2014水泥_粉煤灰注浆材料特性试验研究_上官书民
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为保证水泥—粉煤灰浆液的可注性，节约水泥 注浆材料，降低工程成本，选取水泥—粉煤灰浆液 的各项物理力学及化学特性进行试验，以期能够获 取满足矿区水害注浆工程设计上的可注性、 结石
抗 压 强 度 /MPa 抗 拉 强 度 /MPa
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0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
floor.
Key words: characteristics of grouting materials; strength; setting time; viscosity; seed setting rate
* 国家自然科学基金项目（41102201）
0 引言
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体强度最为 适宜；水灰比 为 1：0.5~1：0.8 时，浆液 流动性比较 好，但硬化体 强度较低，加 固效果 较
差；而水灰质量比为 1：1 时，硬化体强度及结实率较高，充填加固效果较好；水泥—粉煤灰浆液的
凝结时间随粉煤灰掺入量的增大而增大，随水灰比的增加而延长；水泥—粉煤灰浆液的流动度随
着粉煤灰掺量的加大而降低，但黏度增大，结石率升高；当粉煤灰含量为 20%时，水泥和粉煤灰的
物加工工程专业，研究方向：细粒煤浮选，电子信箱：18234087885@163. com.
2007(10):14.
责任编辑：李富文 收稿日期：2014－02－25
246
第 33 卷第 04 期
水泥—粉煤灰注浆材料特性试验研究— ——上官书民，等
Vol.33No.04
矿井水害是煤矿开采中普遍且经常发生的地 2 试验结果分析及讨论
质灾害，严重者会导致淹井事故，造成生命和财产
试验过程中所采用的粉煤灰为 B 灰，其掺入质
的重大损失。 因此，在各类水害事故的处理过程中 量 分 别 为 占 总 质 量 10% 、20% … 70% 、80% 8 个 水
矿 井 水 害 的 预 防 和 治 理 是 地 下 工 程 领 域 的 研 究 重 平，浆液中水泥的质量相应 90%、80%…30%、20% 8
粉 煤 灰 含 量 /%
2.5
2.0
1.5
1
1.0 2
0.5 3
0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 粉 煤 灰 含 量 /%
（a） 抗 压 强 度
（b） 抗 剪 强 度
图 1 粉煤灰含量、龄期对浆液硬化强度影响曲线
1. 28 d 龄期 2. 7 d 龄期 3. 3 d 龄期
（2）45 μm 以下的小气泡数量最多的是 0.5 g/L
［2］卢寿慈. 矿物微粒浮选的若干问题［J］. 金属矿山,1981(6):36-42.
的浓度条件下电解 AlCl3 溶液，Al2(SO4)3 次之；45~75 μm 以下的小气泡数量较多的电解条件是 1.5 g/L 和 1 g/L
［3］胡华,朱德权,刘永民,等. 电解质对溶液中气泡大小的影响［J］. 清 华 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版 ,1995,35(3):106-110.
