改性瀝青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改性瀝青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料及其制備方法，該復(fù)合灌漿材料的原料按重量份數(shù)比計(jì)包括：100份的改性水泥、5～20份的改性瀝青乳液、40～60份的水和1～10份的有機(jī)硅偶聯(lián)劑。該方法按上述重量份數(shù)比計(jì)稱取，改性水泥、改性瀝青乳液、水和有機(jī)硅偶聯(lián)劑；將改性水泥和水在高速條件下攪拌均勻，得到混合物；向混合物中加入瀝青乳液、偶聯(lián)劑，慢速攪拌均勻，即得復(fù)合灌漿材料。該復(fù)合灌漿材料具有高強(qiáng)且有適當(dāng)變形的特點(diǎn)，其能夠解決煤礦深井巷道破碎、裂隙圍巖的注漿加固以及隧洞等地下復(fù)雜工程施工的疑難問題，以便更好地應(yīng)用于煤礦災(zāi)害及隧洞坍塌的防治。
【專利說(shuō)明】改性瀝青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及灌漿材料領(lǐng)域，具體地指一種改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材 料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源緊缺促使煤礦開采業(yè)大力發(fā)展，一批大型、高產(chǎn)高 效的井工礦紛紛投產(chǎn)，傳統(tǒng)煤礦采深加大，隨之而來(lái)的生產(chǎn)安全和高效生產(chǎn)保障問題十分 嚴(yán)峻，在煤礦巷道開挖和修復(fù)過(guò)程中，由于巷道圍巖極其破碎，圍巖松動(dòng)破碎范圍大，如大 的斷裂帶、破碎松散圍巖區(qū)、裂隙發(fā)育帶、動(dòng)壓增大下冒頂、地下水害等極易發(fā)生冒頂和片 幫事故，既造成施工的不安全，又造成巷道斷面不規(guī)整，直接影響煤礦井下安全和高效生 產(chǎn)。目前，國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展，西南、西北地區(qū)各類鐵路隧洞、公路隧洞、引水隧洞的 建設(shè)，同樣面臨著復(fù)雜地質(zhì)條件下的各類災(zāi)害問題的及時(shí)和有效處理。傳統(tǒng)的水泥/水玻 璃和普通的化灌材料和施工技術(shù)已很難適應(yīng)現(xiàn)代安全、快速高效生產(chǎn)的需要。而國(guó)際上先 進(jìn)國(guó)家已經(jīng)快速發(fā)展起來(lái)的新型化灌材料，對(duì)有效解決復(fù)雜地質(zhì)條件下煤巖體加固防塌 方、偏幫、頂板穩(wěn)定性控制、空穴的快速處理、滲漏水及涌水有效快速治理等方面非常具有 針對(duì)性，有利保障地下工程安全、高效生產(chǎn)的需要。
[0003] 目前，灌漿材料及配套工藝相關(guān)技術(shù)已在國(guó)內(nèi)煤礦井下得到廣泛的應(yīng)用，如邯鄲、 淮南、淄博、焦作、徐州等礦區(qū)近幾年來(lái)已開始大量應(yīng)用，為煤礦井下松散破碎圍巖加固、通 風(fēng)控制及灌漿堵水等提供了新的技術(shù)手段，并創(chuàng)造了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。但是仍存在很 多問題，如有機(jī)灌漿材料雖具有性能優(yōu)異、可灌性好、凝固時(shí)間可以調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，但亦存在 著對(duì)裂縫界面條件要求苛刻，造價(jià)高、環(huán)保性能差以及在固化過(guò)程中放出的熱量對(duì)煤礦的 安全問題造成隱患等無(wú)法克服的缺點(diǎn)。目前水泥作為灌漿材料應(yīng)用于加固煤礦破碎煤巖 體最為普遍，但大量工程實(shí)踐表明，其常用的普通硅酸鹽水泥、高強(qiáng)速凝水泥漿液結(jié)石體太 脆，結(jié)石剛度過(guò)大，不利于松弛瞬間沖擊荷載，如當(dāng)圍巖裂隙面出現(xiàn)剪切變形或裂隙發(fā)生張 開變形時(shí)，漿液結(jié)石體因不能適應(yīng)圍巖的變形而發(fā)生破壞失效，極易造成二次破壞；此外， 水泥漿體與巖石界面的粘結(jié)性能較差，不足以滿足固結(jié)補(bǔ)強(qiáng)的要求，故現(xiàn)在使用的灌漿技 術(shù)已很難適應(yīng)現(xiàn)代安全、快速高效生產(chǎn)的需要。