CN112251059A

CN112251059A - 一种水泥基喷涂材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN112251059A
Application number: CN202011125914.2A
Authority: CN
Inventors: 胡国和; 徐文全; 虎晓东; 安秀煜; 耿耀强; 王小军
Original assignee: Shaanxi Coal and Chemical Technology Institute Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Coal and Chemical Technology Institute Co Ltd
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2021-01-22

Abstract

本发明一种水泥基喷涂材料及其制备方法和应用，其组分包括水泥60～80份、有机单体20～50份、交联剂1～5份、引发剂1～5份、促凝剂1～5份、减水剂1～3份、水60～100份；有机单体为丙稀酰胺、丙烯酸、丙烯酸丁酯和乙二醇中的一种或多种；交联剂为N,N‑二甲基双丙稀酰胺、三乙烯二铵、二甲基丙烯酸乙二醇酯、碳化二亚胺和氮丙叮交联剂中的一种或多种。制备时先将水泥、减水剂、引发剂和促凝剂混合均匀得到粉料，将有机单体、交联剂和水混合均匀得到液料，使用时将粉料和液料混合均匀得到水泥基喷涂材料，硬化时间短、抗变形能力大。

Description

一种水泥基喷涂材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及喷涂材料技术领域，具体为一种水泥基喷涂材料及其制备方法和应用。

背景技术

煤炭自燃是我国矿井的主要自然灾害之一。随着煤矿开采深度逐渐加大，矿井里的瓦斯管理风险越来越高，高效治理越来越难。井下漏风控制是防止有害气体涌入生产区域和煤层自燃火灾的最主要手段之一，煤矿巷道表面的喷涂处理有效解决了巷道表面开裂及易燃气体的外泄，有利于提高井下的安全生产。

目前，现有的煤矿用井下水泥基喷涂材料虽具有一定的支护作用，但存在凝固时间长、柔性差的缺点，并且材料前期承载能力差，喷涂层容易受压开裂，甚至出现脱落现象，给安全生产带来极大隐患。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种水泥基喷涂材料及其制备方法和应用，得到的喷涂材料硬化时间短、抗变形能力大，适用于煤矿、隧道等地下工程巷道表面快速防护、岩巷表面支护防护以及煤岩体表面防开裂、防漏风、防渗漏水等应用。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种水泥基喷涂材料，该喷涂材料的组分按质量份数计，包括水泥60～80份、有机单体20～50份、交联剂1～5份、引发剂1～5份、促凝剂1～5份、减水剂1～3份、水60～100份；

所述的有机单体为丙稀酰胺、丙烯酸、丙烯酸丁酯和乙二醇中的一种或多种；交联剂为N,N-二甲基双丙稀酰胺、三乙烯二铵、二甲基丙烯酸乙二醇酯、碳化二亚胺和氮丙叮交联剂中的一种或多种。

优选的，所述的减水剂为萘系减水剂。

优选的，所述的引发剂为过硫酸钾、亚硫酸钠、异丙苯过氧化氢和过硫酸铵中的一种或多种。

优选的，所述的促凝剂为氯化钙、碳酸钠、氯化钠、氟化钙和氟铝酸钙中的一种或多种。

一种水泥基喷涂材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将60～80份的水泥、1～3份的减水剂、1～5份的引发剂和1～5份的促凝剂混合均匀，得到粉料；

将20～50份的有机单体、1～5份的交联剂和60～100份的水混合均匀，得到液料，有机单体为丙稀酰胺、丙烯酸、丙烯酸丁酯和乙二醇中的一种或多种；交联剂为N,N-二甲基双丙稀酰胺、三乙烯二铵、二甲基丙烯酸乙二醇酯、碳化二亚胺和氮丙叮交联剂中的一种或多种；

步骤2，使用时，将粉料和液料混合均匀，得到水泥基喷涂材料。

进一步，步骤1中所述的减水剂为萘系减水剂。

进一步，步骤1中所述的引发剂为过硫酸钾、亚硫酸钠、异丙苯过氧化氢和过硫酸铵中的一种或多种。

进一步，步骤1中所述的促凝剂为氯化钙、碳酸钠、氯化钠、氟化钙和氟铝酸钙中的一种或多种。

一种由上述任意一项所述的水泥基喷涂材料的制备方法得到的水泥基喷涂材料。

水泥基喷涂材料在煤矿井下的应用，将水泥基喷涂材料在煤矿井下对巷道表面进行喷涂，喷涂距离为1～3m，喷涂厚度为2～10mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种水泥基喷涂材料，通过选择丙稀酰胺、丙烯酸、丙烯酸丁酯和乙二醇中的一种或多种作为有机单体，N,N-二甲基双丙稀酰胺、三乙烯二铵、二甲基丙烯酸乙二醇酯、碳化二亚胺和氮丙叮交联剂中的一种或多种作为交联剂，同时搭配水泥、引发剂、减水剂、促凝剂和水，它们在一定的配比下混合，有机单体和交联剂可在室温、水泥水化热条件下，在引发剂的作用下而进行聚合及交联反应，水泥的水化热可以促进有机单体的聚合反应、有机单体与交联剂的共聚合反应以及体系中的交联反应，这些反应可以让有机单体成为大分子链聚合物，并与水泥中的部分离子发生键合，为最终的喷涂材料提供需要的韧性；同时有机反应的反应热也促使了水泥的进一步硬化，在促凝剂的作用下进一步使硬化时间变短。

