CN102603259B

CN102603259B - 锚杆粘结剂

Info

Publication number: CN102603259B
Application number: CN201110431969.0A
Authority: CN
Inventors: 陈小平; 刘武团; 郭生茂; 秦剑伟; 赵忠孝
Original assignee: Northwest Research Institute of Mining and Metallurgy
Current assignee: Northwest Research Institute of Mining and Metallurgy
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: CN102603259A

Abstract

本发明公开了一种锚杆粘结剂，按重量百分比，由65%～75%的水泥、18%～25%的膨胀水泥、1%～3%的减水剂和5%～7%的石膏组成，各组分总量为100%；将各组分搅拌均匀，装入包装袋，缝合成筒形。本锚杆粘结剂具有凝固时间短、早期强度高、贯入阻力小、安装便捷，适度良好的膨胀性等优点，能满足不同支护要求，既适用于全锚，也适用于端锚。

Description

锚杆粘结剂

技术领域

本发明涉及一种用于矿山支护的粘结剂，具体涉及一种锚杆粘结剂。

背景技术

锚杆支护是巷道支护的一种形式，在国内外得到广泛应用。将锚杆***预先在巷道或硐室周围岩体钻好的孔中，利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托板（亦可不用），或依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果，以达到支护的目的，具有成本低、支护效果好、操作简便、使用灵活、占用施工净空少等优点。采用锚杆支护时，需使用锚杆粘结剂将锚杆与周围的矿岩胶结在一起，否则松散矿岩受风化后逐渐削落，使锚杆起不到锚固作用。专利申请《锚固剂用树脂胶泥及锚固剂》（申请号200910131555.9，公开号CN101508540，公开日2009.08.19）公开了一种能提高抗压强度，实现高粘接力的锚固剂，但该锚固剂的凝固时间较长、早期强度低，且价格较高。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种锚杆粘结剂，具有较短的凝固时间和较高的早期强度，且安装使用简便、经济。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种锚杆粘结剂，按重量百分比，由65%～75%的水泥、18%～25%的膨胀水泥、1%～3%的减水剂和5%～7%的石膏组成，各组分总量为100%。

锚杆粘结剂按重量百分比，由65%～75%的水泥、18%～25%的膨胀水泥、1%～3%的减水剂和5%～7%的石膏组成，各组分总量为100%；各组分搅拌均匀，装入包装袋中缝合成筒形。

包装袋采用长纤维滤水纸制成。

包装袋的尺寸为Φ30mm×230mm～Φ32mm×230mm。

减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂。

本发明锚杆粘结剂与现有技术相比，具有凝固时间短、早期强度高、贯入阻力小、适度良好的膨胀性，而且投资小、见效快、原料来源广泛、市场前景广阔等优点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明锚杆粘结剂，按重量百分比，由65～75%的水泥、18～25%的膨胀水泥、1～3%的减水剂和5～7%的石膏组成，各组分总量为100%。

将上述各组分搅拌均匀，装入长纤维滤水纸制成的包装袋内，然后，用线将该包装袋缝合成筒形，制成粘结剂卷体，并封存该粘结剂卷体。

本锚杆粘结剂卷体尺寸可根据使用的具体要求进行确定，常规尺寸为Φ30mm×230mm～Φ32mm×230mm，重200～210g。为了防潮，每五个粘结剂卷体装入一个塑料薄膜袋中，封口成袋，每14袋装一纸箱。

水泥采用普通硅酸盐水泥，优选625#普通硅酸盐水泥。减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂。膨胀水泥为膨胀硫铝酸盐水泥。

本锚杆粘结剂配套的锚杆杆体材质和结构参数的选择：综合矿山工程地质情况及巷道的支护要求，配套锚杆体一般采用直径为Φ18mm的螺纹钢筋，锚固力不小于65kN。该螺纹钢筋的长度可根据实际情况确定，并在确定长度的螺纹钢筋的一端加工螺纹。

将本发明锚杆粘结剂用于锚杆支护时，首先在需要锚固的岩体上钻凿Φ32～Φ40mm的炮孔，将制成的粘结剂卷体浸入清水中60～90s，然后将浸泡后的粘结剂卷体用炮棍送入锚杆孔中，一般1.8m长的锚杆装入5～7卷粘结剂卷体即可，若岩体破碎，要求加大锚固长度，则可适当增加粘结剂卷体的数量；之后***锚杆，1小时后戴上垫板，并拧紧螺帽。

本发明锚杆粘结剂的化学反应实质就是研究和分析3CaO·SiO₂-2CaO·SiO₂-3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄ -CaSO₄ -H₂O五元***中所发生的化学变化，即锚杆粘结剂的水化过程；该水化过程中，粘结剂中的硅酸三钙主要发生如下水化反应：