可見，使用有機(jī)灌漿材料和無(wú)機(jī)灌漿材料都 存在自身難以克服的缺點(diǎn)，因此研發(fā)高強(qiáng)且有適當(dāng)變形的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合灌漿新材料以解決 煤礦深井巷道破碎、裂隙圍巖的注漿加固以及隧洞等地下復(fù)雜工程施工的疑難問題，以便 更好地應(yīng)用于煤礦災(zāi)害及隧洞坍塌的防治已成為亟待解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿 材料及其制備方法，該復(fù)合灌漿材料具有高強(qiáng)且有適當(dāng)變形的特點(diǎn)，其能夠解決煤礦深井 巷道破碎、裂隙圍巖的注漿加固以及隧洞等地下復(fù)雜工程施工的疑難問題，以便更好地應(yīng) 用于煤礦災(zāi)害及隧洞坍塌的防治。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材 料，該復(fù)合灌漿材料的原料按重量份數(shù)比計(jì)包括：1〇〇份的改性水泥、5?20份的改性浙青 乳液、40?60份的水和1?10份的有機(jī)硅偶聯(lián)劑。
[0006] 進(jìn)一步地，該復(fù)合灌漿材料的原料按重量份數(shù)比計(jì)還包括0. 1?1份的消泡劑和 〇. 1?5份的外加劑。
[0007] 再進(jìn)一步地，所述改性水泥是由快硬硫鋁酸鹽水泥加工而成，其比表面積為 600 ?800m2/kg。
[0008] 再進(jìn)一步地，所述改性浙青乳液的原料按照重量份數(shù)比計(jì)包括：50?70份的浙 青、30?50份的水、1?5份的丁苯膠乳、0. 1?1. 0份的穩(wěn)定劑、40?60份的氯丁膠乳 液、0. 5?2份的胺類硫化劑、0. 5?2份的再生聚乙烯、0. 5?2份的雙氧樹脂和0. 5?2 份的固化劑。所述穩(wěn)定劑為丁基橡膠、三元乙丙橡膠、丁腈橡膠和順丁橡膠中的任意一種或 幾種、固化劑為品牌名為T31的固化劑。
[0009] 再進(jìn)一步地，所述改性浙青乳液的制備方法，包括以下步驟：
[0010] 1)按上述重量份數(shù)比計(jì)稱?。赫闱?、水、丁苯膠乳、穩(wěn)定齊U、氯丁膠乳液、胺類硫化 齊U、再生聚乙烯、雙氧樹脂和固化劑，備用；
[0011] 2)向浙青中加入水、丁苯膠乳、穩(wěn)定劑，首先將浙青加熱融化后，再用超聲波乳化 法混合均勻；得到乳化浙青；
[0012] 3)將乳化浙青加入氯丁膠乳液，再加入胺類硫化劑、再生聚乙烯、雙氧樹脂和固化 齊U，混合均勻；即改性浙青乳液。
[0013] 再進(jìn)一步地，所述外加劑為早強(qiáng)劑、聚羧酸型減水劑和CaCl2中任意一種。消泡劑 為品牌為B-943和B-199的消泡劑
[0014] 本發(fā)明還提供了一種改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料制備方法，包括以 下步驟：
[0015] 1)將快硬硫鋁酸鹽水泥加工制備得到比表面積為600?800m2/kg的改性水泥；
[0016] 2)按上述重量份數(shù)比計(jì)稱?。赫闱?、水、丁苯膠乳、穩(wěn)定齊IJ、氯丁膠乳液、胺類硫化 齊U、再生聚乙烯、雙氧樹脂和固化劑，備用；
[0017] 2)向浙青中加入水、丁苯膠乳、穩(wěn)定劑，首先將浙青加熱融化后，再用超聲波乳化 法混合均勻；得到乳化浙青；
[0018] 3)將乳化浙青加入氯丁膠乳液，再加入胺類硫化劑、再生聚乙烯、雙氧樹脂和固化 齊U，混合均勻；即改性浙青乳液；
[0019] 4)按上述重量份數(shù)比計(jì)稱取，改性水泥、改性浙青乳液、水和有機(jī)硅偶聯(lián)劑；
[0020] 5)將改性水泥和水在高速條件下攪拌均勻，得到混合物；
[0021] 6)向步驟5)的混合物中加入浙青乳液、偶聯(lián)劑，慢速攪拌均勻，即得復(fù)合灌漿材 料。
[0022] 作為優(yōu)選方案，所述步驟5)中，加入0. 1?5份的外加劑，并與改性水泥和水?dāng)嚢?速度50?150rpm的條件下攪拌均勻。
[0023] 作為優(yōu)選方案，所述步驟6)中，混合物加入0. 1?1份的消泡劑，并與混合物，在 攪拌速度50?150rpm條件下攪拌均勻。
[0024] 為了對(duì)灌漿材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的了解和分析，進(jìn)行了掃描電鏡（SEM)分析， 掃描電鏡型號(hào)為日本日立公司生產(chǎn)的S-570。SEM用于觀察和分析水泥在復(fù)合材料中的微 觀形態(tài)。樣品為經(jīng)液氮處理后折斷形成的斷面，表面噴金后測(cè)定。
[0025] 圖1為改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料固結(jié)體的斷口照片，從圖中可以 看出，浙青和水泥分散均勻，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，復(fù)合材料的斷面的裂紋方向在不斷的發(fā)生變化， 且沒有一定的方向性，因此，復(fù)合材料的抗沖擊能和變形能力較單體材料增強(qiáng)。
