水泥粉煤灰注浆材料特性试验及其应用研究.pdf

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1、煤矿现代化2015年第1期总第124期水泥粉煤灰注浆材料特性试验及其应用研究王海存，邵远洋，李想z(1．河南能源义煤公司常村煤矿，河南义马472300；2．河南能源义煤公司工程质量监督站，河南义马472300)摘要通过室内试验对水泥粉煤灰浆液的各项工程性能指标进行了系统的测试，探究了不同水灰比、固相比与结石体抗压(剪)强度、凝结时间、粘度、结实率与时间的关系，研究结果表明：不同龄期硬化体抗压(剪)强度，随水灰质量比的增大而降低，对浆液硬化体强度28d龄期更为适宜，但对于注浆工程本身来说，可参考7d龄期的浆液硬化体强度；水灰比为1：0．5～0．8时，浆液流动性能良好，但硬化体

2、强度较低，加固效果较差；而水灰质量比为1：l时，硬化体强度高，结石率高，充填加固效果较好；水泥粉煤灰浆材凝结时间较长，随粉煤灰掺量的增大而增大，随水灰质量比的增加而延长；但浆材流动度随粉煤灰掺量的加大而降低，同时粘度增大，结石率升高；粉煤灰含量为20％时，水泥和粉煤灰的物理化学反应较好，可注性能优异，能够满足注浆堵水以及工作面底板改造的要求。关键词注浆材料特性；强度；凝结时间；粘度；结实率中图分类号：TQ172．1十2文献标志码：B文章编号：1009—0797(2015)01—0067—041引言质把粉煤灰划分为三级，与上述的B灰相比较2o矿井水害是我国煤矿开采中普遍且经常

3、发生的表2粉煤灰品质指标和分级比较表地质灾害，严重者会导致淹井事故、造成生命和财产的重大损失】。多年来，矿井水害的预防和治理一直是相关领域的重要研究课题，而注浆法则是治理矿井水害的重要技术方法。工程中最常用的注浆材料是水泥浆液，具有来源广泛、强度较高、工艺简单、操作方便等优点。但传统的水泥浆液颗粒大，一般只能注入到直径或宽度大于0．2mm的孔隙或裂隙中，使用上受到一定的限制姗。为了改善水泥的这种性根据上述测试结果，对照粉煤灰品质指标和分质，在水泥浆液中掺入一定量的粉煤灰，使粉煤灰和级标准可知，B灰细度和SO含量均为一级标准，细水泥之间发生一系列的物理化学反应，形成具有一度上

4、1Om以下占90％，中位径为5．074m；从上定强度、水稳性及整体性较好的结石体，能更大限度述各项品质指标综合判断，B灰的细度、烧失量、需的对地下岩土体裂隙进行充填。水比、SO。含量等指标都达到了或优于一级灰的标为保证既能注入大量粉煤灰，节约水泥材料，降准，CaO含量虽然不高，但在国内粉煤灰也属中上水低工程成本，对粉煤灰水泥浆液的各项性能进行试平，这些都对于满足注浆材料性能要求十分有益。验，以期能够获取满足矿区水害注浆工程设计上的3试验结果分析及讨论可注性、结石率、强度等方面的要求，保证矿井安全生产。试验粉煤灰采用的是现场使用的B灰，掺量选择10％、20％⋯⋯70％、80％

5、J＼个水平，浆液中水泥2试验材料及性质量相应为90％、80％⋯⋯30％、20％八个水平；根据试验采用的粉煤灰为河南裕东电厂粉煤灰(简现场经验，浆液水灰比选择1：0．5、1：0．6、1：0．8、1：1称B灰)，颜色灰白，主要化学成分见表1。四个水平设计32组全分析试验，综合考虑抗压强表1粉煤灰化学组成(％)度、抗剪强度、流动度(扩散半径)和凝结时间等参项目SiO2Al2O3CaOFe2O3MgOKNaO烧失数，选择合适的配合比，以期获得对现场具有广泛指B灰51．6432．336．862．992．392．091．70导意义的浆液参数。粉煤灰的活性是粉煤灰颗粒大小、形态、玻璃化3

6、．1浆液硬化体强度程度及其组成的综合反映，也是其应用价值大小的图1为水灰比1：0．8、不同粉煤灰含量、不同龄期一个重要参数，我国根据其中的一些重要成分和物条件下的浆液硬化体抗压(剪)强度关系曲线。·67·煤矿现代化2015耳第1期总第124期l蠼趟壤Bd蒜豁嚣432l0¨010203040SO60'O8O9O”n，2U3U40，U60，u班J州粉煤灰含量粉煤获含量(a)抗压强度(b)抗剪强度图2粉煤灰含量、水灰比对浆液硬化强度影响曲线图2为浆液硬化体7d龄期、不同粉煤灰含量、不同水灰比件下的浆液硬化体抗压(拉)强度关系曲线。可以看出，当固相质量比相同、水灰质量比不同时，随着

7、粉煤灰含量的增大(浆液质量浓度减小)，硬化体抗压(剪)强度逐渐降低；至粉煤灰含量为60％以后，水灰比对浆液硬化体的强度影响较小。从图1、2分析可知，对于浆液硬化体强度来说，罡善避强瓷嚣水泥的硬化及水泥和粉煤灰中火山灰反应是强度形O抛8城6¨U4¨王u2O埘86¨蛐4¨230O¨6”7U5UW粉煤灰含量成的两种作用，早期以水泥硬化过程为主，后期以火(b)抗剪强度山灰反应为主，其中后者将随时间的延长而缓慢地图1粉煤灰含量、龄期对浆液硬化强度影响曲线进行，硬化体后期强度也就相应增长，因而随着硬化从图1可以看出，随着浆液中