一种改性稻壳纤维增韧注浆材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于农产品废弃物处理及二次利用、固体废弃物处理、新型注浆材料研发技术领域，具体公开了一种改性稻壳纤维增韧注浆材料及其制备方法，由体积比1：0.53～1：0.76的A液和B液混合而成，所述A液由以下重量份的组分组成：水泥400份，改性稻壳纤维5～20份，硅烷偶联剂5～10份，早强剂10～20份，水300份；B液由以下重量份的组分组成：硅酸钠150份，粉煤灰320份，水300份。与现有技术相比，本发明专利技术制备的改性稻壳纤维增韧注浆材料可注性高、扩散能力强、泵送稳定性好、胶凝时间可控，结石体韧性良好、抗裂效果好、抗扰动能力好、抗拉性能好、耐久性高、环境友好、低碳环保及成本较低。低碳环保及成本较低。低碳环保及成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种改性稻壳纤维增韧注浆材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及农产品废弃物处理及二次利用、固体废弃物处理、新型注浆材料研发
，特别是一种改性稻壳纤维增韧注浆材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统注浆材料大多表现为脆性，凝结后易发生干缩，韧性较差。随着我国矿产资源开发的推进，深部地层资源开发愈发重要，但随着开采深度的不断加大，深部巷道围岩呈现软岩特性，常存在高地应力、高地温、高渗透压及强烈开采扰动等“三高一扰动”的环境问题，开采难度较大。为了消除围岩破坏带来的安全问题，围岩注浆强化是巷道支护，特别是软岩巷道支护的有效方法之一。通过注浆施工，可以将原来松散的围岩固结成一个整体，增强其稳定性。在整个施工过程中，注浆材料的特性极大影响注浆效果，实际工程中应用最多的是水泥、水泥
‑
水玻璃等无机材料，但由于黏结强度低、扩散半径小、韧性差，应用于某些松散破碎软岩地质中，虽在早期有一定加固效果，但后期结石体易出现干缩现象，继而出现微小裂隙，破坏结石体与围岩的整体性，加固效果明显减弱，抗干扰能力差。
[0003]同样，我国稻米加工副产物的稻壳，其年产量能够达到几千万吨，是一项巨大的可再生资源。但目前对稻壳处理利用的手段比较单一，多作为废弃物填埋、作为燃料进行焚烧、用作饲料原料等。将稻壳应用于水泥材料的相关案例较少，其原因在于，稻壳的亲水性很强，若直接在水泥注浆材料中加入稻壳，会使浆液内部的稻壳吸收周围自由水后发生膨胀，使稻壳与基体界面间尚未稳固的粘结发生破坏，从而影响试件整体强度。而且，稻壳遇水后，浸出液中的木质素、聚戊糖等与水泥水化产物吸附在一起，改变了凝胶体颗粒表面的性质，离子交换使接触面双层电位提高，颗粒的表面张力增强，使得凝胶体系的稳定性增强，导致缓凝作用。另外，稻壳浸出液也会对水化反应有阻凝作用，继而影响试件的强度。因此，若将未经处理的稻壳直接用于注浆材料中，反而会影响材料的强度及其他性能，但若采用酸碱提纯的方法对稻壳中的稻壳纤维进行提取、改性，再掺入到水泥注浆材料中，则能进一步增强注浆材料的韧性及抗扰动能力。
[0004]因此，在当前“双碳”计划的背景下，采用酸碱提纯的方法，提取、改性稻壳纤维，充分发挥稻壳纤维韧性良好等优势条件，应用于注浆材料。一方面，可以减少稻壳焚烧带来的污染，有效提高其利用率，实现减碳目的；另一方面，可以进一步提升注浆材料的韧性，弥补传统注浆材料的不足之处，为注浆材料的研发提供新的思路。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种改性稻壳纤维增韧注浆材料及其制备方法，制备的改性稻壳纤维增韧注浆材料可注性高、扩散能力强、泵送稳定性好、胶凝时间可控，结石体韧性良好、抗裂效果好、抗扰动能力好、抗拉性能好、耐久性高、环境友好、低碳环保及成本较低。
[0006]为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：
[0007]本专利技术第一个目的是要提供一种改性稻壳纤维增韧注浆材料，由体积比1：0.53～1：0.76的A液和B液混合而成，所述A液由以下重量份的组分组成：水泥400份，改性稻壳纤维5～20份，硅烷偶联剂5～10份，早强剂10～20份，水300份；B液由以下重量份的组分组成：硅酸钠150份，粉煤灰320份，水300份。
[0008]进一步地，所述改性稻壳纤维为用酸碱提纯法提取并表面改性得到的稻壳纤维，制备改性稻壳纤维的具体步骤为：
[0009]1)按重量份数取40份稻壳置于粉碎细度为40～200目的JC
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FW
‑
400A粉碎研磨机中，设置工作时间为3min，粉碎过程中，间隔2～5s往复倾斜粉碎机45
°
以充分研磨稻壳，得到所需粒径范围内的稻壳粉末；
[0010]2)将步骤1)得到的稻壳粉末过0.5mm筛，得到粒径≤0.5mm的稻壳粉末；