[0026] 此外，不同摻量組合的水泥乳化浙青凈漿試件水化產(chǎn)物7d、28d、90d的SEM圖片見 圖2?4所示。
[0027] 從圖2 (A)中可以看出，7d時(shí)水泥處于水化早期，未摻乳化浙青的水泥凈漿水化產(chǎn) 物主要是C-S-H凝膠、Ca(OH) 2、AFt、AFm等，還有一些未水化的水泥熟料顆粒，孔隙率大，晶 體形態(tài)尚未完全發(fā)育；C-S-H凝膠主要以II型為主，等大粒子的III型C-S-H很難發(fā)現(xiàn)?？?洞中存在一些針狀鈣礬石（AFt)，造成這一現(xiàn)象的原因可能是由于石膏、石灰能夠激發(fā)試樣 形成鈣礬石（AFt)。但隨著齡期的增長(zhǎng)，未水化的顆粒逐漸減少，水化產(chǎn)物增多，結(jié)構(gòu)逐漸密 實(shí)。水化產(chǎn)物仍以等大粒子聚集而成的團(tuán)狀C-S-H凝膠為主。摻入乳化浙青后，圖2(B)中 乳化浙青未參與水泥水化反應(yīng)，硬化后的水泥乳化浙青漿體內(nèi)部存在許多孔隙，是成型過(guò) 程中引入空氣形成的氣泡破裂和水分蒸發(fā)留下的"空位"所致。漿體表面并不光滑，凹凸不 平且存在許多凸起。浙青顆粒圓潤(rùn)，部分包裹水泥顆粒，水泥水化速度減緩。
[0028] 28d齡期時(shí)，圖3(A)中水化產(chǎn)物為纖維狀（I型）、網(wǎng)狀（II型）和顆粒狀（III型） C-S-H凝膠，有些I型C-S-H凝膠組成花朵形狀，有一些Ca(0H) 2晶體和六角小片狀單硫型 水化硫鋁酸鈣。圖3(B)中乳化浙青中水分參與水化反應(yīng)，水化產(chǎn)物逐漸增多，浙青顆粒由 規(guī)則的球形變成不規(guī)則的球餅狀，并附著在水泥水化產(chǎn)物上。
[0029] 隨著水化的進(jìn)行，90d齡期時(shí)，圖4(A)中，水泥石結(jié)構(gòu)致密化程度繼續(xù)提高，水化 產(chǎn)物發(fā)育完善，相互交織在一起，結(jié)構(gòu)更加致密，還可以看到很多條狀Ca(0H)2晶體。圖4(B) 中盡管水化產(chǎn)物很多，仍可以觀察到部分浙青與水化產(chǎn)物相互鑲嵌。
[0030] 水泥乳化浙青漿體內(nèi)部存在孔隙，漿體表面凹凸不平，大量的水泥水化產(chǎn)物和部 分包覆在其表面的浙青薄膜形成硬化漿體骨架。水泥乳化浙青漿體由未水化水泥粒狀顆 粒、浙青和纖維狀水泥水化產(chǎn)物C-S-H凝膠、CH和針狀鈣礬石等相互交織構(gòu)成，形成一種空 間結(jié)構(gòu)。
[0031] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0032] 1)本發(fā)明制備的改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料具有低水灰比、高流動(dòng) 性；
[0033] 2)改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料為一種環(huán)保型的無(wú)機(jī)一有機(jī)復(fù)合材 料，材料柔韌性好、適當(dāng)變形、界面粘結(jié)力強(qiáng)度高；
[0034] 3)克服了現(xiàn)有無(wú)機(jī)灌漿材料可灌性差、凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、柔韌性差等的缺點(diǎn)，并可完 全替代化學(xué)灌漿材料，應(yīng)用于某些對(duì)流動(dòng)性和凝結(jié)時(shí)間有較高要求的工程上，擴(kuò)大了工程 選材的范圍。
[0035] 本發(fā)明制備的改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料可用于深井巷道裂隙圍 巖加固、隧道防水技術(shù)加固、不良地質(zhì)體的基礎(chǔ)處理、高速公路路面及路基病害處理等。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1為改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料的SEM圖；
[0037]其中，圖1為的500倍放大圖；
[0038] 圖2為水泥乳化浙青7d水化產(chǎn)物SEM照片；
[0039] 圖中，A為未摻乳化浙青的圖，B為摻乳化浙青的圖；
[0040] 圖3為水泥乳化浙青28d水化產(chǎn)物SEM照片
[0041] 圖中，A為未摻乳化浙青的圖，B為摻乳化浙青的圖；
[0042] 圖4為水泥乳化浙青凈漿90d水化產(chǎn)物SEM照片；
