CN102464466A - 一种喷射混凝土外加剂及喷射混凝土的喷射工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种喷射混凝土外加剂及喷射混凝土的喷射工艺，所述喷射混凝土外加剂，包括：速凝剂15～25份，增强剂50～80份，分散剂1～5份，聚凝剂0.1～6份。本发明还提供了一种喷射混凝土的喷射工艺，通过使用上述的喷射混凝土外加剂，利用煤矿井下现有的干喷机进行湿喷作业，解决了现有干喷混凝土外加剂不能满足湿喷的工艺要求，以及干喷混凝土喷射工艺存在的粉尘浓度高的问题。

Description

一种喷射混凝土外加剂及喷射混凝土的喷射工艺

技术领域

本发明涉及一种混凝土喷射材料和混凝土的喷射工艺，尤其涉及一种应用在煤矿井下的锚喷支护作业的喷射混凝土外加剂及喷射混凝土的喷射工艺。

背景技术

煤矿井下喷射混凝土作业是煤矿井下锚喷支护作业的重要组成部分。喷射混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将按一定比例配合的拌合混凝土骨料和外加剂，通过管道输送并以高速喷射到受喷面(岩面、模板、旧建筑物)上凝结硬化而成的一种混凝土。

喷射混凝土的喷射作业根据工艺流程主要分为干喷工艺、湿喷工艺，与湿喷工艺对应的湿喷机械庞大笨重移动困难，不易在井下运用，而干喷机体积较小移动方便适合井下作业，所以在井下锚喷支护作业时通常使用干喷工艺。然而，干喷工艺存在粉尘浓度高的问题，例如：在井下使用干喷工艺进行喷射混凝土喷射作业时，一般粉尘浓度在150mg/m³以上，在喷浆机旁边和上料处粉尘浓度甚至会达到500mg/m³以上，远远超出国家标准规定的粉尘浓度上限6mg/m³。

对于混凝砂浆的干喷或湿喷工艺，均需要选择适当的外加剂，以满足施工效果的要求。湿喷工艺通过在骨料的搅拌和上料的过程中加入水可以有效降低骨料搅拌和上料过程中的粉尘浓度，该效果的取得需要湿喷机械和适用于湿喷工艺的外加剂的共同配合。由于现有井下针对干喷工艺使用的混凝土外加剂大多是以碱金属、碳酸盐、铝酸盐和硅酸盐为原料，多数不溶于水，只能先与干燥的骨料进行混合，通过干喷机压送到喷枪头处再与水混合喷射出去，显然不能满足湿喷机和湿喷工艺的要求。

另一方面，一种好的外加剂同时还能够在降低回弹率、提高一次喷射厚度方面体现良好的性能，对于减少材料浪费，提高施工效率具有积极效果。

因此，针对井下施工的特点，研究能利用现有干喷机实现湿喷或潮喷，以改进煤矿井混凝土喷射作业的粉尘浓度高的问题，是实际生产急需解决的问题。

发明内容

本发明所解决的主要技术问题是提供一种喷射混凝土外加剂，通过对原料和配比的选择，提出一种新型的复合喷射混凝土外加剂，从而可以实现利用现有干喷机械进行潮喷或湿喷，降低施工环境粉尘浓度的目的。

本发明还提供了一种喷射混凝土的喷射工艺，通过对外加剂的改进，不仅解决了干喷工艺存在的粉尘浓度高的问题，而且提高了喷射作业效率。

本发明提供了一种喷射混凝土外加剂，包括速凝剂15～25份，增强剂50～80份，分散剂1～5份，聚凝剂0.1～6份。

本发明提供的喷射混凝土外加剂为复合外加剂，其中，速凝剂可以包括酒石酸或其盐、偏铝酸盐、羟基酒石酸盐或它其中二种以上的组合，例如可以选择酒石酸、酒石酸钠、偏铝酸钠、羟基酒石酸钠、二羟基酒石酸钠等，优选为二羟基酒石酸钠。

根据本发明的喷射混凝土外加剂，所用增强剂可以包括碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、C2-C4烷醇胺或其中二种以上的组合，例如可以选择硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、一乙醇胺、二乙醇胺、丙醇胺、异丙醇胺等，优选为硫酸钠。

