專利名稱：一種用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土，具體涉及一種泡沫混凝土及其制備方法，該混凝土可廣泛應(yīng)用于煤礦工程濕噴支護(hù)。
背景技術(shù)：
干噴法在井巷施工中一直占據(jù)統(tǒng)治地位，特別在我國煤礦領(lǐng)域更是占據(jù)絕對(duì)地位。由于干噴技術(shù)存在施工效率低、回彈率高、粉塵大、噴射強(qiáng)度得不到保證，噴漿只能作為巖層的防風(fēng)化保護(hù)層，不能作為有效的支護(hù)手段等的問題，近些年來，隨著混凝土噴射工藝的進(jìn)步和發(fā)展，濕噴工藝以其獨(dú)有優(yōu)勢(shì)慢慢占據(jù)了主導(dǎo)地位，而且已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，特別是濕拌噴射混凝土技術(shù)的發(fā)展，大大擴(kuò)展了噴射混凝土在地下工程中的使用范圍。然而， 目前我國的煤礦依然還采用的是干噴技術(shù)，這就使得將濕噴技術(shù)應(yīng)用到煤礦中顯得尤為重要。另一方面，雖然濕噴技術(shù)較之干噴技術(shù)有較大的優(yōu)勢(shì)，但其依然還存在混凝土在料罐、 管道中易于凝固、粘結(jié)造成堵塞，并且清洗麻煩，設(shè)備比較笨重等弊端。因此很有必要對(duì)現(xiàn)有的濕噴工藝進(jìn)行改進(jìn)，使其更好的為煤礦及地下工程服務(wù)。泡沫混凝土是通過發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑用機(jī)械方式充分發(fā)泡，并將泡沫與水泥漿均勻混合，然后經(jīng)過發(fā)泡機(jī)的泵送系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)澆施工或模具成型，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)所形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質(zhì)保溫材料。它屬于氣泡狀絕熱材料，它除了具有輕質(zhì)化和保溫隔熱化的特點(diǎn)外，還具有很好的流動(dòng)性，在管道中流動(dòng)時(shí)不易堵管，因此，將泡沫混凝土用于濕噴作業(yè)能很好的解決現(xiàn)有濕噴混凝土在料罐、管道中易于凝固、粘結(jié)造成堵塞，并且清洗麻煩，設(shè)備比較笨重等弊端。并且泡沫混凝土中可大量使用粉煤灰、礦渣、氧化鋁赤泥等工業(yè)廢料做填充材料。符合國家產(chǎn)業(yè)政策，意義重大，前景廣闊。CN101497533膠凝材料專利公開了一種新型泡沫混凝土主要組分包括(按重量份)水泥100份；粉煤灰10 30份；珍珠巖5 20份；水30 60份；防水劑0. 5 2份； 防凍劑1 2. 5份；減水劑0. 8 1. 2份；促凝劑2 5份；纖維0. 09 0. 12份；發(fā)泡劑 體積(升)占水泥重量(公斤)的百分比為100 170%。該泡沫混凝土兼具輕質(zhì)、防水、 耐火、保溫、抗凍、抗裂和抗震等功能，特別適合于寒區(qū)工程保溫層和地下工程堵水及抗震層使用。由于該配方主要用于現(xiàn)澆泡沫混凝土作業(yè)，需要保證其具有足夠的流動(dòng)性，因此不能用于噴射混凝土作業(yè)。CN101439950A專利公開了一種柔性煤粉泡沫混凝土主要組分包括(按重量百分比)水泥，10 15 ；煤粉，；35 65 ；中粗砂，20 45 ；水，3 4. 5 ；防水劑，0. 1 0. 3 ；發(fā)泡劑，1 1. 5。結(jié)構(gòu)體抗?jié)B性佳，具良好的密閉性和完整性，可應(yīng)用于煤礦中氣體驅(qū)替煤層氣巷道壁面封堵和防滲，可用噴射混凝土方式，但該配方中未見有增加泡沫混凝土粘度、塑性和改善其分散性和的原材料，因此粘度和和噴射均勻度不夠，回彈率也得不到保證。然而由于泡沫混凝土本身的特點(diǎn)及目前應(yīng)用行業(yè)的限制，現(xiàn)有的泡沫混凝土配方普遍粘度很小，不能適應(yīng)煤礦濕噴作業(yè)要求，因此，很有必要研制出一種能用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土配方，保證濕噴機(jī)噴出的漿料牢牢粘附于其表面，并且基本不回彈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于克服上述不足而提供了一種用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土，這種泡沫混凝土除了具有輕質(zhì)、耐火、抗裂和抗動(dòng)壓等功能，還具有很好的粘性，特別適合于煤礦及地下工程噴射混凝土支護(hù)作業(yè)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土的制備方法，通過該制備方法生產(chǎn)出來的泡沫混凝土具有漿料均勻、粘度夠、流動(dòng)性適中等特點(diǎn)，并能有效控制初凝時(shí)間，保證產(chǎn)品穩(wěn)定可靠。