采空區(qū)塌陷治理地面水泥自動(dòng)化注漿系統(tǒng) 天津賽智
注漿是采空區(qū)治理常用的有效技術(shù)手段,對(duì)注漿工程來(lái)說(shuō),注漿材料的造價(jià)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。尤其是對(duì)采空區(qū)、巖溶溶洞和城市廢棄防空壕等大空間進(jìn)行注漿充填施工時(shí),由于其注漿量非常大,降低注漿材料的造價(jià)具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。
采空區(qū)塌陷治理地面水泥自動(dòng)化注漿系統(tǒng)
目前應(yīng)用于采空區(qū)注漿的材料主要是水泥漿液、水泥砂漿、水泥粉煤灰漿等材料。這些材料應(yīng)用于采空區(qū)注漿工程時(shí),不同程度地存在析水率高、穩(wěn)定性差和結(jié)石率低等性能缺陷,水泥注漿效果往往無(wú)法令人滿(mǎn)意,材料成本也居高不下。
采空區(qū)注漿充填材料
注漿充填材料包括:水、硅酸鹽水泥、粉煤灰、膨脹劑和外加劑:
水固比:所述水與固相含量硅酸鹽水泥與粉煤灰重量和的重量比為:0.7-0.9;
固相比:硅酸鹽水泥與粉煤灰的質(zhì)量比為5:5、4:6、3:7的其中一種;
膨脹劑為氧化鈣,其質(zhì)量比是硅酸鹽水泥與粉煤灰重量和的4%-8%;
外加劑為磺化褐煤(SMC)或分散劑(DFZ)的其中一種;其質(zhì)量比為硅酸鹽水泥與粉煤灰重量和的0.1-0.4%。
作為優(yōu)選;
水固比為:0.7;
固相比為:4:6;
氧化鈣質(zhì)量比為硅酸鹽水泥與粉煤灰重量和的8%;
外加劑為分散劑(DFZ),其質(zhì)量比為硅酸鹽水泥與粉煤灰重量和的0.3%。
作為優(yōu)選;
水固比為:0.8;
固相比為:3:7;
氧化鈣質(zhì)量比為硅酸鹽水泥與粉煤灰重量和的6%;
外加劑為分散劑(DFZ),其質(zhì)量比為硅酸鹽水泥與粉煤灰重量和的0.2%。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:漿體體積膨脹和強(qiáng)度發(fā)展有良好的協(xié)調(diào)性,減小了漿液的擴(kuò)散范圍,大幅度降低了材料成本。
漿液析水率不高于10%,漿液結(jié)石率不低于90%;漿液流動(dòng)度在160mm和200mm之間,初凝時(shí)間不小于10h,終凝時(shí)間不大于36h。漿液固結(jié)體具有良好的抗壓強(qiáng)度,3d抗壓強(qiáng)度不小于0.3MPa,7d抗壓強(qiáng)度不小于1MPa。
采空區(qū)水泥注漿的優(yōu)勢(shì)
(1)穩(wěn)定性與結(jié)石率
對(duì)兩個(gè)實(shí)施例的析水率和結(jié)石率進(jìn)行測(cè)試。
兩個(gè)實(shí)施例均表現(xiàn)出析水率較小,結(jié)石率較高的特性,這對(duì)采空區(qū)注漿是非常有利的。實(shí)施例1漿液析水率小于5%,結(jié)石率超過(guò)了95%,可以認(rèn)為是穩(wěn)定漿液,實(shí)施例2結(jié)石率略低,但也超過(guò)了90%。在對(duì)結(jié)石率要求較高的工程中應(yīng)優(yōu)選實(shí)施例1。
(2)流動(dòng)性與流變性
1)流動(dòng)性
根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),繪制流動(dòng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線(xiàn)。
兩個(gè)實(shí)施例都具有較理想的流動(dòng)度,其中實(shí)施例1流動(dòng)度略大于實(shí)施例2;兩個(gè)實(shí)施例的流動(dòng)度均隨著時(shí)間逐漸減小,而實(shí)施例1的減小幅度更大,在5h后其流動(dòng)度已經(jīng)小于實(shí)施例2,這是由于實(shí)施例1中水泥和氧化鈣含量更高,水化反應(yīng)便更快,更早的失去可塑性。兩個(gè)實(shí)施例分別在5.8h和6.5h之后流動(dòng)度才減小到140mm以下,均滿(mǎn)足采空區(qū)注漿要求。
2)流變性
赫巴流變曲線(xiàn)的擬合度較賓漢姆流變曲線(xiàn)高。在實(shí)際生產(chǎn)中,為了便于計(jì)算,常常使用較為簡(jiǎn)單的賓漢姆模式來(lái)表征漿液流變性。由表1可以看出,實(shí)施例2的動(dòng)切力、稠度系數(shù)均小于實(shí)施例1,這說(shuō)明實(shí)施例2可泵性略?xún)?yōu)于實(shí)施例1,這主要是由于實(shí)施例1的水固比較高;實(shí)施例2的流性指數(shù)大于實(shí)施例1,說(shuō)明實(shí)施例2剪切稀釋性較實(shí)施例1小;實(shí)施例2塑性黏度較實(shí)施例1小,說(shuō)明實(shí)施例2在擴(kuò)散過(guò)程中能量損失更小。
(3)凝結(jié)特性
實(shí)施例2的初、終凝時(shí)間均小于實(shí)施例1,這是由于實(shí)施例1的水化反應(yīng)相對(duì)較快造成的。兩個(gè)實(shí)施例的初凝時(shí)間均在10h-12h左右,這表明兩個(gè)實(shí)施例可以保證漿液在地面攪拌、運(yùn)輸、泵送等過(guò)程中不失去流動(dòng)性,并可以擴(kuò)散到一定的范圍,而且當(dāng)漿液質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),也給相關(guān)技術(shù)人員提供了一定的時(shí)間來(lái)糾錯(cuò)。此外,兩個(gè)實(shí)施例的終凝時(shí)間不超過(guò)36h,這表明漿液可以盡早的終凝產(chǎn)生一定的力學(xué)強(qiáng)度,達(dá)到抵抗后序注漿壓力的破壞和支撐采空區(qū)上覆巖體控制其變形的目的。
(4)強(qiáng)度特性
兩個(gè)實(shí)施例的抗壓強(qiáng)度均隨著齡期增長(zhǎng)逐漸提高,其中實(shí)施例1的3d、7d、14d抗壓強(qiáng)度均高于實(shí)施例2,其14d抗壓強(qiáng)度分別超過(guò)3.5MPa和3MPa,均滿(mǎn)足采空區(qū)注漿對(duì)漿液固結(jié)體后期強(qiáng)度的要求。實(shí)施例13d抗壓強(qiáng)度比實(shí)施例2更高,說(shuō)明實(shí)施例1抵抗后續(xù)注漿壓力破壞的能力更強(qiáng)。
(5)經(jīng)濟(jì)性
對(duì)得到的兩種注漿充填材料實(shí)施例與純水泥漿和水泥-水玻璃雙漿進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比,評(píng)價(jià)方法為對(duì)比得到單位體積固結(jié)體所花費(fèi)的材料成本C。經(jīng)過(guò)計(jì)算,各方案成本計(jì)算結(jié)果如表2所示。