一种赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂及赤泥粉煤灰注浆充填材料

摘要

本发明公开了一种赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂及赤泥粉煤灰注浆充填材料。本发明赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂，按重量百分数计，包括以下组分：萘系减水剂：25％～50％，引气剂：10％～25％，消泡剂：10％～20％，氧化石墨烯：10％～25％，葡萄糖酸钠：5％～15％。采用本发明赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂制备的赤泥粉煤灰注浆充填材料出机流动度可提高50％～90％，30min后的流动度可提高60％～120％，且无泌水出现。

说明书

技术领域

本发明涉及流变助剂技术领域，具体涉及的是一种赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂及赤泥粉煤灰注浆充填材料。

背景技术

矿山开采沉陷不仅对矿区的正常生产造成严重影响，而且带来一系列社会和环境问题，如地面塌陷，建筑物、道路、地面和地下水系破坏，农作物和森林植被损害等。近年来，随着我国经济的发展，用地越来越紧张，对采空区塌陷土地加以充分利用就显得十分必要。因此，很多工程项目都要面对采空区治理的问题。目前，采空区治理主要采用注浆充填工艺。

赤泥、粉煤灰在我国属于大宗工业废弃物，将其用作注浆充填材料可以大量消纳赤泥和粉煤灰，减少赤泥和粉煤灰堆场建设用地，达到节能、减排、环保的目标。然而，赤泥颗粒细小，比表面积较大，Na₂O含量高，以及具有类似泥土的层状结构，赤泥粉煤灰加水拌合后，浆体黏度较大，以及在管道输送过程中，赤泥粉煤灰会发生碱激发胶凝反应造成浆体流动度经时损失变大。因此，赤泥粉煤灰注浆充填材料往往存在浆体流动度较低，难以输送，堵管等问题。如果添加聚羧酸减水剂调整流动度，由于赤泥粉煤灰浆体属于较高碱性环境，聚羧酸减水剂分子羟基上的氢离子容易失去，更易于与钙离子形成络合，以及赤泥层状结构能够大量吸附聚羧酸减水剂分子，造成聚羧酸减水剂与赤泥粉煤灰体系相容性差，减水效果不明显，难以调整浆体流动度。虽然，加大用水量可提高浆体流动度，但易造成浆体严重泌水，硬化后浆体强度降低较明显。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种既可以保证浆体无泌水现象，又可以提高浆体流动度的赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂及采用该流变助剂制备的赤泥粉煤灰注浆充填材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂，按重量百分数计，包括以下组分：

萘系减水剂：25％～50％，

引气剂：10％～25％，

消泡剂：10％～20％，

氧化石墨烯：10％～25％，

葡萄糖酸钠：5％～15％。

作为优选方案，所述的赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂，按质量百分数计，包括以下组分：

萘系减水剂：32％～42％，

引气剂：15.5％～22.5％,

消泡剂：13％～18％，

氧化石墨烯：16％～20％，

葡萄糖酸钠：8％～12％。

作为进一步优选方案，所述的赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂，按质量百分数计，包括以下组分：

萘系减水剂：38％，

引气剂：18％，

消泡剂：16％，

氧化石墨烯：18％，

葡萄糖酸钠：10％。

进一步地，所述的赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂的密度为1160kg/m³～1240kg/m³。

进一步地，所述的萘系减水剂为粉剂萘系减水剂，引气剂为木质磺酸盐减水剂，消泡剂为高碳醇消泡剂，氧化石墨烯为工业级氧化石墨烯，葡萄糖酸钠为工业级葡萄糖酸钠。

将上述赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂用于制备赤泥粉煤灰注浆充填材料，以重量份计，该赤泥粉煤灰注浆充填材料包括以下组分：

赤泥：5～7.5份，

粉煤灰：3.5～5.25份，

脱硫石膏：0.5～0.75份，

水泥：1～1.5份

赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂：0.02～0.12份，

水：6～9.5份。

本发明各组分的作用如下：

萘系减水剂：萘系减水剂使用萘或萘的同系物为原料，经磺化与甲醛综合而成，其主要成分为芳香族磺酸盐类缩合物，属阴离子型表面活性剂。赤泥、粉煤灰加水拌合后，由于颗粒间的分子引力作用而产生许多絮状物，形成絮凝结构，在这种机构中，赤泥、粉煤灰颗粒周围包裹着很多拌合水，从而降低注浆材料的工作性。加入适量的萘系减水剂，由于其表面活性作用，致使憎水基端定向吸附于赤泥、粉煤灰颗粒表面，亲水端基指向水溶液，于是赤泥、粉煤灰颗粒表面均带上相同的电荷，加大了赤泥、粉煤灰颗粒间的静电斥力，导致颗粒互相分散，絮凝结构解体，包裹的游离水被释放出来，从而有效地增加了注浆材料的流动性。

