鄒友平，張華興，張剛艷，崔 鋒

(1.煤炭科學(xué)研究總院開(kāi)采設(shè)計(jì)研究分院，北京100013;2.天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京100013)

粉煤灰水泥注漿材料主要性能試驗(yàn)研究

鄒友平1，2，張華興1，2，張剛艷2，崔 鋒2

(1.煤炭科學(xué)研究總院開(kāi)采設(shè)計(jì)研究分院，北京100013;2.天地科技股份有限公司開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京100013)

粉煤灰水泥注漿材料在采空區(qū)治理方面應(yīng)用廣泛，其主要性能直接關(guān)系到注漿充填實(shí)施和效果。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，探討了不同水固比、固相比、水玻璃摻量與漿液黏度、漿液初凝時(shí)間、漿液結(jié)石率、漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度之間的相互關(guān)系。試驗(yàn)表明，水固比1∶1.2～1∶1.5、固相比3∶7、水玻璃占水泥含量2%或3%情況下，注漿體凝結(jié)后，結(jié)石率均在75%以上，7d單軸抗壓強(qiáng)度均在2MPa以上，滿足工程需要。

粉煤灰;注漿材料;黏度;結(jié)石率;凝結(jié)時(shí)間;抗壓強(qiáng)度

目前注漿技術(shù)在煤礦采空區(qū)處理、礦井防治水、路基處理等工程中得到了廣泛應(yīng)用［1－4］。注漿材料作為注漿技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其性能好壞直接影響工程的質(zhì)量，因此，研究具有良好工作性能的注漿材料有著重要的意義。水泥粉煤灰漿液較單液水泥漿成本低、流動(dòng)性及穩(wěn)定性較好、結(jié)石率高，適合于充填注漿。有必要對(duì)粉煤灰水泥注漿材料主要性能進(jìn)行較為深入的試驗(yàn)研究［5］。

1 試驗(yàn)原料和方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)用PC32.5復(fù)合硅酸鹽水泥，粉煤灰為當(dāng)?shù)仉姀S提供。水玻璃為一般市場(chǎng)銷售產(chǎn)品，液態(tài)，模數(shù)為3.2，質(zhì)量濃度為40°Be'。依據(jù)GB/T1596－2005(用于水泥和混凝土中的粉煤灰)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)粉煤灰性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 漿液配比設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用不同的水固比 (水與固體質(zhì)量之比)、固相質(zhì)量比 (水泥與粉煤灰質(zhì)量比)及不同百分比的水玻璃摻量 (水玻璃占水泥質(zhì)量的百分比)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表1 粉煤灰性能指標(biāo)測(cè)試

表2 漿液配比設(shè)計(jì)

1.3 試驗(yàn)內(nèi)容及方案

試驗(yàn)內(nèi)容主要是測(cè)試不同配比漿液形成注漿體的密度、黏度、初凝時(shí)間、結(jié)石率 (硬化體體積與漿液體積之比)、抗壓強(qiáng)度。試件成型是按上述設(shè)計(jì)水固比，將漿液制成 70.7mm×70.7mm× 70.7mm的試塊，待凝膠后，拆模，放在恒溫20± 5℃的水中養(yǎng)護(hù)，然后使用壓力試驗(yàn)機(jī)分別測(cè)其3d，7d的抗壓強(qiáng)度，每組3個(gè)試塊，取其平均值。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)上述試驗(yàn)設(shè)計(jì)，針對(duì)不同配方的粉煤灰水泥漿液性能進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。由于注漿現(xiàn)場(chǎng)工期要求比較緊，僅測(cè)試了試件的3d，7d的抗壓強(qiáng)度。

2.1 漿液黏度

表3 不同配比粉煤灰水泥漿液性能試驗(yàn)表

漿液黏度是指漿液流動(dòng)時(shí)，漿液內(nèi)部所產(chǎn)生的阻礙運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦力。漿液黏度的大小直接影響漿液的擴(kuò)散半徑、沉降速率，同時(shí)決定著注漿壓力、流量等參數(shù)。因此，對(duì)于大摻量粉煤灰注漿材料，黏度是重要控制指標(biāo)之一。

