早强膨胀延迟型注浆封孔材料的实验研究
本文选题:瓦斯 + 钻孔抽采 ; 参考:《安徽理工大学》2017年硕士论文
【摘要】:煤矿瓦斯问题不断涌现,解决瓦斯突出问题的措施之一是瓦斯钻孔抽采,瓦斯钻孔抽采的效率受封孔质量好坏的影响。目前我国煤矿应用为广泛的封孔材料是水泥基封孔材料,它价格低廉,效果较好,被广泛应用,水泥基封孔材料在具有一定优势的同时也存在一定的缺陷,不能完全满足实际的封孔要求,其中表现最为明显的缺陷有:煤矿的高湿等条件下早期强度无法满足工作要求,且凝固硬化时间较长,导致封孔效率下降;同时水泥凝固后会产生收缩现象形成空隙而造成漏气现象,针对这两个问题,我们队水泥基封孔材料进行改性处理,将在很大程度改善封孔材料的封孔质量。本文主要进行了以下实验研究:首先,针对水泥基封孔材料高湿环境条件下无法满足工作要求,且凝固硬化时间较长的问题,对一种复合早强剂进行研究。利用正交实验组成和配制不同的早强复合剂对水泥基封孔材料早期强度的影响,然后借助扫描电镜、热重、X射线衍射等技术对水泥水化产应及水化反应生成的产物等进行研究分析,研究其围观结构并总结其工作机理。经实验研究发现,组合为:硫钠0.5%、氯化钠0.5%、三乙醇胺0.05%、AMPS1.0%为最优组合,该组合早强剂提高了水泥基封孔材料的强度,其中1d早强组的早期强度是基准组抗压强度的438%,3d的强度能提高到219%,早强效果明显。其机理通过扫描电镜等测试研究,其复合早强剂并不改变水化产物种类,而是促进水化进程,进而提高水泥的早期强度。其次,针对水泥基封孔材料因收缩生成裂纹而造成漏气现象的缺陷,对一种微胶囊包覆膨胀剂进行分析和研究。基于微胶囊包裹技术,对该种膨胀剂进行微胶胶囊包裹,采用聚丙烯酰胺为囊壁材料,铝粉为囊芯材料,制取微胶囊型膨胀剂,同时可以满足强度与膨胀协调发展,掺入水泥0.1%的膨胀型微胶囊,其膨胀效果明显,延迟膨胀约4h,最后的膨胀率比基准组上升了 35.2%。利用扫描电镜等测试手段,对改性水泥进行分析,结构完整,水化产物密实,使得膨胀能能够得到合理的利用。将早强组分、膨胀组分进行复配,得到早强膨胀延迟型注浆封孔材料,其组成成分及组成比例分别是:普通硅酸盐水泥:水:氯化钠:硫酸钠:三乙醇胺:AMPS:铝酸钠:铝粉微胶囊按质量百分比100:55:0.5:0.5:0.05:1.0:1.0:0.1混合而成,其中的铝粉微胶囊,按水、聚丙烯酰胺、铝粉的质量比为100:2:2制备而成。1天抗压强度提高到基准组的3.77倍,3天抗压强度提高到基准组的1.79倍,膨胀时间延迟为4h,膨胀率达到27.5%。
[Abstract]:One of the measures to solve the problem of gas outburst is gas borehole drainage. The efficiency of gas borehole drainage is affected by the quality of sealing hole. At present, coal mines in China are widely used as cement-based sealing materials, which are cheap, effective and widely used. The cement-based sealing materials also have some defects while they have certain advantages. It can not completely meet the actual requirements of sealing holes, among which the most obvious defects are: the early strength of coal mine under high humidity and other conditions can not meet the requirements of work, and the solidification hardening time is longer, which leads to the decrease of sealing efficiency; At the same time, the shrinkage phenomenon of cement will lead to air leakage after solidification. In view of these two problems, the cement-based sealing materials will be modified to improve the sealing quality to a great extent. In this paper, the following experimental studies were carried out: firstly, a composite early strength agent was studied to solve the problem that the cement-based sealing materials could not meet the requirements of the work and the solidification hardening time was long under the high humidity environment. The effects of different early strength compounding agents on the early strength of cement-based sealing materials were studied by orthogonal experiment, and then by scanning electron microscope (SEM). Thermogravimetric X-ray diffraction (TG-XRD) techniques were used to study the hydration yield and hydration products of cement, to study its mesoscopic structure and to summarize its working mechanism. The experimental results show that the optimum combination is sodium sulfate 0.5, sodium chloride 0.5 and triethanolamine 0.05% AMPS 1.0%. The early strength of the combination increases the strength of cement-based sealing materials. The early strength of the 1d early strength group is the strength of the base group. The compressive strength of the reference group can be increased to 219d, and the effect of early strength is obvious. The mechanism was studied by scanning electron microscopy and other tests. The composite early strength agent did not change the hydration products, but promoted the hydration process, thus improving the early strength of cement. Secondly, aiming at the defect of air leakage caused by shrinkage cracks in cement-based sealing materials, a microencapsulated expander was analyzed and studied. Based on the microencapsulation technology, the microencapsulated expander was encapsulated with polyacrylamide as the capsule wall material and aluminum powder as the core material to prepare the microencapsulated expander, which could satisfy the coordinated development of strength and expansion. When 0.1% of cement was added into the expanded microcapsule, the swelling effect was obvious, the delayed expansion was about 4 h, and the final expansion rate was 35.2g higher than that of the base group. The modified cement was analyzed by means of scanning electron microscope and the hydration products were dense and the expansion energy could be used reasonably. The early strength expansion delay grouting sealing material was obtained by combining the early strength component and expansion component. The composition and composition ratio are as follows: ordinary Portland cement: water: sodium chloride: sodium sulfate: triethanolamine: AMPS: sodium aluminate: aluminum powder microcapsule is mixed by mass percentage 100: 55: 0.5: 0.5: 0.5: 0.5: 0.5: 1.0: 1.0: 0.1. The aluminum powder microcapsule is made by water, polyacrylamide. The weight ratio of aluminum powder was 100: 2: 2, and the compressive strength was increased from 3.77 times to 1.79 times as much as that of the reference group, and the expansion time was delayed to 4 hours, and the expansion rate was 27.5%.
【学位授予单位】:安徽理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TD712.6
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,本文编号:1836594
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