一种无机固化灌浆材料制作方法

刘文永, 孙恒虎, 黄玉诚, 杨宝贵

1999年3月3日

1997年8月21日

1997年8月21日

北京市高水矿山工程与材料研究所

C04B28/04GK1209422SQ97115229

灌浆 固化 无机 材料

1．一种无机固化灌浆材料，其特征在于用石灰石、铝矾土、石膏或氟石膏或两种石膏按任意比例的混合物和萤石配料磨细后，经过1200～1450℃高温煅烧制成熟料后，再加入无水石膏或经脱硫处理的磷石膏或两种石膏按任意比例的混合物、石灰、碱、钠盐、碳酸盐、草酸钙、磷酸钠和糖钙，磨细混合均匀后制成固化灌浆材料2．按照权利要求1所述的无机固化灌浆材料，其特征在于所加入的石膏或氟石膏以硫酸钙计，其含量为总量的20％～30％；所加入的石灰石以碳酸钙计，其含量为总量的35％～45％；所加入的铝矾土的化合物为氧化铝，其含量为25％～45％，所加入萤石的化合物为氟化钙，其含量为1％～8％3．按照权利要求1所述的无机固化灌浆材料，其特征在于所加入的无水石膏或经脱硫处理的磷石膏或两种石膏按任意比例的混合物以硫酸钙计，其含量占总量的30％～45％，石灰以氧化钙计，其含量占总量的5％～15％，所加入的碱为碳酸钠，其含量为0.5％～3％，所加入的钠盐为氯化钠，其含量为总量的0.8％～5％所加入的碳酸盐为碳酸锂，其含量为总量的0.01％～0.5％，加入草酸钙的含量为总量的1％～5％；磷酸钠的含量为总量的0.1％～5％，糖钙的含量为总量的1％～3％4．按照权利要求1、2、3所述的无机固化灌浆材料，其特征在于配料后将其磨细成粉剂，其比表面积达到350平方米/公斤以上5．按照权利要求1、2、3、4所述的无机固化灌浆材料，其特征在于该灌浆材料在施工现场加水后制成重量浓度为30％～80％的浆液，水灰比为1～10∶1，用柱塞泵加压将浆液灌入钻孔和岩体中，浆液被灌注入裂隙后全部固化为结石体