根据本发明的喷射混凝土外加剂，所述分散剂选自非离子表面活性剂。例如聚乙二醇型、多元醇型、烷基醇胺型或聚氧乙烯型等，优选为脂肪酸聚氧乙烯醚(AE)。

根据本发明的喷射混凝土外加剂，所述聚凝剂(也称稳定剂)包括硫酸铁、羟基羧酸、聚丙烯酰胺或其中二种以上的组合，所述羟基羧酸可以为羟基乙酸、羟基丙酸等，所述聚丙烯酰胺(PAM)可以为任一种PAM，本发明对此没有特别的限定。

在本发明的一个实施例中，所述喷射混凝土外加剂包括羟基酒石酸盐、硫酸钠、非离子表面活性剂以及聚丙烯酰胺和硫酸铁，其中：羟基酒石酸盐15～25份，硫酸钠65～75份，非离子表面活性剂1～5份，聚丙烯酰胺0.1～1份，硫酸铁1～5份。

本发明的喷射混凝土外加剂呈酸性，添加本发明的喷射混凝土外加剂后喷射形成的混凝土，不仅可以达到良好的早期抗压强度，而且对于混凝土的长期性能也没有损害，在长时间内仍可保持良好的抗压强度。

本发明提供的外加剂通过对其中组分(配方)的改进，相比于现有干喷外加剂，性能显著提高，不仅可利用煤矿井下现有干喷设备实现混凝土的湿喷作业，有效降低施工现场的粉尘浓度，而且具有减少回弹率和提高一次喷浆厚度的效果。

基于上述提供的喷射混凝土外加剂，本发明进一步还提供了一种喷射混凝土的喷射工艺，包括：

将上述喷射混凝土外加剂加水配置成喷射混凝土外加剂溶液，然后将所述喷射混凝土外加剂溶液泵送到干喷机的喷头处；

将骨料加湿除尘后放入所述干喷机的机料仓，并用所述干喷机将该骨料压送到干喷机的喷头处；

启动干喷机，使所述干喷机喷头处的骨料与喷射混凝土外加剂溶液被混合并喷射至受喷面；

所述骨料包括水泥、沙和石子；所述喷射混凝土外加剂为水泥重量的2-4％。

本发明提供的喷射工艺，干喷设备和具体操作均为现有技术本发明没有特别限定。

在实际操作中，喷射过程可基于湿喷操作来调整水灰比，例如一般可控制喷射的水灰比为0.25-0.35。

根据本发明的喷射工艺，2～4％的喷射混凝土外加剂的掺加量即可使水泥净浆的初凝时间≤3min，终凝时间≤8min，喷射混凝土的一天抗压强度≥8MPa，二十八天抗压强度比≥90％，氯离子和碱离子均≤0.01％，降低混凝土构筑物体内碱腐蚀，提高强度和喷射混凝土耐久性质量。

总之，本发明的喷射混凝土外加剂可直接使用井下现有的干喷机进行湿喷作业，解决了现有干喷混凝土外加剂不能满足湿喷的工艺要求以及现有的湿喷设备笨重庞大不能进行井下喷射作业的技术问题，在解决了现有的井下干喷混凝土喷射工艺粉尘浓度高的问题的同时，使用本发明的喷射混凝土外加剂以及喷射混凝土的喷射工艺能够减少喷射混凝土的回弹率和提高一次喷厚，不仅节省喷射成本和喷射工序，提高施工进度，并能提高最终的喷射混凝土的强度和喷射混凝土耐久性质量，具有显著的改善喷浆支护的效果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清楚，下面将结合本发明具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但以下实施例不能理解为对本发明的可实施范围的限定，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

通过本实施例来具体说明本发明所提供的喷射混凝土的喷射工艺。其中喷射混凝土外加剂的组成成分如表一所示：

表一

其中，使用上述喷射混凝土外加剂进行喷射作业时所用骨料的标准为：水泥：P.O 42.5，石子：最大粒径≤5mm，砂：中砂；骨料中水泥、水泥、砂的重量比为1∶2∶2；当喷浆施工现场的环境温度为20℃时，所述喷射混凝土外加剂的掺加量为水泥重量的3％左右，所述喷射混凝土外加剂的掺加量可根据环境温度的降低或升高适当提高或降低。

