EA001141B1

EA001141B1 - Материал поверхностного покрытия

Info

Publication number: EA001141B1
Application number: EA200000056A
Authority: EA
Inventors: Кеннет Альфред Жубер; Хендрик Йоханнес Ван Вюрен
Original assignee: Эвермайн Лимитед
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2000-10-30
Also published as: CA2241167A1; WO1998058886A3; BR9810446A; CN1261392A; EP1005441A2; PL337830A1; EA200000056A1; WO1998058886A2; ZA985350B; TR199903130T2; AU8539998A; AP2000001737A0

Description

Настоящее изобретение относится к материалам поверхностных покрытий. В описании изобретения к патенту Южной Африки на имя заявителей № 94/0532 описаны такие материалы для поверхностных покрытий. Несмотря на то, что многие эти материалы обладают отличными свойствами, при использовании в подземных условиях выявляется ряд недостатков этих материалов. В шахтах проблемой является высокая влажность окружающей атмосферы и тот факт, что очень часто движение воздушной массы в шахте очень незначительно. В этой ситуации было установлено, что для высушивания и вулканизации вышеуказанных материалов требуется довольно значительный промежуток времени, что в некоторых случаях может оказаться неприемлемым.

В описаниях изобретений к ранним патентам описано добавление небольших количеств полимера к цементу. В заявке Великобритании 825457 предусмотрено добавление поливинилацетатной эмульсии, содержащей примерно от 11 до 13,75% сухого остатка и образующей поверхностное покрытие на стенках складского резервуара в качестве защиты от коррозии под действием содержимого резервуара. В ΌΕ-Ά-27 02 984 описаны смеси, включающие в свой состав менее 6% полимерной эмульсии, добавляемой к цементу. В патентной заявке Европейского патентного ведомства 0286396 описан цементирующий материал, содержащий примерно до 20% по массе водорастворимого фторида и, в частности, описаны цементирующие смеси, содержащие фторид натрия, состоящий примерно из 2,5-5% сухого остатка, для ускорения отверждения.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, разработан материал поверхностного покрытия, включающий смесь цементирующей составляющей, содержащей цементную смесь с высокой водоадсорбционной способностью, способную поглощать воду в количестве, равном, по крайней мере, своей собственной массе, и второй составляющей, обеспечивающей введение полимерной эмульсии на водной основе, отличающийся тем, что цементирующая составляющая содержится в меньшем по массе количестве, чем вторая составляющая. Предпочтительно вторая составляющая содержится в количестве, в три раза превышающем количество цементирующей составляющей. Содержание сухого остатка в полимерной эмульсии предпочтительно также больше, чем масса цементирующей составляющей.

Этот материал можно наносить, например, на поверхности скальных и угольных пород (для удобства далее по тексту оба термина скальный и угольный будут объединены термином скалы, скальный) в туннелях, выемочных камерах и целике, а также вокруг опорных плит скальных анкеров с целью ингибирования про цесса откалывания покрытых им скальных пород.

Термин высокая водоадсорбционная способность следует толковать следующим образом. Обычный портландцемент (ОПЦ) будет поглощать воду в следующих пропорциях, а именно, от 100 г ОПЦ примерно до 38 г будет поглощать количество воды, равное его собственной массе. Цементирующая составляющая предпочтительно будет поглощать массу воды, превышающую свою собственную массу, по крайней мере, в три раза, и в предпочтительном варианте - будет поглощать массу воды, в пять раз превышающую свою собственную массу.

Поскольку цементирующая составляющая обладает высокой водоадсорбционной способностью, она может лучше поглощать жидкостную компоненту второй составляющей. Кроме того, именно по этой причине использование такой цементирующей составляющей поможет преодолеть проблему, которая может возникнуть в противном случае, а именно, что полимер покрывает значительную долю гранул твердой составляющей, предотвращая, таким образом, образование соответствующего количества эттрингита.

Вторая составляющая может быть жидкой составляющей. И наоборот, вторая составляющая может быть сухим материалом, полученным в результате высушивания эмульсии пластика. Воду будут добавлять к такому материалу непосредственно перед нанесением на поверхность.

