[發(fā)明專利]一種基于工業(yè)級(jí)氧化石墨烯的注漿材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110048532.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN113149540A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高遠(yuǎn);靖洪文;孟波;張亮;符光平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B28/04
• 分類號(hào): C04B28/04;C04B111/70
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 殷星

本發(fā)明公開了一種基于工業(yè)級(jí)氧化石墨烯的注漿材料及其制備方法，屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，適用于地下注漿工程。包括以下組分：超細(xì)硅酸鹽水泥、粉煤灰、分散液的比值為4:1:3；所述分散液為工業(yè)級(jí)氧化石墨烯和聚羧酸減水劑混合而成的分散液。本發(fā)明通過加入粉煤灰來降低注漿材料的成本和提高漿液的流動(dòng)性。借助工業(yè)級(jí)氧化石墨烯來促進(jìn)漿體中水化產(chǎn)物的生長(zhǎng)和優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)，用以補(bǔ)強(qiáng)由于粉煤灰替代部分水泥粉而造成的注漿材料的力學(xué)損失。從而制備流動(dòng)性能更高，力學(xué)性質(zhì)更強(qiáng)和價(jià)格更低廉的注漿材料。與水泥凈漿相比，本發(fā)明公開的注漿材料流動(dòng)性能提高了8.50%～8.64%；28天力學(xué)性能提高了11.40%～29.50%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，適用于地下注漿工程，具體涉及一種基于工業(yè)級(jí)氧化石墨烯的注漿材料及其制備方法。

背景技術(shù)

注漿材料是裂隙巖體中起固結(jié)和填充作用的主要物質(zhì)，起到增強(qiáng)裂隙巖體力學(xué)強(qiáng)度和抗?jié)B性能的作用。常用的注漿材料有硅酸鹽水泥注漿材料、化學(xué)注漿材料。化學(xué)注漿材料粘度低、可注性好，能夠注入微小孔隙裂隙中，但其成本較高、強(qiáng)度較低，耐久性較差且對(duì)環(huán)境污染較大；普通硅酸鹽水泥注漿材料強(qiáng)度高、耐久性好、無毒、無味、材料來源方便、價(jià)格低廉，但其制備過程耗能高、二氧化碳排放量極大、產(chǎn)生的建筑垃圾多，且普通水泥粒徑較大，粗顆粒多，漿液的穩(wěn)定性差，無法注入微小裂隙等缺點(diǎn)；超細(xì)硅酸鹽水泥作為硅酸鹽水泥的一種，因其水泥顆粒細(xì)度較小，具有良好滲透性，能夠注入巖體微小裂隙，但其與普通硅酸鹽水泥相比，流動(dòng)性降低，成本高。急需要研發(fā)一種強(qiáng)度高，低成本的注漿材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于氧化石墨烯的注漿材料及其制備方法，以解決現(xiàn)有超細(xì)硅酸鹽水泥注漿材料流動(dòng)性差和高用量導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)成本問題。

為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于氧化石墨烯的注漿材料，包括以下組分：超細(xì)硅酸鹽水泥、粉煤灰、分散液的比值為4:1:3；所述分散液為工業(yè)級(jí)氧化石墨烯和聚羧酸減水劑混合而成的分散液。

作為改進(jìn)的是，所述分散液由以下按重量份數(shù)的組分混合而成，水2500份、工業(yè)級(jí)氧化石墨烯2份、聚羧酸減水劑16份。

作為改進(jìn)的是，所述聚羧酸減水劑分散液由按重量份數(shù)計(jì)的水2500份和聚羧酸減水劑16份混合而成。

作為改進(jìn)的是，所述超細(xì)硅酸鹽水泥的平均粒徑為6-18.6μm，粉煤灰的平均粒徑為38-48μm。

上述基于氧化石墨烯的注漿材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，按重量份數(shù)計(jì)稱取各組分，將超細(xì)硅酸鹽水泥與粉煤灰進(jìn)行攪拌混合均勻，制得干粉；

步驟2，將工業(yè)級(jí)氧化石墨烯和聚羧酸減水劑溶解于水中配成溶液，在超聲波細(xì)胞破碎儀中冰水環(huán)境下，進(jìn)行超聲分散得工業(yè)級(jí)氧化石墨烯分散液；氧化石墨烯分散液在超聲過程中放置于冰水混合物環(huán)境中，保證超聲過程產(chǎn)生的能量不會(huì)使分散液過熱，從而保證超聲分散后氧化石墨烯的性質(zhì)；

步驟3，將干粉、工業(yè)級(jí)氧化石墨烯分散液混合攪拌均勻，即得注漿材料。

作為改進(jìn)的是，步驟2中超聲分散時(shí)所用超聲波破碎儀的超聲時(shí)間為10min，功率為150W。

作為改進(jìn)的是，步驟3中注漿材料的水灰比為0.6。

本發(fā)明通過工業(yè)氧化石墨烯在聚羧酸減水劑的分散作用下與粉煤灰協(xié)同對(duì)超細(xì)水泥基注漿材料起降低成本，增強(qiáng)流動(dòng)性和強(qiáng)度的作用。

其中，關(guān)于降低成本和增強(qiáng)流動(dòng)性的作用：一方面粉煤灰以極低的成本替代部分超細(xì)硅酸鹽水泥，降低了超細(xì)硅酸鹽水泥高用量引起的高成本問題；另一方面粉煤灰顆粒在微觀尺度下呈現(xiàn)光滑的圓球形狀，將其摻入水泥漿體之后，在漿體中能夠起到潤滑的作用，減小水泥顆粒間的機(jī)械摩擦效應(yīng)，從而提高漿體的流動(dòng)性。此外，粉煤灰的使用緩解了工業(yè)廢料對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來的壓力。