CN113149544A

CN113149544A - 一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料及制备方法

Info

Publication number: CN113149544A
Application number: CN202110272966.0A
Authority: CN
Inventors: 刘琰; 李屹; 李梅吉; 许博
Original assignee: Yihe Tech Co ltd
Current assignee: Yihe Tech Co ltd
Priority date: 2021-03-13
Filing date: 2021-03-13
Publication date: 2021-07-23

Abstract

本发明属于混凝土浆料制备技术领域，具体为一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料，所述低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料成分包括有20%～35%水泥、10%～16%沙石、5%～10%矿渣、0.08%～0.25%聚丙烯纤维、3%～6%石灰石粉、7%～14%粉煤灰、6%～10%乳胶粉、0.4%～0.6%减水剂、6%～12%消泡剂、0.5%～0.8%AH‑2引气剂和20%～30%水，所述水泥由硅酸盐水泥和火山灰水泥8:2混合而成。本发明通过聚丙烯纤维与硅粉的搭配使用，并且保证聚丙烯纤维含量为0.08%～0.25%，聚丙烯纤维与硅粉不超过混凝土浆料总量的9.5%，使高强混凝土的脆性得到了有效的降低，并且硅粉可以进一步的降低混凝土的脆性，实现低脆性混凝土的生产，适合在煤矿巷道内使用。

Description

一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料及制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土浆料制备技术领域，具体为一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料及制备方法。

背景技术

喷射混凝土，是用压力喷枪喷涂灌筑细石混凝土的施工法，常用于灌筑隧道内衬、墙壁、天棚等薄壁结构或其他结构的衬里以及钢结构的保护层，喷射混凝土是将预先配好的水泥、砂、石子、水和一定数量的外加剂，装入喷射机，利用高压空气将其送到喷头和速凝剂混合后，以很高的速度喷向岩石或混凝土的表面而形成。

煤矿矿井巷道是在不同岩石中沿不同方向、以不同倾角、按不同断面和长度开凿的，服务于不同范围、用作不同用途的各种地下空间的总称。矿井巷道按照其空间尺寸、倾角方向、位置、服务范围及用途等进行命名和分类，矿井巷道按服务范围分为开拓巷道、采准巷道、回采巷道三类，开拓巷道是为全井田或一个或多个第一级划分单元服务的巷道，回采巷道是直接为一个或多个回采单元服务的巷道，在这两类巷道之间的巷道为采准巷道，这种划分也反映了巷道的掘进顺序，且与矿床的开采步骤一致。

煤矿巷道在挖设完成后需要进行混凝土喷浆固定，以此来提高煤矿巷道的稳定性，便于后续煤矿的开挖，但是在实际应用的过程中，存在混凝土脆性高和固化低的问题，导致煤矿巷道内壁混凝土寿命短，安全性低，因此我们提出了一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料及制备方法。

发明内容

（一）发明目的

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料及制备方法，具有低脆性和高固化的特点。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料，所述低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料成分包括有20%～35%水泥、10%～16%沙石、5%～10%矿渣、0.08%～0.25%聚丙烯纤维、3%～6%石灰石粉、7%～14%粉煤灰、6%～10%乳胶粉、0.4%～0.6%减水剂、6%～12%消泡剂、0.5%～0.8%AH-2引气剂和20%～30%水，所述水泥由硅酸盐水泥和火山灰水泥8:2混合而成。

优选的，所述聚丙烯纤维为聚丙烯纤维、有机纤维、玻璃纤维和金属纤维中的一种或几种组合而成。

优选的，所述砂石为粒径4mm～5.8mm的河砂、山砂、石英碎石和卵石中的一种或几种组合而成。

优选的，所述乳胶粉为分为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物和丙烯酸共聚物中的一种或几种的混合物。