喷射混凝土喷射过程：

将喷射混凝土外加剂(30kg)倒入配液容器中(配液容器为耐腐蚀、阻燃抗静电材料制成)；然后向配液容器中加入250L自来水，立即搅拌2min，放置10min后再搅拌1min，即配制好质量浓度为8～14％射混凝土外加剂溶液；

将骨料按比例在容器内进行搅拌混合，其中水泥重量为1000kg，在搅拌的同时把气雾除尘枪调至最细密的雾状，覆盖在骨料500mm上方处进行加湿除尘，在骨料混合均匀后停止，以骨料保持潮湿状态为宜，并以不影响干喷机输送骨料为准；将加湿除尘后的骨料放入干喷机的机料仓；

启动干喷机将机料仓中的骨料用压缩空气(P＝0.3Mp)压送到干喷机喷头处，同步用压缩空气(P＝0.3Mp)启动气动隔膜泵将配制好的喷射混凝土外加剂溶液从配液容器中通过气动隔膜泵管道输送到干喷机喷头处，在干喷机喷头处所述骨料与喷射混凝土外加剂进行混合，考虑到骨料加湿除尘时的水分，用气动隔膜泵出口阀门调整喷射混凝土外加剂溶液的添加量，使得在干喷机喷头处的喷射混凝土外加剂溶液与骨料的混合物的水灰比控制在0.25～0.3之间的最佳控制点，然后通过干喷机喷射至受喷面，其中所述水灰比为喷射混凝土外加剂溶液中的水与骨料中水泥的重量比。

喷射混凝土外加剂的产品性能：

1、水泥净浆的初凝时间达到2min20s～2min40s，终凝时间达到6min30s～7min，所述水泥净浆由上述配置好的喷射混凝土外加剂溶液与水泥混合得到，所述水泥净浆的初凝时间和终凝时间用于表示水泥净浆的凝结效果，所述喷射混凝土外加剂的掺加量为水泥重量的3％。

2、喷射混凝土作业现场的粉尘浓度降至22～25mg/m³。粉尘浓度降低约为80％，显著的降低了喷浆时的粉尘浓度，改善了工人工作的环境，减少了粉尘对工人身体的危害。

3、喷射混凝土的回弹率降至8～8.5％。回弹率不到现有外加剂的1/3，材料浪费降低约70％左右，大幅度的降低了喷浆时物料的回弹率，节约了锚喷成本。

4、喷射混凝土的一次喷厚达到115～120mm。一次喷浆厚度达到100mm以上，不仅减少了材料的浪费、改善了工人的工作环境，而且省去了复喷这道工序，提高了施工进度，改善了喷浆支护的效果。

5、喷射混凝土的一天抗压强度达到8.6～8MPa，二十八天抗压强度比达到95～98％。

实施例二

根据实施例一的喷射混凝土的喷射工艺，其中喷射混凝土外加剂的组成成分还可以是，如表二所示：

表二

其中，使用本实施例的喷射混凝土外加剂进行喷射作业时所用骨料的标准为：水泥：P.O 42.5，石子：最大粒径≤5mm，砂：中砂；骨料中水泥、水泥、砂的重量比为1∶2∶2；当施工现场的环境温度为20℃时，所述喷射混凝土外加剂的掺加量为水泥重量的3％左右，所述喷射混凝土外加剂的掺加量可根据环境温度的降低或升高适当提高或降低。

具体的喷射过程：除了将表一的喷射混凝土外加剂的组成成分调整到表二的组成成分外，具体的实施过程同实施例一一致。

喷射混凝土外加剂的产品性能：

1、水泥净浆的初凝时间达到2min40s～3min，终凝时间达到7min～7min40s，所述水泥净浆由上述配置好的喷射混凝土外加剂溶液和水泥混合得到，所述水泥净浆的初凝时间和终凝时间用于表示水泥净浆的凝结效果，所述喷射混凝土外加剂的掺加量为水泥重量的3％。

2、喷射混凝土作业现场的粉尘浓度降至20～27mg/m³。

3、喷射混凝土的回弹率降至8～8.5％。

4、喷射混凝土的一次喷厚达到110～120mm.

