高强韧性薄喷材料制造技术

本发明专利技术公开了高强韧性薄喷材料，涉及煤矿巷道加固技术领域。本发明专利技术高强韧性薄喷材料包括如下重量百分比的原料：20

【技术实现步骤摘要】
高强韧性薄喷材料


[0001]本专利技术涉及煤矿巷道加固
，具体涉及高强韧性薄喷材料。

技术介绍

[0002]裸露煤岩体的风化主要受风和水的影响，风化使裸露围岩内部固有的水气平衡被打破。当井下空气潮湿、含有大量水分时，巷道围岩吸收空气中的水分，从而产生岩体吸水软化现象，使岩体软化崩解，进而强度降低；当井下空气比较干燥时，流动的风流带走岩体中的原有水分，使岩体风化干裂，同样引起岩体强度降低。故在确保隔离、封闭性能的同时，选取材料另需考虑具有抗压、抗折强度较高的加固防护特性。目前，国内煤矿普遍采用喷射混凝土或砂浆来封闭巷道表面，但是随着煤矿工程技术向集约化的方向发展，该措施的缺陷也越来越明显。由于井下下料工作量大、辅助运输困难、成本高，传统干式喷浆技术，减小运料工作作量及成本。矿用薄层喷涂是一种新的支护理念，喷涂材料通常由水泥、聚合物及反应或非反应多组分材料组成，其多应用于围岩表面，起到封闭巷道表面、保护锚网支护体系的作用。综合喷层在应力控制和结构控制地质条件下的支护作用，薄层喷层的支护机理可以简单表示为承载层作用、胶结作用、楔子作用。承载层作用主要体现在喷层作为一种独立的支护结构而受力，其通过自身的抗压抗弯强度承载外部的力；胶结作用包括喷层与基底岩面间的黏结作用和喷层渗入围岩裂隙的胶结作用。当喷层材料渗入裂隙中的楔子作用体现在充填节理的抗压刚度增大。
[0003]相比于传统喷射混凝土的喷层，薄层喷涂技术具有施工速度快、粘结力强、成本低以及节能环保等优点。矿用薄层喷涂材料是一种聚合物改性水泥基材料，主要分为反应型和非反应型两种类型；反应型主要为聚氨酯/聚脲双组份体系，优点是成膜固化性能好、抗压强度高，缺点是固化过程中存在放热现象，且对喷涂设备要求较高；非反应型以水泥基材料为主，一般通过在水泥净浆中添加聚合物助剂改性而成，优点是价格低廉，但是支护强度较低、粘结能力较差。基于以上思路，结合井下特殊性，目前解决问题的较好选择是：使用具有快速喷涂、快速硬化，同时具有与围岩及支护材料高粘结性、高密实度的封闭隔离性、较高的抗压和抗折强度的高强薄喷材料，是解决问题的最优途径。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供高强韧性薄喷材料，解决以下技术问题：
[0005]现有的非反应型矿用薄喷材料支护强度低以及粘结能力差。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]高强韧性薄喷材料，包括如下重量百分比的原料：
[0008]20
‑
30重量份水泥、30
‑
50重量份填料、10
‑
30重量份聚合物乳液、0.5
‑
2重量份助剂。
[0009]作为本专利技术的进一步方案：水泥包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或几种以任意比混合得到。
[0010]作为本专利技术的进一步方案：硅酸盐水泥为P.O.42.5、P.O.52.5、P.O.62.5普通硅酸盐水泥中的任一种。
[0011]作为本专利技术的进一步方案：硫铝酸盐水泥为SAC72.5。
[0012]作为本专利技术的进一步方案：填料包括滑石粉、轻质碳酸钙、二氧化硅粉、云母粉、硅灰粉中的至少一种。
[0013]作为本专利技术的进一步方案：助剂包括质量比为(0.06
‑
0.2):(0.15
‑
0.2):(0.08
‑
0.25)的消泡剂、成膜剂、减水剂混合得到。作为本专利技术的进一步方案：消泡剂为磷酸三丁酯。
[0014]作为本专利技术的进一步方案：成膜剂为磷酸二氢钠。
[0015]作为本专利技术的进一步方案：减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂中任一种。
[0016]作为本专利技术的进一步方案：聚合物乳液的制备方法包括如下步骤：
[0017]S1：将纤维素、冰醋酸、乙酐加入反应瓶中，升温至30
‑
50℃，保温1
‑
2h，得到预处理纤维；
[0018]S2：将预处理纤维素、正丁酸、醋酐加入反应瓶中，搅拌均匀,升温至70
‑
80℃，加入浓硫酸，保温1
‑
3h，加入水，升温至80
