[发明专利]一种基于工业级氧化石墨烯的注浆材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于工业级氧化石墨烯的注浆材料及其制备方法，属于建筑材料技术领域，适用于地下注浆工程。包括以下组分：超细硅酸盐水泥、粉煤灰、分散液的比值为4:1:3；所述分散液为工业级氧化石墨烯和聚羧酸减水剂混合而成的分散液。本发明通过加入粉煤灰来降低注浆材料的成本和提高浆液的流动性。借助工业级氧化石墨烯来促进浆体中水化产物的生长和优化孔隙结构，用以补强由于粉煤灰替代部分水泥粉而造成的注浆材料的力学损失。从而制备流动性能更高，力学性质更强和价格更低廉的注浆材料。与水泥净浆相比，本发明公开的注浆材料流动性能提高了8.50%～8.64%；28天力学性能提高了11.40%～29.50%。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，适用于地下注浆工程，具体涉及一种基于工业级氧化石墨烯的注浆材料及其制备方法。

背景技术

注浆材料是裂隙岩体中起固结和填充作用的主要物质，起到增强裂隙岩体力学强度和抗渗性能的作用。常用的注浆材料有硅酸盐水泥注浆材料、化学注浆材料。化学注浆材料粘度低、可注性好，能够注入微小孔隙裂隙中，但其成本较高、强度较低，耐久性较差且对环境污染较大；普通硅酸盐水泥注浆材料强度高、耐久性好、无毒、无味、材料来源方便、价格低廉，但其制备过程耗能高、二氧化碳排放量极大、产生的建筑垃圾多，且普通水泥粒径较大，粗颗粒多，浆液的稳定性差，无法注入微小裂隙等缺点；超细硅酸盐水泥作为硅酸盐水泥的一种，因其水泥颗粒细度较小，具有良好渗透性，能够注入岩体微小裂隙，但其与普通硅酸盐水泥相比，流动性降低，成本高。急需要研发一种强度高，低成本的注浆材料。

发明内容

本发明提供了一种基于氧化石墨烯的注浆材料及其制备方法，以解决现有超细硅酸盐水泥注浆材料流动性差和高用量导致的经济成本问题。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种基于氧化石墨烯的注浆材料，包括以下组分：超细硅酸盐水泥、粉煤灰、分散液的比值为4:1:3；所述分散液为工业级氧化石墨烯和聚羧酸减水剂混合而成的分散液。

作为改进的是，所述分散液由以下按重量份数的组分混合而成，水2500份、工业级氧化石墨烯2份、聚羧酸减水剂16份。

作为改进的是，所述聚羧酸减水剂分散液由按重量份数计的水2500份和聚羧酸减水剂16份混合而成。

作为改进的是，所述超细硅酸盐水泥的平均粒径为6-18.6μm，粉煤灰的平均粒径为38-48μm。

上述基于氧化石墨烯的注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按重量份数计称取各组分，将超细硅酸盐水泥与粉煤灰进行搅拌混合均匀，制得干粉；

步骤2，将工业级氧化石墨烯和聚羧酸减水剂溶解于水中配成溶液，在超声波细胞破碎仪中冰水环境下，进行超声分散得工业级氧化石墨烯分散液；氧化石墨烯分散液在超声过程中放置于冰水混合物环境中，保证超声过程产生的能量不会使分散液过热，从而保证超声分散后氧化石墨烯的性质；

步骤3，将干粉、工业级氧化石墨烯分散液混合搅拌均匀，即得注浆材料。

作为改进的是，步骤2中超声分散时所用超声波破碎仪的超声时间为10min，功率为150W。

作为改进的是，步骤3中注浆材料的水灰比为0.6。

本发明通过工业氧化石墨烯在聚羧酸减水剂的分散作用下与粉煤灰协同对超细水泥基注浆材料起降低成本，增强流动性和强度的作用。

其中，关于降低成本和增强流动性的作用：一方面粉煤灰以极低的成本替代部分超细硅酸盐水泥，降低了超细硅酸盐水泥高用量引起的高成本问题；另一方面粉煤灰颗粒在微观尺度下呈现光滑的圆球形状，将其掺入水泥浆体之后，在浆体中能够起到润滑的作用，减小水泥颗粒间的机械摩擦效应，从而提高浆体的流动性。此外，粉煤灰的使用缓解了工业废料对生态环境带来的压力。