[发明专利]一种适用于隧道施工采空区的环保型低成本填充材料

说明书

本发明公开了一种适用于隧道施工采空区的环保型低成本填充材料，包括以下成分：煤矸石、造纸苛化白泥渣、聚丙烯酸钠、改性氧化石墨烯、钠基膨润土、发泡剂、稳泡剂、减水剂、粉煤灰和水。本发明的主要原料均为对环境有害的工业废品，不但成本低，而且对环境治理有显著效果；本发明以水凝胶的形式加入了少量的氮掺杂氧化石墨烯，该改性石墨烯由于特殊的立体结构，包覆在钠基膨润土外围，可以使钠基膨润土在制备过程中吸水膨胀后，保持结构稳定，使其不但具有耐冲击的效果，而且最终得到的填充材料，耐压强度比加入传统的钠基膨润土的耐压强度高出2倍以上。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种适用于隧道施工采空区的环保型低成本填充材料。

背景技术

在采空区修建隧道，经常面临突水突泥、掌子面坍塌的风险，给隧道的修建带来了施工难点。采空区的底层较松散，处于不稳定状态，隧道开挖扰动后容易造成隧道坍塌。隧道上覆采空区容易造成突水突泥或掌子面塌落，下伏采空区则易造成隧道塌陷。目前，注浆充填是工程实践中广泛采用的处理采空区的措施。

现阶段，工程上进行采空区注浆充填处理的常用的灌浆材料有：普通水泥浆、水泥粉煤灰浆液和水泥-水玻璃双液浆等。但是都存在强度不高，工艺复杂，施工水平受影响等缺点。

中国发明专利CN106747068A公开了一种适用于隧道施工采空区的填充膏浆，所述填充膏浆主要由粘土原浆、水泥和水配制而成，所述粘土原浆主要由粘土和水搅拌而成，该填充膏浆结石率高、填充效果好、绿色环保、原料廉价易得、凝结时间可控、配制便捷且现场施工操作简单的优点。但是该填充膏浆仍存在价格偏高（主要原料为粘土和水泥）、不够环保（粘土为矿物原料，不可再生），且强度不够（28d抗压强度约为3MPa），部分地区不适用的缺点。故有必要研究一种适用于隧道施工采空区的环保型低成本填充材料，从而降低成本并提高施工安全性。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种适用于隧道施工采空区的环保型低成本填充材料。

本发明的技术方案如下：

一种适用于隧道施工采空区的环保型低成本填充材料，包括以下成分：煤矸石、造纸苛化白泥渣、聚丙烯酸钠、改性氧化石墨烯、钠基膨润土、发泡剂、稳泡剂、减水剂、粉煤灰和水。

优选的，所述的适用于隧道施工采空区的环保型低成本填充材料，包括以下重量百分比的成分：煤矸石 40-55%、造纸苛化白泥渣 18-25%、聚丙烯酸钠 0.5-1.2%、改性氧化石墨烯 0.05-0.1%、钠基膨润土 0.3-0.8%、发泡剂 0.5-1%、稳泡剂 0.2-0.3%、减水剂0.1-0.3%、粉煤灰 8-12%和水 余量。

优选的，所述的煤矸石的粒径为经过二级破碎后粒径小于10mm的原煤矿矸石山废料。

优选的，所述的造纸苛化白泥渣为是指化学制浆法-烧碱法产生的制浆黑液经提取、蒸发浓缩形成固含量 50%-70%的碱和有机物，然后将浓缩液放在碱回收锅炉中燃烧，烧去有机物，得到主要成分是碳酸钠和硫化钠的熔融物。熔融物溶于水中形成绿液，加入消化石灰，经过苛化工艺使碳酸钠转化为氢氧化钠，氢氧化钙形成碳酸钙沉淀。苛化后的悬浊液经澄清、洗涤、过滤后的滤液再循环用于制浆，同时得到的沉淀物碳酸钙经过浓缩、真空脱水形成苛化白泥渣(白泥滤饼)；

本发明所述的造纸苛化白泥渣是指通过浓缩压滤或者真空压滤获得苛化白泥，含有部分未反应完全的氢氧化钙(Ca(OH)₂)和残碱(Na⁺)，含水率45-55%。

优选的，所述的改性氧化石墨烯为氮掺杂氧化石墨烯，并以氮掺杂氧化石墨烯水凝胶的形式使用，所述的氮掺杂氧化石墨烯水凝胶的密度为3-12mg/m³。具体的制备方法参考中国发明专利CN102849731A。