CN112174618A - 一种矿用高强度抗收缩堵水材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用高强度抗收缩堵水材料及制备方法，矿用高强度抗收缩堵水材料以质量份数计，由以下原料组成：聚乙烯醇3‑10份，硫铝酸盐水泥50‑70份，石英粉5‑20份，矿渣粉3‑15份，石膏粉2‑6份，生石灰2‑5份，缓凝剂1‑5份，交联剂1‑3份，促凝剂1‑5份，稳定剂1‑5份，将聚乙烯醇、硫铝酸盐水泥、石英粉、矿渣粉、石膏粉和生石灰，加入球磨机磨至平均粒径为2mm的颗粒，再与交联剂，促凝剂，稳定剂一同放入搅拌机搅拌均匀，即制得矿用高强度抗收缩堵水材料。本发明有效改进了原有无机材料收缩大，强度低的劣势。

Description

一种矿用高强度抗收缩堵水材料及制备方法

技术领域

本发明涉及矿山类材料技术领域，具体涉及一种煤矿井下应用高强度抗收缩堵水材料及制备方法。

背景技术

我国煤矿的复杂的水文地质条件，导致了许多煤矿饱受水灾危害。一方面，水害会导致工人施工环境恶劣，严重影响煤矿的开采进度，另一方面，也给煤矿的排水设施进行了极大的考验，增大了排水的成本，因此，防治煤矿水害是极具现实意义的。堵水材料是水害防止的重要方法，通过使用堵水材料，可以减轻煤矿排水的负担，提高采煤效率，延长煤矿使用年限等。

近年来，堵水技术广泛应用于各种矿山工程中，各个研究机构也陆续开发了多种堵水材料。目前，市面上的堵水材料主要分为无机堵水材料和有机堵水材料。有机堵水材料具有粘度低，凝固时间快，强度大的优点，同时成本高昂，反应温度过高，易引起火灾等缺陷也抑制了它的大规模应用。无机堵水材料作为现如今最常用的材料，具有成本低廉，材料取用广泛的优点，但是也存在硬化后水泥收缩大，堵水效果不理想，抗压强度不高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿用高强度抗收缩堵水材料及制备方法，以解决固有无机堵水材料硬化后收缩严重，抗压强度低的问题，本发明有效改进了原有无机材料收缩大，强度低的劣势。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种矿用高强度抗收缩堵水材料，以质量份数计，由以下原料组成：聚乙烯醇3-10份，硫铝酸盐水泥50-70份，石英粉5-20份，矿渣粉3-15份，石膏粉2-6份，生石灰2-5份，缓凝剂1-5份，交联剂1-3份，促凝剂1-5份，稳定剂1-5份。

进一步地，所述石膏粉为二水石膏和半水石膏中的一种或两种混合。

进一步地，所述缓凝剂为柠檬酸、葡萄糖酸钠、酒石酸和乙二胺四乙酸中的一种或多种混合。

进一步地，所述促凝剂为碳酸锂、碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钙、氯化钠、硝酸钠、硝酸钙、亚硝酸钠和亚硝酸钙中的一种或多种混合。

进一步地，所述交联剂为戊二醛、环氧氯丙烷、硼酸、硫酸钠和硫酸锌中的一种或多种混合。

进一步地，所述稳定剂为羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、聚丙烯酸钠和聚丙烯磺酸钠中的一种或多种混合。

一种矿用高强度抗收缩堵水材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按质量份数，分别称取聚乙烯醇、硫铝酸盐水泥、石英粉、矿渣粉、石膏粉、生石灰、缓凝剂、交联剂、促凝剂和稳定剂；

步骤2，将步骤1中称取好的聚乙烯醇、硫铝酸盐水泥、石英粉、矿渣粉、石膏粉和生石灰，加入球磨机磨至平均粒径为2mm的颗粒，再与交联剂，促凝剂，稳定剂一同放入搅拌机搅拌均匀，即制得矿用高强度抗收缩堵水材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述的矿用高强度抗收缩堵水材料，在以硫铝酸盐水泥所具备的早强基础上，加入的增强组分，一方面起到了微观填充的作用，另一方面所包含的活性组分SiO₂与Al₂O₃分别与水泥水化反应中的Ca(OH)₂反应，生成大量的C-S-H和具有一定微膨胀性能钙矾石，加速了水泥水化反应的进行，提高了材料的抗压强度，补偿了水泥自身固有的的收缩性，。同时，引入聚乙烯醇交联凝胶，一方面凝胶自身可以进入裂缝形成封堵，防止缝隙扩大，一方面以材料的无机组分作为支撑骨架，形成的三维网络结构的凝胶体系，填充了组分中的缝隙，实现了两者的复合，既可以保证材料的强度，又增强了材料的抗收缩性能及韧性。

具体实施方式

下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：

本发明提供的矿用高强度抗收缩堵水材料，按照重量份数比混合由以下原料组成：聚乙烯醇3-10份，硫铝酸盐水泥50-70份，石英粉5-20份，矿渣粉3-15份，石膏粉2-6份，生石灰2-5份，缓凝剂1-5份，交联剂1-3份，促凝剂1-5份，稳定剂1-5份。

其中，所述石膏粉为二水石膏，半水石膏中的一种或多种混合；所述缓凝剂为柠檬酸，葡萄糖酸钠，酒石酸，乙二胺四乙酸等中的一种或多种混合；所述促凝剂为碳酸锂，碳酸钠，碳酸氢钠，氯化钙，氯化钠，硝酸钠，硝酸钙，亚硝酸钠，亚硝酸钙等中的一种或多种混合；所述交联剂为戊二醛，环氧氯丙烷，硼酸，硫酸钠，硫酸锌等中的一种或多种混合；所述稳定剂为羟丙基甲基纤维素，羟乙基纤维素，羧甲基纤维素，羧甲基羟乙基纤维素，聚丙烯酸钠，聚丙烯磺酸钠等中的一种或多种混合。