本发明涉及一种以无机材料铝矾土、石膏、石灰石为主要原料，再加入促凝剂、缓凝剂、分散剂、悬浮剂经煅烧，磨细，混合均匀后制成的一种用于地基加固、地下工程的防渗堵水的无机固化灌浆材料制成的产品为固体粉料，使用时加水搅拌制成低浓度浆液，用柱塞泵将浆液灌注进岩体中，在裂隙中浆液迅速凝结固化形成稳定的具有一定强度的连续的结石体，达到地下岩体工程的堵水和加固效果常用的灌浆材料分为化学灌浆剂和水泥灌浆剂两类，化学灌浆剂主要包括硅酸盐(水玻璃)类，丙烯胺类，木质素类，环氧树脂类，聚胺脂类，甲基丙烯酸类和脲醛树脂类化学灌浆的特点是(1)灌浆液的粘度低，输送容易(2)浆液属牛顿体，可灌注微细裂隙(3)稀释的浆液在裂隙中全部固化但是化学灌浆存在明显的缺点(1)化学灌浆剂价格高，和水泥灌浆比，成本很高(2)用于灌浆的化学材料都具有不同程度的毒性，操作复杂，污染环境，限制了化学灌浆的应用(3)化学浆液凝固后容易脱水干缩，影响灌注效果和耐久性目前国内外主要进行无毒性化学灌浆材料的研究，如美国研制的AC-400化学灌浆液，其功能与AM-9(丙凝)相似，但毒性却小得多，我国也研制成功了一种性能近似的称为AC-MS的化学灌浆液水泥灌浆主要以水泥为基料或添加粘土、膨润土、粉煤灰等加水制成浆液，通过泵压灌注到裂隙中，饱和的水泥浆液经脱水、沉积后充满裂隙，达到固结、防渗的目的作为建筑用胶结材料的水泥，其水化反应所需的水量很小，约为水泥重量的四分之一在实际灌浆施工过程中，为了使浆液具有较小的粘度，具有很好的流动性和渗透性，制浆时，水与水泥的重量比(水灰比，常用W/C表示)一般为0.5～10，浆液被灌注到裂隙中后，大量的水成为多余的了，需要将其排出通过调整灌浆压力和重复灌浆使水泥颗粒沉积、凝结由于这一排水过程在地下进行，迄今为止，对其排水机理尚未有统一的解释，加之地质条件千差万别，排水效果很难控制，为此，常采用添加其它化学材料如硅酸钠、氨基磺酸苯酚-甲醛等，或与化学灌浆方法组合应用，以改善灌注效果此外，水泥的粒度对灌注效果也有很大影响，普通硅酸盐水泥的粒径一般为40um～60um，难以灌入0.2mm宽度以下的裂隙中国专利(申请号)94119344,88106889,94111334,93108182,92106672,87105255,87102853,87101523,87107196,86104918等都是用有机化工产品为原料的化学灌浆材料90100313,92108581,94106393,93109557等专利是以普通波特兰水泥或高铝水泥为胶结材料，再加入水玻璃或氨基磺酸苯酚-甲醛等用以调节稠度和流动性93103992专利公开了一种无水泥注浆材料，其主要原料为粉煤灰，粘土，石灰和硅酸钠等，所形成的结石体没有强度，不能加固岩体，在地下渗流较大的场合，大部分浆体随着水流而流失，也难以达到注浆目的中国专利ZL901031410‘高水固化材料及其使用方法’，由高铝类的特种水泥熟料粉料加少量缓凝剂配制成甲料，由石膏、石灰、膨润土和碳酸钙粉料加少量速凝剂配制成乙料，使用时，甲料与乙料按1∶1比例加水制成料浆用于矿山充填当将甲料和乙料两种材料混合成一种材料时，加水制成的料浆不能凝固当甲料和乙料的比例不是1∶1时，对加水混合的凝结效果也有很大的影响，其凝结体的强度降低本发明的目的是提供一种新型灌浆剂，这种灌浆剂主要由无机材料组成，加水后制成一种灌浆液，可以低浓度灌注，在裂隙中，浆液全部固化凝结，其凝固时间可根据不同的条件加以调整，进而可以解决水泥灌浆沉积凝结效果差、化学灌浆液态运输困难、药剂有毒、成本高等问题本发明提供一种新型无机固化灌浆材料的生产分两步制成，先采用的无机材料是石膏或工业废料氟石膏、石灰石、铝矾土和萤石，配料磨细后，在1200～1450℃的温度下锻烧制成熟料，然后在熟料中再加入无水石膏或磷石膏、石灰、碱、钠盐、碳酸盐、草酸钙、磷酸钠和糖钙，磨细到比表面积350m2/kg以上其组成原料的质量要求是石膏的三氧化硫含量大于40％，铝矾土的氧化铝含量大于60％，石灰石的氧化钙含量大于48％其中的碱是碳酸钠或氢氧化锂，纯度大于98％，钠盐是氯化钠，碳酸盐是碳酸锂本发明提供的无机固化灌浆材料，在于制备熟料的重量组成是石膏或工业废料氟石膏为20％～30％，石灰石为35％～45％，铝矾土为28％～45％，氟化钙为1％～8％按上述的配比配料后，混合均匀进球磨机磨细成粉料，在旋窑中经1200～1450℃的温度下锻烧制成熟料在其中加入的无水硫酸钙为总量的30％～45％，其来源为硬石膏或经脱硫处理的磷石膏，石灰为总量的5％～15％，碳酸钠为0.5％～3％，氯化钠为0.8％～5％，碳酸锂为0.01％～0.5％，草酸钙为0.01％～0.5％，磷酸钠0.1～5％，糖钙为1％～3％，混合均匀后进球磨机中磨细到比表面积为350m2/kg以上本发明所提供的固化灌浆材料是一种粉状固体物料，以水为稀释剂，在施工现场加水后制成浆液，通过柱塞泵将浆液灌注进地下岩体的裂隙中与有机灌浆剂比较，便于运输储存、无毒无害、施工方便、成本低廉在浆液中，可以加入粉煤灰、尾砂等工业固体废料，其水灰比为1～10∶1，所形成的固化体单轴抗压强度为2 5～35MPa，与水泥灌浆比较，浆液浓度调节范围宽、灌注效率高，并实现了用无机材料固化灌注本发明以下列实例加以说明例一用石膏25％；石灰石35％；铝矾土35％；莹石5％，配料磨细后在1300℃温度下锻烧制成熟料，其重量占总量的60％，再加入无水石膏30％，石灰5％，碳酸钠1％，氯化钠1.5％，碳酸锂0.1％，草酸钙0.3％，磷酸钠1％，糖钙1.1％，混合磨细到通过200目筛以下的粉料，其比表面积达到350m2/kg，制备固化灌浆材料50公斤，加水130公斤，其水灰比为2.6，搅拌均匀制成浆液，灌入模具，初凝20分钟，终凝40分钟，24小时抗压强度1.5MPa，三天抗压强度3.5MPa，七天抗压强度5.5MPa以上浆液粘度低，流动性好，灌注容易例二用氟石膏30％；石灰石40％；铝矾土28％；莹石2％，在1300℃温度下锻烧后，其熟料重量是总量的45％，再加入经脱硫后的磷石膏与硬石膏按1∶1的比例混合占总量的34％，石灰15％，碳酸钠1％，氯化钠2％，碳酸锂0.1％，草酸钙0.3％，磷酸钠1.5％，糖钙1.2％，混合磨细到200目以下，其比表面积达到350m2/kg，制备固化灌浆材料50公斤，加水400公斤，再加入细沙或粉煤灰或尾砂750公斤，混合均匀制成浓度为66％的砂浆，其水灰比为8∶1，浆液具有很好的流动性和灌注性，适用于粗裂隙的破碎岩层，初凝30分钟，终凝2小时，其抗压强度24小时0.6MPa，三天为3.5MPa，七天为6.5MPa以上例三用石膏25％；石灰石35％；铝矾土35％，莹石5％，配料磨细后在1300℃温度下锻烧制成熟料，再按下表配制成灌浆材料，按固化材料与水的重量比1∶2.6加水搅拌制成灌浆液，测得初凝、终凝时间和单轴抗压强度如下 从表中的结果可以看出，在水灰比为1∶2.6时，灌浆液浓度为28％左右，其浓度低、流动性好、容易输送和灌注，而且其结石体的强度达到4Mpa以上例四当需要较高的结石体强度时，按例一的配料和比例制备灌浆材料50公斤，然后加水50公斤，搅拌均匀制成灌浆液，其水灰比为1∶1，这是水泥灌浆常用的比例，其浆液仍具有很好的的流动性，将灌浆液灌注到试模中，制成试样并测定其抗压强度如下1小时5Mpa,12小时15Mpa以上，3天达到35Mpa以上