新型水泥基封孔灌浆料的研制.pdf

第 2 6卷第 4期 2 O O 7年 4月 煤炭技术 C o a l T e c h n o l o V0 1 2 6 N0 4 Ap r 2 0 0 7 新型水泥基封孔灌浆料的研制 勾密峰 管学茂 张爱霞 河南理工大学 河南 焦作 4 5 4 0 0 3 摘要 介绍了一种新型水泥基封孔灌浆料的制备与性能试验 通过普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复配 优化水 泥浆体的矿物组分 配制出既具有早强 高强特性 又具有可灌性好 微膨胀 凝结时间可调的灌浆材料 关键词 封孔 灌浆料 强度 中图分类号 T D 7 1 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 8 7 2 5 2 0 o 7 0 4 0 1 1 9 0 3 S t u d y o n a Ne w Ce m e n t b a s e d Pl u g g i n g Gr o u t i n g M a t e r i a l GOU Mi f e n g GUAN Xu e ma o 2 舶 ANG Ai x i a H e n a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y J i a o z u o 4 5 4 0 0 3 C h i n Ab s t r a c t A n e w c e me n t b a s e d p l u g g i n g g r o u t i n g ma t e r i al i s p r o d u c e d a n d t e s t e d i n l a b o rat o r y T h e c o m p o u n d o f s u l p h o a l u mi n a t e and o r d i n a r y p o r t l and c e me n t o p t i mi z e s t h e mi n e r a l c o mpos i t i o n w h i c h n o t o n l y h as h i g h e a r l y s t r e n g t h s u p e r h i g h s t r e n gth c h a r a c t e r i s t i c s b u t a l s o h as g o o d p l u g a b i l i t y e x p a n s i v e c h a r a c t e r and a d j u s t a b l e t i m e o f s e t t i n g Ke y wo r d s p l u g g r o u t i n g ma t e ria l s t r e n g t h O 前言 在我国的煤矿安全事故中 瓦斯爆炸事故已占 全国煤矿重大事故总数的 7 0 以上 其经济损失最 大 人员伤亡最多 也是造成社会影 响严重的重特大 事故 因此防治瓦斯灾害已成为煤矿安全 工作 中的 迫切需要解决 的问题 1 J 现阶段 瓦斯抽放 已成为 降低工作面瓦斯涌出量和防止突出的一种主要措 施 而在瓦斯抽放中 钻孔封孔质量影响着瓦斯抽放 的浓度 孔 口负压 甚至整个钻场的抽放效果 现有 的封孔材料和方法有许多种 如聚氨酯封孔 水泥药 卷封孔 高水材料布袋封孔等 这些封孔方法各有优 缺点 但水泥基封孔灌浆材料在性能和造价等方面 具有一定 的优势乜 卜 5 文 章研究 了一种新型适合 泵送灌浆流动性和凝结时间要求 的水泥基灌浆料 且具备早强 高强 无收缩变形 的特性 并已在矿 山 瓦斯抽放工程中得到应用 l 试验研究的技术路线 1 1 试验 目的 一 一 图5 提取的第三幅 图像的线 图 6 匹配 的 1 2 幅 图像的线元 一 图 7 三视张量约束匹配的三幅图像上的线元 不断便捷 以及多视几何等理论的研究不断深入 势 必为三视张量在数据分割 三维重构等方面的应用 开拓更广阔的前景 参考文献 1 郑敏 三视张量在序列影像特征点匹配中的应用研究 D 武 汉 武汉大学测绘学院 2 0 0 4 2 P H S T o r t a n d A Z i s s e r m a n R o b u s t P a r a m e t e r i z a t i o n a n d C o m p u t a t i o n o f t h e T r ifo c a l T e n s o r I 1 1a