‑
90℃，保温1
‑
3h，水洗、过滤、干燥，得到改性纤维素；
[0019]S3：将NaHCO3、过硫酸钾、十二烷基二苯醚磺酸二钠、去离子水加入反应釜中，加入核单体混合物，混合均匀，升温至80℃，保温3
‑
6h，继续加入壳单体混合物、改性纤维素，保温反应3
‑
6h，得到聚合物乳液。
[0020]作为本专利技术的进一步方案：S1中纤维素、冰醋酸、乙酐的质量比为10:(1
‑
3):(1
‑
3)。
[0021]作为本专利技术的进一步方案：S2中纤维素、正丁酸、醋酐、浓硫酸、水的添加比为10g：(1
‑
3g)：(1
‑
5g)：(0.2
‑
0.5mL)：(100
‑
200mL)。
[0022]作为本专利技术的进一步方案：S3中核单体混合物为质量比为(80
‑
100):(80
‑
100):(2
‑
10):(2
‑
10):(1
‑
5)的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯混合得到。
[0023]作为本专利技术的进一步方案：S3中壳单体混合物为质量比为(120
‑
180):(10
‑
50):(10
‑
30):(1
‑
5):(1
‑
5):(30
‑
60)的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯混合得到。
[0024]作为本专利技术的进一步方案：S3中NaHCO3、过硫酸钾、十二烷基二苯醚磺酸二钠、去离子水、核单体混合物、壳单体混合物、改性纤维素的质量比为(0.3
‑
0.5)：(0.5
‑
1)：(1
‑
1.5)：(500
‑
900)：(30
‑
40)：(60
‑
70)：(50
‑
100)。本专利技术的有益效果：
[0025](1)本申请制备的薄喷材料具体为一种封闭、隔绝、加固、凝固时间短的材料对煤壁、金属等材料进行快速表面封闭的材料。本申请制备的材料结合了纤维素的抗拉特点和聚合物的高韧性及密实性能，同时考虑到快速支护防护的需要，在水泥中掺入填料，实现了新型高密实度、高抗折性、高抗压强度、强度快速增长型特点。本申请制备的薄喷材料实现快速喷涂、快速硬化，与围岩高粘结性、较高的抗压强度和抗折强度；喷涂厚度20mm可替代金属锚网；可进行围岩的封闭，也可在其上进行锚固；薄喷材料的高密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高强韧性薄喷材料，其特征在于，包括如下重量百分比的原料：20
‑
30重量份水泥、30
‑
50重量份填料、10
‑
30重量份聚合物乳液、0.5
‑
2重量份助剂。2.根据权利要求1所述的高强韧性薄喷材料，其特征在于，水泥包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或几种以任意比混合得到。3.根据权利要求1所述的高强韧性薄喷材料，其特征在于，所述填料包括滑石粉、轻质碳酸钙、二氧化硅粉、云母粉、硅灰粉中的至少一种。4.根据权利要求1所述的高强韧性薄喷材料，其特征在于，所述助剂包括质量比为(0.06
‑
0.2):(0.15
‑
0.2):(0.08
‑
0.25)的消泡剂、成膜剂、减水剂混合得到。5.根据权利要求1所述的高强韧性薄喷材料，其特征在于，所述聚合物乳液的制备方法包括如下步骤：S1：将纤维素、冰醋酸、乙酐加入反应瓶中，升温至30
‑
50℃，保温1
‑
2h，得到预处理纤维；S2：将预处理纤维素、正丁酸、醋酐加入反应瓶中，搅拌均匀,升温至70
‑
80℃，加入浓硫酸，保温1
‑
3h，加入水，升温至80
‑
90℃，保温1
‑
3h，水洗、过滤、干燥，得到改性纤维素；S3：将NaHCO3、过硫酸钾、十二烷基二苯醚磺酸二钠、去离子水加入反应釜中，加入核单体混合物，混合均匀，升温至80℃，保温3
‑
6h，继续加入壳单体混合物、改性纤维素，保温反应3
‑
6h，得到聚合物乳液。6.根据权利要求5所述的高强韧性薄喷材料，其特征在于，S1中纤维素、冰醋酸、乙酐的质量比为10:(1

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡长辉，陈毛伍，
申请(专利权)人：安徽省金鼎安全科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：