Материал поверхностного покрытия предпочтительно наносить методом распыления по поверхности скальной породы. Для этой цели все составляющие предпочтительно смешать перед непосредственным распылением по скальной поверхности. Обычно такая смесь будет иметь ограниченный срок жизни и поэтому ее необходимо будет распылять в течение определенного времени, как правило, примерно в течение 20-30 мин после смешения.

В том случае, когда второй составляющей является сухой материал, удобно смешать две составляющие вместе и к этой смеси добавить необходимое количество воды. Альтернативно, смесь сухих материалов и воды можно распылить по поверхности способом, аналогичным способу Гунита.

Цементирующую и вторую составляющие предпочтительно смешивают в соотношении 1:3 (все соотношения и проценты, указанные в настоящем описании изобретения, рассчитаны на основе масса: масса).

Цементирующая составляющая предпочтительно включает в свой состав глиноземистый цемент, ОПЦ и ангидрит гипса (безводный сульфат кальция), образующих вместе с кальцинированной содой, карбонатом лития и фторидом натрия сыпучую смесь и лучше при добавлении Ыа1га8о1® 250 НК, водорастворимого ок сиэтилцеллюлозного загустителя, или Се11оДхе® ОР 52000. Упомянутые выше соединения, как образующие сыпучую смесь, могут составлять 99% или больше этой смеси. Авторами настоящего изобретения было установлено, что составляющие, присутствующие в незначительном количестве, взаимодействуют с составляющими, присутствующими в больших количествах, обеспечивая высокую водоадсорбционную способность цементирующей составляющей.

ОПЦ может составлять от 40 до 52%, предпочтительно примерно 47% цементирующей составляющей. Глиноземистый цемент может составлять от 18 до 28%, предпочтительно примерно 23% цементирующей составляющей. Ангидрит гипса может составлять от 27 до 31%, предпочтительно примерно 29% цементирующей составляющей.

Фторид натрия предпочтительно представляет собой светлый 95%-ный фторид натрия технической марки.

Кальцинированная сода должна представлять собой тонко измельченную кальцинированную соду. Кальцинированная сода и фторид натрия каждый может составлять от 0,25 до 0,35% и предпочтительно примерно 0,3% цементирующей составляющей. Каждое из соединений карбонат лития и Ыа1га8о1 (или СсПоДхе) может составлять от 0,09 до 0,15% и предпочтительно примерно 0,1% цементирующей составляющей.

Предпочтительно вторая составляющая далее содержит антипирен. Предпочтительный антипирен включает триоксид сурьмы и хлорированный парафин, последний предпочтительно поставляют под торговой маркой Сегес1ог™ 70. Этот антипирен предпочтительно составляет примерно от 1 0 до 20% второй составляющей. Хлорированный парафин составляет от 8 до 1 2%, предпочтительно от 1 0 до 11% и наиболее предпочтительно примерно 10,7% второй составляющей, тогда как триоксид сурьмы составляет от 3 до 7%, предпочтительно от 5 до 5,5% и наиболее предпочтительно примерно 5,4% второй составляющей.

Эмульсией предпочтительно является связующее на основе акриловой эмульсии, лучше этиленвинилацетатный сополимер и предпочтительно тот, который поставляется в промышленность под торговой маркой АиПех™ 300. А1гйех™ 300 является продуктом, поставляемым фирмой А1г Ргобис18 апб СйепйсаГ 1пс о! А11еп1о\\п Ра 18195-1501, Ипйеб 81а1е5 о! Атег1са. Он содержит 55% сухого остатка. Этот материал образует связующее для наносимого на поверхность кроющего слоя, придавая вулканизованному поверхностному кроющему слою повышенную гибкость, эластичность и предел прочности при растяжении. Помимо этого, он обеспечивает улучшенную адгезию к поверхности скальной породы. Этиленвинилацетатный сополимер составляет от 60 до 75%, предпочти тельно от 65 до 70% и наиболее предпочтительно примерно 67,6% второй составляющей. Таким образом, содержание сухого остатка эмульсии составляет от 33 до 42%, предпочтительно от 36 до 39% и наиболее предпочтительно примерно 37,2% второй составляющей и от 25 до 31%, предпочтительно от 27 до 29% и наиболее предпочтительно примерно 28% всей смеси.

