟丙基甲基纤维素起保水增稠抗离析作用。对比例4的制备方法同实施例2，不同之处在于没有添加羟丙基甲基纤维素。

[0066] 碳酸氢钠作为缓冲剂在提高浆体的流动度及改善流动度经时损失过程中起到了协同效应。对比例5的制备方法同实施例2，不同之处在于没有添加碳酸氢钠。

[0067] 上述对比例得到的注浆材料检验结果如表2所示。

[0068] 表2对比例得到的注浆材料检验结果

[0069]