一种土洞或溶洞充填注浆材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种土洞或溶洞充填注浆材料及其制备方法，是由以下质量份数的原料制备而成：水泥240～360份、粉煤灰80～100份、尾矿砂680～910份、膨胀矿渣80～100份、煤矸石粉210～280份、改性纳米纤维材料3～5份、添加剂50～120份和水550～750份；所述改性纳米纤维材料是由以下方法制得：将预处理的废弃木质原料浸泡于聚乙二醇水溶液中，加入漆酶，用缓冲液调节pH至4～5，然后于35～40℃下活化反应1～2h；之后转入水中，蒸煮以灭活漆酶；然后加入阳离子苯丙乳液，球磨，得到改性纳米纤维材料。本发明专利技术解决了施工区域土洞或溶洞再塌陷的问题以及现有充填注浆材料在发生破碎后易粉化的问题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种土洞或溶洞充填注浆材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及充填材料
，具体涉及一种土洞或溶洞充填注浆材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]在岩溶发育区工程施工时，经常遇到土洞、溶洞等不良地质作用，需要对土洞或溶洞进行注浆加固；土洞或溶洞发育的不规律性，且实际勘察过程往往对其规模较难查清，对工程造价影响较大；且土洞或溶洞发育的条件一般具有地下水丰富、流动性大的特点，使土洞或溶洞注浆量更具不确定性，因此，土洞或溶洞注浆材料的经济性成为控制工程造价的重要因素。
[0003]岩溶区对土洞或溶洞的注浆量极大，同时，矿区的尾矿砂(粉)产量大，尾矿废砂除部分用于采空区回填，资源化利用效率低。矿山尾矿废粉大量堆积，不仅造成资源浪费，且易诱发次生灾害，对资源、环境、生态和安全形成威胁。将尾矿废砂(粉)作为注浆材料掺量，可变废为宝，响应政府绿色环保要求。新配比成功，预计可大幅节约造价，市场运用具有积极效果。因此，为实现矿山固废资源化利用，有必要对固体尾废结合采空区、土洞、溶洞充填需求进行综合处理，在减少矿山固废危害的同时，还能将矿山固体尾废作为土洞或溶洞充填材料进行资源化利用，变废为宝。
[0004]目前，以铜矿尾矿为主要原料，将其与醋酸钾插层煅烧制备的偏地开石和碱激发剂混合搅拌并养护，制得适用于地下土洞或溶洞的充填材料。采用紫金山铜矿尾矿为原料，醋酸钾插层地开石并煅烧后制备的偏地开石为添加剂，水玻璃和氢氧化钠为碱激发剂，制备出充填材料。其原料来源丰富、资源利用率高、工艺流程简单高效，且经济实用、绿色环保，具有良好的工业前景和社会效益。
[0005]但是该方法制备的充填材料虽然可以用于地下空洞或溶洞的充填，但是铜矿尾矿制备的充填材料强度不高，容易出现土洞或溶洞再塌陷问题，且在发生塌陷后，原有的充填材料形成的固化体在发生破碎后易粉化，会加剧土洞或溶洞的塌陷。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种土洞或溶洞充填注浆材料及其制备方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。
[0008]一种土洞或溶洞充填注浆材料，是由以下质量份数的原料制备而成：
[0009]水泥240～360份、粉煤灰80～100份、尾矿砂680～910份、膨胀矿渣80～100份、煤矸石粉210～280份、改性纳米纤维材料3～5份、添加剂50～120份和水550～750份；
[0010]所述改性纳米纤维材料是由以下方法制得：
[0011]将预处理的废弃木质原料浸泡于聚乙二醇水溶液中，加入漆酶，用缓冲液调节pH至4～5，然后于35～40℃下活化反应1～2h；之后将活化液转入水中，于110～130℃下热处
理10～15s；然后加入阳离子苯丙乳液，球磨，得到改性纳米纤维材料。
[0012]本专利技术中，改性纳米纤维材料的制备过程中，首先利用漆酶对废弃木质原料进行活化处理，使木质原料中的大分子木质素发生一定程度的断裂降解，在增加表面羟基含量的同时，还会形成少量的醚键。同时在活化过程中通入氨气/空气，少量的氨气与缓冲液反应生成醋酸铵或柠檬酸铵，利用生成的醋酸铵或柠檬酸铵对纳米纤维素进行改性，配合热处理，在使漆酶失活的同时，进一步提高改性纳米纤维素的断裂强度。然后通过阳离子苯丙乳液改性木质纳米纤维素，用以提高木质纳米纤维素的粘结性和分散性。进一步，所述添加剂包括早强剂、减水剂和碱激发剂。
[0013]更进一步，所述添加剂中，早强剂、碱激发剂、减水剂的质量比为1：1：0.1～0.3。
[0014]更进一步，所述早强剂为亚硫酸钠、氯化钙、芒硝按照质量比1：1：2～3的混合；
[0015]所述减水剂为聚羧酸减水剂；
[0016]所述碱激发剂为氢氧化钠与硅酸钠以质量比1：1～2的混合。