本发明一种水泥基喷涂材料的制备方法，先将固体的辅料引发剂、减水剂、促凝剂与水泥混合均匀得到粉料，有机单体、交联剂和水混合均匀得到液料，这样当现场使用时将它们混合，有机单体和交联剂可在室温、水泥水化热条件下，在引发剂的作用下而进行聚合及交联反应，水泥的水化热可以促进有机单体的聚合反应、有机单体与交联剂的共聚合反应以及体系中的交联反应，这些反应可以让有机单体成为大分子链聚合物，并与水泥中的部分离子发生键合，为最终的喷涂材料提供需要的韧性。同时有机反应的反应热也促使了水泥的进一步硬化，在促凝剂的作用下进一步使硬化时间变短，得到的喷涂材料断裂伸长率可以达到38％～53％，而纯水泥喷涂材料断裂伸长率极低，这增加了喷涂材料柔韧性，提高了材料的抗变形能力，可根据使用环境和要求对其硬化时间、柔性大小进行调整，满足复杂环境中的应用，是一种煤矿安全功能性材料，提高了煤矿井下的安全生产。

附图说明

图1为本发明实施例1得到的喷涂材料试样实物图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种具体快速、柔性特点的水泥基煤矿开采用喷涂材料，由下述质量份数的原料制备而成：

水泥 60～80份，有机单体 20～50份，交联剂 1～5份，引发剂1～5份，萘系减水剂 1～3份，促凝剂 1～5份，水 60～100份。

有机单体为丙稀酰胺、丙烯酸、丙烯酸丁酯和乙二醇中的一种或多种；交联剂为N,N-二甲基双丙稀酰胺、三乙烯二铵、二甲基丙烯酸乙二醇酯、碳化二亚胺和氮丙叮交联剂中的一种或多种；引发剂为过硫酸钾、亚硫酸钠、异丙苯过氧化氢和过硫酸铵中的一种或多种；促凝剂为氯化钙、碳酸钠、氯化钠、氟化钙和氟铝酸钙中的一种或多种。

相应地，本发明还给出了一种快速柔性水泥基矿用喷涂材料的制备方法，其制备方法如下：

1)将60～80份的水泥、1～5份的引发剂、1～3份的萘系减水剂和1～5份的促凝剂搅拌混合10～30min，这些辅料都是固体，先与水泥混合得到A组份或A粉料；

2)将20～50份的有机单体、1～5份的交联剂和60～100份的水搅拌混合20～40min，有机单体、交联剂均为液体，可溶于水，且在水中不发生反应，完全溶解得到B组份或B液料；

现场使用时，将A组份或A粉料倒入喷涂设备自带的搅拌仓中，开始慢速搅拌至均匀，同时慢慢加入B组份或B液料，边加边搅，搅拌时间为2～3min，然后在煤矿井下对巷道表面进行喷涂，喷涂距离为1～3m，喷涂厚度为2～10mm，喷涂距离一般根据井下空间和喷涂设备工作压力确定即可，厚度根据井下需求而定，不同的厚度对材料的柔韧性能有一定影响。

本发明的快速柔性水泥基矿用喷涂材料中，有机单体和交联剂可在室温、水泥水化热条件下，在引发剂的作用下而进行聚合及交联反应。水泥的水化热可以促进有机单体的聚合反应、有机单体与交联剂的共聚合反应以及体系中的交联反应，这些反应可以让有机单体成为大分子链聚合物，并与水泥中的部分离子发生键合，为材料提供需要的韧性。同时，有机反应的反应热也促使了水泥的进一步硬化，在促凝剂的作用下进一步使硬化时间变短。

实施例1

将70份的水泥、2份质量比为1：1的过硫酸钾/亚硫酸钠、1份的萘系减水剂和2份质量比为1：1的碳酸钠/氯化钙倒入搅拌器中搅拌混合30min，得到A组份。将30份的丙稀酰胺、2份的N,N-二甲基双丙稀酰胺和60份的水搅拌混合40min，完全溶解得到B组份。将A组份倒入喷涂设备搅拌仓中，开始慢速搅拌，同时加入B组份，边加边搅，搅拌时间2min，然后进行喷涂打料，喷涂距离为1.5m，喷涂厚度为3mm。

