[发明专利]一种超强无机加固材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超强无机加固材料及其制备方法，属于加固材料技术领域。超强无机加固材料，包括以下质量份数的原料：冶金渣粉460～500份、碱性激发剂80～110份、减水剂12～18份、水75～95份。本发明制备的超强无机加固材料1d抗压强度≥35MPa，5d抗压强度≥70MPa、抗折强度≥9MPa，材料颗粒粒度小，能够渗透到细小裂隙中去，使破碎的岩体加固成整体，提高岩体整体强度。并且在无机加固材料中添加机铵盐、憎水剂、改性沸石粉等成分，不仅可以缩短无机加固材料的凝结时间，提高无机加固材料的早期强度，还能提高无机加固材料的防水性和凝结后的强度。

技术领域

本发明涉及加固材料技术领域，特别是涉及一种超强无机加固材料及其制备方法。

背景技术

在矿山采矿、地下工程、隧道工程等领域的工程活动中，需要掘进大量的巷道，掘进过程中遇到碎石层、砂土层以及陷落柱、断层破碎带时，由于其内部比较松散，无法提供足够的支撑力，引发巷道顶板塌落、片帮、涌水等事故，故需要采用注浆材料(加固材料)对破碎软岩进行加固、对岩层裂隙进行封堵。目前常用的加固材料主要是有机加固材料和无机加固材料两种。有机加固材料优点是可注性好，具有较强的黏结性，缺点是价格昂贵，存在腐蚀性、有毒、易燃等重大安全隐患。无机加固材料主要是普通水泥，虽然普通水泥浆成本较低，但是可注性较差，起不到很好的加固效果，为提高加固材料的硬化强度，普遍采用硫铝酸盐水泥体系，但随着当前地下工程建设的日益扩增，使得加固材料用量急剧增大，造成水泥原材料的过度消耗以及水泥原材料的价格上涨，成本提高等问题。

冶金废渣是指冶金工业生产过程中产生的各种固体废弃物。主要指炼铁炉中产生的高炉渣、钢渣、有色金属冶炼产生的各种有色金属渣，如铜渣、铅渣、锌渣、镍渣等，以及从铝土矿提炼氧化铝排出的赤泥以及轧钢过程产生的少量氧化铁渣。现阶段对于冶金废渣的利用还主要以填埋矿山矿坑或制备低附加值的建筑材料为主，无有效的资源化利用手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种超强无机加固材料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明的技术方案之一：一种超强无机加固材料，包括以下质量份数的原料：冶金渣粉460～500份、碱性激发剂80～110份、减水剂12～18份、水75～95份；

进一步地，所述冶金渣粉包括矿渣粉、硅锰合金渣粉中的一种或多种；所述冶金渣粉的比表面积为500～550m²/kg；所述减水剂为聚羧酸减水剂。

进一步地，所述碱性激发剂为质量比为4:1的水玻璃和工业碱。

进一步地，所述工业碱为氢氧化钠；所述水玻璃模数为3.1～3.4；所述工业碱的纯度≥85％。

减水剂是改善注浆材料初始流动度和初始粘度的关键组分，聚羧酸盐类减水剂与冶金渣粉的相容性好，有效成分高，分子范围集中，能在低掺量的情况下显著降低无机加固材料的用水量，提高加固材料的流变性和可塑性，对加固材料的早期强度和后期强度的提高也有一定的促进作用。

进一步地，所述超强无机加固材料，还包括以下质量份数的原料：有机铵盐10～15份、憎水剂5～8份、改性沸石粉5～10份。

冶金渣粉作为无机加固材料的胶凝成分，在碱性激发剂的作用下活性被激发；碱性激发剂能提高冶金渣粉的水化反应速率，有效分解冶金渣粉中的玻璃体结构，降低无机加固材料的粘度，提高其流动性和稳定性，并且不断生成的C-S-H凝胶可以相互粘结，形成一个整体，有效提高无机加固材料凝固后的强度。但在无机加固材料应用初期，水化产物C-S-H凝胶的产生量过多，会逐渐包裹在冶金渣粉表面，形成一层壳状薄膜，阻碍冶金渣粉与水玻璃、工业碱的反应，造成水化早期，微观结构较为松散，不利于快速产生固定作用，而加入有机铵盐可以打破C-S-H凝胶对冶金渣粉的包裹作用，进而促进水化反应的进行，改善水化早期的微观结构，进而在不影响加固材料强度的情况下，达到快速固定的目的。