引气剂：引气剂能在注浆材料中产生一定量的微小独立气泡，并使其均匀分布在浆体中，这些微小的独立气泡在注浆材料中起着滚珠轴承的作用，能使浆体的流动度大大提高。

消泡剂：消泡剂能使浆体中的一些较大的气泡和引气剂所引入的气泡分散成更加微小的独立气泡，引气剂和消泡剂复合使用，气泡更加均匀、微小、独立。

氧化石墨烯：氧化石墨烯具有二维蜂窝网状结构、超大比表面积以及含有羧基、羟基和环氧基导致其具有强亲水性。很容易在赤泥和粉煤灰表面形成一层稳定溶剂化水膜，阻止其颗粒间直接接触，并在颗粒间起到润滑作用。

葡萄糖酸钠：葡萄糖酸钠具有表面活性，能在赤泥粉煤灰颗粒的固液界面吸附，改变赤泥粉煤灰颗粒表面的亲水性，形成一层可抑制赤泥粉煤灰水化的缓凝剂膜层，与萘系减水剂复合使用，能延缓注浆材料的凝结时间，减少注浆材料流动度经时损失。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用萘系减水剂使赤泥粉煤灰表面带有相同电荷，从而赤泥粉煤灰颗粒分散；葡萄糖酸钠会吸附在氧化石墨烯网状结构中，二者会改变赤泥粉煤灰表面的亲水性，在其表面形成一层水膜，阻止赤泥吸附萘系减水剂分子，使萘系减水剂与赤泥粉煤灰体系有较好的相容性；消泡剂能够将引气剂引入的气泡分散成更加独立、微小、均匀的气泡。各组分复合而成的流变助剂，使赤泥粉煤灰注浆充填材料具有较大流动度和无泌水。

2、本发明采用外掺的方式将赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂加入到混合均匀的其它固体原材料中，工艺简单，操作方便。

3、本发明可使注浆材料的出机流动度提高50％～90％，30min流动度提高60％～120％，同时本发明也可以实现消纳工业废弃物和治理采空区的双重目的。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

表1为本发明实施例1～实施例5赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂中各原材料的组成，其中萘系减水剂为粉剂萘系减水剂，引气剂为木质磺酸盐引气剂，消泡剂为高碳醇消泡剂，氧化石墨烯为工业级氧化石墨烯，葡萄糖酸钠为工业级葡萄糖酸钠。

表1

实施例萘系减水剂/％引气剂/％消泡剂/％氧化石墨烯/％葡萄糖酸钠/％实施例12520202015实施例25015.514.5146实施例33617.515.51912实施例4401918158实施例53818161810

采用本发明实施例1～实施例5赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂制备的赤泥粉煤灰注浆充填材料。表2为赤泥粉煤灰注浆充填材料各原材料的组成。

表2

实施例赤泥/kg粉煤灰/kg脱硫石膏/kg水泥/kg流变助剂/kg水/kg实施例153.50.510.026实施例25.83.950.561.10.056.9实施例36.254.40.631.250.077.75实施例46.84.80.691.370.098.6实施例57.55.250.751.50.129.5

制备上述赤泥粉煤灰注浆充填材料的方法为：

1)将赤泥、粉煤灰、脱硫石膏和水泥按照比例加入搅拌机混合均匀，制得混合料a；

2)按照比例称取赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂并以外掺的方式与步骤1)制得的混合料a混合均匀，制得混合料b；

3)按照比例称取水并加入到步骤2)制得的混合料b，然后充分搅拌均匀，得到本发明赤泥粉煤灰注浆充填材料。

采用本发明实施例1～实施例5赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂制备的赤泥粉煤灰注浆充填材料的性能如表3所示，其中，对比例1～5分别对应本发明实施例1～5不加流变助剂的赤泥粉煤灰注浆充填材料。

由表3可以看出：采用本发明赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂制备的赤泥粉煤灰注浆充填材料具有良好的流动性能，且相比于不加本发明流变助剂的赤泥粉煤灰注浆充填材料的流动性能有较大提高，另外，采用本发明赤泥粉煤灰注浆充填材料流变助剂制备的赤泥粉煤灰注浆充填材料浆体无泌水现象出现。

表3

编号出机流动度/mm30min流动度/mm有/无泌水实施例1300280无实施例2320300无实施例3360345无实施例4380360无实施例5400380无对比例1200160有对比例2205165有对比例3210170有对比例4210165有对比例5210170有

上面对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。