实施例2

将60份的水泥、3份的过硫酸铵、1份的萘系减水剂和1份的氟铝酸钙倒入搅拌器中搅拌混合30min，得到A组份。将40份的丙稀酸、4份的氮丙叮交联剂和70份的水搅拌混合30min，完全溶解得到B组份。将A组份倒入喷涂设备搅拌仓中，开始慢速搅拌，同时加入B组份，边加边搅，搅拌时间2min，然后进行喷涂打料，喷涂距离为2m，喷涂厚度为2mm。

实施例3

将70份的水泥、4份质量比为1：1的过硫酸钾/亚硫酸钠、2份的萘系减水剂和3份的碳酸钠倒入搅拌器中搅拌混合20min，得到A组份。将40份质量比为1：1的丙稀酸/丙稀酰胺、3份的N,N-二甲基双丙稀酰胺和70份的水搅拌混合30min，完全溶解得到B组份。将A组份倒入喷涂设备搅拌仓中，开始慢速搅拌，同时加入B组份，边加边搅，搅拌时间2min，然后进行喷涂打料，喷涂距离为3m，喷涂厚度为4mm。

实施例4

将80份的水泥、5份的异丙苯过氧化氢、3份的萘系减水剂和5份的氯化钙倒入搅拌器中搅拌混合10min，得到A组份。将20份的丙烯酸丁酯、1份的三乙烯二铵和100份的水搅拌混合20min，完全溶解得到B组份。将A组份倒入喷涂设备搅拌仓中，开始慢速搅拌，同时加入B组份，边加边搅，搅拌时间3min，然后进行喷涂打料，喷涂距离为1m，喷涂厚度为8mm。

实施例5

将65份的水泥、1份的过硫酸钾、2份的萘系减水剂和4份的氟化钙倒入搅拌器中搅拌混合10min，得到A组份。将50份的乙二醇、5份的二甲基丙烯酸乙二醇酯和80份的水搅拌混合20min，完全溶解得到B组份。将A组份倒入喷涂设备搅拌仓中，开始慢速搅拌，同时加入B组份，边加边搅，搅拌时间3min，然后进行喷涂打料，喷涂距离为3m，喷涂厚度为10mm。

实施例6

将75份的水泥、5份的过硫酸铵、3份的萘系减水剂和3份的氟铝酸钙倒入搅拌器中搅拌混合30min，得到A组份。将50份的丙烯酸丁酯、2份的碳化二亚胺和90份的水搅拌混合20min，完全溶解得到B组份。将A组份倒入喷涂设备搅拌仓中，开始慢速搅拌，同时加入B组份，边加边搅，搅拌时间3min，然后进行喷涂打料，喷涂距离为2m，喷涂厚度为6mm。

按照GBT1346/2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法、GB/T17671-1999水泥胶砂强度试验、GB/T16777-2008建筑防水涂料试验方法中的测试标准测试上述的实施例中材料的性能，性能指标如表1所列，且如图1所示，增加了喷涂材料的柔韧性，此外硬化时间也变短。

表1

序号	初凝时间/min	终凝时间/h	28d抗压强度/MPa	断裂伸长率/％
					实施例1	17	2.5	32	46
实施例2	16	2	27	53
					实施例3	26	3	36	38
实施例4	22	3	43	39
					实施例5	15	2.5	27	51
实施例6	14	2	30	47

以上内容是结合具体的优选实施方法对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

1.一种水泥基喷涂材料，其特征在于，该喷涂材料的组分按质量份数计，包括水泥60～80份、有机单体20～50份、交联剂1～5份、引发剂1～5份、促凝剂1～5份、减水剂1～3份、水60～100份；

2.根据权利要求1所述的水泥基喷涂材料，其特征在于，所述的减水剂为萘系减水剂。

3.根据权利要求1所述的水泥基喷涂材料，其特征在于，所述的引发剂为过硫酸钾、亚硫酸钠、异丙苯过氧化氢和过硫酸铵中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的水泥基喷涂材料，其特征在于，所述的促凝剂为氯化钙、碳酸钠、氯化钠、氟化钙和氟铝酸钙中的一种或多种。

5.一种水泥基喷涂材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的水泥基喷涂材料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的减水剂为萘系减水剂。

7.根据权利要求5所述的水泥基喷涂材料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的引发剂为过硫酸钾、亚硫酸钠、异丙苯过氧化氢和过硫酸铵中的一种或多种。

8.根据权利要求5所述的水泥基喷涂材料的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的促凝剂为氯化钙、碳酸钠、氯化钠、氟化钙和氟铝酸钙中的一种或多种。

9.一种由权利要求5～8中任意一项所述的水泥基喷涂材料的制备方法得到的水泥基喷涂材料。

10.如权利要求9所述的水泥基喷涂材料在煤矿井下的应用，其特征在于，将权利要求9所述的水泥基喷涂材料在煤矿井下对巷道表面进行喷涂，喷涂距离为1～3m，喷涂厚度为2～10mm。