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取得技術(shù)方案為一種用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土，包括膠凝材料、水、外摻料和發(fā)泡劑，所述的膠凝材料為水泥和粉煤灰，所述的外摻料為膠水、減水劑、速凝劑、纖維和纖維素。上述用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土，各原料的重量份比為水泥200份，粉煤灰 0 60份，水60 150份，膠水20 50份，減水劑20 50份，速凝劑60 120份，纖維 80 120份，纖維素80 140份，發(fā)泡劑5 20份。上述用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土，各原料的重量份比優(yōu)選為水泥200份，粉煤灰10 50份，水80 130份，膠水30 50份，減水劑30 40份，速凝劑 80 100 份，纖維90 110份，纖維素100 120份，發(fā)泡劑 10 15份。上述用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土，各原料的重量份比進(jìn)一步優(yōu)選為水泥 200份，粉煤灰20 40份，水90 120份，膠水35 45份，減水劑33 37份，速凝劑 85 95份，纖維93 107份，纖維素105 115份，發(fā)泡劑 12 14份。上述水泥為強(qiáng)度等級(jí)42. 5級(jí)或52. 5級(jí)的硅酸鹽水泥；粉煤灰為一級(jí)粉煤灰；膠水為107膠水；減水劑優(yōu)選聚羧酸減水劑；速凝劑為HSA高效速凝劑；纖維優(yōu)選聚丙烯單絲杜拉纖維；纖維素優(yōu)選羥丙基甲基纖維素；發(fā)泡劑優(yōu)選HT復(fù)合發(fā)泡劑。上述的用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土的制備方法，包括以下步驟(1)原材料的預(yù)處理剔除膠凝材料中的硬塊等，防止其在泡沫漿里沉積；(2)稱量按照配比稱量各組分；(3)上料及攪拌向攪拌機(jī)中依次加入水泥、粉煤灰、部分水(占總水量范圍 70% 90% )、膠水、減水劑、纖維和纖維素?cái)嚢杈鶆虺蓾{料；(4)發(fā)泡將剩余水與發(fā)泡劑(優(yōu)選以50 70 1的重量比例)混合，通過泡沫混凝土一體機(jī)設(shè)備(例如河南華泰建材有限公司的HT-60型發(fā)泡水泥機(jī))制成直徑為 0. 5-2mm左右的泡沫；(5)漿料與泡沫混合將步驟( 得到的漿料在攪拌狀態(tài)下加入步驟(4)的泡沫， 加泡沫后繼續(xù)攪拌當(dāng)漿面看不到漂浮的泡沫時(shí)，泡沫混凝土漿料制備完成。杜拉纖維同水泥基料有極強(qiáng)的粘結(jié)力。可握裹更多的集料，同水泥基體有更緊密的結(jié)合力，因此可在混凝土中發(fā)揮更為有效的抗裂作用。由于杜拉纖維可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布極其均勻、徹底，每立方厘米水泥漿內(nèi)近二十條纖維絲，故能在混凝土(砂漿)內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系，從而產(chǎn)生一種有效的二級(jí)加強(qiáng)效果。羥丙基甲基纖維素是良好的熱塑性物質(zhì)，具有優(yōu)良的成膜性，所成膜非常堅(jiān)韌，光澤性良好，彈性充分，用在本配方中起到了固泡效果；另外，羥丙基甲基纖維素具有優(yōu)良的粘結(jié)性，十分穩(wěn)定，而且分散性好，可以協(xié)同107膠水增加漿料的粘性和分散性；此外，羥丙基甲基纖維素還可以被當(dāng)作是纖維，砂漿和水泥的混合劑。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、現(xiàn)有的泡沫混凝土配方普遍粘度很小，用在煤礦濕噴時(shí)會(huì)出現(xiàn)順壁流淌，無法粘附的現(xiàn)象，不能適應(yīng)煤礦濕噴作業(yè)要求，利用本發(fā)明可生產(chǎn)出一種除了具有輕質(zhì)、耐火、 抗裂和抗動(dòng)壓等功能，還具有很好的粘性，特別適合于煤礦及地下工程噴射混凝土支護(hù)作業(yè)的泡沫混凝土，該配方克服干噴法施工碰到的回彈率高、粉塵大、噴射強(qiáng)度得不到保證等缺點(diǎn)；也解決現(xiàn)有濕噴法存在的過快凝固、堵管等問題。2、所采用的方案中，為了增加泡沫混凝土漿料的粘著能力，采用了在漿料中加了 107膠水、聚丙烯單絲杜拉纖維、羥丙基甲基纖維素以及速凝劑等多重措施，成功保證了所制備的泡沫混凝土既具有足夠的流動(dòng)性，也能滿足粘性要求。3、由于泡沫混凝土強(qiáng)度可以通過加泡沫量靈活調(diào)節(jié)，這樣可以針對(duì)不同圍巖條件噴射不同的支護(hù)強(qiáng)度，與現(xiàn)有濕噴工藝相比，可以大大節(jié)省原材料，尤其是水泥用量，從而在很大程度上節(jié)省成本。試驗(yàn)結(jié)果表明(如