5、喷射混凝土的一天抗压强度达到8.5～9.5MaP，二十八天抗压强度比达到90～95％。

实施例三

根据实施例一的喷射混凝土的喷射工艺，其中喷射混凝土外加剂和骨料的组成成分还可以是，如表三所示：

表三

其中，使用本实施例的喷射混凝土外加剂进行喷射作业时所用骨料的标准为：水泥：P.O 42.5，石子：最大粒径≤5mm，砂：中砂；骨料中水泥、水泥、砂的重量比为1∶2∶2；当施工现场的环境温度为20℃时，所述喷射混凝土外加剂的掺加量为水泥重量的3％左右，所述喷射混凝土外加剂的掺加量可根据环境温度的降低或升高适当提高或降低。

具体的喷射过程：除了将表一的喷射混凝土外加剂的组成成分调整到表三的组成成分外，具体的实施过程同实施例一一致。

喷射混凝土外加剂的产品性能：

1、水泥净浆的初凝时间达到2min20s～3min，终凝时间达到7min30s～8min，所述水泥净浆由上述配置好的喷射混凝土外加剂溶液和水泥混合得到，所述水泥净浆的初凝时间和终凝时间用于表示水泥净浆的凝结效果，所述喷射混凝土外加剂的掺加量为水泥重量的3％。

2、喷射混凝土作业现场的粉尘浓度降至20～27mg/m³。

3、喷射混凝土的回弹率降至8～8.5％。

4、喷射混凝土的一次喷厚达到115～125mm.

5、喷射混凝土的一天抗压强度达到8.0～8.5MaP，二十八天抗压强度比达到93～95％。

Claims (9)

1.一种喷射混凝土外加剂，其特征在于，包括：速凝剂15～25份，增强剂50-80份，分散剂1～5份和聚凝剂0.1～6份。

2.根据权利要求1所述的喷射混凝土外加剂，其特征在于，所述速凝剂包括酒石酸或其盐、偏铝酸盐、羟基酒石酸盐或其中二种以上的组合。

3.根据权利要求1所述的喷射混凝土外加剂，其特征在于，所述增强剂包括碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、C2-C4烷醇胺或其中二种以上的组合。

4.根据权利要求1所述的喷射混凝土外加剂，其特征在于，所述分散剂选自非离子表面活性剂。

5.根据权利要求4所述的喷射混凝土外加剂，其特征在于，所述非离子表面活性剂包括聚乙二醇型、多元醇型、烷基醇胺型或聚氧乙烯型。

6.根据权利要求1所述的喷射混凝土外加剂，其特征在于，所述聚凝剂包括硫酸铁、羟基羧酸、聚丙烯酰胺或其中二种以上的组合。

7.根据权利要求1-6任一项所述的喷射混凝土外加剂，其特征在于，所述喷射混凝土外加剂包括羟基酒石酸盐、硫酸钠、非离子表面活性剂以及聚丙烯酰胺和硫酸铁，其中：羟基酒石酸盐15～25份，硫酸钠65～75份，非离子表面活性剂1～5份，聚丙烯酰胺0.1～1份，硫酸铁1～5份。

8.一种喷射混凝土的喷射工艺，其特征在于，包括以下步骤：

将权利要求1-7任一项所述的喷射混凝土外加剂加水配置成喷射混凝土外加剂溶液，然后将所述喷射混凝土外加剂溶液泵送到干喷机的喷头处；

将骨料加湿除尘后放入所述干喷机的机料仓，并用所述干喷机将该骨料压送到干喷机的喷头处；

启动干喷机，使所述干喷机喷头处的骨料与喷射混凝土外加剂溶液被混合并喷射至受喷面；

所述骨料包括水泥、沙和石子；所述喷射混凝土外加剂为水泥重量的2-4％。

9.根据权利要求8所述的喷射混凝土的喷射工艺，其特征在于，喷射时控制水灰比为0.25-0.35。