[发明专利]一种水泥固硫灰采空区注浆充填材料及制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种水泥固硫灰采空区注浆充填材料及制备方法与应用，属于道路工程材料技术领域。本发明水泥固硫灰采空区注浆充填材料按以下质量份组成：水泥5～15份、固硫灰85～95份、降粘剂1～3份、速凝剂0.1～0.3份、膨胀调整剂2～7份，水75～90份。本发明还可实现注浆充填材料的流动性、凝结时间、强度、胀缩性可调可控，满足不同采空区工程的技术要求，性能大幅优于传统注浆充填材料。另外，本发明固废固硫灰掺量达到85％以上，成本低于50元/m³，较传统水泥粉煤灰注浆充填材料降低成本50％以上，而且每方可消纳固废固硫灰600kg，社会经济效益显著。可用于公路、铁路下伏采空区充填，操作简便，易于实施。

技术领域

本发明属于道路工程材料技术领域，具体涉及一种水泥固硫灰采空区注浆充填材料及制备方法与应用。

背景技术

我国地质矿产资源丰富，位于地下的矿产资源被开采后形成的采空区对公路、铁路等建筑物安全使用会产生很大的威胁。目前公路路基下伏采空区的治理主要采用注浆法处治，基于采空区注浆工程的特征，所选择的注浆材料必须经济合理、性能良好。在山西、宁夏、陕西等资源大省，公路下伏采空区体量相当大，通常使用水泥粉煤灰为主要的采空区注浆充填材料，但是由于水泥粉煤灰注浆液具有低水泥用量、高水灰比等特点，因此存在较大的收缩及泌水问题；同时，注浆处治对象又具有连续性强、空间大等特点，很容易出现收缩的累积从而造成脱空等问题，影响了采空区注浆充填质量；另外，注浆充填材料对粉煤灰品质要求较高，而优质粉煤灰的不易得、价格高，导致采空区注浆处治成本较高。

循环流化床燃煤技术是一种新型的洁净煤燃烧技术，在火力发电领域得到迅速发展，但因其利用低热值劣质煤燃烧，与普通燃煤技术相比，同等燃煤量下其所排放的固体废弃物固硫灰渣数量约高50％，我国每年固硫灰渣的排放量高达2.0亿左右，其中，锅炉烟道除尘收集的固硫灰占固硫灰渣总量的50％，年排放量为1亿吨左右。但由于固硫灰疏松多孔导致、需水性强，用于水泥混凝土时易导致混凝土需水量增大、体积稳定性较差，难以如普通粉煤灰一样在水泥混凝土领域规模化应用，导致我国固硫灰利用率不足10％，多以填埋方式处理，既占用土地又污染环境，固亟需开发固硫灰资源化利用技术。

发明内容

针对传统水泥粉煤灰注浆充填材料的技术缺陷问题，以及现有固硫灰在注浆充填材料的研究的空白，本发明提供了一种水泥固硫灰采空区注浆充填材料及制备方法与应用。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种水泥固硫灰采空区注浆充填材料，包括以下质量份数的物质：水泥5～15份、固硫灰85～95份、降粘剂1～3份、速凝剂0.1～0.3份、膨胀调整剂2～7份，水75～90份。

所述降粘剂由以下质量份原材料合成而得：聚醚丙烯酸75～79份、丙烯酸异辛酯1～5份、丙烯酸甲酯2～6份、对苯乙烯磺酸钠2～6份、巯基丙酸1～3份、马来酸酐1～4份、硫代硫酸钠7～11份。

具体地，在水泥与CFB飞灰的用量一定的情况下，水泥固硫灰采空区注浆充填材料的强度主要受水的加入量影响，加水量越低，强度越高。加入降粘剂可起到保证注浆充填材料其他性能不变，降低用水量的作用。

所述膨胀调整剂为电石渣、脱硫石膏、磷石膏、高岭土、煤矸石粉中的一种或多种任意比例的混合物。固硫灰中含有一定的火山灰活性成分与少量膨胀成分，主要为石膏和游离氧化钙，游离氧化钙、石膏可与固硫灰中活性硅铝质材料在水泥水化提供的碱性环境下反应生成针棒状钙矾石晶体(水化硫铝酸钙)，钙矾石的形成伴随着体积的膨胀，但是固硫灰中的活性成分，需要激发才能发挥形成强度，而且固硫灰本身膨胀因子含量不稳定，导致产生的膨胀时大时小，不利于注浆质量的控制，因此需额外引入活性激发成分进行强度调控，以及膨胀调控成分进行膨胀调控。