高稳定性水泥浆注浆材料制备研究

毛盼盼,丁清珍,李 慧

（中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院,北京 100083）

高稳定性水泥浆注浆材料制备研究

毛盼盼,丁清珍,李 慧

（中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院,北京 100083）

本文通过在水灰比0.75水泥基中研究偏高岭土用量，和减水剂的用量，观察其悬浮性，测其流动性和强度，来制备出与所给样品（即加入定量悬浮剂的水泥基注浆材料），性能相近或者性能更好的注浆材料，最终得出结论：在偏高岭土为14%，减水剂为0.5%配比时，水灰比为0.75的水泥基注浆材料达到所给样品的性能。

偏高岭土；减水剂；注浆

随着国内外外加剂的迅速发展,灌浆料的发展也日新月异。除常规产品外,各种高端产品注浆材料日趋发展。矿用悬浮剂[1]作为一种灌浆材料添加剂价格贵，成本高，寻找一种达到其性能而又成本低廉替代品是制备高稳定性水泥注浆的关键。作为矿用悬浮剂的替代品偏高岭土是以高岭土为原料,在适当温度下(600～900 ℃) 经脱水形成的无水硅酸铝(Al2O3· 2SiO2,AS2) 。由于偏高岭土的分子排列是不规则的,呈现热力学介稳状态,在适当激发下具有胶凝性，具有很高的火山灰活性。其可用作矿物掺和剂[2]。

本文在水灰比0.75的水泥中研究偏高岭土的用量，和减水剂的用量，观察其悬浮性，测其流动性和强度，最终制备出与所给样品性能相近的注浆材料。

1 实验

1.1 原料

本试验是在高稳定性水泥浆中，用减水剂和偏高岭土代替矿用悬浮剂。实验原料:普通硅酸盐水泥，实验室用自来水，矿用悬浮剂（山西某矿产固态粉末），聚羧酸高效减水剂，偏高岭土（河南焦作煜坤矿业有限公司产）密度为2.6 g/cm3；颜色为白色。SiO2含量为46%-52%，Al2O3含量为38%-46%。

1.2 主要仪器设备

电动搅拌器，恩格拉粘度计，孔径0.25 mm的筛子，250ml量筒，水泥试块压力试验机。

1.3 原试样的性能

选定水灰比为0.75，加入10%的矿用悬浮剂为原试样，在实验室测水泥浆性能发现：水泥浆相对粘度为1.36，3，7，28天后胶凝强度为3.738KN，5.432KN，7.588KN。

经验表明减水剂适宜量[3]为0.1%-0.5%，本实验加入0.4%的减水剂，通过对比不同含量偏高岭土的水泥浆性能，研究偏高岭土对水泥浆性能的影响。实验结果表明在一定范围内，随偏高岭土取代水泥的量增加，3天，7天，28天后水泥浆胶凝强度降低。原因是偏高岭土火性远高于矿渣和粉煤灰，和硅灰相近理论上能显著增强水泥基的强度，但由于减水剂量的作用，反而没有达到预期效果，所以本实验的重点是找到一个减水剂和偏高岭土的最佳量。

2 减水剂用量的确定

根据前人经验，偏高岭土适宜量[4]为10%-15%，本实验加入15%的偏高岭土，通过对比不同含量减水剂的水泥浆性能，研究减水剂对水泥浆性能的影响，确定减水剂的最佳用量。

试验用相同150g偏高岭土，普通硅酸盐水泥850g，实验室用自来水750ml，但减水剂从0ml，1ml，2ml，3ml，4ml，5ml，6ml不同并依次记为0号，1号，2号，3号，4号，5号，6号试样。

实验结果分析比较原试样与七组减水剂变化试样强度，悬浮性最终刻度，试样相对粘度发现符合强度要求的有试样5号和6号。符合悬浮性要求的有试样0号，1号，2号，3号，4号，5号。六组试样相对粘度均符合要求。最终得出

在减水剂为0.5%时，水泥浆强度，流动性，相对粘度均满足要求，所以在本次试验中，以减水剂为0.5%配制注浆材料

3 偏高岭土用量的确定

在确定减水剂用量为0.5%通过对比不同含量偏高岭土的水泥浆性能，研究偏高岭土对水泥浆性能的影响，确定偏高岭土的最佳用量。

通过测得实验样的性能指标（悬浮性，流动性，相对粘度）和原试样的性能指标对比分析可知在偏高岭土掺量为5%以下时，悬浮性过差；在偏高岭土掺量在20%以上时，强度过低。所以我们把偏高岭土掺量选择在5%-20%之间。选定1号、2号、3号、4号、5号，6号、7号为按一定比例偏高岭土取代水泥的试验试样。试样配料如下：实验室用相同自来水750ml，减水剂为5ml，但不同量普通硅酸盐水泥和偏高岭土混合并依次1号，2号，3号，4号，5号，6号，7号实验组。

分析七组实验28天后强度和悬浮性，可以看出减水剂增至0.5%后，水泥浆胶凝强度明显增加，水泥浆悬浮性明显变差。强度符合要求的有1组，2组，3组，4组，5组。

以上实验分析可以得出，当减水剂为0.5%，偏高岭土为14%时，水灰比为0.75的水泥浆注浆材料三方面性能达到最好。所以本次制备实验选取原料为，减水剂0.5%，偏高岭土14%。

4 制备注浆材料水泥浆性能的检测

纯水泥浆强度，原试样，制备样品取代号1,2,3.原料配比见下表

代号 水泥g 水g 悬浮剂g 减水剂ml偏高岭土g 1 1000 750 0 0 0 2 900 750 100 0 0 3 860 750 0 5 140

经过对1，2，3试验品3天，7天，28天强度检测，流动性检测和悬浮性检测，结果为得出即制备样品强度大于原样品强度，大于纯水泥浆胶凝强度。符合要求，制备样品流动性大于纯水泥浆流动性，大于原样品流动性。符合要求。

制备样品悬浮性好于原样品流动性，好于纯水泥浆流动性。符合要求。

5 结论

（1）水泥浆相对粘度随偏高岭土掺量的增加有增大趋势，但变化不明显；悬浮性随偏高岭土掺量的增加而逐渐变好，3天，7天，28天胶凝强度随着偏高岭土掺量的增加而先升高再减小；当减水剂量一定时，偏高岭土掺量为14%的强度符合要求。

（2）水泥浆相对粘度随减水剂用量的增加而逐渐减少，变化趋势明显，悬浮性随减水剂用量的增加而逐渐变差；3天，7天，28天胶凝强度随着减水剂用量的增多而逐渐增大。

（3）在偏高岭土掺量为14%，减水剂用量为0.5%时，水灰比为0.75的注浆材料水泥浆取得最佳的力学性能。

[1]邓岗，胡江，偏高岭土在水泥混凝土中的应用研究现状[J].建材发展导向,2010(04).

[2]李明，王立久.偏高岭土的研究现状及展望[Z].大连理工大学土木系,辽宁大连.

[3]Bonneau O,Poulin C.Reactive Powder Concrete: from Theory to Practice.Concrete International，1996.

[4]Richard P，Marcel CheyrezyComposition ofReactive Powder Concrete.Cement and Concrete Research，1995.