ТАМПОНАЖНО-ИНЪЕКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1999 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности, к герметизирующим тампонажно-инъекционным материалам, и может быть использовано для заполнения пустот в горных выработках, временного крепления конструкций, а также для уменьшения деформаций сопрягающихся конструкций, зданий, сооружений и горных массивов.

Известны герметизирующие тампонажно-инъекционные материалы на основе портландцемента, доменных шлаков, гипса (В.С. Данюшевский, Р.М. Алиев, И.Ф. Толстых. Справочное руководство по тампонажным материалам, 2 изд., М., Недра, 1987, с. 176) на основе вяжущего и низкоосновных гидросиликатов, причем в качестве вяжущего используется двуводный гипс и карбоалюминатный шлам (А. С. СССР N 1201490, В.И., N 48, 1985). Эти тампонажно-инъекционные материалы обладают медленным набором прочности и невысокой ранней прочностью, особенно после 6 - 8 часов твердения в условиях низких положительных температур.

Наиболее близким техническим решением является портландцементный тампонажный раствор с добавками ускорителя схватывания и твердения, причем в качестве ускорителя используется хлористый кальций 3 - 5%, едкое кали 1,5 - 2,5% и сульфосилициловая кислота (ССК) - 0,06 - 0,01% (В.С. Данюшевский, Р. М. Алиев, И.В. Толстых. Справочное руководство по тампонажным материалам, 2 изд. , М. , Недра, 1987, с. 119 - 121, 178). Этот материал способен к твердению при низких температурах, однако прочность его невысока, особенно после 6 - 8 часов твердения. Данное обстоятельство ограничивает его применение в определенных условиях ведения горных работ при низких положительных температурах, когда необходимо получить значительные прочностные характеристики за 6 - 8 часов твердения. Используя известные тампонажно-инъекционные материалы, этого достичь невозможно.

Настоящая разработка позволяет повысить скорость твердения тампонажно-инъекционного материала при низких положительных температурах (8 ± 2)^oC, а также обеспечить высокую раннюю прочность затвердевшего материала - через 8 часов твердения не ниже 8 МПа.

Это достигается тем, что тампонажно-инъекционный материал, включающий портландцемент, кварцевый песок и целевую добавку, в качестве последней содержит водный раствор ионов Ca²⁺, Al³⁺ и Cl^1-, а также динафталинсульфонат с соотношениями Ca²⁺/Al³⁺ = 5 - 6, Ca²⁺/Cl^1- = 0,35 - 0,45 и (Ca²⁺ + Al³⁺)/динафталинсульфонат = 1,3 - 2,4 при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Портландцемент - 40 - 43,
Кварцевый песок - 40 - 43
Целевая добавка - 1,5 - 3,5
Вода - Остальное
Сущность технического решения заключается в том, что в присутствии ионов Ca²⁺, Al³⁺, Cl^1- и динафталинсульфоната происходит образование комплексных соединений с алюминатной и ферритной фазами цемента, что ускоряет схватывание твердение цемента при низких положительных температурах. Кроме того, возникающие комплексы формируют центры кристаллизации при гидратации силикатных фаз; введение целевой добавки увеличивает также скорость растворения компонентов цемента и повышает скорость гидратации силикатных фаз за счет изменения pH. Увеличение прочности при твердении связано с увеличением площади реакционной поверхности, морфологическими изменениями и модифицированием кристаллических форм гидратов силикатов кальция за счет образования комплексных соединений.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1.

Портландцемент в количестве 418 г и кварцевый песок в количестве 418 г смешивают до однородного состояния, после чего затворяют 139 г воды, в которую введено 2,5 г целевой добавки, обеспечивающей в растворе соотношение Ca²⁺/Al³⁺ = 5,4, Ca²⁺/Cl^1- = 0,4 и (Ca²⁺ + Al³⁺)/динафталинсульфонат (ДНС) = 1,9. Полученную массу укладывают в формы, в которых осуществляется твердение в условиях: t = (8 ± 2)^oC, относительная влажность 95%. После 8 часов твердения часть образцов распалубливают и испытывают на прочность при сжатии по известной методике (ГОСТ 310.4-85). Оставшиеся образцы твердеют в течение 24 часов, после чего подвергаются описанной выше процедуре.

Примеры 2 - 9.

Различаются содержанием компонентов и составом целевой добавки.

В таблице представлены примеры по составам и свойствам предлагаемого тампонажно-инъекционного материала в сравнении с прототипом.

Изобретение может быть использовано в подземном строительстве, горном деле. Тампонажно-инъекционный материал включает, мас.%: портландцемент - 40-43, кварцевый песок - 40-32 и целевую добавку - 1,5-3,5, в качестве последней содержится водный раствор ионов Ca²⁺, Al³⁺ и Cl^1-, а также динафталинсульфонат (ДНС) при соотношении Ca²⁺/Al³⁺ =5-6, Ca²⁺/Cl^1- = 0,35-0,45 и (Ca²⁺+Al³⁺)/ДНС=1,3-2,4. Технический результат - повышение скорости твердения материала при низких положительных температурах, а также обеспечение высокой ранней прочности затвердевшего материала. 1 табл.

Тампонажно-инъекционный материал, включающий портландцемент и целевую добавку, отличающийся тем, что в качестве последней содержит водный раствор ионов Са²⁺, Al³⁺ и Cl^1-, а также динафталинсульфонат (ДНС) с соотношениями Са²⁺/Al³⁺ = 5 - 6, Са²⁺/Cl^1- = 0,35 - 0,45 и Са²⁺ + Al³⁺/ДНС = 1,3 - 2,4, причем материал дополнительно содержит кварцевый песок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Портландцемент - 40 - 43
Кварцевый песок - 40 - 43
Целевая добавка - 1,5 - 3,5
Вода - Остальноех