CN107651905A - 一种早强膨胀延迟型封孔材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种早强膨胀延迟型封孔材料，包含以下组分，以重量份计：无机早强剂1％‑1.5％，有机早强剂0.01％‑0.05％，减水剂0.3％‑0.8％，微胶囊膨胀剂0.01％‑0.08％，水33％‑35％，余料为水泥。其制备工艺为：将微胶囊膨胀剂、早强剂、减水剂、水按配比与水泥混合，搅拌均匀后即得成品。所用的微胶囊膨胀剂，芯材为铝粉，并按水、水溶性聚合物、铝粉的质量比为100:2～5:1～3(wt)制备而成。本发明材料凝固时间短、早期强度高，产生的延迟膨胀能够有效降低水泥水化初期产生的无效膨胀和膨胀性能的损失。该封孔材料膨胀延迟4h左右，凝结时间小于300min，1天抗压强度4.71MPa。成本低廉，无毒无污染，完全满足矿井瓦斯抽采钻孔密封与强度的要求。

Description

一种早强膨胀延迟型封孔材料
技术领域
本发明涉及一种封孔材料，具体涉及一种适用于煤矿瓦斯抽采钻孔封孔的早强膨胀延迟型封孔材料。
背景技术
我国的煤炭资源在能源利用中占有极大的比重，在生产的同时，瓦斯问题也不断涌现。为了减少瓦斯涌出、降低瓦斯积聚，为矿井通风提供有利的条件，也为矿井生产提供舒适而又安全的环境，瓦斯抽采变得尤为重要。采用适宜的封孔材料是瓦斯抽采的关键，封孔质量的好坏直接影响瓦斯抽放效率。中国专利CN104817305A公开了一种膨胀剂经微胶囊改性后制备的膨胀延迟型矿用封孔材料，该封孔材料由铝粉微胶囊、水、水泥、聚羧酸减水剂、水性环氧树脂E-51、T31固化剂，按一定的质量百分比制备而成，其中的铝粉微胶囊，按水、明胶、海藻酸钠、铝粉的质量比100:2:2:4-6(wt)制备而成，该封孔材料使水泥早期无效膨胀延迟为水泥达到一定强度后发生膨胀，但该封孔材料的早期强度受到一定的减弱。
鉴于此，针对水泥基矿用封孔材料早期抗压强度低，封孔收缩变形导致漏气等问题，制备出本发明的早强膨胀延迟型封孔材料。本封孔材料在保证封孔材料早期强度达到使用要求的同时，通过延迟膨胀降低了因水泥熟料水化反应早期产生的无效膨胀而导致膨胀性能的损失，使封孔材料更好地与钻孔壁粘结，填充微裂隙，提高封孔质量，从而提高了瓦斯抽采效率，有效的保证了井下人员的人身及财产安全。目前国内关于此种材料还未见报道。
发明内容
技术问题
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型矿用封孔材料。使其在保证注浆材料早期强度满足施工要求的同时，通过微胶囊化方法对膨胀剂进行包裹处理，使得膨胀剂在水泥熟料水化反应初期在囊壁的保护下不参与反应，克服膨胀剂直接参与反应导致大量气体逸出，产生贯通孔洞等不利影响，达到提高膨胀性能的目的。其次，本发明能有效缩短水化反应诱导期的时间，极大地提高瓦斯抽采作业的效率。最后，本发明也解决了现阶段矿用封孔材料无法现场直接配料的难题，且本封孔材料配制简单、操作简单方便，选材价格低廉，无毒、环保无污染。
技术方案
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：该封孔材料的组成包括无机盐类早强剂、有机物类早强剂、减水剂，微胶囊膨胀剂，余料为水泥熟料。
所述的一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于由以下重量份数比的原料组成：
所述的一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：所述无机盐类早强剂为氯化钠、硫酸钠、铝酸钠中的一种或多种。
所述的一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：所述有机物类早强剂为三乙醇胺、三异丙醇胺、丙二醇以及尿素中的一种或多种。
所述的一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：所述减水剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)。
所述的一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：所述微胶囊膨胀剂含有水、水溶性聚合物、铝粉。水、水溶性聚合物、铝粉的质量比为100:2～5:1～3。
所述的一种用于早强膨胀延迟型封孔材料的微胶囊，其特征在于：用水溶性聚合物配置2％～5％的水溶液，然后加入定量的铝粉，搅拌约十分钟，使铝粉膨胀剂充分被胶液包裹。
所述的一种用于早强膨胀延迟型封孔材料的微胶囊，其特征在于：所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺或聚乙烯吡咯烷酮中的一种，无毒无污染、价格低廉，分散性好，成膜性好。
所述的一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：微胶囊膨胀组分延迟了其膨胀开始作用时间，有效地降低了因水泥熟料水化反应早期产生的无效膨胀而导致膨胀性能损失的问题。1天抗压强度4.71Mpa，凝结时间小于300min，很好地保证了在改善封孔材料膨胀性能的同时其强度满足矿井瓦斯抽排的使用要求。
所述的一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：满足煤矿瓦斯抽采过程中的使用要求。也可用于其它相关裂隙封堵。
有益效果
由于采取了上述技术方案，水泥熟料在水化反应初期产生的OH-及液相中的自由水首先需要渗透包覆在膨胀剂外部的溶胶，继而与之反应，从而达到延迟膨胀剂作用时间，降低在诱导期因无效膨胀而导致膨胀性能损失的问题。有效的补偿了水泥浆硬化过程中产生的微裂隙。其中，AMPS提高了水泥的和易性，有效地减少了由于高水灰比带来的水灰分层的不利影响，对抗压强度的提升有良好的贡献。材料的所有组成部分全部来源于市售材料，方便获得，且价格低廉，环保无污染。达到了本发明的目的。
本发明材料在水化反应诱导期4h后开始膨胀，1天抗压强度4.71Mpa，3天强度7.12Mpa，凝结时间小于300min，很好地保证了在提高封孔材料膨胀性能的同时，其强度满足矿井瓦斯抽排的使用要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
普通硅酸盐水泥：63％；水：35％；氯化钠：0.3％；硫酸钠：0.3％；三乙醇胺：0.04％；AMPS：0.7％；铝酸钠：0.6％；铝粉微胶囊：0.06％；将上述物质按照质量百分比混合使用。
使用本发明的封孔材料与普通硅酸盐水泥、铝粉膨胀剂水泥针对早期强度、膨胀时间进行试验。见表1：
表1封孔材料性能实验结果
分析表1可知：
本材料与普通硅酸盐水泥相比，抗压强度提高，一天抗压强度为普通硅酸盐水泥组的3.8倍，早强效果显著，添加复合无机盐后水泥基材料的早强效果有大幅度的提升。一方面SO4 2-与水泥水化反应产物Ca(OH)2反应生成高分散度的硫酸钙，较加入的硫酸钙更容易与水泥成分铝酸三钙反应生成针状、棒状、空管状钙矾石结晶，构成水泥石强度发展的早期框架结构；另一方面混凝土中掺加一定量的氯化钠，能够起到降低孔液中水的冰点的作用，并加速水泥水化和混凝土强度的增长。无机盐硫酸钠、氯化钠复配有机组分三乙醇胺和AMPS后，AMPS减水剂在水泥颗粒表面吸附，通过双电子层效应和空间位阻来阻碍水泥颗粒的絮凝，三乙醇胺分子中N原子存在一对孤对电子，更容易与水化膜上的高价阳离子结合形成络合物，在一定程度上加速水泥的水化进程，进而达到增强水泥早期强度的效果。
本材料与其它两种材料相比，铝粉直接掺入在强碱环境下立即发生反应，反应时间短，且产生的气体易外逸，膨胀倍数较大，容易产生较大的孔洞，导致抗压强度下降，其抗压强度小于本发明材料，也小于普通硅酸盐水泥。本发明材料膨胀时间延迟，能够达到膨胀与强度相协调发展，能够提高封孔的质量与成功率。
实施例2
普通硅酸盐水泥：63％；水：35％；氯化钠：0.4％；硫酸钠：0.4％；三乙醇胺：0.03％；AMPS：0.6％；铝酸钠：0.5％；铝粉微胶囊：0.07％；将上述物质按照质量百分比混合使用，膨胀延迟时间为225min，1天抗压强度为4.31MPa。
实施例3
普通硅酸盐水泥：65％；水：33％；氯化钠：0.3％；硫酸钠：0.3％；三乙醇胺：0.04％；AMPS：0.7％；铝酸钠：0.6％；铝粉微胶囊：0.06％；将上述物质按照质量百分比混合而成，膨胀延迟时间为252min，1天抗压强度为4.05MPa。

