CN100402456C - 一种低回弹率高强度喷射混凝土外加剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低回弹率高强度喷射混凝土外加剂，其物料配比为：活性蒙脱土30-240重量份、速凝剂30-70重量份、丙烯酸共聚物0.8-12重量份。本发明所述的喷射混凝土外加剂，主要用于喷射混凝土干喷工艺，具有粉尘浓度低、回弹率低、后期强度高等优点。

Description

一种低回弹率高强度喷射混凝土外加剂
技术领域
本发明涉及一种喷射混凝土外加剂。
背景技术
喷射混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将按一定配合比的水泥、沙、石子及外加剂等拌合料，通过喷管喷射到受喷面上，在很短的数分钟之内凝结硬化而成型的混凝土补强加固材料。
目前，国内喷射混凝土的施工主要采用干喷法，也就是将水泥、沙子、石子和速凝剂按一定比例混合成干拌合料后，用搅拌机搅拌均匀，再投入到干式喷射机内用压缩空气输送到喷头，在喷头处加入水混合后，以一定的压力、距离喷射到受喷面上。干喷法工作面粉尘浓度大，回弹率高，而且喷层工作面的抗压强度减弱。为使喷射工作面具有良好的强度，并且作业环境粉尘浓度低、回弹率低，拌合料需要添加外加剂。煤炭科学研究总院北京建井所于1990年研制了一种喷射混凝土减弹将尘速混凝剂，通过添加有增稠作用的羧甲基纤维素酯、聚乙烯乙二醇和聚丙烯酰胺等水溶性聚合物，已达到减弹、降尘目的，并添加有机表面活性剂满足促凝、降尘、提高混凝土后期强度等要求，掺量为水泥重量的3.5％-5％。喷射试验表明比普通外加剂回弹率下降40％-60％，喷射混凝土28天抗压强度为20Mpa，但是未能克服混凝土后期强度降低的不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低回弹率高强度喷射混凝土外加剂，在使用时其具有回弹率低、粉尘浓度低等特点，并且能够提高喷射混凝土各龄期的强度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低回弹率高强度喷射混凝土外加剂，其物料配比为：活性蒙脱土30-240重量份、速凝剂30-70重量份、丙烯酸共聚物0.8-12重量份。
上述外加剂中活性蒙脱土的含量还可为35-220重量份。
上述外加剂中速凝剂的含量还可为35-65重量份。
上述外加剂中丙烯酸共聚物的含量还可为0.9-11重量份。
上述外加剂中活性蒙脱土的含量还可为40-200重量份。
上述外加剂中速凝剂的含量还可为40-60重量份。
上述外加剂中丙烯酸共聚物的含量还可为1-10重量份。
上述速凝剂的主要成分为铝氧熟料。
上述丙烯酸共聚物是由甲基丙烯酸和丙烯酸在水相中共聚的水溶性高分子溶液。
本发明中活性蒙脱土是指采用有机酸活化的蒙脱土。蒙脱土又称蒙脱石，是一种层状硅铝酸盐。蒙脱土不是纯物质，没有固定的化学组成和化学式，通常是与众多矿物伴生而以蒙脱土为主要成分的粘土矿。蒙脱石的一般结构式为Mx{(Al4-xMgx)4[Si8O20](OH)4}·nH2O(M代表K+、Na+、Ca2+等阳离子)。活性蒙脱土的制备方法是，将天然蒙脱土原矿烘干，然后粉碎至600目左右，在搅拌机中用0％-5％(有机酸/蒙脱土，m/m)的有机酸水溶液浸润，使蒙脱土与有机酸水溶液混合，常温下搅拌20-40分钟，即得到活性蒙脱土。有机酸可以采用衣糠酸、丁二酸和柠檬酸中的一种，有机酸水溶液浓度为10％-20％(有机酸/水，m/m)。蒙脱土与水混合时表现出很大的粘结性。蒙脱土的表面有丰富的硅羟基，羟基与水形成氢键，对微量的有机物具有吸附作用和多种聚附形式形成胶束，在聚集，絮凝，凝胶时产生粘结性的。蒙脱土作为增粘剂，在喷射过程中，能够提高水泥颗粒之间、水泥与骨料之间以及喷射物与受喷面之间的粘接强度，从而降低粉尘浓度和回弹率。
本发明中速凝剂采用铝氧熟料为主料，添加纯碱或重碱、石灰石、石膏等煅烧研磨而成。
本发明中丙烯酸共聚物的制备方法是将甲基丙烯酸和丙烯酸按1∶1的比例溶于水中，单体浓度约为5％(甲基丙烯酸+丙烯酸/水，m/m)，然后加入氧化还原引发剂如过硫酸钾、过硫酸铵等，在40-80℃的温度下聚合2小时左右，控制溶液粘度在0.5-5Pa.s。
本发明所述的喷射混凝土外加剂，主要用于喷射混凝土干喷工艺，具有粉尘浓度低、回弹率低、后期强度高等优点。
具体实施方式
取50重量份的蒙脱土原矿，在烘箱中于150℃烘干，然后破碎至600目，得到蒙脱土粉末；取1重量份的衣糠酸溶于7.5重量份的水中，得到衣糠酸水溶液；将蒙脱土粉末放入高速搅拌机中，然后加入衣糠酸水溶液，高速搅拌，得到活性蒙脱土。
取25重量份的5％甲基丙烯酸水溶液和25重量份的5％丙烯酸水溶液放入容器中，搅拌，水浴加热至40℃，滴加50/3重量份的过硫酸钾溶液作为引发剂，反应半小时；再滴加50/3重量份的过硫酸钾，反应1小时，体系逐渐粘稠，温度升高；最后，再滴加50/3重量份的过硫酸钾，继续搅拌、反应1小时，得到粘度约为1Pa.s的丙烯酸共聚物溶液。
速凝剂采用铝氧熟料为主料，添加纯碱或重碱、石灰石、石膏等煅烧研磨而成。
实施方式1：取活性蒙脱土30重量份、速凝剂30重量份、丙烯酸共聚物0.8重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式2：取活性蒙脱土40重量份、速凝剂35重量份、丙烯酸共聚物0.9重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式3：取活性蒙脱土60重量份、速凝剂40重量份、丙烯酸共聚物1.0重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式4：取活性蒙脱土80重量份、速凝剂43重量份、丙烯酸共聚物2.0重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式5：取活性蒙脱土100重量份、速凝剂48重量份、丙烯酸共聚物3.0重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式6：取活性蒙脱土110重量份、速凝剂50重量份、丙烯酸共聚物4.8重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式7：取活性蒙脱土120重量份、速凝剂52重量份、丙烯酸共聚物5.0重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式8：取活性蒙脱土130重量份、速凝剂55重量份、丙烯酸共聚物5.6重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式9：取活性蒙脱土150重量份、速凝剂58重量份、丙烯酸共聚物6.0重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式10：取活性蒙脱土160重量份、速凝剂60重量份、丙烯酸共聚物6.4重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式11：取活性蒙脱土180重量份、速凝剂62重量份、丙烯酸共聚物7.0重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式12：取活性蒙脱土200重量份、速凝剂64重量份、丙烯酸共聚物8.0重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式13：取活性蒙脱土220重量份、速凝剂66重量份、丙烯酸共聚物9.0重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式14：取活性蒙脱土240重量份、速凝剂70重量份、丙烯酸共聚物10.0重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式15：取活性蒙脱土240重量份、速凝剂70重量份、丙烯酸共聚物11.0重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式16：取活性蒙脱土240重量份、速凝剂70重量份、丙烯酸共聚物12.0重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式17：取活性蒙脱土30重量份、速凝剂70重量份、丙烯酸共聚物0.8重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式18：取活性蒙脱土240重量份、速凝剂30重量份、丙烯酸共聚物12.0重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式19：取活性蒙脱土240重量份、速凝剂70重量份、丙烯酸共聚物12.0重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式20：取活性蒙脱土240重量份、速凝剂30重量份、丙烯酸共聚物0.8重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
实施方式21：取活性蒙脱土30重量份、速凝剂70重量份、丙烯酸共聚物0.8重量份放入混料机中搅拌，即得本发明所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂。
本发明所述的外加剂在使用时的用量为4.05-13.5％(外加剂/水泥，m/m)。
为了更加清楚地说明本发明的有益效果，在煤矿井下与目前普遍应用的外加剂进行了对比试验，对比试验是在不同的煤矿进行的，施工工艺有差别，试验结果如下表1、表2、表3。
对检测方法说明如下：
1、粉尘浓度  采用粉尘仪检测，按GBJ-85执行。
2、回弹率  回弹率＝落地物料量/喷射总量×100％，回弹物料采用编织布收集然后称重，喷射总量用一次添加物料的重量计算。
3、抗压强度
4、凝结时间
以下试验中，A为活性蒙脱土，B为速凝剂，C为丙烯酸共聚物。
表1  干喷法对比试验一结果
原料配比 325R水泥∶沙子∶石子＝1∶1.8∶2.2；喷浆机型号PZ-5(b)
表2  干喷法对比试验二结果
Figure C20061004553100072
原料配比 425R水泥∶沙子∶石子＝1∶1.56∶1.56；喷浆机型号淼焱PLCI-200
表3  干喷法对比试验三结果
Figure C20061004553100073
原料配比 325R水泥∶沙子∶石子＝1∶1.8∶2.2；喷浆机型号PZ-5(b)

