一种矿用固废基注浆材料及其制备方法

本发明涉及矿用注浆材料和固体废弃物资源化利用，具体涉及为一种矿用固废基注浆材料及其制备方法。

背景技术：

1、矿山的涌水问题一直都制约着矿山的发展，涌水问题解决不好，增加矿山排水费用，降低矿山经济效益；还可能引发事故、灾害，造成生命、财产损失，并且严重影响生态环境，致使民井干涸、地面塌陷，形成公害，对矿区附近工业和民用建构筑物的安全构成威胁。

2、一般矿山治水工程中广泛应用帷幕注浆，帷幕注浆是指在具有合理孔距的钻孔中，注入浆液，使各孔中浆液相互搭接以形成一道类似帷幕的防渗墙，以此截断水流，从而达到防渗堵漏的目的，其中注浆材料有水泥浆材、化学浆材和高分子浆材。对于水泥基注浆材料相关研究，大多集中在水泥黏土注浆材料、水泥-水玻璃(硅酸钠)注浆材料、超细水泥注浆材料，以及一些绿色注浆材料等方面。采用碱激发的方式同时激发稻壳灰、粉煤灰、矿渣三种固废的活性，制备新型固废基碱激发注浆材料的相关研究较少。

3、随着国家对节能、环保、创新的日益重视和加强，研发多功能、快硬、早强、稳定、耐久的注浆材料也具有重要的理论研究意义和工程应用价值。因此，有必要开发一种低成本、少污染、性能优异的新型注浆材料代替水泥，以稻壳灰、粉煤灰、矿渣等固体废弃物为原料制备碱激发注浆材料，并对其性能进行研究，以满足工程实际要求。

技术实现思路

1、本发明的技术任务在于针对现有存在的技术不足，提供一种制备出流动性大、早期强度高、凝结时间短的矿用固废基注浆材料。

2、为实现上述目的，本发明提供一种矿用固废基注浆材料及其制备方法。

3、本发明采用的各固体原材料按重量份计，包括：稻壳灰10份、粉煤灰30～60份、矿渣30～60份、0.5～3mm的河沙20～50份；

4、稻壳灰的主要化学成分：cao含量为48.44、sio2含量为17.41、al2o3含量为4.27。

5、矿渣的主要化学成分：cao含量为42.77、sio2含量为29.42、al2o3含量为14.76。

6、粉煤灰的主要化学成分：sio2含量为62.02、al2o3含量为21.29、cao含量为6.07。

7、碱性激发剂包括：naoh和水玻璃na2o·nsio2，水玻璃模数为3.3；

8、优选的，所述稻壳灰为稻壳经过500～800℃煅烧3小时而成，后经破壁机进行研磨，成粉末状后过200目筛制得。

9、进一步优选的，所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰。

10、进一步优选的，所述矿渣为s95级优质碱性高活性矿渣。

11、本发明的制备方法包括以下步骤：

12、(1)先将称取好的naoh固体颗粒与水混合后搅拌1～2min，直至naoh固体颗粒全部溶于水中。

13、(2)将步骤(1)的溶液与按配比计算好的水玻璃溶液混合搅拌1～2min，直至溶液清澈，待碱激发溶液冷却至室温后留置备用。

14、(3)按配合比称取适量稻壳灰、粉煤灰、矿渣以及0.5～3mm河沙，并将其混合搅拌2～5min直至均匀。

15、(4)将步骤(2)的碱激发溶液分三次倒入步骤(3)中，便于碱溶液更好溶解，加入溶液后快速搅拌至其均匀，然后装模振捣、养护即得。

16、优选的，步骤(1)所述的naoh固体颗粒纯度为96。

17、优选的，步骤(2)所述的水玻璃模数为1.4～1.8。

18、优选的，步骤(4)所述的浆液用碱量浓度为4～8。

19、本发明的有益效果在于：

20、1、本发明以稻壳灰、矿渣、粉煤灰、0.5～3mm河沙、naoh、水玻璃等为原材料制备一种矿用固废基注浆材料，减少了固废对环境的污染以及最大限度提高了粉煤灰、矿渣、稻壳灰固体废弃物的再利用，并且能够显著降低注浆材料的制备成本，具有重要的经济价值。