Предпочтительно в состав композиции включают пластификатор с целью улучшения гибкости и упругости материала после его вулканизации. В частности, пластификатор будет способствовать обеспечению необходимых упругости и гибкости на небольших радиусах, которые встречаются на гранях скальных пород в процессе деформаций скальной массы под действием медленных и быстрых условий нагружения. Предпочтительным пластификатором является дибутилфталат. Пластификатор может составлять от 5 до 1 0%, предпочтительно от 7 до 8% и наиболее предпочтительно примерно 7,8% второй составляющей.

Может быть использован бактерицид для предотвращения роста бактерий и энзимов. Он может быть в форме материала, поставляемого на рынок под торговой маркой Ме1айп™ С.Т.. Необходимо добавить только небольшое количество бактерицида, которое может быть меньше 1%, удобно от 0,1 до 0,2% и предпочтительно примерно 0,13% от массы второй составляющей.

Кроме того, предпочтительно вводить в состав композиции пеногаситель с целью предотвращения пенообразования, последующего захватывания воздуха продуктом, приводящего к снижению прочности отвержденного продукта. Двумя предпочтительными пеногасителями являются ВЕУАЬОГО® 513 и ИЕРСО® А1Ж. Необходимо использовать только малое количество этого агента, и оно может составлять менее 0,5% и удобно лежать в пределах от 0,1 до 0,3% массы второй составляющей. Количество пеногасителя может быть подобрано и добавлено, в частности, в процессе приготовления целевой смеси.

Предпочтительно материал покрытия снабжается загустителем, который предпочтительно обеспечивает рост тиксотропной вязкости и помогает избежать образования подтеков. Предпочтительно это осуществляется во второй составляющей. Предпочтительным загустителем является АТТАОЕЬ® 50. Его предпочтительно добавляют в виде 15%-ной водной суспензии. Эта суспензия может составлять от 2 до 4%, предпочтительно примерно 2,7% второй составляющей.

Вторая составляющая может дополнительно включать в свой состав относительно небольшое количество воды, соответствующее 210%, более целесообразно от 4,5 до 6% и предпочтительно примерно 5,4% массы второй составляющей. В другом варианте, как уже отме чалось выше, вторая составляющая может представлять собой сухой материал, образованный предпочтительно в результате высушивания эмульсии, а также любых других содержащих жидкость материалов и последующим смешением этого высушенного продукта с любыми другими твердыми материалами.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, разработана вторая составляющая материала поверхностного покрытия, изложенная выше. Согласно другому аспекту настоящего изобретения, разработана цементирующая составляющая материала поверхностного покрытия, изложенная выше.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, разработан способ армирования поверхности скальных пород в шахтах, заключающийся в нанесении слоя вышеуказанного материала на указанную поверхность и обеспечении отверждения его.

Далее примеры материала поверхностного покрытия будут описаны с помощью пояснительных примеров.

Пример I.

Материал поверхностного покрытия включает первую цементирующую составляющую и вторую жидкую составляющую.

1000 кг смеси твердых ингредиентов включает:

Описание	Масса в кг	%
Глиноземистый цемент	230,0	23,0
ОПЦ	470,00	47,0
Ангидрит гипса (безводный сульфат
кальция)	292,0	29,2
Тонко измельченная кальцинированная
сода Е.Р./У.8.Р.	3,0	0,3
Фторид натрия 95%, светлая техническая
марка	3,0	0,3
Карбонат лития (99% чистоты)	1,0	0,1
№1га§о1® 250 И.К.	1,0	0,1
	1 000	100,0

Авторами настоящего изобретения установлено, что 100 г этой цементирующей смеси будет поглощать, по крайней мере, 500 г воды. Поэтому она является массой с высокой водоадсорбционной способностью.

Жидкая составляющая включает	следую-
щие ингредиенты:
	Описание	%
А1г11ех 300	эмульсионное связующее	67,57
Дибутилфталат	пластификатор	7,81
Триоксид сурьмы	антипирен	5,38
Сегес1ог 70™	антипирен	1 0,77
15% водный раствор	агент, предотвращающий
АНааеГ¹™	образование подтеков	2,69
Асйск1е	бактерицид	0,1 3
Пеногаситель		0,26
Вода		5,39
		1 00,00

Компоненты второй составляющей смешивают в высокоскоростном смесителе до тех пор, пока не продиспергируются антипирены,

т.е. в течение 10-20 мин при температуре окружающей среды.

Затем цементирующую и жидкую составляющие смешивают при температуре окружающей среды в накопителе специального распылителя в соотношении три части жидкой составляющей к одной части цементирующей составляющей. Таким образом оказывается, что процентное содержание составляющих смеси имеет следующие значения:

Жидкая компонента	% общей массы
Винилацетатный сополимер	50,678
Пластификатор (дабутилфталата)	6,858
Триоксид сурьмы	4,035
Сегес1ог 70	8,078
АИаае!	2,01 8
Ас1\|ск1е	0,098
Пеногаситель	0,1 95
Вода	4,043
	75,003
Цементирующая составляющая
Глиноземистый цемент	5,750
Портландцемент	11,750
Ангидрит Са8О₄	7,300
Кальцинированная сода	0,075
Фторид натрия	0,075
Карбонат лития	0,025
№1га8о1	0,025
	1 00,003

Смесь перемешивают непрерывно в течение всего времени ее использования. Поскольку смесь будет отверждаться в пределах примерно 30 мин, поэтому она должна быть использована примерно в течение 20 мин перемешивания. Смесь распыляют на поверхность скальной породы, чтобы получить слой толщиной не менее 2,0 мм. Скорость распыления смеси составляет от двухсот до трехсот литров в час.

Авторы настоящего изобретения установили, что цементирующая составляющая поглощает воду во второй составляющей, так что поверхностный слой будет высыхать с образованием сухой пленки даже в условиях 100% относительной влажности так, что поверхностный слой будет вулканизоваться достаточно, чтобы быть самонесущим, в течение пятнадцати минут, а чтобы быть способным обеспечить начальную поддержку для скальной породы - в течение двух - трех часов. После полной вулканизации, которая обычно занимает примерно двадцать восемь дней, слой будет иметь предел прочности при разрыве в одноосевом направлении не менее 1,5 МПа. Этот слой обладает также соответствующей гибкостью и характеризуется величиной относительного удлинения при разрыве от пятидесяти до шестидесяти процентов. Эти свойства указанного слоя позволяют обеспечить удержание скальной породы с целью регулирования процесса разрушения поверхности ее и повышения стабильности всей скальной массы. Это происходит вследствие того, что гибкий слой будет способствовать диссипации выделяющейся энергии, будет способствовать регулированию процесса деформации скальной породы и будет удерживать на месте основные блоки породы, способствуя, таким образом, снижению вероятности падения скального грунта, и, кроме того, будет способствовать сохранению целостности скальной породы даже в случае высокой скорости выделения энергии. Безусловно, величина этой прочности ограничена, и в условиях действия экстремально высоких сил этот слой разрушится. Этот отвержденный слой будет характеризоваться необходимой величиной адгезии к большинству скальных субстратов, встречающихся в шахтах.

Распылительное оборудование и накопитель можно чистить водой, и смывную воду можно отводить и соединять с другими водными потоками в шахтах. Нет необходимости использовать для чистки деталей токсичные жидкости. Компоненты для получения поверхностного покровного слоя и оборудование, необходимое для его получения, относительно недороги.

Пример II.

Составляющие рабочей композиции получены так, как и в примере I. Использовано распылительное сопло, снабженное смесительным приспособлением на входе. Такое смесительное устройство состоит из статического червячного смесителя, снабженного червячными сегментами, расположенными таким образом, что каждый последующий сегмент вращает проходящую по трубе смесь в направлении, противоположном направлению вращения смеси в предшествующем сегменте.

Составляющие подают в сопло по отдельности, и смесительное устройство смешивает эти две составляющие перед тем, как они попадут в распылительное сопло, из которого готовая смесь наносится на поверхность предназначенной для покрытия скальной породы.

Пример III.

Цементирующая составляющая та же, что описана в примере I. Смесь жидких полимеров и пластификаторов высушили в воздушной сушилке для удаления воды. В результате получили сухой порошок. Затем этот сухой порошок смешали с остальными твердыми ингредиентами второй составляющей.

После этого цементирующую и вторую составляющие смешали друг с другом. На этом этапе воду в смесь добавляют в шахте на месте применения, где этой смесью необходимо покрыть скальную породу. Продукт перемешивают и затем наносят, как указано в примере I.

Пример IV.

