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ICS 91.100.15 CCS Q 60
T/CNCA 064—2024
煤矸石基地质聚合物注浆材料
通用技术要求
General technical requirements for gangue base polymer
grouting materials
2024-06-12 发布 2024-10-01 实施
发 出
布 版
中国煤炭工业协会中国标准出版社
T/CNCA 064—2024
目 次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 原材料 2
5 技术要求 4
6 制备 5
7 检验规则 6
8 贮存与运输 6
Ⅰ
T/CNCA 064—2024
前 言
本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。
本文件由中国煤炭工业协会提出 。
本文件由中国煤炭工业协会科技发展部归口 。
本文件起草单位：中能化江苏地质矿产设计研究院有限公司 、江苏地质矿产设计研究院(中国煤炭地质总局检测中心)、中能化江苏矿山生态研究院有限公司 、上海力阳道路加固科技股份有限公司 、福建龙净环保股份有限公司 、江苏众信工程勘测有限公司 、中国矿业大学(北京)、西安建筑科技大学 、辽宁工程技术大学 、山西大学 、安徽理工大学 、中国散装水泥推广发展协会地聚物水泥与绿色建材工作委员会 、德州学院(粉煤灰研究所)、江苏中汇岩土工程有限公司 、陕西亿华矿业开发有限公司 、沈阳建筑大学 、西安交通大学 、河南理工大学 。
本文件主要起草人 ：赵恒 、张谷春 、王彦君 、王新富 、胡荣华 、张百红 、季晓丽 、章梅 、王栋民 、李辉 、周梅 、吴求刚 、翟冠杰 、杨科 、王晴 、王庆平 、宋慧平 、张海波 、许领 、杜明礼 、成怀刚 、宋英明 、刘泽 、于立安 、刘泽峰 、朱绘美 、王吉祥 、初亚飞 、周红兵 、马荣 、王新芳 、何苏祺 、罗树琼 。
Ⅲ
T/CNCA 064—2024
煤矸石基地质聚合物注浆材料
通用技术要求
1 范围
本文件规定了煤矸石制备地质聚合物注浆材料的原材料 、技术要求 、检测方法 、制备 、检验规则 、贮存与运输 。
本文件适用于采空区充填和矿井水害防治用煤矸石基地质聚合物注浆材料的通用技术要求 。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 ，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。
GB 175 通用硅酸盐水泥
GB/T 176
水泥化学分析方法
GB/T 203
用于水泥中的粒化高炉矿渣
GB/T 212
煤的工业分析方法
GB/T 474
煤样的制备方法
GB/T 1345
水泥细度检验方法筛析法
GB/T 1346
水泥标准稠度用水量 、凝结时间 、安定性检验方法
GB/T 1596
用于水泥和混凝土中的粉煤灰
GB 5085.3
危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别
GB 6566 建筑材料放射性核素限量
GB/T 8074 水泥比表面积测定方法勃氏法
GB/T 12957 用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法
GB/T 18046 用于水泥 、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉GB/T 19494.2 煤炭机械化采样 第 2 部分：煤样的制备
GB/T 50082 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准GB 50164 混凝土质量控制标准
DL/T 5100 水工混凝土外加剂技术规程
DL/T 5148 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范
HJ 557 固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法
JTG 3420 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程
JTG/T 3650 公路桥涵施工技术规范
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件 。
1
T/CNCA 064—2024
3.1
地质聚合物 geopolymer