[0043] 圖中，A為未摻乳化浙青的圖，B為摻乳化浙青的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044] 為了更好地解釋本發(fā)明，以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的主要內(nèi)容，但 本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于以下實(shí)施例。
[0045] 改性浙青乳液的配方表1
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 一種改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料，其特征在于：該復(fù)合灌漿材料的原 料按重量份數(shù)比計(jì)包括：100份的改性水泥、5?20份的改性浙青乳液、40?60份的水和 1?10份的有機(jī)硅偶聯(lián)劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料，其特征在于：該復(fù) 合灌漿材料的原料按重量份數(shù)比計(jì)還包括〇. 1?1份的消泡劑和〇. 1?5份的外加劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料，其特征在于：所述改性水泥是由快硬硫鋁酸鹽水泥加工而成，其比表面積為600?800m2/kg。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料，其特征在于：所述改性浙青乳液的原料按照重量份數(shù)比計(jì)包括：50?70份的浙青、30?50份的水、1? 5份的丁苯膠乳、0. 1?1. 0份的穩(wěn)定劑、40?60份的氯丁膠乳液、0. 5?2份的硫化劑、 0. 5?2份的再生聚乙烯、0. 5?2份的雙氧樹脂和0. 5?2份的固化劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料，其特征在于：所述 穩(wěn)定劑為丁基橡膠、三元乙丙橡膠、丁腈橡膠和順丁橡膠中的任意一種或幾種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料，其特征在于：所述改性浙青乳液的制備方法，包括以下步驟： 1) 按上述重量份數(shù)比計(jì)稱?。赫闱?、水、丁苯膠乳、穩(wěn)定劑、氯丁膠乳液、胺類硫化劑、 再生聚乙烯、雙氧樹脂和固化劑,備用； 2) 向浙青中加入水、丁苯膠乳、穩(wěn)定劑，首先將浙青加熱融化后，再用超聲波乳化法混 合均勻；得到乳化浙青； 3) 將乳化浙青加入氯丁膠乳液，再加入胺類硫化劑、再生聚乙烯、雙氧樹脂和固化劑， 混合均勻；即改性浙青乳液。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料，其特征在于：所述外加劑為早強(qiáng)劑、聚羧酸型減水劑和CaCl2中任意一種。
8. -種權(quán)利要求1所述改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料制備方法，其特征在 于：包括以下步驟： 1) 將快硬硫鋁酸鹽水泥加工制備得到比表面積為600?800m2/kg的改性水泥； 2) 按上述重量份數(shù)比計(jì)稱?。赫闱?、水、丁苯膠乳、穩(wěn)定劑、氯丁膠乳液、胺類硫化劑、 再生聚乙烯、雙氧樹脂和固化劑，備用；3)向浙青中加入水、丁苯膠乳、穩(wěn)定劑，首先將浙青 加熱融化后，再用超聲波乳化法混合均勻；得到乳化浙青； 4) 將乳化浙青加入氯丁膠乳液，再加入胺類硫化劑、再生聚乙烯、雙氧樹脂和固化劑， 混合均勻；即改性浙青乳液； 5) 按上述重量份數(shù)比計(jì)稱取，改性水泥、改性浙青乳液、水和有機(jī)硅偶聯(lián)劑； 6) 將改性水泥和水在高速條件下攪拌均勻，得到混合物； 7) 向步驟6)的混合物中加入浙青乳液、偶聯(lián)劑，慢速攪拌均勻，即得復(fù)合灌漿材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料制備方法，其特征在 于：所述步驟5)中，加入0. 1?5份的外加劑，并與改性水泥和水?dāng)嚢杷俣?0?150rpm的 條件下攪拌均勻。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述改性浙青乳液與改性水泥的復(fù)合灌漿材料制備方法，其 特征在于：所述步驟6)中，混合物加入0. 1?1份的消泡劑，并與混合物，在攪拌速度50? 150rpm條件下攪拌均勻。
【文檔編號(hào)】C04B24/36GK104386987SQ201410573093
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】邵曉妹, 李珍, 韓煒, 汪在芹, 魏濤, 甘國(guó)權(quán), 景鋒, 尹作仿, 蘭靜, 邱本勝, 張輝, 鄭衛(wèi) 申請(qǐng)人:武漢長(zhǎng)江科創(chuàng)科技發(fā)展有限公司