率、强度等方面的要求。
从图 1 中可以看出，随着浆液混合体中粉煤灰
1 试验材料及性质
含量 的增大，7 d 龄 期 条 件 下 的 浆 液 硬 化 体 抗 压 强
试验过程中所采用的粉煤灰（简称 B 灰）来源于 度 及 抗 剪 强 度 快 速 减 小 ， 但 粉 煤 灰 含 量 在 10%~
河南省永城市裕东电厂， 该粉煤灰颜色呈灰白色， 20%，浆液硬化体在 3 d 及 28 d 龄期条件下的抗压
1:0.5~0.8，the flow performance of grout is good while the strength of hardening body is lower and the
strengthening effect is poorer; And when the water -cement mass ratio is 1:1,the hardening body has
摘 要： 通过室内对水泥—粉煤灰浆液的各项物理力学及化学性质进行测试， 获取了不同材
料配比及不同龄期条件下浆液的结石体抗压及抗剪强度、流动度（扩散半径）、黏度、结实率、凝结
时间等工程参数，探究了各工程参数间的相互作用关系。 结果表明：不同龄期条件下的浆液硬化体
抗压及抗剪强度随水灰比的增大而降低，对于注浆工程本身来说，选取 7 d 龄期条件下的浆液硬化
第 33 卷第 04 期 2014 年 04 月
煤炭技术 Coal Technology
Vol.33No.04 Apr. 2014
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交流与探讨
doi:10.13301/ki.ct.2014.04.095
水泥—粉煤灰注浆材料特性试验研究 *
上官书民 1， 赵 伟 2， 张胜军 2， 丁亚恒 2 （1. 河南能源化工集团 永煤公司， 河南 永城 476600; 2. 河南能源化工集团 永煤公司 城郊煤矿， 河南 永城 476600）
主要化学成分见表 1。
及抗剪强度则是逐渐增大，之后又迅速减小；此外，
表 1 粉煤灰化学组成
粉煤灰含量超过 60%以后，不同龄期条件下浆液硬
项目 SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 MgO KNaO 烧失 含量/% 含量/% 含量/% 含量/% 含量/% 含量/% 含量/%
及注浆孔的布设等因素，在这些因素中注浆材料的 凝结时间等参数，选择合适的配合比，以期获得对
选取是整个注浆工艺中的基础。 工程中应用相对较 现场具有广泛指导意义的浆液参数。
广、成本相对较低、工艺相对较简单的浆液，然而由于水泥浆液颗粒相对较大，一般
图 1 为水灰比 1：0.8 条件下的不同粉煤灰含量
物理化学反应较好，可注性能优异，能够满足注浆堵水以及工作面底板改造的要求。
关键词： 注浆材料特性； 强度； 凝结时间； 黏度； 结实率
中图分类号： TD265.4 文献标志码： A 文章编号： 1008 － 8725（2014）04 － 0246 － 04
Characteristics of Grouting Materials on Cement and Fly Ash
high strengthen, high stone rate, and the filling reinforcement effect is better; The Setting time of fly ash
cement grouting material is longer and extends with the increase of dosage for fly ash and the increase
of water-cement mass ratio; But the fluidity of grouting material reduces with the increase of dosage for
fly ash, at the same time, the viscosity increases and the stone rate rise; When the content of fly ash is
20%, the physical and chemical reaction of fly ash and cement is better, and the grouting is excellent,
which can be able to satisfy the requirement of grouting for stopping up water and reconstruction of
［7］陈 金 銮,万 晶,施 汉 昌. 电 解 浮 选 用 于 活 性 污 泥 固 液 分 离 的 研 究 ［J］. 环境科学,2006,27(11):2 333-2 338.
率最大时气泡尺寸含量较多的粒级范围逐渐减小。
作者简介： 刘颖洲(1988- )，女，山西大同人，硕士，太原理工大学矿
参考文献： ［1］卢 枫. 煤 炭 浮 选 中 存 在 的 问 题 与 解 决 的 技 术 措 施 ［J］. 科 技 资 讯,
stone body, setting time, viscosity, stone rate and time was explored, the result shows that: The
compressive strength of hardening body in different age decreased with the increase of the ratio of
点与热点。 地下工程中最常用的治理矿井水害的技 个 水 平 ；根 据 现 场 经 验 ，浆 液 水 灰 比 选 择 1：0.5、1：
术手段是注浆施工，注浆施工的成败主要取决于注 0.6、1：0.8、1：1 4 个 水 平 设 计 32 组 全 分 析 试 验 ，综
浆材料的选取、注浆压力的控制、注浆时机的把握 合考虑抗压强度、抗剪强度、流动度（扩散半径）和
cement water quality, and the strength in age 28 d is more appropriate, but for the grouting engineering
itself, the hardening body in age 7 d strength can be referenced; When the ratio of water and cement is
只适用于直径或宽度大于 0.2 mm 的空隙， 因此其 及不同龄期的浆液硬化体抗压及抗剪强度曲线。
工程应用上受到一定较大限制。 为了改善水泥浆液 的这种限制条件，可以在水泥浆液中掺入一定量粉 煤灰，通过调节粉煤灰和水泥间的比例关系，使其 发生较为充分的物理化学反应， 形成具有一定强 度、整体性及流动性的浆液体，更大限度地对地下 工程中的岩土体裂隙进行充填。
SHANGGUAN Shu-min1， ZHAO Wei2， ZHANG Sheng-jun2， DING Ya-heng2 (1. Yongcheng Coal and Electric Power Group Corporation Ltd., Henan Coal Chemical Industry Group, Yongcheng 476600, China; 2. Chengjiao Coal Mine of Yongcheng Coal and Electric Power Group Corporation Ltd., Henan Coal
的电解质浓度，并不是单纯地与离子化合价成正比 或反比的关系。
（4）随着电解质 浓度的增加 ，马兰 8# 煤精煤 产
［5］Raju BhaskarG,Rkhangaonkar P,张学敏.微细粒黄铜矿的电解浮选 ［J］. 河北冶金,1983(3):55-60,65.
［6］周 凌 锋,张 强. 气 泡 尺 寸 变 化 对 微 细 粒 浮 选 效 果 的 研 究 ［J］. 有 色 金 属 ：选 矿 部 分 ，2005(3):21-23.
［4］李艳,孙伟,胡岳华. 气泡性质对高岭石 浮 选 行 为 的 影 响 ［J］. 中 国
浓度下电解 MgCl2 溶液；75~125 μm 的小气泡数量较
有色金属学报,2009(8):1 498-1 504.
多的是 1.5 g/L 和 1 g/L 浓度下电解 NaCl 溶液。 （3） 不 同 的 电 解 质 对 精 煤 产 率 的 影 响 都 有 最 优
Chemical Industry Group, Yongcheng 476600, China)
Abstract: The engineering performance of grout mix of cement and flash was measured through indoor
test, and the relationship between water cement ratio, solid phase ratio and compressive strength of
抗 压 强 度 /MPa 抗 拉 强 度 /MPa
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floor.
Key words: characteristics of grouting materials; strength; setting time; viscosity; seed setting rate
* 国家自然科学基金项目（41102201）
0 引言
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体强度最为 适宜；水灰比 为 1：0.5~1：0.8 时，浆液 流动性比较 好，但硬化体 强度较低，加 固效果 较
差；而水灰质量比为 1：1 时，硬化体强度及结实率较高，充填加固效果较好；水泥—粉煤灰浆液的
凝结时间随粉煤灰掺入量的增大而增大，随水灰比的增加而延长；水泥—粉煤灰浆液的流动度随
着粉煤灰掺量的加大而降低，但黏度增大，结石率升高；当粉煤灰含量为 20%时，水泥和粉煤灰的
物加工工程专业，研究方向：细粒煤浮选，电子信箱：18234087885@163. com.
2007(10):14.
责任编辑：李富文 收稿日期：2014－02－25
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第 33 卷第 04 期
水泥—粉煤灰注浆材料特性试验研究— ——上官书民，等
Vol.33No.04
矿井水害是煤矿开采中普遍且经常发生的地 2 试验结果分析及讨论
质灾害，严重者会导致淹井事故，造成生命和财产
试验过程中所采用的粉煤灰为 B 灰，其掺入质
的重大损失。 因此，在各类水害事故的处理过程中 量 分 别 为 占 总 质 量 10% 、20% … 70% 、80% 8 个 水
矿 井 水 害 的 预 防 和 治 理 是 地 下 工 程 领 域 的 研 究 重 平，浆液中水泥的质量相应 90%、80%…30%、20% 8
粉 煤 灰 含 量 /%
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0.5 3
0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 粉 煤 灰 含 量 /%
（a） 抗 压 强 度
（b） 抗 剪 强 度
图 1 粉煤灰含量、龄期对浆液硬化强度影响曲线
1. 28 d 龄期 2. 7 d 龄期 3. 3 d 龄期
（2）45 μm 以下的小气泡数量最多的是 0.5 g/L
［2］卢寿慈. 矿物微粒浮选的若干问题［J］. 金属矿山,1981(6):36-42.
的浓度条件下电解 AlCl3 溶液，Al2(SO4)3 次之；45~75 μm 以下的小气泡数量较多的电解条件是 1.5 g/L 和 1 g/L
［3］胡华,朱德权,刘永民,等. 电解质对溶液中气泡大小的影响［J］. 清 华 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版 ,1995,35(3):106-110.
率、强度等方面的要求。
从图 1 中可以看出，随着浆液混合体中粉煤灰
1 试验材料及性质
含量 的增大，7 d 龄 期 条 件 下 的 浆 液 硬 化 体 抗 压 强
试验过程中所采用的粉煤灰（简称 B 灰）来源于 度 及 抗 剪 强 度 快 速 减 小 ， 但 粉 煤 灰 含 量 在 10%~
河南省永城市裕东电厂， 该粉煤灰颜色呈灰白色， 20%，浆液硬化体在 3 d 及 28 d 龄期条件下的抗压
1:0.5~0.8，the flow performance of grout is good while the strength of hardening body is lower and the
strengthening effect is poorer; And when the water -cement mass ratio is 1:1,the hardening body has
摘 要： 通过室内对水泥—粉煤灰浆液的各项物理力学及化学性质进行测试， 获取了不同材
料配比及不同龄期条件下浆液的结石体抗压及抗剪强度、流动度（扩散半径）、黏度、结实率、凝结
时间等工程参数，探究了各工程参数间的相互作用关系。 结果表明：不同龄期条件下的浆液硬化体
抗压及抗剪强度随水灰比的增大而降低，对于注浆工程本身来说，选取 7 d 龄期条件下的浆液硬化
第 33 卷第 04 期 2014 年 04 月
煤炭技术 Coal Technology
Vol.33No.04 Apr. 2014
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交流与探讨
doi:10.13301/ki.ct.2014.04.095
水泥—粉煤灰注浆材料特性试验研究 *
上官书民 1， 赵 伟 2， 张胜军 2， 丁亚恒 2 （1. 河南能源化工集团 永煤公司， 河南 永城 476600; 2. 河南能源化工集团 永煤公司 城郊煤矿， 河南 永城 476600）
主要化学成分见表 1。
及抗剪强度则是逐渐增大，之后又迅速减小；此外，
表 1 粉煤灰化学组成
粉煤灰含量超过 60%以后，不同龄期条件下浆液硬
项目 SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 MgO KNaO 烧失 含量/% 含量/% 含量/% 含量/% 含量/% 含量/% 含量/%
及注浆孔的布设等因素，在这些因素中注浆材料的 凝结时间等参数，选择合适的配合比，以期获得对
选取是整个注浆工艺中的基础。 工程中应用相对较 现场具有广泛指导意义的浆液参数。
广、成本相对较低、工艺相对较简单的浆液，然而由于水泥浆液颗粒相对较大，一般
图 1 为水灰比 1：0.8 条件下的不同粉煤灰含量
物理化学反应较好，可注性能优异，能够满足注浆堵水以及工作面底板改造的要求。
关键词： 注浆材料特性； 强度； 凝结时间； 黏度； 结实率
中图分类号： TD265.4 文献标志码： A 文章编号： 1008 － 8725（2014）04 － 0246 － 04
Characteristics of Grouting Materials on Cement and Fly Ash
high strengthen, high stone rate, and the filling reinforcement effect is better; The Setting time of fly ash
cement grouting material is longer and extends with the increase of dosage for fly ash and the increase
of water-cement mass ratio; But the fluidity of grouting material reduces with the increase of dosage for
fly ash, at the same time, the viscosity increases and the stone rate rise; When the content of fly ash is
20%, the physical and chemical reaction of fly ash and cement is better, and the grouting is excellent,
which can be able to satisfy the requirement of grouting for stopping up water and reconstruction of
［7］陈 金 銮,万 晶,施 汉 昌. 电 解 浮 选 用 于 活 性 污 泥 固 液 分 离 的 研 究 ［J］. 环境科学,2006,27(11):2 333-2 338.
率最大时气泡尺寸含量较多的粒级范围逐渐减小。
作者简介： 刘颖洲(1988- )，女，山西大同人，硕士，太原理工大学矿
参考文献： ［1］卢 枫. 煤 炭 浮 选 中 存 在 的 问 题 与 解 决 的 技 术 措 施 ［J］. 科 技 资 讯,
stone body, setting time, viscosity, stone rate and time was explored, the result shows that: The
compressive strength of hardening body in different age decreased with the increase of the ratio of
点与热点。 地下工程中最常用的治理矿井水害的技 个 水 平 ；根 据 现 场 经 验 ，浆 液 水 灰 比 选 择 1：0.5、1：
术手段是注浆施工，注浆施工的成败主要取决于注 0.6、1：0.8、1：1 4 个 水 平 设 计 32 组 全 分 析 试 验 ，综
浆材料的选取、注浆压力的控制、注浆时机的把握 合考虑抗压强度、抗剪强度、流动度（扩散半径）和
cement water quality, and the strength in age 28 d is more appropriate, but for the grouting engineering
itself, the hardening body in age 7 d strength can be referenced; When the ratio of water and cement is
只适用于直径或宽度大于 0.2 mm 的空隙， 因此其 及不同龄期的浆液硬化体抗压及抗剪强度曲线。
工程应用上受到一定较大限制。 为了改善水泥浆液 的这种限制条件，可以在水泥浆液中掺入一定量粉 煤灰，通过调节粉煤灰和水泥间的比例关系，使其 发生较为充分的物理化学反应， 形成具有一定强 度、整体性及流动性的浆液体，更大限度地对地下 工程中的岩土体裂隙进行充填。
SHANGGUAN Shu-min1， ZHAO Wei2， ZHANG Sheng-jun2， DING Ya-heng2 (1. Yongcheng Coal and Electric Power Group Corporation Ltd., Henan Coal Chemical Industry Group, Yongcheng 476600, China; 2. Chengjiao Coal Mine of Yongcheng Coal and Electric Power Group Corporation Ltd., Henan Coal
的电解质浓度，并不是单纯地与离子化合价成正比 或反比的关系。
（4）随着电解质 浓度的增加 ，马兰 8# 煤精煤 产
［5］Raju BhaskarG,Rkhangaonkar P,张学敏.微细粒黄铜矿的电解浮选 ［J］. 河北冶金,1983(3):55-60,65.
［6］周 凌 锋,张 强. 气 泡 尺 寸 变 化 对 微 细 粒 浮 选 效 果 的 研 究 ［J］. 有 色 金 属 ：选 矿 部 分 ，2005(3):21-23.
［4］李艳,孙伟,胡岳华. 气泡性质对高岭石 浮 选 行 为 的 影 响 ［J］. 中 国
浓度下电解 MgCl2 溶液；75~125 μm 的小气泡数量较
有色金属学报,2009(8):1 498-1 504.
多的是 1.5 g/L 和 1 g/L 浓度下电解 NaCl 溶液。 （3） 不 同 的 电 解 质 对 精 煤 产 率 的 影 响 都 有 最 优
Chemical Industry Group, Yongcheng 476600, China)
Abstract: The engineering performance of grout mix of cement and flash was measured through indoor
test, and the relationship between water cement ratio, solid phase ratio and compressive strength of