Сухую смесь первой и второй составляющих приготовили так, как описано в примере III. Сухую смесь и воду нанесли под давлением на поверхность скальной породы с помощью распылительной форсунки ОипИе. Эта форсунка снабжена внутри перфорированной коллекторной плитой, через которую под давлением по ступает вода, необходимая для смешения с твердым материалом, который пневматически транспортируется через форсунку. Смесь наносят на поверхность скальной породы.

Материалы покрытий скальных пород, наносимые в соответствии с примерами II, III и IV, имеют те же преимущества, что и материалы, описанные в примере I.

Настоящее изобретение не ограничивается по своему объему конкретными деталями, изложенными в примерах. Составляющие этого материала могут варьироваться или меняться. Например, с целью увеличения предела прочности при разрыве отвержденного слоя, особенно на стадии пост-разрушения, в этот материал могут быть добавлены гидрофильные волокна или стекловолокна размером от 0,5 до 12 мм. Могут быть использованы и другие антипирены, бактерициды и пеногасители. Для снижения вязкости второй составляющей может быть использовано дополнительное количество воды.

При желании, во вторую составляющую может быть включен вспенивающий агент (а пеногаситель может быть исключен из рецептуры) так, что вспененный слой этого материала можно распылить на отвержденный или частично отвержденный слой. Такой вспененный слой может иметь толщину примерно от 35 до 75, предпочтительно 50 мм. Такой вспененный слой будет обеспечивать теплоизоляцию стенок скальной породы и будет ингибировать нагрев рабочих пространств в шахте за счет тепла, поступающего из скальной массы.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 . Материал поверхностного покрытия, отличающийся тем, что он включает сочетание (а) цементирующей составляющей, содержащей компоненту цемента, способного поглощать воду в количестве, равном, по крайней мере, его собственной массе, и содержащем глиноземистый цемент, гипс и портландцемент, и (б) второй составляющей, обеспечивающей введение полимерной эмульсии на водной основе и имеющей массу больше, чем масса цементирующей составляющей.
2. Материал по п. 1 , отличающийся тем, что масса второй составляющей составляет величину, в три раза превышающую массу цементирующей составляющей.
3. Материал по п. 1 или 2, отличающийся тем, что масса сухого остатка полимерной эмульсии больше, чем масса цементирующей составляющей.
4. Материал по п. 1, 2 или 3, в котором цементирующая смесь содержит глиноземистый цемент, обычный портландцемент и ангидрит гипса (безводный сульфат кальция), образуя вместе с кальцинированной содой, карбонатом лития и фторидом натрия объемную смесь, отличающийся тем, что фторид натрия составляет от 0,25 до 0,35% и предпочтительно примерно 0,3% от массы цементирующей составляющей.
5. Материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что эмульсия представляет собой связующее на основе акриловой эмульсии.
6. Материал по п.5, отличающийся тем, что эмульсией является этиленвинилацетатный сополимер.
7. Материал по п.5 или 6, отличающийся тем, что сухой остаток этиленвинилацетатного сополимера составляет примерно от 25 до 31%, предпочтительно примерно от 27 до 29% и наиболее предпочтительно примерно 28% от массы материала.
8. Материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что соотношение глиноземистого цемента, гипса и обычного портландцемента в цементирующей составляющей составляет примерно 1:1,3:2.
9. Способ усиления поверхности скалы в шахте, отличающийся тем, что на указанную поверхность наносят слой поверхностного покровного материала по любому из пп. 1 -8 и дают ему вулканизоваться.
1 0. Способ получения материала поверхностного покрытия по п.1, отличающийся тем, что он включает следующие стадии: смешение (ί) цементирующей составляющей, содержащей цементную смесь, способную поглощать воду в количестве, равном, по крайней мере, ее собственной массе, с (п) большей массой второй составляющей, обеспечивающей введение полимерной эмульсии на водной основе, и нанесение этой смеси на поверхность.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что перед смешением полимерную эмульсию на водной основе высушивают и в сухую смесь добавляют воду перед ее нанесением на поверхность.
12. Способ по п.10, отличающийся тем, что воду добавляют к сухой смеси с помощью жиклера, через который материал распыляют по поверхности.

Евразийская патентная организация, ЕАПВ

Россия, Москва, ГСП 103621, М. Черкасский пер., 2/6