Claims (8)

1.一种低回弹率高强度喷射混凝土外加剂，其特征在于其物料配比为：活性蒙脱土30-240重量份、速凝剂30-70重量份、丙烯酸共聚物0.8-12重量份；
上述活性蒙脱土的制备方法是将天然蒙脱土原矿烘干，然后粉碎至600目，在搅拌机中用重量为蒙脱土5％的有机酸水溶液浸润，使蒙脱土与有机酸水溶液混合，常温下搅拌20-40分钟，即得到活性蒙脱土；
上述丙烯酸共聚物的制备方法是将甲基丙烯酸和丙烯酸按1∶1的比例溶于水中，甲基丙烯酸和丙烯酸与水的重量比为5％，然后加入氧化还原引发剂，在40-80℃的温度下聚合2小时，控制溶液粘度在0.5-5Pa·s。
2.根据权利要求1所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂，其特征在于所述活性蒙脱土的含量为35-220重量份。
3.根据权利要求1所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂，其特征在于所述速凝剂的含量为35-65重量份。
4.根据权利要求1所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂，其特征在于所述丙烯酸共聚物的含量为0.9-11重量份。
5.根据权利要求1或2所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂，其特征在于所述活性蒙脱土的含量为40-200重量份。
6.根据权利要求1或3所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂，其特征在于所述速凝剂的含量为40-60重量份。
7.根据权利要求1或4所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂，其特征在于所述丙烯酸共聚物的含量为1-10重量份。
8.根据权利要求1所述的低回弹率高强度喷射混凝土外加剂，其特征在于所述速凝剂的主要成分为铝氧熟料。
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