21、2、本发明中的所有原材料较为容易获取，并且制备方法简单，实用性强、易于掌握，具有很好地使用价值的特点。

22、3、本发明采用河沙作为骨料，并且与稻壳灰、矿渣、粉煤灰之间相互配合，显著提高了注浆材料的密实度；在保障了流动性的基础上，可以有效的提高注浆材料的强度；并且硬化后材料结构密实、孔隙率低，进而提高了材料的抗渗性。

23、4、本发明中的胶凝材料矿渣、粉煤灰中含有大量的sio2和al2o3，通过碱性溶液对胶凝材料的激发发生化学反应生成钙矾石(aft)、水化硅铝酸钙凝胶(c-a-s-h)、水化硅铝酸钠凝胶(n-a-s-h)得以使其强度显著提高，并提高材料的凝结时间。

24、4、制备出一种流动度为230～300mm、凝结时时间为85～131min、3d抗压强度为18.2～28.7mpa、7d抗压强度为24.6～33.8mpa、28d抗压强度为31.7～39.6mpa的流动性好、凝结时间短、早期强度高的矿用注浆材料；同时具有易于泵送、抗裂效果好等优异性能；能够较大程度上满足矿山加固方面的应用，有效的提高了施工效率，为矿区边坡渗水涌水治理提供较为可靠的支撑，保障矿区工作人员及设备的安全生产条件，来实现铁矿的可持续发展。

25、说明书附图

26、图1为一种矿用固废基注浆材料抗压强度图。

27、图2为一种矿用固废基注浆材料凝结时间图。

28、图3为一种矿用固废基注浆材料流动度图。

技术特征：

1.一种矿用固废基注浆材料及其制备方法，其特点在于：由固体原料，水和碱性激发剂组成；固体原料按照重量份计为：稻壳灰10份、粉煤灰30～60份、矿渣30～60份、0.5～3mm的河沙20～50份、naoh颗粒4～8份，水玻璃模数1.6份，液态原材料为普通自来水。

2.根据权利要求1所述的矿用固废基注浆材料及其制备方法，其特征在于：所述稻壳灰为稻壳经过500～800℃煅烧3小时而成，后经破壁机进行研磨，成粉末状后过200目筛以下。

3.根据权利要求1所述的矿用固废基注浆材料及其制备方法，其特征在于：所述矿渣为s95级优质碱性高活性矿渣。

4.根据权利要求1所述的矿用固废基注浆材料及其制备方法，其特征在于：所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的矿用固废基注浆材料及其制备方法，其特征在于：注浆材料的性能为：流动性230～300mm，凝结时间为85～131min，3d抗压强度为18.2～28.7mpa，7d抗压强度为24.6～33.8mpa，28d抗压强度为31.7～39.6mpa。

6.根据权利要求1～4任意一项所述的矿用固废基注浆材料及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结一种矿用固废基注浆材料及其制备方法，属于矿用注浆材料和固体废弃物资源化利用技术领域。注浆材料按照重量份计为：稻壳灰10份、粉煤灰30～60份、矿渣30～60份、0.5～3mm的河沙20～50份、NaOH颗粒4～8份，水玻璃模数1.6份，将胶凝材料混合搅拌均匀，再倒入NaOH、水和水玻璃混合溶液，可制得注浆材料。本发明利用固废基材料减少了其对环境的污染以及最大限度提高了固体废弃物的再利用，并且采用河沙作为骨料，提高了注浆材料的密实度、强度以及抗渗性，最终制备出流动性好、凝结时间短、早期强度高的矿用注浆材料。该材料可应用到矿山的涌水领域，具有一定的实用意义。技术研发人员：孙琦,徐子洺受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11