從表3和圖1可知，在同一固相比、同一水玻璃摻量的條件下，水固比減小，漿液黏度增大;在同一水固比、同一固相比的條件下，隨著水玻璃摻量的增大，漿液黏度增大。

圖1 黏度與水固比及水玻璃摻量的關(guān)系

2.2 漿液初凝時(shí)間

漿液凝結(jié)時(shí)間既要滿足注漿作業(yè)要求，又要盡快結(jié)成具有一定強(qiáng)度的結(jié)石體。分析表3和圖2可知，在同一固相比、同一水玻璃摻量的條件下，水固比減小，漿液初凝時(shí)間縮短;在同一水固比、同一固相比的條件下，隨著水玻璃摻量的增大，漿液初凝時(shí)間縮短。

圖2 初凝時(shí)間與水固比及水玻璃摻量的關(guān)系

2.3 漿液結(jié)石率

漿液結(jié)石率的大小，關(guān)系到注漿充填效果［6］，結(jié)石率越高，穩(wěn)定性越好，越有利于注漿充填。分析表3和圖3可知，在同一固相比、同一水玻璃摻量的條件下，水固比減小，漿液結(jié)石率明顯增大，從而說(shuō)明漿液結(jié)石率與水固比關(guān)系較大;在同一水固比、同一固相比的條件下，隨著水玻璃摻量的增大，漿液結(jié)石率增大。

圖3 結(jié)石率與水固比及水玻璃摻量的關(guān)系

2.4 漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度

粉煤灰水泥漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度參數(shù)是注漿材料的主要技術(shù)指標(biāo)，分析表3和圖4可知，在同一固相比、同一水玻璃摻量的條件下，水固比減小，漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度增大;在同一水固比、同一固相比的條件下，隨著水玻璃摻量的增大，漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度亦增大;水固比、固相比、水玻璃摻量都相同的情況下，漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度即隨著齡期的增長(zhǎng)而增加。盡管大摻量粉煤灰水泥漿液早期強(qiáng)度較低，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較大。

圖4 結(jié)石體抗壓強(qiáng)度與水固比及水玻璃摻量的關(guān)系

3 結(jié)論

(1)在同一固相比、同一水玻璃摻量的條件下，水固比減小，漿液黏度增大，漿液初凝時(shí)間縮短，漿液結(jié)石率明顯增大，漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度亦增大。

(2)在同一水固比、同一固相比的條件下，隨著水玻璃摻量的增大，漿液黏度增大。漿液初凝時(shí)間縮短。漿液結(jié)石率增大，漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度亦增大。

(3)通過(guò)對(duì)粉煤灰水泥漿液主要參數(shù)相互關(guān)系的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于煤礦采空區(qū)治理，粉煤灰水泥注漿材料最佳水固比為1∶1.2～1∶1.5，水玻璃摻量為水泥質(zhì)量的2%～3%，完全能夠滿足采空區(qū)注漿的要求。

［1］童立元，潘 石，邱 鈺，等.大摻量粉煤灰注漿充填材料試驗(yàn)研究［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，32(4):643－647.

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［3］張義順，何小芳，朱伶俐，等.水泥－粉煤灰注漿材料的研發(fā)與應(yīng)用［J］.河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29(5):674－679.

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［6］王新剛，劉文永.一種新型注漿材料性能的研究［J］.金屬礦山，2006(5):11－13.

［責(zé)任編輯:王興庫(kù)］

Main Properties Test of Flyash-cement Grout Material

ZOU You-ping1，2，ZHANG Hua-xing1，2，ZHANG Gang-yan2，CUI Feng2

(1.Coal Mining＆Designing Branch，China Coal Research Institute，Beijing 100013，China; 2.Coal Mining＆Designing Department，Tiandi Science＆Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China)

Application of flyash-cement grout material in gob treatment is wide.Its main properties are related to grout stowing effect.Applying laboratory test，this paper discussed the relationship of different water-solid ratio，solid ratio，sodium silicate content and grout viscosity，initial set time，solidification ratio，compression strength of solid.Test showed that under the condition of watersolid ratio 1∶1.2～1∶1.5，solid ratio 3∶7，cement content 2%or 3%in sodium silicate，solidification ratio was over 75%after grout condensation，single-axial compression strength was larger than 2MPa，which met engineering requirement.

flyash;grout material;viscosity;solidification ratio;setting time;compression strength

TU528

A

1006-6225(2012)04-0015-02

2012－03－27

天地科技技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目:高摻量粉煤灰水泥注漿材料主要物理力學(xué)及電學(xué)性能研究 (KJ－2012－TDKC－04);中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目:條帶充填減沉技術(shù)與關(guān)鍵裝備研究 (2011MS014)

鄒友平 (1979－)，男，湖北天門人，博士研究生，主要從事“三下”采煤、采空區(qū)治理等方面的研究。