采用天然矿物或固体废弃物及人工硅铝化合物为前驱体，以一定比例混合激发剂制备出的含有硅氧四面体与铝氧四面体单元结构的无机非金属材料 。
3.2
前驱体 precursor
含非晶态硅铝酸盐且具有激发活性的矿物质 。
3.3
煤矸石基地质聚合物 coal gangue based geopolymers
以煤矸石为主要前驱体制备的地质聚合物 。
3.4
煤矸石基地质聚合物注浆材料 coal gangue based geopolymer grouting material
以煤矸石为主要前驱体 ，按比例混合水及激发剂配制 ，能注入地质空间中起到充填等作用的地质聚合物材料 。
3.5
激发剂 activator
能够促使前驱体中硅(铝)氧共价键断裂，溶解释放出类离子态硅铝单体并重构形成新的硅(铝)氧四面体的物质 。
注：包括碱金属氢氧化物类 、碳酸盐类 、硫酸盐类以及部分碱金属的氧化物和碱性固废等 。
4 原材料
4.1 煤矸石
制备地质聚合物注浆材料用煤矸石应满足表 1 的规定 。
表 1 制备地质聚合物注浆材料用煤矸石的技术要求
项目
级别及技术要求
检测方法
Ⅰ 级
Ⅱ级
Ⅲ级
强度活性指数/%
≥70
60~70
≤60
GB/T 12957
碳含量/%
≤6
6~20
≥20
GB/T 212
80 µm 筛余
≤ 3%
GB/T 1345
Ⅰ 级煤矸石推荐前驱体中用量≥70%，Ⅱ级煤矸石推荐前驱体中用量≥60%，Ⅲ级煤矸石推荐前驱体中用量≥50%
4.2 辅助性胶凝材料
当单独使用煤矸石制备的地质聚合物注浆材料性能无法满足技术要求时 ，可添加如下辅助性胶凝材料 。
a) 水泥 。用于煤矸石基地质聚合物注浆材料的水泥应为通用硅酸盐水泥，各品种水泥性能指标应符合 GB 175 的规定 。
b) 粉煤灰 。用于煤矸石基地质聚合物注浆材料的粉煤灰包括电厂煤粉炉和循环流化床锅炉烟道气中收集的粉末 。粉煤灰应符合表 2 的规定 。
2
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表 2 制备地质聚合物注浆材料用粉煤灰的技术要求
项目
级别及技术要求
检测方法
Ⅰ 级
Ⅱ级
Ⅲ级
细度(45 μm方孔筛筛余)/%
≤12
12~30
≥30
GB/T 1345
需水量比/%
≤95
95~105
105~115
GB/T 1596
烧失量/%
≤5
≤8
≤10
含水量/%
≤1
三氧化硫质量分数/%
≤10
GB/T 176
c) 矿渣 。用于煤矸石基地质聚合物注浆材料的矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种熔融物，满足 要 求 的 矿 渣 研 磨 成 粉 后 可 作 为 地 质 聚 合 物 注 浆 材 料 ，各 级 粒 化 高 炉 矿 渣 粉 应 符 合 表 3 的规定 。
表 3 制备地质聚合物注浆材料用粒化高炉矿渣的技术要求
项目
级别及技术要求
检测方法
S105
S95
S75
中位粒径/mm
8≤d≤12
GB/T 203
比表面积/(m2/kg)
≥500
≥400
≥300
GB/T 8074
活性指数/%
7 d
≥95
≥70
≥55
GB/T 18046
28 d
≥105
≥95
≥75
含水量/%
≤1 .0
玻璃体含量/%
≥85
三氧化硫(SO3)质量分数/%
≤10
GB/T 176
氯离子质量分数/%
≤0 .06
烧失量/%
≤1 .0
重金属浸出浓度
执行 GB 5085.3
HJ 557
放射性
执行 GB 6566
GB 6566
4.3 激发剂
用于煤矸石基地质聚合物注浆材料的激发剂包括硅酸盐类[M2O·rSiO2(M：K、Na)]、碱金属氢氧化物类[MOH(M：K、Na)]、碳酸盐类[M2CO3(M：K、Ca、Na)]、硫酸盐类[M2SO4(M：K、Na、Ca)]以及部分碱金属的氧化物和碱性固废等 。
不同的激发剂效果有差异 ，可以使用单一激发剂制备煤矸石基地质聚合物注浆材料 ，也可以使用多种激发剂复配用于制备煤矸石基地质聚合物 。
3
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5 技术要求
5.1 一般规定
煤矸石基地质聚合物注浆材料应符合以下规定：
a) 按照施工目的和设计要求确定煤矸石基地质聚合物注浆材料类型;
b) 加入外加剂的种类及加入量 ，应按照设计文件并通过现场试验确定 ，浆液应搅拌均匀后进行性能测定;
c) 配合比应根据不同应用的技术要求设计，设计配合比应经试配 、调整，得出满足要求的基准配合比，并经技术要求复核后确定;
d) 在满足工程设计和施工要求的条件下，注浆材料配合比设计应遵循低激发剂用量和低用水量的原则进行 。