圖1)噴射泡沫混凝土密度為700kg/m3時(shí)，1立方泡沫混凝土的水泥和粉煤灰用量僅為500kg和100kg，抗壓強(qiáng)度達(dá)到了 6. 5MPa,并且密封性和均勻性均很好。圖1材料密度與膠凝材料及抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土，包括膠凝材料、水、外摻料和發(fā)泡劑，其特征是，所述的膠凝材料為水泥和粉煤灰，所述的外摻料為膠水、減水劑、速凝劑、纖維和纖維O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土，其特征是，各原料的重量份比為水泥200份，粉煤灰0 60份，水60 150份，膠水20 50份，減水劑20 50 份，速凝劑60 120份，纖維80 120份，纖維素80 140份，發(fā)泡劑5 20份。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土，其特征是，各原料的重量份比為水泥200份，粉煤灰10 50份，水80 130份，膠水30 50份，減水劑30 40 份，速凝劑80 100份，纖維90 110份，纖維素100 120份，發(fā)泡劑10 15份。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土，其特征是，各原料的重量份比為水泥200份，粉煤灰20 40份，水90 120份，膠水35 45份，減水劑33 37 份，速凝劑85 95份，纖維93 107份，纖維素105 115份，發(fā)泡劑12 14份。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土，其特征是，所述的減水劑為聚羧酸減水劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土，其特征是，所述的速凝劑為HSA高效速凝劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土，其特征是，所述的纖維為聚丙烯單絲杜拉纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土，其特征是，所述的纖維素為羥丙基甲基纖維素。
9.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土的制備方法，其特征是，包括以下步驟(1)原材料的預(yù)處理；(2)稱量按照配比稱量各組分；(3)上料及攪拌向攪拌機(jī)中依次加入水泥、粉煤灰、部分水、膠水、減水劑、速凝劑、纖維和纖維素?cái)嚢杈鶆虺蓾{料；(4)發(fā)泡將剩余水與發(fā)泡劑混合，通過泡沫混凝土一體機(jī)設(shè)備制成直徑為0.5-2mm的泡沫；(5)漿料與泡沫混合將步驟( 得到的漿料在攪拌狀態(tài)下加入步驟(4)的泡沫，加泡沫后繼續(xù)攪拌當(dāng)漿面看不到漂浮的泡沫時(shí)，泡沫混凝土漿料制備完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于煤礦濕噴支護(hù)的泡沫混凝土及其制備方法，包括膠凝材料、水、外摻料和發(fā)泡劑，所述的膠凝材料為水泥和粉煤灰，所述的外摻料為膠水、減水劑、速凝劑、纖維和纖維素。本發(fā)明可生產(chǎn)出一種除了具有輕質(zhì)、耐火、抗裂和抗動(dòng)壓等功能，還具有很好的粘性，特別適合于煤礦及地下工程噴射混凝土支護(hù)作業(yè)的泡沫混凝土，該配方克服干噴法施工碰到的回彈率高、粉塵大、噴射強(qiáng)度得不到保證等缺點(diǎn)；也解決現(xiàn)有濕噴法存在的過快凝固、堵管等問題。
文檔編號(hào)C04B38/02GK102503524SQ201110295259
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者呂文樸, 張建華, 譚賢君, 陳衛(wèi)忠 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所, 山東大學(xué), 河南華泰建材開發(fā)有限公司