CN109694231B - 一种磷镁基水泥喷浆材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种磷镁基水泥喷浆材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磷镁基水泥喷浆材料及其制备方法和应用，属于喷浆材料技术应用领域。所述的喷浆材料由下述重量份配比的材料制成，复合镁化物40～70份，复合缓凝剂0.5～3份，减水剂0.3～0.8份，磷酸盐10～40份，增粘剂0.5～1.5份，纤维0.3～0.7份。按比例称取喷浆材料后与砂按照1:3的比例共混拌合，其中砂是中砂或粗砂：细砂为4:1的混合砂，然后将喷浆材料与砂拌合后再与水按100:15～30混合搅拌成浆液，混合均匀后即得。本发明磷镁基水泥喷浆材料具有早期强度高，抗压、抗折强度高，回弹率低，粘聚性好，无粉尘污染，支护强度高，和易性、抗渗性良好，成本低廉，施工方便简单，绿色环保等优点。

Description

一种磷镁基水泥喷浆材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于喷浆材料技术应用领域，尤其涉及一种磷镁基水泥喷浆材料及制备方法和应用。
背景技术
随着近年来山体滑坡、泥石流、井巷坍塌、岩石掉落、局部塌方等灾害的频发，灾前预防和灾后快速修补问题得到更多的关注。利用喷射混凝土技术进行边坡修护、围岩支护、巷道修复加固、堵漏、道路快速抢修加固无疑是解决这一问题最好的方法。喷射混凝土是用于加固和保护结构或岩石表面的一种具有速凝性质的混凝土。
现在，普遍采用的高强度的锚喷支护工艺在我国煤矿生产中占有重要地位，但是随着开采深度的增加，巷道围岩强度和完整性逐渐降低、稳定性下降，支护跟进掘进迎头的要求增强，这对锚喷支护提出了更高的要求，目前喷浆支护存在的问题有：
1.喷层开裂问题，原因是喷层材料本身缺乏韧性，从而造成龟裂、爆裂或整块脱落。
2.喷层脱层问题，原因是材料与界面的粘附性低造成的。
3.喷浆材料回弹率高达35-40％，粘聚性差，造成大量落地料的浪费，砂浆凝结慢，支护作用发挥慢。
4.粉尘浓度大，严重污染井下空气和作业环境，影响进行安全生产并危害工人身心健康。
5.配料和性能单一，成分中刚性组分居多，材料刚性脆性大，柔性不足，致密性差，极容易造成传统喷浆材料开裂脱落，继而造成渗漏水、瓦斯溢出、支护砂浆坍塌等隐患。
6.喷浆工艺难以把握，现场拌混配比不易掌握，工人操作随意性大，质量控制难度大。
亟需解决喷浆过程中存在的以上几个问题，才能保证巷道支护效果，保持巷道的长期稳定。同时还能解决支护速度慢，占用支护时间长，以及喷浆支护存在的回弹、粉尘问题。
中国专利CN100591502公开了《煤矿井下巷道用干混喷浆材料及制备方法》，它是利用水泥、石英砂或石粉、碳酸钙、纤维素、纤维等混合搅拌成喷浆材料，具有轻质、高强、高粘结力、施工方便的优点，但是成本高昂，且现场可调性差，难以满足目前的工程需求，很难广泛应用。
中国专利CN105110718B公开了《一种高掺粉煤灰和煤矸石的井下锚网支护用干混喷浆材料》，它是由污染物粉煤灰、煤矸石、矿渣粉和废料微硅粉，以及水泥、二氧化硅、萘系减水剂、聚丙烯纤维组成，保证混凝土喷层的耐久性和长期性，提高粘结强度，解决了浪费资源、污染环境的问题，但是该材料早期强度较差，起效时间长，难以满足快速施工的要求，且渗透性不足导致修补范围小，对于深层裂纹和狭细裂纹修补能力不足。
中国专利CN103708782A公开了《一种混凝土喷浆材料》，它是由水泥、砂子、石子、聚合物、粉煤灰、硅粉、高效减水剂和速凝剂组成，通过在喷浆料中加入聚合物和其它添加料，通过干拌料在管道输送中仍保持较好的悬浮状态，基本保证喷浆材料组分的不分离，确保喷出料的配比。但该类产品的深层扩展能力差，渗透性差，现场施工时需要多次施工，费工费时。
因此，开发一种克服现有传统喷浆材料韧性差、粘结性差、回弹率高、落地料多、易开裂、粉尘大、不具备防渗漏水和防瓦斯泄漏功能的新型喷浆材料，将对改善煤矿、隧道安全生产，山体灾害预防和重建起到非常重要的作用。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种磷镁基水泥喷浆材料及其制备方法和应用，本发明制备得到的磷镁基水泥喷浆材料具有早期强度高，抗压、抗折强度高，回弹率低，粘聚性好，无粉尘污染，支护强度高，和易性、抗渗性良好等优点，可以广泛应用于边坡修护、围岩支护、巷道修复加固、堵漏、道路快速抢修中，同时成本低廉，施工方便简单，绿色环保。
本发明的目的之一在于提供一种磷镁基水泥喷浆材料。
本发明的目的之二在于提供上述磷镁基水泥喷浆材料的制备方法。
本发明的目的之三在于提供上述磷镁基水泥喷浆材料的应用。
为实现上述目的，本发明涉及以下技术方案：
本发明的第一个方面，提供一种磷镁基水泥喷浆材料，由下述重量份配比的材料制成：复合镁化物40～70份，复合缓凝剂0.5～3份，减水剂0.3～0.8份，磷酸盐10～40份，增粘剂0.5～1.5份，纤维0.3～0.7份。
优选的，所述复合镁化物为氢氧化镁、磷酸镁中的至少一种与氧化镁的混合物。
优选的，所述复合缓凝剂为尿素、硼酸、硼砂、三乙醇胺和三聚磷酸钠中的至少两种。
优选的，所述减水剂为木质素磺酸盐减水剂、氨基磺酸盐减水剂、聚羧酸减水剂和萘减水剂中的至少一种。
优选的，所述磷酸盐为：磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾中的至少一种。
优选的，所述增粘剂为纤维素醚、凹凸棒、瓜尔胶、黄原胶、聚氨酯和聚丙烯酰胺中的至少一种。
优选的，所述纤维为玻璃纤维、聚丙烯纤维中的至少一种，长度为10～30mm。
优选的，所述磷镁基水泥喷浆材料，由下述重量份配比的材料制成：氧化镁55份，氢氧化镁15份，硼砂1.5份，萘减水剂0.5份，磷酸氢二铵10份，聚氨酯0.5份，玻璃纤维0.7份；
优选的，所述磷镁基水泥喷浆材料，由下述重量份配比的材料制成：磷酸镁20份，氧化镁20份，硼酸1份，聚羧酸减水剂0.3份，磷酸二氢钾40份，纤维素醚0.8份，聚丙烯纤维0.3份；
优选的，所述磷镁基水泥喷浆材料，由下述重量份配比的材料制成：氧化镁25份，氢氧化镁30份，三聚磷酸钠3份，氨基磺酸盐减水剂0.8份，磷酸二氢铵30份，瓜尔胶1.5份，玻璃纤维0.5份。
本发明的第二个方面，提供上述磷镁基水泥喷浆材料的制备方法，包括：
S1.喷浆材料制备：按比例称取磷镁基水泥喷浆材料各原料，搅拌均匀后备用；
S2.与砂共混拌合：将步骤S1混匀后的喷浆材料与砂按照1:1～3的比例拌合；
S3.与水混合：将喷浆材料与砂拌合后再与水按100:15～30质量比混合搅拌成浆液，混合均匀后进行喷浆作业。
优选的，所述步骤S2中，所述砂是中砂或粗砂：细砂为4:1的混合砂。
本发明的第三个方面，提供磷镁基水泥喷浆材料在边坡修护、围岩支护、巷道修复加固、堵漏、道路快速抢修的应用。
本发明的有益效果为：
1、早期强度高，具有较强的抗压、抗折强度，28d抗压强度达到25MPa以上，具有快硬固化、终凝时间短的特点；
2、粘附力强，回弹率低，粘聚性好，支护强度高，提高喷浆材料的利用率，避免大量落地料的浪费，无粉尘污染，回弹率由普通混凝土的35～40％降低至4％-8％，节约喷浆材料，提高效益；
3、稳定性好，在常温常压下较长时间存放不改变其基本性质，不受温度湿度变化的影响，贮存期长，材料绿色环保、施工工艺简单，所用原料均可从市场购得，且不需要加工处理，成本低廉，绿色环保，使用条件宽泛，更有利于推广应用；
4、本发明主要通过以下几个方面来解决上述问题，满足工程要求：
(1)引入氢氧化镁和磷酸镁等镁化物与氧化镁共同使用，弥补传统配方中单一氧化镁的性能不足，提高早期强度，调节水化放热量，满足严寒地区的正常使用；
(2)使用增粘剂以增加粘度，提高喷浆材料粘聚性和内聚力，降低回弹率；
(3)使用减水剂，遇水后呈粘性，提高产品浆液的使用容错率，以解决现场施工操作误差大而导致性能下降的实际问题；
(4)使用玻璃纤维和聚丙烯纤维，增加材料的抗弯折性能；
(5)本发明配制方法简单、封堵效率高、实用性强，易于推广。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如前所述，传统喷浆材料普遍存在韧性差、粘结性差、回弹率高、落地料多、易开裂、粉尘大、不具备防渗漏水和防瓦斯泄漏功能等缺点。
有鉴于此，本发明的一种具体实施方式中，提供一种磷镁基水泥喷浆材料，由下述重量份配比的材料制成：复合镁化物40～70份，复合缓凝剂0.5～3份，减水剂0.3～0.8份，磷酸盐10～40份，增粘剂0.5～1.5份，纤维0.3～0.7份。
本发明的又一具体实施方式中，所述复合镁化物为氢氧化镁、磷酸镁中的至少一种与氧化镁的混合物；引入氢氧化镁和磷酸镁等镁化物与氧化镁共同使用，弥补传统配方中单一氧化镁的性能不足，提高早期强度，调节水化放热量，满足严寒地区的正常使用；
本发明的又一具体实施方式中，所述复合缓凝剂为尿素、硼酸、硼砂、三乙醇胺和三聚磷酸钠中的至少两种。
本发明的又一具体实施方式中，所述减水剂为木质素磺酸盐减水剂、氨基磺酸盐减水剂、聚羧酸减水剂和萘减水剂中的至少一种；从而可以提高产品浆液的使用容错率，以解决现场施工操作误差大而导致性能下降的实际问题。
本发明的又一具体实施方式中，所述磷酸盐为：磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾中的至少一种。
本发明的又一具体实施方式中，所述增粘剂为纤维素醚、凹凸棒、瓜尔胶、黄原胶、聚氨酯和聚丙烯酰胺中的至少一种，通过使用上述增粘剂，可以增加粘度，提高喷浆材料粘聚性和内聚力，降低回弹率；
本发明的又一具体实施方式中，所述纤维为玻璃纤维、聚丙烯纤维中的至少一种，长度为10～30mm；从而有效增加材料的抗弯折性能；
本发明的又一具体实施方式中，所述磷镁基水泥喷浆材料，由下述重量份配比的材料制成：氧化镁55份，氢氧化镁15份，硼砂1.5份，萘减水剂0.5份，磷酸氢二铵10份，聚氨酯0.5份，玻璃纤维0.7份；
本发明的又一具体实施方式中，所述磷镁基水泥喷浆材料，由下述重量份配比的材料制成：磷酸镁20份，氧化镁20份，硼酸1份，聚羧酸减水剂0.3份，磷酸二氢钾40份，纤维素醚0.8份，聚丙烯纤维0.3份；
本发明的又一具体实施方式中，所述磷镁基水泥喷浆材料，由下述重量份配比的材料制成：氧化镁25份，氢氧化镁30份，三聚磷酸钠3份，氨基磺酸盐减水剂0.8份，磷酸二氢铵30份，瓜尔胶1.5份，玻璃纤维0.5份。
本发明的又一具体实施方式中，提供上述磷镁基水泥喷浆材料的制备方法，包括：
S1.喷浆材料制备：按比例称取磷镁基水泥喷浆材料各原料，搅拌均匀后备用；
S2.与砂共混拌合：将步骤S1混匀后的喷浆材料与砂按照1:1～3的比例拌合；
S3.与水混合：将喷浆材料与砂拌合后再与水按100:15～30质量比混合搅拌成浆液，混合均匀后进行喷浆作业。
本发明的又一具体实施方式中，所述步骤S2中，所述砂是中砂或者粗砂：细砂为4:1的混合砂。
本发明的又一具体实施方式中，提供磷镁基水泥喷浆材料在边坡修护、围岩支护、巷道修复加固、堵漏、道路快速抢修的应用。
以下通过实施例对本发明做进一步解释说明，但不构成对本发明的限制。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件进行。其中，粗砂细度模数为3.7-3.1，平均粒径为0.5mm以上；中砂细度模数为3.0-2.3，平均粒径为0.5-0.35mm；细砂细度模数为2.2-1.6，平均粒径为0.35-0.25mm。
实施例1
(1)喷浆材料制备：精确称取氧化镁55份，氢氧化镁15份，硼砂1.5份，三聚磷酸钠0.5份，萘减水剂0.5份，磷酸氢二铵10份，聚氨酯0.5份，玻璃纤维0.7份，搅拌均匀后备用；
(2)与砂共混拌合：将喷浆材料与砂按照1:3的比例拌合，其中砂是粗砂：细砂为4:1的混合砂；
(3)与水混合：将喷浆材料与砂拌合后再与水按100:15混合搅拌成浆液，混合均匀后进行喷浆作业。
喷浆材料喷射回弹率的测定：加水调整砂浆坍落度为8-10cm之间，在喷浆墙面下紧靠岩层地基放置厚度为8mm的塑料布一块，面积不小于5m2，接岩面弹射下的混凝土。
经现场检验，降低了施工过程中的粉尘含量，回弹率由传统喷浆材料的30％降低至3％-7％；新型喷浆材料自重大大降低，比传统喷浆材料降低30-40％；粘附力大大提高。
实施例2
(1)喷浆材料制备：精确称取磷酸镁20份，氧化镁20份，硼酸1份，硼砂1份，聚羧酸减水剂0.3份，磷酸二氢钾40份，纤维素醚0.8份，聚丙烯纤维0.3份，搅拌均匀后备用；
(2)与砂共混拌合：将喷浆材料与砂按照1:1比例拌合，其中砂是中砂；
(3)与水混合：将喷浆材料与砂拌合后再与水按100:30混合搅拌成浆液，混合均匀后进行喷浆作业。
喷浆材料喷射回弹率的测定：加水调整砂浆坍落度为8-10cm之间，在喷浆墙面下紧靠岩层地基放置厚度为8mm的塑料布一块，面积不小于5m2，接岩面弹射下的混凝土。
经现场检验，降低了施工过程中的粉尘含量，回弹率由传统喷浆材料的35％降低至3.5％-9％；新型喷浆材料自重大大降低，比传统喷浆材料降低33-42％；粘附力大大提高。
实施例3
(1)喷浆材料制备：精确称取氧化镁25份，氢氧化镁30份，三乙醇胺1份，三聚磷酸钠2份，氨基磺酸盐减水剂0.8份，磷酸二氢铵30份，瓜尔胶1.5份，玻璃纤维0.5份，搅拌均匀后备用；
(2)与砂共混拌合：将喷浆材料与砂按照1:2比例拌合，其中砂是中砂；
(3)与水混合：将喷浆材料与砂拌合后再与水按100:25混合搅拌成浆液，混合均匀后进行喷浆作业。
喷浆材料喷射回弹率的测定：加水调整砂浆坍落度为8-10cm之间，在喷浆墙面下紧靠岩层地基放置厚度为8mm的塑料布一块，面积不小于5m2，接岩面弹射下的混凝土。
经现场检验，降低了施工过程中的粉尘含量，回弹率由传统喷浆材料的40％降低至2％-6％；新型喷浆材料自重大大降低，比传统喷浆材料降低28-36％；粘附力大大提高。
实验例1
(1)喷浆材料制备：精确称取磷酸镁60份，氢氧化镁20份，硼砂2份，萘减水剂0.5份，磷酸氢二铵10份，聚氨酯0.5份，玻璃纤维0.7份，搅拌均匀后备用；
(2)与砂共混拌合：将喷浆材料与砂按照1:3的比例拌合，其中砂是粗砂：细砂为4:1的混合砂；
(3)与水混合：将喷浆材料与砂拌合后再与水按100:15混合搅拌成浆液，混合均匀后进行喷浆作业。
喷浆材料喷射回弹率的测定：加水调整砂浆坍落度为8-10cm之间，在喷浆墙面下紧靠岩层地基放置厚度为8mm的塑料布一块，面积不小于5m2，接岩面弹射下的混凝土。
经现场检验，降低了施工过程中的粉尘含量，回弹率由传统喷浆材料的30％降低至18％-24％；新型喷浆材料自重降低，比传统喷浆材料降低15-25％；粘附力有所提高。
实验例2