5.2 采空区充填用煤矸石基地质聚合物注浆材料技术要求
煤矸石制备地质聚合物注浆材料用于采空区充填的技术要求详见表 4。
表 4 煤矸石制备地质聚合物注浆材料用于采空区充填的技术要求
项目
技术要求
检测方法
浆液密度/(g/cm3)
1.25~1 .50
DL/T 5148
凝结时间/h
初凝
4~6
GB/T 1346
终凝
8~12
液固比
0.8~1 .0
JTG 3420
结石率/%
≥95
流动度/mm
180~260
抗压强度/MPa
3 d
≥0 .5
28 d
≥2 .5
重金属浸出浓度
执行 GB 5085.3
HJ 557
pH 值
≤9
5.3 防治水用煤矸石基地质聚合物注浆材料技术要求
煤矸石制备地质聚合物注浆材料用于防治水的技术要求详见表 5。
表 5 煤矸石制备地质聚合物注浆材料用于防治水的技术要求
项目
技术要求
检测方法
浆液密度/(g/cm3)
1.05~1 .5
DL/T 5148
凝结时间/h
初凝
1~4
GB/T 1346
终凝
8~12
结石率/%
≥90
JTG/T 3650
4
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表 5 煤矸石制备地质聚合物注浆材料用于防治水的技术要求( 续 )
项目
技术要求
检测方法
液固比
0.8~1 .2
JTG 3420
流动度/mm
160~280
抗压强度/MPa
3 d
≥0 .5
28 d
≥2 .5
水陆抗压强度比/%
≥0 .8
DL/T 5100
28 d 抗渗压力/MPa
≥1 .0
GB/T 50082
重金属浸出浓度
执行 GB 5085.3
HJ 557
6 制备
6.1 注浆材料的配制
煤矸石基地质聚合物注浆材料液固比应符合 5.2 和 5.3 的技术要求 ，根据应用场景 、施工要求 、工程目的等具体情况选用，施工中一般采用由低密度到高密度再到低密度进行 。
6.2 搅拌
应采用强制式搅拌机或振动式强制搅拌机，搅拌时间不宜超过 10 min。
6.3 抗压强度的检测
6.3.1 试块要求
注浆材料抗压实验试块宜选用 70.7 mm×70 .7 mm×70 .7 mm 模具成型，试模的内表面应机械加工，其 不 平 度 为 每 100 mm 不 超 过 0.05 mm，组 装 后 各 相 邻 面 的 不 垂 直 度 不 超 过 ±0 .5 ° 。抗 压 强 度 检 验 按JTG 3420 中的有关规定执行 。
6.3.2 抗压强度
抗压强度测试值的算术平均值作为该组样品的抗压强度值，结果精确至 0.1 MPa 。如三个测试值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的 15% 时 ，取中间值作为该组样品的抗压强度值 。如两个测试值与中间值的差值均超过中间值的 15% 时，该组测试结果无效 。
进行采空区充填时，煤矸石基地质聚合物试块的养护条件应按照采空区赋存条件及温度进行：
a) 当 采 空 区 无 水 时 ，地 质 聚 合 物 试 块 应 在 采 空 区 的 温 度 和 无 水 条 件 下 养 护 ，试 块 脱 模 后 ，每 隔
1 d~2 d 洒水一次，使其保持湿润;
b) 当采空区充水时，地质聚合物试块应在采空区温度和水中养护，浆液倒入模具后，应迅速置于养护池中，使其在水中成型，脱模后应在原条件下养护 。
6.4 地质聚合物试块浸出毒性的检测
按 GB/T 474 或 GB/T 19494.2 规定的方法将煤矸石基地质聚合物试块样品破碎到标称最大粒度为 6 mm，缩 分 至 质 量 不 少 于 3.75 kg 后 ，缩 分 成 质 量 不 少 于 1.25 kg 的 样 品 两 份 ，装 入 密 封 容 器 中 ，按
5
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HJ 557 规定的方法检测浸出毒性 。
7 检验规则
7.1 检验项目
检验项目包括第 5 章规定的全部项目 。
7.2 抽样
煤矸石基地质聚合物注浆材料应按照批次进行检验 ，每一检验批次取样应充分混匀 ，并应分为两等份：一份按 7.1 规定的项目进行检验 ;另一份密封留样 ，防水防潮 ，避免阳光直射 ，保存半年 ，注明产品名称 、型号 、批号 、生产日期 、取样日期，有疑问时进行对比检验 。
7.3 判定规则
全部检验项目指标符合规定，则该批样品判为合格 。
8 贮存与运输
8.1 用于制备煤矸石基地质聚合物注浆材料的原材料应合理包装，应采取覆盖等方法避免粉体被暴晒 、雨淋 、冰冻 。其中，粉煤灰的贮存与运输应符合 GB/T 1596 的相关规定 。
8.2 预拌煤矸石基地质聚合物注浆材料的运输应符合 GB 50164 的相关规定 。
6