一种矿用高强度抗收缩堵水材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按质量份数比分别称取聚乙烯醇，硫铝酸盐水泥，石英粉，矿渣粉，石膏粉，生石灰，缓凝剂，交联剂，促凝剂，稳定剂；

步骤2，将步骤1中称取好的聚乙烯醇，硫铝酸盐水泥，石英粉，矿渣粉，石膏粉，生石灰，加入球磨机磨至平均粒径为2mm的颗粒，再与交联剂，促凝剂，稳定剂一同放入搅拌机搅拌均匀，即制得本发明高强度堵水材料。

下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：

实施例1

分别称取聚乙烯醇300g，硫铝酸盐水泥5820g，石英粉500g，矿渣粉1500g，二水石膏600g，生石灰480g混合，用球磨机磨至平均粒径为2mm的颗粒，再加入葡萄糖酸钠100g，硫酸钠200，硝酸钠200g，羟丙基甲基纤维素300g，使用搅拌机搅拌30min即得。

实施例2

分别称取聚乙烯醇500g，硫铝酸盐水泥6610g，石英粉1000g，矿渣粉550g，半水石膏240g，生石灰400g混合，用球磨机磨至平均粒径为2mm的颗粒，再加入柠檬酸100g，硼酸100g，碳酸锂200g，羧甲基羟乙基纤维素300g，使用搅拌机搅拌30min即得。

实施例3

分别称取聚乙烯醇1000g，硫铝酸盐水泥5340g，石英粉2000g，矿渣粉400g，二水石膏150g，半水石膏150g，生石灰200g混合，用球磨机磨至平均粒径为2mm的颗粒，再加入酒石酸130g，硫酸锌50g，环氧氯丙烷50g，氯化钙130g，亚硝酸钠100g，聚丙烯磺酸钠300g，使用搅拌机搅拌30min即得。

实施例4

分别称取聚乙烯醇900g，硫铝酸盐水泥5000g，石英粉1800g，矿渣粉300g，半水石膏200g，生石灰500g混合，用球磨机磨至平均粒径为2mm的颗粒，再加入葡萄糖酸钠200g，酒石酸200g，硼酸100g，碳酸锂400g，羧甲基羟乙基纤维素200g，羟乙基纤维素200g，使用搅拌机搅拌30min即得。

实施例5

分别称取聚乙烯醇300g，硫铝酸盐水泥7000g，石英粉500g，矿渣粉1100g，半水石膏200g，生石灰400g混合，用球磨机磨至平均粒径为2mm的颗粒，再加入酒石酸200g，柠檬酸300g，硼酸100g，碳酸锂100g，羧甲基羟乙基纤维素100g，使用搅拌机搅拌30min即得。

实施例6

分别称取聚乙烯醇900g，硫铝酸盐水泥5600g，石英粉1000g，矿渣粉500g，半水石膏300g，生石灰300g混合，用球磨机磨至平均粒径为2mm的颗粒，再加入柠檬酸100g，硼酸300g，碳酸锂500g，羧甲基羟乙基纤维素500g，使用搅拌机搅拌30min即得。

将上述的实施例中材料与水以10:4的质量比混合搅拌均匀后倒出至模具，性能指标如下表所列。

由上表测试的抗压强度可得，本发明的堵水材料的抗压强度相比市面上普通堵水材料，有20-30％的提升，同时，由于材料的快速凝固硬化，也避免了其由于凝固较慢水分蒸发引起的收缩。

Claims (7)

1.一种矿用高强度抗收缩堵水材料，其特征在于，以质量份数计，由以下原料组成：聚乙烯醇3-10份，硫铝酸盐水泥50-70份，石英粉5-20份，矿渣粉3-15份，石膏粉2-6份，生石灰2-5份，缓凝剂1-5份，交联剂1-3份，促凝剂1-5份，稳定剂1-5份。

2.根据权利要求1所述的一种矿用高强度抗收缩堵水材料，其特征在于，所述石膏粉为二水石膏和半水石膏中的一种或两种混合。

3.根据权利要求1所述的一种矿用高强度抗收缩堵水材料，其特征在于，所述缓凝剂为柠檬酸、葡萄糖酸钠、酒石酸和乙二胺四乙酸中的一种或多种混合。

4.根据权利要求1所述的一种矿用高强度抗收缩堵水材料，其特征在于，所述促凝剂为碳酸锂、碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钙、氯化钠、硝酸钠、硝酸钙、亚硝酸钠和亚硝酸钙中的一种或多种混合。

5.根据权利要求1所述的一种矿用高强度抗收缩堵水材料，其特征在于，所述交联剂为戊二醛、环氧氯丙烷、硼酸、硫酸钠和硫酸锌中的一种或多种混合。

6.根据权利要求1所述的一种矿用高强度抗收缩堵水材料，其特征在于，所述稳定剂为羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、聚丙烯酸钠和聚丙烯磺酸钠中的一种或多种混合。

7.一种权利要求1所述的矿用高强度抗收缩堵水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：按质量份数，分别称取聚乙烯醇、硫铝酸盐水泥、石英粉、矿渣粉、石膏粉、生石灰、缓凝剂、交联剂、促凝剂和稳定剂；

步骤2，将步骤1中称取好的聚乙烯醇、硫铝酸盐水泥、石英粉、矿渣粉、石膏粉和生石灰，加入球磨机磨至平均粒径为2mm的颗粒，再与交联剂，促凝剂，稳定剂一同放入搅拌机搅拌均匀，即制得矿用高强度抗收缩堵水材料。