[0011]3)将步骤2)得到的到粒径≤0.5mm的稻壳粉末完全浸入浓度为8％～10％的H2SO4溶液中，在恒温水浴箱中控制温度在45～55℃下酸浸40～50min，之后过滤出酸浸后的稻壳粉末，用水进行冲洗至pH值呈中性；然后在酸浸后的稻壳粉末完全浸没在浓度为8％～10％的NaOH溶液中，在恒温水浴箱中控制温度在80～90℃下碱浸80～90min，之后过滤出碱浸后的稻壳粉末，用水进行冲洗至pH值呈中性，得到稻壳纤维粉末；
[0012]4)将步骤3)最后得到的稻壳纤维粉末在烘干箱中进行烘干8h，温度设定在80℃～105℃，之后依次过250μm筛和150μm筛，取150μm筛上剩余的稻壳纤维即为改性稻壳纤维。
[0013]优选地，所述改性稻壳纤维的粒径为150～250μm。
[0014]优选地，所述硅烷偶联剂包括但不限于KH550硅烷偶联剂、KH602硅烷偶联剂、KH
‑
792硅烷偶联剂。
[0015]优选地，所述早强剂包括但不限于氯化钙、三乙醇胺、亚硝酸钙—硝酸钙。
[0016]优选地，所述粉煤灰包括但不限于燃烧褐煤或次烟煤的C类粉煤灰、高钙粉煤灰。
[0017]优选地，所述水泥为强度不小于42.5的普通硅酸盐水泥。
[0018]优选地，所述硅酸钠的浓度为40
°
B
é
。
[0019]本专利技术第二个目的是要提供一种改性稻壳纤维增韧注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
[0020]步骤一、将A液中所需的水泥、改性稻壳纤维、硅烷偶联剂、早强剂按重量份数在搅拌机内充分混合，搅拌均匀，搅拌时控制温度为23℃～40℃，湿度为35％～55％，搅拌速率为100～120r/min，搅拌时间为5～10min；
[0021]步骤二、将B液中所需的硅酸钠与粉煤灰等原料按重量份数在搅拌机内充分混合，搅拌均匀，搅拌时控制温度为23℃～40℃，湿度为35％～55％，搅拌速率为120～150r/min，搅拌时间为3～8min；
[0022]步骤三、在步骤一、二中得到的A、B原料混合料中分别按重量份数加入水，并分别置于搅拌机内搅拌均匀，得到A液、B液；搅拌时控制温度为23℃～40℃，湿度为35％～55％，搅拌速率为120～150r/min，搅拌时间为5～10min，；
[0023]步骤四、利用双液注浆泵将步骤三得到的A液、B液按体积比1：0.53～1：0.76混合，搅拌均匀后得到所述改性稻壳纤维增韧注浆材料。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]第一、稻壳纤维具有优良的阻裂、强化等作用，不仅可以大大减少注浆材料结石体
内部原生裂缝，并能有效地阻止裂缝的引发和扩展，将脆性破坏转变为近似于延性断裂，提升注浆材料结石体的抗拉性能及韧性。在受荷(拉、弯)初期，注浆材料结石体中的水泥与纤维共同承受外力且前者是主要受力者；当发生开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者，即主要以纤维的桥联力抵抗外力作用，若纤维的体积掺量大于某一临界值，整个复合材料可继续承受较高的荷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性稻壳纤维增韧注浆材料，其特征在于，由体积比1：0.53～1：0.76的A液和B液混合而成，所述A液由以下重量份的组分组成：水泥400份，改性稻壳纤维5～20份，硅烷偶联剂5～10份，早强剂10～20份，水300份；B液由以下重量份的组分组成：硅酸钠150份，粉煤灰320份，水300份。2.根据权利要求1所述的改性稻壳纤维增韧注浆材料，其特征在于，所述改性稻壳纤维为用酸碱提纯法提取并表面改性得到的稻壳纤维，制备改性稻壳纤维的具体步骤为：1)按重量份数取40份稻壳置于粉碎细度为40～200目的JC
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FW
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400A粉碎研磨机中，设置工作时间为3min，粉碎过程中，间隔2～5s往复倾斜粉碎机45
°
以充分研磨稻壳，得到所需粒径范围内的稻壳粉末；2)将步骤1)得到的稻壳粉末过0.5mm筛，得到粒径≤0.5mm的稻壳粉末；3)将步骤2)得到的到粒径≤0.5mm的稻壳粉末完全浸入浓度为8％～10％的H2SO4溶液中，在恒温水浴箱中控制温度在45～55℃下酸浸40～50min，之后过滤出酸浸后的稻壳粉末，用水进行冲洗至pH值呈中性；然后在酸浸后的稻壳粉末完全浸没在浓度为8％～10％的NaOH溶液中，在恒温水浴箱中控制温度在80～90℃下碱浸80～90min，之后过滤出碱浸后的稻壳粉末，用水进行冲洗至pH值呈中性，得到稻壳纤维粉末；4)将步骤3)最后得到的稻壳纤维粉末在烘干箱中进行烘干8h，温度设定在80℃～105℃，之后依次过250μm筛和150μm筛，取150μm筛上剩余的稻壳纤维即为改性稻壳纤维。3.根据权利要求1或2所述的改性稻壳纤维增韧注浆材料，其特征在于：所述改性稻壳纤维的粒径为150～250μm。4.根据权利要求1所述的改...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建俊，孙源骏，孙闯，姚柏聪，王宝强，金淳哲，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：