[0017]进一步，聚乙二醇水溶液是由聚乙二醇与水按照体积比1：0.2～0.6混合而成；
[0018]废弃木质原料与聚乙二醇水溶液的用量比为1g：4～8mL。
[0019]进一步，漆酶的用量为18～28IU/g。
[0020]进一步，所述缓冲液为醋酸
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醋酸钠缓冲液、柠檬酸
‑
柠檬酸钠缓冲液或柠檬酸
‑
磷酸氢二钠缓冲液；
[0021]所述废弃木质原料为废弃木材或废弃秸秆；所述废弃秸秆为玉米秸秆、小麦秸秆、棉花秸秆中的任意一种；
[0022]所述废弃木质原料的预处理过程如下：将废弃木质原料粉碎后后置于缓冲溶液中浸泡8～12h，过滤，干燥，即得。
[0023]进一步，废弃木质原料活化反应过程中，以30mL/min的流速通入混合气，混合气是由氨气和空气混合而成，氨气占混合气的体积百分比为5～10％。
[0024]进一步，废弃木质原料与阳离子苯丙乳液的质量比为1：0.3～0.6。
[0025]本专利技术还提供一种土洞或溶洞充填注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026]S1、根据配比称取各原料；
[0027]S2、将氢氧化钠和硅酸钠按照质量比1：1～2加入到尾矿砂中，混合后振磨，然后置于350～450℃下煅烧1～2h，再将物料进行振磨，得到活化的尾矿砂；
[0028]S3、将活化的尾矿砂与粉煤灰、膨胀矿渣、煤矸石粉混合均匀，得到混合料；
[0029]S4、将改性纳米纤维材料与水混合均匀，加入混合料、早强剂和减水剂，混合均匀后，加入水泥，继续搅拌混合，得到土洞或溶洞充填注浆材料。
[0030]本专利技术的有益效果：
[0031]1、本专利技术利用尾矿砂、膨胀矿渣、粉煤灰、煤矸石粉这些废弃物与水泥以及其他材料复合，用以制备土洞或溶洞充填注浆材料，用于处理土洞、溶洞等不良地质，解决了土洞或溶洞再塌陷的问题以及现有充填注浆材料在发生破碎后易粉化的问题。
[0032]2、本专利技术利用氢氧化钠与硅酸钠对铁尾矿砂进行活化，提高铁尾矿砂的活性；且通过铁尾矿砂与膨胀矿渣以及其他矿渣掺量形成的多元体系，有助于提高对土洞或溶洞充填注浆材料的抗压强度。
[0033]3、本专利技术利用漆酶对废弃木质原料进行活化处理，使木质原料中的大分子木质素
发生一定程度的断裂降解，在增加表面羟基含量的同时，还会形成少量的醚键。活化过程中通入的少量氨气能够与缓冲液中的醋酸或柠檬酸反应生成醋酸铵或柠檬酸铵，利用生成的醋酸铵或柠檬酸铵对纳米纤维素进行改性，进一步提高改性纳米纤维素的断裂强度。然后通过阳离子苯丙乳液改性木质纳米纤维素，用以提高木质纳米纤维素的粘结性和分散性。将改性纳米纤维材料与尾矿砂等废弃物混合，能够提高界面粘附性，以及整体强度和抗拉性能，用以解决现有充填注浆材料在发生破碎后易粉化的问题。
[0034]4、本专利技术的土洞或溶洞充填注浆材料制备过程简单，且成本低，经济环保，适于推广应用。
具体实施方式
[0035]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土洞或溶洞充填注浆材料，其特征在于，是由以下质量份数的原料制备而成：水泥240～360份、粉煤灰80～100份、尾矿砂680～910份、膨胀矿渣80～100份、煤矸石粉210～280份、改性纳米纤维材料3～5份、添加剂50～120份和水550～750份；所述改性纳米纤维材料是由以下方法制得：将预处理的废弃木质原料浸泡于聚乙二醇水溶液中，加入漆酶，用缓冲液调节pH至4～5，然后于35～40℃下活化反应1～2h；之后将活化液转入水中，于110～130℃下热处理10～15s；然后加入阳离子苯丙乳液，球磨，得到改性纳米纤维材料。2.根据权利要求1所述的土洞或溶洞充填注浆材料，其特征在于，所述添加剂包括早强剂、减水剂和碱激发剂。3.根据权利要求2所述的土洞或溶洞充填注浆材料，其特征在于，所述添加剂中，早强剂、碱激发剂、减水剂的质量比为1：1：0.1～0.3。4.根据权利要求2所述的土洞或溶洞充填注浆材料，其特征在于，所述早强剂为亚硫酸钠、氯化钙、芒硝按照质量比1：1：2～3的混合；所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述碱激发剂为氢氧化钠与硅酸钠以质量比1：1～2的混合。5.根据权利要求1所述的土洞或溶洞充填注浆材料，其特征在于，聚乙二醇水溶液是由聚乙二醇与水按照体积比1：0.2～0.6混合而成；废弃木质原料与聚乙二醇水溶液的用量比为1g：4～8m...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰国冠，王铭，陈铃，陈榕，陈东，
申请(专利权)人：筑森建设工程有限公司福建省恒超建设发展有限公司中恒宏瑞建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：