优选的，所述石灰石粉占水泥砂石总量的4%～6.5%，且石灰石粉中轻质碳酸钙与重质碳酸钙搭配比例为6:4。

优选的，所述引气剂为松香树脂化合物、烷基苯磺酸盐化合物和脂肪醇磺酸盐化合物中的一种或几种的混合物。

优选的，所述减水剂为亚甲基二甲基二萘磺酸钠类聚合物中的一种或几种组合而成。

优选的，所述消泡剂为乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、高碳醇脂肪酸酯复合物和聚二甲基硅氧烷中的一种或几种的混合物。

优选的，其步骤如下：

1）将20%～35%水泥、10%～16%沙石、5%～10%矿渣、0.08%～0.25%聚丙烯纤维、3%～6%石灰石粉、7%～14%粉煤灰、6%～10%乳胶粉、0.4%～0.6%减水剂、6%～12%消泡剂、0.5%～0.8%AH-2引气剂和20%～30%水按重量百分比称取上述各组分备用；

2）将水泥、沙石和需量80%水依次投放到搅拌机的内部，在转速800～1000r/min下持续搅拌10～15min，使其混合均匀；

3）随后依次加入矿渣和粉煤灰，混合搅拌5min后缓慢加入乳胶粉，使其混合均匀；

4）将剩余20%的水加热至28～35℃，随后加入到搅拌机的内部，再依次加入石灰石粉和聚丙烯纤维，在转速1200～1600r/min下持续搅拌10min，使其混合均匀；

5）将减水剂和消泡剂依次加入到搅拌器的内部，在转速1000r/min下持续搅拌30min，使其混合均匀；

6）再通入AH-2引气剂同步混合，搅拌时间需延长1分钟-2分钟，排出，得到低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料。

优选的，所述聚丙烯纤维内配有硅粉，且聚丙烯纤维与硅粉不超过混凝土浆料总量的9.5%。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明通过聚丙烯纤维与硅粉的搭配使用，并且保证聚丙烯纤维含量为0.08%～0.25%，聚丙烯纤维与硅粉不超过混凝土浆料总量的9.5%，使高强混凝土的脆性得到了有效的降低，并且硅粉可以进一步的降低混凝土的脆性，实现低脆性混凝土的生产，适合在煤矿巷道内使用，煤矿巷道内土质的轻微变动不会对巷内混凝土造成破坏，安全性较高，同时由轻质碳酸钙与重质碳酸钙组成的石灰石粉可以有效提高混凝土的力学性能，增强其强度等级，搭配AH-2引气剂对抗冻要求也有一定的提升，并且将混凝用水余留升温，使石灰石粉和聚丙烯纤维可以更加充分高效的与搅拌机内的材料混合，不仅提高了混合效率，而且适当的温度有助于材料性能的施放，提高混凝土的强度。

附图说明

图1为本发明浆料制作方法示意图；

图2为本发明浆料石灰石粉用量试验示意图；

图3为本发明浆料制作方法示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明提出的一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料及制备方法，所述低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料成分包括有20%～35%水泥、10%～16%沙石、5%～10%矿渣、0.08%～0.25%聚丙烯纤维、3%～6%石灰石粉、7%～14%粉煤灰、6%～10%乳胶粉、0.4%～0.6%减水剂、6%～12%消泡剂、0.5%～0.8%AH-2引气剂和20%～30%水，所述水泥由硅酸盐水泥和火山灰水泥8:2混合而成。

为了解决现有煤矿巷道用混凝土喷射浆料脆性高和固化低的问题，本发明通过聚丙烯纤维与硅粉的搭配使用，并且保证聚丙烯纤维含量为0.08%～0.25%，聚丙烯纤维与硅粉不超过混凝土浆料总量的9.5%，使高强混凝土的脆性得到了有效的降低，并且硅粉可以进一步的降低混凝土的脆性，实现低脆性混凝土的生产，适合在煤矿巷道内使用，煤矿巷道内土质的轻微变动不会对巷内混凝土造成破坏，安全性较高，同时由轻质碳酸钙与重质碳酸钙组成的石灰石粉可以有效提高混凝土的力学性能，增强其强度等级，搭配AH-2引气剂对抗冻要求也有一定的提升，并且将混凝用水余留升温，使石灰石粉和聚丙烯纤维可以更加充分高效的与搅拌机内的材料混合，不仅提高了混合效率，而且适当的温度有助于材料性能的施放，提高混凝土的强度。

进一步的，所述聚丙烯纤维为聚丙烯纤维、有机纤维、玻璃纤维和金属纤维中的一种或几种组合而成，通过聚丙烯纤维、有机纤维、玻璃纤维和金属纤维中的一种或几种组合而成的混合纤维，具有天然的亲水性，卓越的握裹力，巨大的纤维比表面积，及较高的韧性和强度等，加入混凝土中后，在水的浸泡和外力作用下，形成大量均匀分布的细小纤维，可有效阻止混凝土的塑性收缩，干缩和温度变化而引起裂缝的发生，具有良好的阻裂作用、抗渗性能、抗冻融性、抗冲击性和韧性，同时对于混凝土耐久性也有一定的改善，可以较为合理的应用在煤矿矿井巷道中。

需要说明的是，所述砂石为粒径4mm～5.8mm的河砂、山砂、石英碎石和卵石中的一种或几种组合而成，采用砂石为粒径4mm～5.8mm的材料可以使得砂石与混凝材料更加的兼容，并且有助于喷射浆料的进行，稠密度较好，同时在附着在煤矿矿井巷道上较为稳定，安全性高。

进一步的，所述乳胶粉为分为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物和丙烯酸共聚物中的一种或几种的混合物，具有极突出的防水性能，粘结强度好，增加砂浆的弹性并有较长之开放时间，赋予砂浆优良的耐碱性,改善砂浆的粘附性/粘合性、抗折强度、可塑性、耐磨性能和施工性外，在柔性抗裂砂浆中更具有较强的柔韧性。

进一步的，所述石灰石粉占水泥砂石总量的4%～6.5%，且石灰石粉中轻质碳酸钙与重质碳酸钙搭配比例为6:4，可以有效提高混凝土的力学性能，增强其强度等级，实验数据表明，石灰石粉中轻质碳酸钙与重质碳酸钙搭配比例为6:4效果较佳。

实验数据：

如附图2所示；

试验结果表明：相同条件下，石灰石粉中轻质碳酸钙与重质碳酸钙搭配比例为6:4为混凝土强度成型效果最好。

需要说明的是，所述引气剂为松香树脂化合物、烷基苯磺酸盐化合物和脂肪醇磺酸盐化合物中的一种或几种的混合物，掺AH-2引气剂能改善混凝土坍落度、流动性和可塑性，减少混凝土泌水和离析，提高混凝土的均质性，提高混凝土的抗折强度，弹性模量较低，刚性较小，柔韧性好，同时大大提高了混凝土抗冻性、抗盐渍性、抗渗性、耐硫酸盐侵蚀及抗碱集料反应性能，便于推广使用。

进一步的，所述减水剂为亚甲基二甲基二萘磺酸钠类聚合物中的一种或几种组合而成，加入混凝土拌合物后对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善混凝土拌合物的流动性;或减少单位水泥用量，节约水泥的使用。

进一步的，所述消泡剂为乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、高碳醇脂肪酸酯复合物和聚二甲基硅氧烷中的一种或几种的混合物，通过将高级醇或植物油撒在泡沫上，当其溶入泡沫液，会显著降低该处的表面张力，因为这些物质一般对水的溶解度较小，表面张力的降低仅限于泡沫的局部，而泡沫周围的表面张力几乎没有变化，表面张力降低的部分被强烈地向四周牵引、延伸，最后破裂，使得混凝土上的泡点减少，提高混凝土的耐腐蚀性能，延长使用寿命。

需要说明的是，其步骤如下：

进一步的，所述聚丙烯纤维内配有硅粉，且聚丙烯纤维与硅粉不超过混凝土浆料总量的9.5%，通过硅粉搭配聚丙烯纤维使用，可以一定程度上提高聚丙烯纤维的效果，同时对混凝土性能也有改善，效果较好。聚丙烯纤维含量为0.08%～0.25%，聚丙烯纤维与硅粉不超过混凝土浆料总量的9.5%，使高强混凝土的脆性得到了有效的降低，并且硅粉可以进一步的降低混凝土的脆性，实现低脆性混凝土的生产

实验数据：

如附图3所示；

试验采用如下公式：其中：Gf、E和F²分别为断裂能、弹性模量和抗拉强度；

Lch=GfE/F²采用150mm立方体试件结果，即聚丙烯纤维与硅粉的含量比例为0.24:9.12最佳。

本发明的工作原理及使用流程：首先将所需用料按重量百分比称各组分备用，将水泥、沙石和需量80%水依次投放到搅拌机的内部，在转速800～1000r/min下持续搅拌10～15min，混合均匀，随后依次加入矿渣和粉煤灰，混合搅拌5min后缓慢加入乳胶粉，混合均匀，再将剩余20%的水加热至28～35℃，随后加入到搅拌机的内部，再依次加入石灰石粉和聚丙烯纤维，在转速1200～1600r/min下持续搅拌10min，混合均匀，而后将剩余20%的水加热至28～35℃，随后加入到搅拌机的内部，再依次加入石灰石粉和聚丙烯纤维，在转速1200～1600r/min下持续搅拌10min，混合均匀，再通入AH-2引气剂同步混合，搅拌时间需延长1分钟-2分钟，排出，得到低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料即可。

Claims

1.一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料，其特征在于，所述低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料成分包括有20%～35%水泥、10%～16%沙石、5%～10%矿渣、0.08%～0.25%聚丙烯纤维、3%～6%石灰石粉、7%～14%粉煤灰、6%～10%乳胶粉、0.4%～0.6%减水剂、6%～12%消泡剂、0.5%～0.8%AH-2引气剂和20%～30%水，所述水泥由硅酸盐水泥和火山灰水泥8:2混合而成。

2.根据权利要求1所述的一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料，其特征在于，所述聚丙烯纤维为聚丙烯纤维、有机纤维、玻璃纤维和金属纤维中的一种或几种组合而成。

3.根据权利要求1所述的一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料，其特征在于，所述砂石为粒径4mm～5.8mm的河砂、山砂、石英碎石和卵石中的一种或几种组合而成。

4.根据权利要求1所述的一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料，其特征在于，所述乳胶粉为分为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物和丙烯酸共聚物中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料及制备方法，其特征在于，所述石灰石粉占水泥砂石总量的4%～6.5%，且石灰石粉中轻质碳酸钙与重质碳酸钙搭配比例为6:4。

6.根据权利要求1所述的一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料，其特征在于，所述引气剂为松香树脂化合物、烷基苯磺酸盐化合物和脂肪醇磺酸盐化合物中的一种或几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料，其特征在于，所述减水剂为亚甲基二甲基二萘磺酸钠类聚合物中的一种或几种组合而成。

8.根据权利要求1所述的一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料，其特征在于，所述消泡剂为乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、高碳醇脂肪酸酯复合物和聚二甲基硅氧烷中的一种或几种的混合物。

9.根据权利要求1所述的一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料的制备方法，其步骤如下：

1）将20%～35%水泥、10%～16%沙石、5%～10%矿渣、0.08%～0.25%聚丙烯纤维、3%～6%石灰石粉、7%～14%粉煤灰、6%～10%乳胶粉、0.4%～0.6%减水剂、6%～12%消泡剂、0.5%～0.8%AH-2引气剂和20%～30%水按重量百分比称取表述各组分备用；

10.根据权利要求1所述的一种低脆性高固化的煤矿巷道高性能混凝土喷射浆料，其特征在于，所述聚丙烯纤维内配有硅粉，且聚丙烯纤维与硅粉不超过混凝土浆料总量的9.5%。