3CaO·SiO₂+nH₂O→xCaO-SiO₂·yH₂O)+(3-x) Ca(OH)₂

材料中的硅酸二钙的水化过程和硅酸三钙极为相似，也有诱导期、加速期等，但水化速率比硅酸三钙慢得多，约为硅酸三钙水化速率的1/20，硅酸二钙的水化反应可采用下式表示：

2CaO·SiO₂+mH₂O→xCaO-SiO₂·yH₂O)+(2-x) Ca(OH) ₂

材料中的硫铝酸钙水化反应如下式：

3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄+4CaSO₄+38H₂O

→3CaO·3Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O+2(Al₂O₃·3H₂O)(gel)

减水剂起到缩短材料的凝结时间的作用；膨胀硫铝酸盐水泥能够使材料具有适度的膨胀性；石膏能使材料具有适度的早期强度和膨胀性。硫铝酸盐如果含量过高会影响硅酸盐水泥的强度，含量过少不会达到预期的体积膨胀效果。以上材料及各组分配比是通过室内对多种材料的配比试验研究确定的最优方案。

本发明锚杆粘结剂是由硅酸盐水泥和多种改性外加剂组成的一种适用于矿山的新型、理想的锚杆锚固剂，具有稳定可靠的粘结性能和强度、适宜的凝结时间、较小的贯入阻力、适度的膨胀性能和早期强度高等特点。主要应用于矿山采用水泥卷锚杆对岩体进行支护，能够满足各种矿岩条件下的支护要求，保证巷道的稳固与安全。该产品原料来源广泛，价格低廉，生产工艺简单，是一种锚固效果好，承载能力大，用途广泛，使用方便，经济效益好的理想的新型支护材料，具有如下优点：

1）粘结1天后，锚杆的锚固力均在77.51kN以上，说明本锚杆粘结剂的早期强度高、承载力大，其技术性能优于管缝式锚杆，满足了破碎岩层的支护要求。

2）贯入阻力小，锚杆安装方便，本锚杆粘结剂卷体经浸水后装入炮孔中，长1.7～2.0m的全锚锚杆体用手即可推入孔底，安装一根锚杆约5min。

3）对锚杆具有很好的防锈性能，使得粘结剂锚杆既可作永久支护，又能做临时支护。

4）一套粘结剂锚杆成本比管缝式锚杆降低50%。

5）可广泛应用于冶金、煤炭、化工、铁道、水电、土建安装和国防等地下工程。

为了满足不同支护要求，使本发明锚杆粘结剂既适用于全长粘结，也适用于部分长度粘结，本发明锚杆粘结剂形成具有不同性能的系列产品。

实施例1

按重量百分比，分别取水泥65%、膨胀硫铝酸盐水泥25%、减水剂3%和石膏7%。将各组分搅拌均匀，装入长纤维滤水纸制成的尺寸为Φ30×230mm的包装袋，以线缝合成筒形，制成粘结剂卷体，封存该粘结剂卷体。在石英角斑凝灰岩上打直径为Φ32mm的锚杆孔，将该粘结剂卷体浸入清水中60s，取出，用炮棍送入锚杆孔孔底，在该锚杆孔中依次装入5卷粘结剂卷体，***锚杆，1小时后戴上垫板，并拧紧螺帽。

经检测，该锚杆粘结剂的密度为1.530 g/cm³，吸水率为28.2～31.5%，初凝时间5分钟50秒～6分钟，终凝时间5分钟30秒～8分钟，常温下的抗压强度：凝固1天为24.1 MPa、凝固3天为26.5 MPa、凝固7天为43.6 MPa、凝固14天为52.6 MPa、凝固28天为61.5MPa；常温下的早期拉拔强度：凝固1小时为123.45 MPa、凝固4小时为273.10 MPa；贯入阻力为0.22 Mpa；凝固28天测得的线膨胀系数为2.38%；贮存期大于6个月。

采用ML20型锚杆拉力计对锚杆进行拉拔试验；结果都是锚杆杆体丝扣处断裂，而锚杆杆体与粘结剂、粘结剂与孔壁之间丝毫未产生相对位移，充分说明了该锚杆粘结剂的锚固力远远大于锚杆杆体的破断力。试验结果证明：该锚杆粘结剂粘结情况良好，锚杆承载力大，轴向变形小，对控制岩体稳定性十分有利。