Claims (10)

1.一种早强膨胀延迟型封孔材料，该封孔材料的组成包括无机盐类早强剂、有机物类早强剂、减水剂，微胶囊膨胀剂，余料为水泥熟料。
2.根据权利要求1所述的一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：以重量份计，由以下组分组成：
3.根据权利要求2所述的一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：所述无机盐类早强剂为氯化钠、硫酸钠、铝酸钠中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：所述有机物类早强剂为三乙醇胺、三异丙醇胺、丙二醇以及尿素中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：所述减水剂为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)。
6.根据权利要求2所述的一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：所述微胶囊膨胀剂含有水、水溶性聚合物、铝粉。水、水溶性聚合物、铝粉的质量比为100:2～5:1～3。
7.根据权利要求2所述的一种用于早强膨胀延迟型封孔材料的微胶囊，其特征在于：用水溶性聚合物配置2％～5％的水溶液，然后加入定量的铝粉，搅拌约十分钟，使铝粉膨胀剂充分被胶液包裹。
8.根据权利要求2所述的一种用于早强膨胀延迟型封孔材料的微胶囊，其特征在于：所述水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺或聚乙烯吡咯烷酮中的一种，无毒无污染、价格低廉，分散性好，成膜性好。
9.根据权利要求1所述的一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：微胶囊膨胀组分延迟了其膨胀开始作用时间，有效地降低了因水泥熟料水化反应早期产生的无效膨胀而导致膨胀性能损失的问题。1天抗压强度4.71Mpa，凝结时间小于300min，很好地保证了在改善封孔材料膨胀性能的同时，其强度满足矿井瓦斯抽排的使用要求。
10.根据权利要求1所述的一种早强膨胀延迟型封孔材料，其特征在于：满足煤矿瓦斯抽采过程中的封孔使用要求，也可用于其它相关裂隙封堵。
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