CN113526940A - 一种抗冻型无机速凝注浆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗冻型无机速凝注浆材料及其制备方法，该材料主要由以下重量份的组分混合配制而成：甲料0.45‑0.48份、乙料0.45‑0.48份、丙料0.04～0.1份；甲料主要由以组分制成：硫铝酸盐水泥、悬浮剂、缓凝剂、分散剂；乙料主要由以下组分制成：石膏、石灰、复合速凝剂、早强剂、悬浮分散剂；丙料主要由以下组分制成：粉煤灰、聚丙烯纤维。其制备方法：按重量份配比分别制备甲料、乙料和丙料备用；按重量份配比，将甲料和乙料混合后再加入丙料，之后加水进行充分的搅拌。本发明能降低孔洞率和含水率，提高抗冻性能，其工艺简单，成本低，适于工业化生产。

Description

一种抗冻型无机速凝注浆材料及其制备方法
技术领域
本发明属于注浆材料技术领域，具体涉及一种抗冻型无机速凝注浆材料及其制备方法。
背景技术
随着人们对建筑品质的要求也是越来越高，对材料的性能也提出了更高的要求。通用水泥主要是指：GB175-2007规定的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥，由于其性能不同往往工程应用中存在一定的弊端，因此有必要对无机材料进行研究以满足其在特定工程应用上的要求。无机速凝材料在这种背景下应运而生。
无机速凝材料主要应用于矿山的巷道充填，具有流动性好、粘度低、凝结时间可控、固结无收缩、绿色环保、阻燃性能好等特点。随着无机速凝材料应用范围的不断扩展，对它的环境适应性提出了更高的要求。尽管新型无机速凝材料的性能已经大大改进，但由于环境复杂恶劣，实际工程中的使用寿命往往要与预计相差甚远，不仅造成巨额的维护经费，危害性更大的是有时还造成重大灾害，危及人的生命安全。
无机速凝材料的耐久性影响因素有很多，如冻融破坏、干湿循环、硫酸盐侵蚀、碳化等因素。在寒冷地区，冻融循环大大缩短了水泥基材料的使用寿命。相关调查显示，超过50％的大型工程都受到不同程度的冻融破坏。我国冻融破坏主要是东北地区，建筑物受到冻融破坏最为严重，如东北云峰水电站的溢流坝在建成10年内因冻融造成的破坏表面积达到10000m2，造成巨大的经济损失。现有的无机速凝材料的孔结构比较复杂，同时含有较多的有害孔洞，从而使材料的含水率比较高，冻融破坏主要是空隙内的水结冰后产生冻胀力，冻胀力对材料的结构产生巨大的破坏从而使结构失效。因此，寻求一种具有低孔洞率、低含水率、抗冻性能强的无机速凝水泥基材料具有很大的现实意义和经济价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗冻型无机速凝注浆材料，该材料可具有孔洞率低、含水率低以及抗冻性能高的优点。
本发明的另一目的在于提供一种抗冻型无机速凝注浆材料的制备方法，其工艺简单，成本低，适于工业化生产。
为实现上述目的，本发明提供了一种抗冻型无机速凝注浆材料，主要由以下重量份的组分混合配制而成：甲料0.45-0.48份、乙料0.45-0.48份、丙料0.04～0.1份；
所述甲料主要由以下重量份的组分制成：硫铝酸盐水泥0.4～0.45份、悬浮剂0.01～0.02份、缓凝剂0.01～0.02份、分散剂0.01～0.02份；
所述乙料主要由以下重量份的组分制成：石膏0.25～0.3份、石灰0.1～0.2份、复合速凝剂0.01～0.02份、早强剂0.01～0.02份、悬浮分散剂0.01～0.02份；
所述丙料主要由以下重量份的组分制成：粉煤灰0.02～0.05份、聚丙烯纤维0.02～0.05份。
优选的，主要由以下重量份的组分干混配制而成：甲料0.46份、乙料0.46份、丙料0.08份；
所述甲料主要由以下重量份的组分制成：硫铝酸盐水泥烧结料0.42份、悬浮剂0.02份、缓凝剂0.01份、分散剂0.01份；
所述乙料主要由以下重量份的组分制成：石膏0.28份、石灰0.15份、复合速凝剂0.01份、早强剂0.01份、悬浮分散剂0.01份；
所述丙料主要由以下重量份的组分制成：粉煤灰0.04份、聚丙烯纤维0.04份。
优选的，甲料中的悬浮剂为聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯丁二烯共聚物和聚醋酸乙烯酯中的一种或几种。
优选的，甲料中的缓凝剂为乙二醇、甘油酸、酒石酸、乙醇酸、葡萄糖酸中的一种或几种。
优选的，甲料中的分散剂为甲基丙烯酸、马来酸酐、聚乙二醇、丙烯基磺酸钠中的一种或几种。