实施例2

按重量百分比，分别取水泥75%、膨胀硫铝酸盐水泥18%、减水剂3%和石膏7%。将各组分破碎，搅拌均匀，装入长纤维滤水纸制成的尺寸为Φ32×230mm的包装袋，以线缝合成筒形，制成粘结剂卷体，将该粘结剂卷体封存。在块状铅锌矿上打直径为Φ40的锚杆孔，将该粘结剂卷体浸入清水中90s，取出，用炮棍送入锚杆孔中，在该锚杆孔中依次装入7卷粘结剂卷体，***锚杆，1小时后戴上垫板，并拧紧螺帽。

经检测，该锚杆粘结剂的密度为1.490 g/cm³，吸水率为29.6～31.6%，初凝时间3分钟30秒～4分钟10秒，终凝时间4分钟50秒～5分钟，常温下的抗压强度：凝固1天为29.7 MPa、凝固3天为34.9 MPa、凝固7天为37.3 MPa、凝固14天为45.1 MPa、凝固28天为47.8Mpa。常温下的早期拉拔强度：凝固1小时为201.38MPa、凝固4小时为325.08 MPa；贯入阻力为0.53 Mpa；凝固28天测得的线膨胀系数为9.88%；贮存期大于6个月。

实施例3

按重量百分比，分别取水泥70%、膨胀硫铝酸盐水泥22%、减水剂1%和石膏7%。将各组分破碎，搅拌均匀，装入长纤维滤水纸制成的尺寸为Φ31×230mm的包装袋，以线缝合成筒形，制成粘结剂卷体，将该粘结剂卷体封存。在浸染状铅锌矿岩上打直径为Φ36的锚杆孔，将本锚杆粘结剂卷体浸入清水中75s后，在锚杆孔中用木棍送入依次装入6卷本粘结剂卷体，***锚杆，1小时后戴上垫板，并拧紧螺帽。

经检测，该锚杆粘结剂的密度为1.381 g/cm³，吸水率为30.0～32.7%，初凝时间4分钟30秒～4分钟40秒，终凝时间6分钟～6分钟10秒，常温下的抗压强度：凝固1天为18.6 MPa、凝固3天为25.9 MPa、凝固7天为33.1MPa、凝固14天为37.7MPa、凝固28天为47.7Mpa。常温下的早期拉拔强度：凝固1小时为31.3MPa、凝固4小时为54.94 MPa；贯入阻力为0.10Mpa；凝固28天测得的线膨胀系数为-0.12%；贮存期大于6个月。

实施例4

按重量百分比，分别取水泥70%、膨胀硫铝酸盐水泥21%、减水剂3%和石膏6%。将各组分破碎，搅拌均匀，装入长纤维滤水纸制成的尺寸为Φ32×230mm的包装袋，以线缝合成筒形，制成粘结剂卷体，将该粘结剂卷体封存。在石英角斑凝灰岩上打直径为Φ34的锚杆孔，将该粘结剂卷体浸入清水中65s，取出，用炮棍送入锚杆孔中，在该锚杆孔中依次装入7卷粘结剂卷体，***锚杆，1小时后戴上垫板，并拧紧螺帽。

经检测，该锚杆粘结剂的吸水率为30.2～33.0%，初凝时间4分钟～4分钟10秒，终凝时间6分钟～6分钟30秒，常温下的抗压强度：凝固1天为25.7 MPa、凝固3天为25.3 MPa、凝固7天为42.0MPa、凝固14天为48.4MPa、凝固28天为62.3Mpa。常温下的早期拉拔强度：凝固1小时为34.83MPa、凝固4小时为167.59MPa；贯入阻力为0.03Mpa；凝固28天测得的线膨胀系数为0.07%；贮存期大于6个月。

Claims

1. 一种锚杆粘结剂，其特征在于，按重量百分比，由65%～75%的普通硅酸盐水泥、18%～25%的膨胀水泥、1%～3%的减水剂和5%～7%的石膏组成，各组分总量为100%；

所述的膨胀水泥采用膨胀硫铝酸盐水泥。

2.根据权利要求1所述的锚杆粘结剂，其特征在于，该锚杆粘结剂按重量百分比，由65%～75%的水泥、18%～25%的膨胀水泥、1%～3%的减水剂和5%～7%的石膏组成，各组分总量为100%；各组分搅拌均匀，装入包装袋中缝合成筒形。

3.根据权利要求2所述的锚杆粘结剂，其特征在于，所述的包装袋采用长纤维滤水纸制成。

4.根据权利要求2所述的锚杆粘结剂，其特征在于，所述包装袋的尺寸为Φ30mm×230mm～Φ32mm×230mm。

5.根据权利要求1或2所述的锚杆粘结剂，其特征在于，所述的减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂。