煤矿井下巷道用干混喷浆材料及其制备方法
阅读说明：本技术 煤矿井下巷道用干混喷浆材料及其制备方法 (Dry-mixed guniting material for coal mine underground roadway and preparation method thereof ) 是由 张伟芳 王冰峰 康勇兵 于 2021-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种煤矿井下巷道用干混喷浆材料及其制备方法,所述喷浆材料组分包括：水泥100重量份,机制砂20-40重量份；硅灰5-12重量份,硅酸钠4-15重量份,粉煤灰10-25重量份,消泡剂0.3-1.2重量份,速凝剂3-10重量份,减水剂1-4重量份,高分子吸水剂2-15重量份,纤维材料0.1-0.6％体积百分比；其中,所述纤维材料进行加热处理。该干混喷浆材料中纤维材料无序部分交联,形成了网状结构,提高了喷浆材料的机械强度,使得喷浆材料能够与充填对象相协调,进而增加了混凝土施工后的抗裂性能,充填材料使用量降低,水化更均匀。(The invention discloses a dry-mixed guniting material for a coal mine underground roadway and a preparation method thereof, wherein the guniting material comprises the following components: 100 parts of cement and 20-40 parts of machine-made sand; 5-12 parts of silica fume, 4-15 parts of sodium silicate, 10-25 parts of fly ash, 0.3-1.2 parts of defoaming agent, 3-10 parts of accelerating agent, 1-4 parts of water reducing agent, 2-15 parts of high polymer water absorbent and 0.1-0.6% of fiber material by volume percentage; wherein the fiber material is subjected to a heat treatment. The fiber material in the dry-mixed guniting material is partially crosslinked in disorder, a net structure is formed, the mechanical strength of the guniting material is improved, the guniting material can be coordinated with a filling object, the crack resistance of the concrete after construction is further improved, the using amount of the filling material is reduced, and the hydration is more uniform.)
技术领域
本发明是关于高性能混凝土技术领域，特别是关于一种煤矿井下巷道用干混喷浆材料及其制备方法。
背景技术
煤矿井下巷道用喷浆材料又称喷射混凝土，用于煤矿井巷支护施工中。喷浆材料具有速凝特性，其施工必须采用特定的混凝土喷射机进行喷射作业。
随着井下压力越来越大，在动压或冲击压力的作用下，缺乏韧性的喷涂层经常出现龟裂、爆裂或整块脱落的现象，尤其是在采动压影响较大的区域，喷涂层混凝土的开裂程度高达50％，严重影响了喷浆材料的支护效果，甚至造成人员伤亡或设施毁损等事故。
目前急需解决喷浆过程中存在上述问题，才能保证巷道支护效果，保持巷道的长期稳定。
公开于该
背景技术
部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿井下巷道用干混喷浆材料，其能够解决现有煤矿井下巷道用干混喷浆材料的机械强度不高，材料的强度不能与采矿相协调，抗裂性能低，充填材料使用量大的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种煤矿井下巷道用干混喷浆材料，组分包括：水泥、机制砂、硅灰、硅酸钠、粉煤灰、消泡剂、速凝剂、减水剂、高分子吸水剂和纤维材料；各组分的配比是：水泥100重量份，机制砂20-40 重量份，硅灰5-12重量份，硅酸钠4-15重量份，粉煤灰10-25重量份，消泡剂0.3-1.2重量份，速凝剂3-10重量份，减水剂1-4重量份，高分子吸水剂2-15 重量份，纤维材料0.1-0.6％体积百分比；其中，上述纤维材料进行加热处理。
在本发明的一实施方式中，上述各组分配比是：水泥100重量份，机制砂24-36重量份；硅灰6-10重量份，硅酸钠6-12重量份，粉煤灰12-20重量份，消泡剂0.5-1.0重量份，速凝剂4-8重量份，减水剂2-4重量份，高分子吸水剂3-12重量份，纤维材料0.2-0.5％体积百分比。
在本发明的一实施方式中，上述各组分配比是：水泥100重量份，机制砂27-32重量份，硅灰7-9重量份，硅酸钠8-11重量份，粉煤灰14-18重量份，消泡剂0.6-0.9重量份，速凝剂5-7重量份，减水剂2-3重量份，高分子吸水剂5-10重量份，纤维材料0.2-0.4％体积百分比。
在本发明的一实施方式中，上述各组分配比是：水泥100重量份，机制砂30重量份，硅灰8重量份，硅酸钠10重量份，粉煤灰15重量份，消泡剂 0.8重量份，速凝剂6重量份，减水剂2重量份，高分子吸水剂7重量份，纤维材料0.3％体积百分比。
在本发明的一实施方式中，上述速凝剂是氢氧化钠与铝氧熟料的混合物。
在本发明的一实施方式中，上述速凝剂是氢氧化钠与铝氧熟料的重量比例为2:1的混合物。
在本发明的一实施方式中，上述纤维材料是聚丙烯纤维、钢纤维、玻璃纤维中的一种或多种。
在本发明的一实施方式中，使用前，将上述聚丙烯纤维在120-180℃加热处理10-15分钟。
在本发明的一实施方式中，使用前，将上述钢纤维在1200-1700℃加热处理10-15分钟。
在本发明的一实施方式中，使用前，将上述玻璃纤维在300-700℃加热处理10-15分钟。
在本发明的一实施方式中，上述机制砂为粒径2-8mm连续级配；优选的，上述机制砂为粒径4-6mm连续级配；最优选的，上述机制砂为粒径5mm连续级配。
在本发明的一实施方式中，上述高分子吸水剂为聚丙烯酸酯粉末。
在本发明的一实施方式中，上述消泡剂选自选用有机硅类消泡剂或聚醚类消泡剂；优选的，上述消泡剂是聚醚类消泡剂。
在本发明的一实施方式中，上述聚醚类消泡剂选自GP型消泡剂、GPE 型消泡剂、GPES型消泡剂中的一种。
在本发明的一实施方式中，上述减水剂选用萘系高效减水剂、聚羧酸类减水剂、木质素磺酸盐减水剂、苯磺酸盐类减水剂中的一种或多种。
在本发明的一实施方式中，上述减水剂是聚羧酸类减水剂。
本发明还提供了一种煤矿井下巷道用干混喷浆材料的制备方法，步骤包括：将纤维材料进行加热处理，冷却；加入水泥、机制砂、硅灰、硅酸钠、粉煤灰、消泡剂、速凝剂和减水剂；最后加入高分子吸水剂，得到煤矿井下巷道用干混喷浆材料。
在本发明的一实施方式中，上述制备方法步骤包括：将纤维材料进行加热处理，然后冷却至室温；碾碎后，转移至搅拌釜，再加入水泥、机制砂、硅灰、硅酸钠、粉煤灰、消泡剂和高分子吸水剂，得到A组分包；B组分包包括速凝剂；A组分包和B组分包组合得到煤矿井下巷道用干混喷浆材料。
在本发明的一实施方式中，将上述纤维材料在低于其熔点5-8％的温度下加热处理10-15分钟。
与现有技术相比，本发明煤矿井下巷道用喷浆材料具有如下优点：
(1)本发明纤维材料添加入喷浆材料中，并对纤维材料在特定温度下进行热处理，能够引起纤维材料无序部分交联，从而形成网状结构，提高了喷浆材料的机械强度，使得喷浆材料能够与充填对象相协调，进而增加了混凝土施工后的抗裂性能，充填材料使用量降低。
(2)本发明采用聚丙烯酸酯固体粉末添加入喷浆材料中，水泥水化与聚丙烯酸酯成膜同时进行，聚丙烯酸酯改变了喷浆材料内部的湿度分布梯度，控制了混凝土水分的过量散失，比未加入聚丙烯酸酯固体粉末的喷浆材料水化度更高，整体水化更均匀，降低了不同区域水泥的水化差异，从另外效果上说，采用的聚丙烯酸酯固体粉末具有提高喷浆材料自养护性的作用。
(3)本发明将粉煤灰掺入喷浆材料，由于粉煤灰中含有大量的玻璃微珠，颗粒完整、表面光滑，所以能明显的改善混合料的和易性，且密度均小于水泥颗粒，能使浆体的体积增加，即在不增加材料容重的情况下，使浆体的体积增加，填充到空隙中去，从而有利于形成密实的结构，所以粉煤灰可以明显增加浆液的和易性；另外，粉煤灰中的化学成分与水泥、水拌和后发生化学反应，生成水化硅酸钙等凝胶，对水泥浆起到增强作用；粉煤灰微集料填充作用还有利于浆液材料硬化中和毛细孔的填充和细化。
(4)本发明将硅粉掺入喷浆材料中，由于硅灰颗粒极细，可以填充和阻塞浆体硬化体的空隙，提高密实度，所以加入硅粉可以改善喷浆浆体的力学性能、界面结构和孔结构。本发明在喷浆材料中掺入减水剂，由于减水剂具有很强的表面活性作用，能够打破浆体的絮凝作用，是细微的分体颗粒充分的分散在浆体中，使硅粉的细小颗粒填充到水泥凝胶体的毛细孔中，实现增强效果。
(5)本发明在喷浆材料中掺入速凝剂，能够加快混合料的凝固时间，减少回弹料，并且对钢筋无腐蚀，抗渗性良好。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
水泥作为喷浆料中的基本组成材料，主要作为凝胶材料使用，根据配料要求，主要采用普通硅酸盐水泥。
粉煤灰：Ⅰ级粉煤，烧失量≤5％，含水率≤1％，需水量比≤95％。
实施例1
煤矿井下巷道用干混喷浆材料的制备方法，具体步骤包括：聚丙烯纤维在155℃加热处理12分钟，然后冷却至室温；碾碎后，转移至搅拌釜，再加入100重量份的硅酸盐水泥、30重量份的粒径为5mm连续级配的机制砂、8 重量份的80-100目硅灰、10重量份的硅酸钠、15重量份的粉煤灰、0.8重量份的消泡剂GP330、0.7重量份的聚羧酸类减水剂FDN-C，混合，加入7重量份的聚丙烯酸酯粉末，混合均匀，得到A组分包；将重量比例为2:1的氢氧化钠与铝氧熟料混合物(6重量份)得到B组分包；将A组分包与B组分包组合得到煤矿井下巷道用干混喷浆材料，其中聚丙烯纤维占充填材料0.3％体积百分比。
实施例2
煤矿井下巷道用干混喷浆材料的制备方法，具体步骤包括：将钢纤维在 1600℃加热处理10分钟，然后冷却至室温；碾碎后，转移至搅拌釜，再加入 100重量份的硅酸盐水泥、27重量份的粒径为6mm连续级配的机制砂、9重量份的80-100目硅灰、8重量份的硅酸钠、16重量份的粉煤灰、0.9重量份的甘油和PO、EO嵌段聚醚类消泡剂、0.8重量份的聚羧酸类减水剂FDN-C，混合，再加入6重量份的聚丙烯酸酯粉末，混合均匀，得到A组分包；将重量比例为2:1的氢氧化钠与铝氧熟料混合物(5重量份)得到B组分包；将A 组分包与B组分包组合得到煤矿井下巷道用干混喷浆材料，其中钢纤维占充填材料0.4％体积百分比。
实施例3
煤矿井下巷道用干混喷浆材料的制备方法，具体步骤包括：玻璃纤维在 500℃加热处理15分钟，然后冷却至室温；碾碎后，转移至搅拌釜，再加入 100重量份的硅酸盐水泥，28重量份的粒径为4mm连续级配的机制砂，7重量份的80-100目硅灰，11重量份的硅酸钠，18重量份的粉煤灰，甘油和PO、 EO嵌段聚醚类消泡剂(0.5重量份)以及0.8重量份的聚羧酸类减水剂FDN-C 混合，再加入8重量份的聚丙烯酸酯粉末，混合均匀，得到A组分包；将重量比例为2:1的氢氧化钠与铝氧熟料混合物(4重量份)得到B组分包；将A 组分包与B组分包组合得到煤矿井下巷道用干混喷浆材料，其中玻璃纤维占充填材料0.3％体积百分比。
实施例4
煤矿井下巷道用干混喷浆材料的制备方法，具体步骤包括：将玻璃纤维在400℃加热处理15分钟，然后冷却至室温；碾碎后，转移至搅拌釜，再加入100重量份的硅酸盐水泥、28重量份的粒径为6mm连续级配的机制砂、9 重量份的80-100目硅灰、6重量份的硅酸钠、17重量份的粉煤灰、0.8重量份的消泡剂GP330和1.0重量份的聚羧酸类减水剂FDN-C，混合，再加入5重量份的聚丙烯酸酯粉末，混合均匀，得到A组分包；将重量比例为2:1的氢氧化钠与铝氧熟料混合物(7重量份)得到B组分包；将A组分包与B组分包组合得到煤矿井下巷道用干混喷浆材料，其中玻璃纤维占充填材料0.6％体积百分比。
实施例5
煤矿井下巷道用干混喷浆材料的制备方法，具体步骤包括：将聚丙烯纤维在180℃加热处理10分钟，然后冷却至室温；碾碎后，转移至搅拌釜，再加入100重量份的硅酸盐水泥、30重量份的粒径为5mm连续级配的机制砂、 8重量份的80-100目硅灰、7重量份的硅酸钠、15重量份的粉煤灰、0.9重量份的YL-508聚醚消泡剂和0.7重量份的聚羧酸类减水剂FDN-C，混合，再加入6重量份的聚丙烯酸酯粉末，混合均匀，得到A组分包；将重量比例为2:1的氢氧化钠与铝氧熟料混合物(5重量份)得到B组分包；将A组分包与B 组分包组合得到煤矿井下巷道用干混喷浆材料，其中聚丙烯纤维占充填材料 0.3％体积百分比。
实施例6
煤矿井下巷道用干混喷浆材料的制备方法，具体步骤包括：将玻璃纤维在550℃加热处理10分钟，然后冷却至室温；碾碎后，转移至搅拌釜，再加入100重量份的硅酸盐水泥、32重量份的粒径为5mm连续级配的机制砂、9 重量份的80-100目硅灰、12重量份的硅酸钠、18重量份的粉煤灰、0.9重量份的消泡剂GP330和1重量份的聚羧酸类减水剂FDN-C，混合，再加入10 重量份的聚丙烯酸酯粉末，混合均匀，得到A组分包；将重量比例为2:1的氢氧化钠与铝氧熟料混合物(7重量份)得到B组分包；将A组分包与B组分包组合得到煤矿井下巷道用干混喷浆材料，其中玻璃纤维占充填材料0.4％体积百分比。
对比例1(缺少对纤维材料的热处理)
煤矿井下巷道用干混喷浆材料的制备方法，其采用的步骤与原料与实施例1均相同，不同之处是：没有对聚丙烯纤维进行加热处理。
对比例2(缺少对纤维材料的热处理和吸水剂)
煤矿井下巷道用干混喷浆材料的制备方法，其采用的步骤与原料与实施例1均相同，不同之处是：没有对聚丙烯纤维进行加热处理，且充填材料中未加入聚丙烯酸酯固体粉末。
对比例3(缺少对纤维材料的热处理、缺少硅灰和减水剂)
煤矿井下巷道用干混喷浆材料的制备方法，其采用的步骤与原料与实施例1均相同，不同之处是：没有对聚丙烯纤维进行加热处理，且未加入硅粉和减水剂。
性能测试
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
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