优选的，乙料中的复合速凝剂由以下重量份的组分配制而成：聚合硫酸铝1份、六氟硅酸镁1份、磷酸1份、三乙醇胺0.5份、二乙醇单异丙醇胺0.5份。
优选的，乙料中的早强剂为三乙醇胺、甲酸钙、甲基丙烯酸中的一种或几种。
优选的，乙料中的悬浮分散剂为活性磷酸钙。
上述抗冻型无机速凝注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备甲料、乙料和丙料：按重量份配比将硫铝酸盐水泥、悬浮剂、缓凝剂、分散剂混合均匀后制得甲料备用；按重量份配比将石膏、石灰、复合速凝剂、早强剂、悬浮分散剂混合均匀后制得乙料备用；按重量份配比将粉煤灰、聚丙烯纤维混合均匀后制得丙料备用；
(2)按重量份配比，将甲料和乙料混合后再加入丙料，之后加水进行充分的搅拌得到注浆材料，水的质量为甲料、乙料、丙料总质量的1～2.5倍。
与现有技术相比，本发明通过科学合理地添加了防冻剂(如悬浮剂、缓凝剂、分散剂、复合速凝剂、早强剂、悬浮分散剂等成分)，且通过合理的配比，使得本发明所制得的无机速凝注浆材料的有害孔洞数量明显减少，孔洞的分布也趋于均匀，从而降低了含水率，进而降低冻胀力破坏的力度，大大减轻了冻融后材料失效的风险，本发明所制备得到的材料抗冻性能满足在寒冷地区使用的要求；另外其生产工艺简单、成本低，适于工业化生产。
附图说明
图1是普通无机速凝注浆材料的断面扫描电镜结构图；
图2是实施例1所制备得到的无机速凝注浆材料的断面扫描电镜结构；
图3是普通无机速凝注浆材料的在冻融前后的强度损失状况示意图，(a)冻融前、(b)冻融后；
图4是实施例1所制备得到的无机速凝注浆材料在冻融前后的强度损失状况示意图，(a)冻融前、(b)冻融后。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种抗冻型无机速凝注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备甲料、乙料和丙料：所述甲料主要由以下重量份的组分制成：硫铝酸盐水泥0.42份、悬浮剂0.02份、缓凝剂0.01份、分散剂0.01份；所述悬浮剂为聚醋酸乙烯酯何聚乙烯醇的混合物，所述缓凝剂为甘油酸和酒石酸的混合物，所述分散剂为甲基丙烯酸和马来酸酐的混合物；
所述乙料主要由以下重量份的组分制成：石膏0.28份、石灰0.15份、复合速凝剂0.01份、早强剂0.01份、悬浮分散剂活性磷酸钙0.01份；所述复合速凝剂由以下重量份的组分配制而成：聚合硫酸铝1份、六氟硅酸镁1份、磷酸1份、三乙醇胺0.5份、二乙醇单异丙醇胺0.5份；所述早强剂为三乙醇胺；
所述丙料主要由以下重量份的组分制成：粉煤灰0.04份、聚丙烯纤维0.04份；
(2)按重量份配比：甲料0.46份、乙料0.46份、丙料0.08份，将甲料和乙料混合后再加入丙料，之后加水进行充分的搅拌得到注浆材料，水的质量为甲料、乙料、丙料总质量的2倍。
实施例2-3：根据实施例1的流程，分别改变甲料、乙料、丙料、硫铝酸盐水泥、悬浮剂、缓凝剂、分散剂、石膏、石灰、复合速凝剂、早强剂、悬浮分散剂、粉煤灰、聚丙烯纤维中各个组分的重量份，分别改变悬浮剂、缓凝剂、分散剂、早强剂的种类，如表1所示：
表1实施例2和实施例3的各个组分重量份
Figure BDA0003138877970000041
上述实施例1～3中，为了提高该材料的粘聚性能，所述悬浮剂为聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯丁二烯共聚物和聚醋酸乙烯酯中的一种或几种；为了提高该材料的流动性能，所述缓凝剂为乙二醇、甘油酸、酒石酸、乙醇酸、葡萄糖酸中的一种或几种；为了提高该材料的和易性能，所述分散剂为甲基丙烯酸、马来酸酐、聚乙二醇、丙烯基磺酸钠中的一种或几种；为了提高该材料的凝结性能，所述复合速凝剂由以下重量份的组分配制而成：聚合硫酸铝1份、六氟硅酸镁1份、磷酸1份、三乙醇胺0.5份、二乙醇单异丙醇胺0.5份；为了提高该材料的早期抗压性能，所述早强剂为三乙醇胺、甲酸钙、甲基丙烯酸中的一种或几种；为了提高该材料的耐久性能，所述悬浮分散剂为活性磷酸钙。
将普通无机速凝材料和实施例1所制得的无机速凝材料的断面分别做电镜扫描，扫描结果如图1和图2所示。从图1和图2中可以看出，普通无机速凝材料的有害孔洞较多，实施例1所制得的无机速凝材料的有害孔洞明显少很多，孔洞的分布也趋于均匀，由此说明实施例1所制得的无机速凝材料的含水率低，进而降低了冻胀力破坏的力度，抗冻性能增强。