(1)喷浆材料制备：精确称取碳酸镁10份，氧化镁20份，硼酸1份，硼砂1份，聚羧酸减水剂0.3份，磷酸二氢钾40份，纤维素醚0.8份，聚丙烯纤维0.3份，搅拌均匀后备用；
(2)与砂共混拌合：将喷浆材料与砂按照1:1比例拌合，其中砂是中砂；
(3)与水混合：将喷浆材料与砂拌合后再与水按100:30混合搅拌成浆液，混合均匀后进行喷浆作业。
喷浆材料喷射回弹率的测定：加水调整砂浆坍落度为8-10cm之间，在喷浆墙面下紧靠岩层地基放置厚度为8mm的塑料布一块，面积不小于5m2，接岩面弹射下的混凝土。
经现场检验，降低了施工过程中的粉尘含量，回弹率由传统喷浆材料的35％降低至23％-28％；新型喷浆材料自重降低，比传统喷浆材料降低32-39％；粘附力有所提高。
实验例3
(1)喷浆材料制备：精确称取氧化镁55份，三乙醇胺3份，氨基磺酸盐减水剂0.8份，磷酸二氢铵30份，瓜尔胶1.5份，玻璃纤维0.5份，搅拌均匀后备用；
(2)与砂共混拌合：将喷浆材料与砂按照1:2比例拌合，其中砂是中砂；
(3)与水混合：将喷浆材料与砂拌合后再与水按100:25混合搅拌成浆液，混合均匀后进行喷浆作业。
喷浆材料喷射回弹率的测定：加水调整砂浆坍落度为8-10cm之间，在喷浆墙面下紧靠岩层地基放置厚度为8mm的塑料布一块，面积不小于5m2，接岩面弹射下的混凝土。
经现场检验，降低了施工过程中的粉尘含量，回弹率由传统喷浆材料的40％降低至23％-28％；新型喷浆材料自重大大降低，比传统喷浆材料降低26-32％；粘附力有所提高。
应注意的是，以上实例仅用于说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照所给出的实例对本发明进行了详细说明，但是本领域的普通技术人员可根据需要对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种磷镁基水泥喷浆材料，其特征在于，由下述重量份配比的材料制成：复合镁化物40～70份，复合缓凝剂0.5～3份，减水剂0.3～0.8份，磷酸盐10～40份，增粘剂0.5～1.5份，纤维0.3～0.7份;
其中，所述复合镁化物为氢氧化镁、磷酸镁中的至少一种与氧化镁的混合物；
所述复合缓凝剂为尿素、硼酸、硼砂、三乙醇胺和三聚磷酸钠中的至少两种；
所述减水剂为木质素磺酸盐减水剂、氨基磺酸盐减水剂、聚羧酸减水剂和萘减水剂中的至少一种；
所述磷酸盐为：磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾中的至少一种；
所述增粘剂为纤维素醚、凹凸棒、瓜尔胶、黄原胶、聚氨酯和聚丙烯酰胺中的至少一种；
所述纤维为玻璃纤维、聚丙烯纤维中的至少一种，长度为10～30mm。
2.权利要求1所述磷镁基水泥喷浆材料的制备方法，其特征在于，包括：
S1. 喷浆材料制备：按比例称取磷镁基水泥喷浆材料各原料，搅拌均匀后备用；
S2. 与砂共混拌合：将步骤S1混匀后的喷浆材料与砂按照1:1～3的比例拌合；
S3. 与水混合：将喷浆材料与砂拌合后再与水按100:15～30质量比混合搅拌成浆液，混合均匀后即得。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，砂是中砂或混合砂，所述混合砂为粗砂：细砂为4:1的混合砂。
4.权利要求1所述磷镁基水泥喷浆材料在边坡修护、围岩支护、巷道修复加固、堵漏、道路快速抢修的应用。
5.权利要求2或3所述制备方法得到磷镁基水泥喷浆材料在边坡修护、围岩支护、巷道修复加固、堵漏、道路快速抢修的应用。
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