g e a n d Vi fi o n C o mp u t i n g 1 9 9 7 1 5 5 9 1 6 0 5 3 F fi e d fi c h F r a u n d o r f e r R o b u s t E s t ima t i on o f th eT r if o c a l T e n s o r a n di t S A p p li c a t i o n t oI ma g e i n gMa t c h i n g 4 h t t p w w w i c g tu g r a z a c a t E d u ca t i o r d D i p lo m a r b e i t e n f r a u n d o r f e r Dip l o ma 2 h e s i s p d f 2 00 1 5 L a u r e n t G u i c h a t d L in e s e q u e n t t r a c k i n g f o r 3 D r e c o n s t r u c t i o n R e p o r t s u b m i t t e d f o r th i r d y e a r o f D i p l m e d I n n i e u r e l l I n f o n n a t iq u e e t C o mmu n i cat i o n A u g u s t 2 0 0 1 收稿日期 2 0 0 7 一O 1 1 9 修订日期 2 0 0 7 0 2 0 2 作者简介 勾密峰 1 9 7 9一 男 河南商水人 河南理工大学在读硕士研究生 E一 n a i l g o u m f 1 6 3 c o n 维普资讯 1 2 0 煤炭技术 第 2 6 卷 试验研究的目的 制备一种水泥基快硬封孔灌 浆材料 不仅要满足早强 7 h 抗压强度至少达到 3 M P a 高流态 初始流动度至少达到 2 4 0 m il 1 而且 必须具有适宜的可操作时间 可操作时间至少达到 3 0 m i n 1 2 技术措施 该研究的关键是协调好浆体的可灌性与硬化体 早期强度的关系 即要求浆体有足够长的初凝时间 和较大的流动性 满足现场泵送灌浆入孔有足够 的操作时间 但初凝与终凝时间间隔要短 以便浆体 硬化后立即产生较高的早期强度 但对后期强度不 作要求 同时要求灌浆料具有微膨胀性 以普通硅 酸盐水泥为基础 通过复配快硬硫铝酸盐水泥 优化 水泥浆料的矿物组分 作为灌浆料的主要组分 然后 添加复合外加剂 配制出既具有早强 高强特性 又 具有可灌性好 微膨胀 凝结时间可调的灌浆材料 并在实验室对其物理力学性能进行研究 2 试验的原材料 方法及配合比试验 2 1 原材料 试验的原材料为 1 水泥 5 2 5级普通硅酸盐水泥 4 2 5 级快 硬硫铝酸盐水泥 2 外加剂 减水剂 调凝剂等 自己复配 2 2 试验方法 浆体的制备采用净浆搅拌机 搅拌时间2 m i n 浆体凝结时间参照 G B 1 3 4 6 2 0 0 1 水泥标准稠 度 凝结时间 安定性检验方法 进行 浆体的流动度参照 G B T 2 4 1 9 9 4 水泥胶砂流 动度测定方法 进行 但流动度测定采用将浆体一次 灌人截锥圆模 取消用捣棒插捣并取消跳动 3 0 次 改为将截锥圆模垂直提起 任浆液在玻璃板上流动 至 3 0 s 用直尺量取流淌部分互相垂直的两个方向 的最大直径 取平均值为自流度 硬化体的抗压强度采用 2 0 m m 2 0 m m 2 0 m m 试模 试件成型采用将浆液一次灌入试模 取消振动 成型 试件成型后 带模置于温度 2 0 2 湿度大 于 9 0 的养护箱中养护 养护 7 h 脱模 随即进行 7 h强度实验 2 3 配合比试验 做配合比试验时改变硅酸盐水泥与硫铝酸盐水 泥的比例 另有复合外加剂的加入 外加剂掺量为水 泥总质量的 1 固定不变 3 实验结果与分析 3 1 流动度 浆体的流动度性能指标如图 1 所示 3 0 0 29 0 2 8 0 蓉啪 毽2 6 0 2 5 0 1 6 7 2 5 3 3 3 4 O 5 0 6 5 7 0 8 0 硫铝酸盐水泥 的含量 图 1 硫铝酸盐水泥含量对流动度的影响 从图 1 可以看出 浆体具有较大的自 流性 完全 适合泵送或灌注施工 随着快硬硫铝酸盐水泥含量 的不断增加 流动度基本上没有太大的变化 基本保 持在 2 8 0 m m左右 由此可见两种水泥的不同复合 对流动度 的影响不大 流动度都可 以达 到 2 4 0 m m 以上 3 2 凝结时间 浆体的凝结时间如图2 所示 i 主 留 萎 0 0 0 1 6 7 2 5 3 3 3 4 0 5 0 6 5 7 0 8 0 硫铝酸盐水泥的含量 图 2 硫铝 酸盐 水泥的含量对凝结 时间的影响 从图2 可以看出 当快硬硫铝酸盐水泥的含量 在5 0 以下时 随着硫铝酸盐水泥用量的增大 水 泥的初凝时间逐渐的减少 从一个多小时逐渐减少 到十几分钟 终凝时间基本都是在初凝后的十几分 钟内完成 当快硬硫铝酸盐水泥的含量低于 3 0 时 凝结时间延长 大于5 0 以后 凝结时间也同样 延长 当快硬硫铝酸盐水泥的含量低于 3 0 的时 候 水泥净浆的性质接近普通硅酸盐水泥净浆的性 质 当快硬硫铝酸盐水泥的含量大于 5 0 的时候 水泥净浆的性质逐渐的接近快硬硫铝酸盐水泥净浆 的性质 当快硬硫铝酸盐水泥的含量在 3 0 一 5 0 之间时 浆体的凝结可能是两种水泥复合所带 来的闪凝 3 3 强度性能 硬化体的 7 h 抗压强度指标如图3 所示 1 6 7 2 5 3 3 3 4 0 5 0 8 5 7 0 80 硫铝酸盐水泥含量 图 3 硫铝酸盐水泥含量对浆体 7 h 强度的影响 从图3 可以看出 当快硬硫铝酸盐水泥的含量 在3 0 以下时 随着快硬硫铝酸盐水泥用量的增 维普资讯 第 4 期 勾密峰 等 新型水泥基封孔灌浆料的研制 1 2 1 大 强度逐渐增大 当快 硬硫铝酸盐水 泥的含量在 3 0 7 0 之间时 快硬硫铝酸盐水泥 与普通硅酸 盐水泥复合所带来的闪凝影响了强度的发展 所以 强度有所下降 当快硬硫铝酸盐水泥的含量再增大 时 净浆的性质 比较接近快硬硫铝酸盐水泥 强度又 迅速增长 4 机理分析 6 4 1 普通硅酸盐水泥的水化 水化的初期主要是硅酸三钙 QS 和铝酸三钙 C 3 A 的水化 2 3 C a o S i O 2 6 I I 2 0 3 C a O 2 S i 0 2 3 H 2 0 3 C a o n 1 3C a O A1 2 03 6 H2 0 3 Ca O A1 2 03 6 H2 0 在液相中的 C a O H 浓度达到饱和时 c A还 依下式水化 3 C a O A I 2 o 3 C a O H 2 1 2 H 2 0 4 C a O A 1 2 0 3 l 3 H2 0 在有石膏存在时 上式生成的水化铝酸四钙还 会立即与石膏反应 生成钙矾石 4 C a O A 1 2 0 3 1 3 H 2 0 3 C a S 0 4 2 H 2 O l 4 H 2 0 3 C a O A l 2 o 3 3 C A S 0 4 3 2 H 2 0 C a O H 2 2 4 2 硫铝酸盐水泥的水化 硫铝酸盐水泥中的无水硫铝酸钙与石膏进行水 化反应生成钙矾石 3 C a O A 1 2 o 3 C a S 0 4 2 C a S 0 4 2 H 2 0 3 4 H 2 0 3 C a O A l 2 0 3 3 C A S 0 4 3 2 H 2 0 2 A 1 2 0 3 3 H 2 0 3 硫铝酸盐水泥中的 p C S水化生成水化硅酸 钙凝胶 c S H 并生成 C a O H 反应式为 2 2 C a 0 S i 0 2 4 H 2 0 3 C a O 2 s i o 2 3 H 2 0 C a 0 H 2 4 而 C a O H 又与该系统中 3 式所生成的铝胶 和石膏反应形成钙矾石 其反应式为 3 C a O H 2 3 C a S O 4 2 8 2 0 A l 2 0 3 3 H 2 0 2 0 H 2 0 3 C a O A l 2 0 3 3 C A S 0 4 3 2 H 2 0 5 4 3 硅酸盐水泥 中加入硫铝酸盐水泥时的水化分 析 硅酸盐水泥的水化速度相对较慢 凝结时间稍 长 强度发展也比较缓慢 而硫铝酸盐水泥的水化速 度较快 在普通硅酸盐水泥中加入硫铝酸盐水泥 水泥浆料的凝结时间明显缩短 强度增长较快 主要 是因为硅酸盐水泥中的硅酸三钙和硫铝酸盐水泥中 的水化形成了大量的 C a O H 反应式 1 4所示 硫铝酸盐水泥的水化形 成了钙矾石和铝胶 反应式 3 所示 大量的 C a O H 促进 了铝胶形成钙矾石的 速度 反应式 5 所示 同时铝胶的消耗也促进了无 水硫铝酸钙生成钙矾石的速度 反应式 3 所示 但 随着硫铝酸盐水泥掺量的增加 超过 3 0 时 生成 钙矾石的速度加快 迅速生成的大量难溶于水的钙 矾石晶体包 围在熟料颗粒周围 形成 保护膜 延缓 了水化 所 以强度不但不再增加反而减少 随着硫 铝酸盐水泥掺量的进一步增加 C a O H 的生成速 度减缓 钙矾石的生成速度也有所减缓 浆料的性质 逐渐接近硫铝酸盐水泥 强 度发展 良好 从 图 3可 以明显的看到随着硫铝酸盐水泥