将普通无机速凝材料和实施例1所制得的无机速凝材料制备成水泥后加入砂子和水，按照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》GB/T17671-2020进行搅拌后装入试模一天后拆模放入养护箱进行28d的恒温恒湿养护，之后分别测试冻融前后的强度损失情况，检测结果见表2和表3。
表2普通无机速凝注浆材料试样在冻融前后强度损失(0次循环为对照组)单位：MPa
Figure BDA0003138877970000051
表3抗冻型无机速凝注浆材料试样在冻融前后强度损失(0次循环为对照组)单位：MPa
Figure BDA0003138877970000052
由表2、表3、图2和图3可以看出，从实验数据和附图可以看出，抗冻型无机速凝注浆材料和普通无机速凝注浆材料在经过不同冻融循环后，强度损失的情况差距较大。抗冻型无机速凝注浆材料强度损失远小于普通无机速凝注浆材料，同水胶比经过相同冻融循环后抗冻型无机速凝注浆材料的强度损失比普通无机速凝注浆材料降低40％。由以上数据不难看出，抗冻型无机速凝注浆材料在经过不同程度冻融循环后，强度的损失绝对值和速率都有明显的减小。由此可见，抗冻型无机速凝注浆材料的性能更加优异。

Claims (9)

1.一种抗冻型无机速凝注浆材料，其特征在于，主要由以下重量份的组分混合配制而成：甲料0.45-0.48份、乙料0.45-0.48份、丙料0.04～0.1份；
所述甲料主要由以下重量份的组分制成：硫铝酸盐水泥0.4～0.45份、悬浮剂0.01～0.02份、缓凝剂0.01～0.02份、分散剂0.01～0.02份；
所述乙料主要由以下重量份的组分制成：石膏0.25～0.3份、石灰0.1～0.2份、复合速凝剂0.01～0.02份、早强剂0.01～0.02份、悬浮分散剂0.01～0.02份；
所述丙料主要由以下重量份的组分制成：粉煤灰0.02～0.05份、聚丙烯纤维0.02～0.05份。
2.根据权利要求1所述的一种抗冻型无机速凝注浆材料，其特征在于，主要由以下重量份的组分干混配制而成：甲料0.46份、乙料0.46份、丙料0.08份；
所述甲料主要由以下重量份的组分制成：硫铝酸盐水泥烧结料0.42份、悬浮剂0.02份、缓凝剂0.01份、分散剂0.01份；
所述乙料主要由以下重量份的组分制成：石膏0.28份、石灰0.15份、复合速凝剂0.01份、早强剂0.01份、悬浮分散剂0.01份；
所述丙料主要由以下重量份的组分制成：粉煤灰0.04份、聚丙烯纤维0.04份。
3.根据权利要求1所述的一种抗冻型无机速凝注浆材料，其特征在于，甲料中的悬浮剂为聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯丁二烯共聚物和聚醋酸乙烯酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的一种抗冻型无机速凝注浆材料，其特征在于，甲料中的缓凝剂为乙二醇、甘油酸、酒石酸、乙醇酸、葡萄糖酸中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述的一种抗冻型无机速凝注浆材料，其特征在于，甲料中的分散剂为甲基丙烯酸、马来酸酐、聚乙二醇、丙烯基磺酸钠中的一种或几种。
6.根据权利要求1或2所述的一种抗冻型无机速凝注浆材料，其特征在于，乙料中的复合速凝剂由以下重量份的组分配制而成：聚合硫酸铝1份、六氟硅酸镁1份、磷酸1份、三乙醇胺0.5份、二乙醇单异丙醇胺0.5份。
7.根据权利要求1或2所述的一种抗冻型无机速凝注浆材料，其特征在于，乙料中的早强剂为三乙醇胺、甲酸钙、甲基丙烯酸中的一种或几种。
8.根据权利要求1或2所述的一种抗冻型无机速凝注浆材料，其特征在于，乙料中的悬浮分散剂为活性磷酸钙。
9.如权利要求1至8中任一项所述的抗冻型无机速凝注浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备甲料、乙料和丙料：按重量份配比将硫铝酸盐水泥、悬浮剂、缓凝剂、分散剂混合均匀后制得甲料备用；按重量份配比将石膏、石灰、复合速凝剂、早强剂、悬浮分散剂混合均匀后制得乙料备用；按重量份配比将粉煤灰、聚丙烯纤维混合均匀后制得丙料备用；
(2)按重量份配比，将甲料和乙料混合后再加入丙料，之后加水进行充分的搅拌得到注浆材料，水的质量为甲料、乙料、丙料总质量的1～2.5倍。
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