一種新型柔性復(fù)合混凝土噴層支護(hù)材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及采礦工程領(lǐng)域以及隧道、地鐵等地下工程領(lǐng)域，具體涉及一種新型柔性復(fù)合混凝土噴層支護(hù)材料。
【背景技術(shù)】
[0002]在采礦工程或其他地下工程中，對具有松軟，膨脹，流變，高應(yīng)力等特點(diǎn)的復(fù)雜巖層或其他動壓巷道的支護(hù)體系的維護(hù)是經(jīng)常遇到的難題。近年來普遍采用的噴射混凝土，是利用噴射方法施工的混凝土。噴射在巷道表面的混凝土必須很快失去流動性，否則就會因流動而脫落，所以必須向噴射混凝土中添加“速凝劑”。故而現(xiàn)在國內(nèi)噴射混凝土的基本配方都是水泥，砂，石子和速凝劑。但由于速凝劑具有強(qiáng)堿性，在起到速凝作用的同時，嚴(yán)重影響了噴射混凝土的后期抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，導(dǎo)致其柔性很小，通常呈脆性破壞。因而在很小的拉伸或壓縮變形條件下就發(fā)生開裂，以致在巷道圍巖變形稍大的情況下支護(hù)3?5天后噴層就發(fā)生開裂，掉塊，從而失去封閉圍巖、支護(hù)體系的作用。并且在施工操作時，普通噴射混凝土的噴射回彈率高，噴射反彈慣性大，不僅造成施工過程中混凝土材料的浪費(fèi)，而且容易對施工人員造成傷害。此外，近年來隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展，大量廢舊橡膠的產(chǎn)生成為日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。越來越多的廢棄橡膠制品對環(huán)境造成的壓力越來越大，目前我國主要將這些廢舊橡膠制品粉碎后生產(chǎn)橡膠粉?；谄渖鲜鎏攸c(diǎn)，本發(fā)明所采用的橡膠粉成分是不溶的交聯(lián)聚合物，由廢舊橡膠破碎得到，具有一定的強(qiáng)度、耐磨性和抗滑性，是一種典型的粘彈性材料。一方面混凝土中添加橡膠粉使混凝土增韌和抗震成為可能，然而過多橡膠粉的摻加會影響混凝土的強(qiáng)度等相關(guān)性能。另一方面，摻入適量鋼纖維，其在混凝土中的不均勻分布提高了混凝土的拉彎強(qiáng)度，韌性和阻裂能力，則可以彌補(bǔ)橡膠混凝土的不足。所以研發(fā)一種新型柔性復(fù)合混凝土噴層材料，實(shí)現(xiàn)廢棄橡膠的再利用和鋼纖維的拓展使用，生產(chǎn)工藝無污染，生產(chǎn)效率高，提高巷道的防滲性能以及拱架和金屬網(wǎng)的耐腐蝕性，增強(qiáng)支護(hù)體系的可靠性和安全性，將直接影響整個地下工程支護(hù)體系的完整性，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，對提高以后工程的質(zhì)量有著重大的意義，這無疑具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有材料和技術(shù)中存在的不足，而提供一種新型柔性復(fù)合混凝土噴層支護(hù)材料。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下:
[0005]一種新型柔性復(fù)合混凝土噴層支護(hù)材料，由以下組分組成:水泥80?100份，砂子80?120份，石子100?120份，水50?80份，橡膠顆粒60?100份，粉煤灰40?60份，端勾型鋼纖維20?30份，交聯(lián)劑6?7份，外加劑5?8份，固含量為10%?25%的聚酰胺酸樹脂2?10份，質(zhì)量濃度為I %的硅烷偶聯(lián)劑溶液3?5份。
[0006]其中，固含量是乳液或涂料在規(guī)定條件下烘干后剩余部分占總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。固含量為10 %?25 %的聚酰胺酸樹脂是一種具有黏度低、流動性能好、韌性佳、粘接強(qiáng)度高等特點(diǎn)的材料。本發(fā)明摻入固含量為10%?25%的聚酰胺酸樹脂將提高混凝土的耐久性、耐腐蝕性、耐磨性以及抗沖擊能力。濃度為I %的硅烷偶聯(lián)劑溶液是一種表面改性材料。
[0007]本發(fā)明采用的摻和料為電廠生產(chǎn)的II粉煤灰。由于粉煤灰需水量比水泥小，從而使相同用水量下，該摻量下的粉煤灰混凝土具有較好的流動性、黏聚性、保水性和體積穩(wěn)定性，能夠填充水泥石結(jié)構(gòu)的孔隙，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性，改善混凝土拌合物的工作性，降低混凝土水泥水化熱引起的溫升調(diào)節(jié)混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，且流動性能夠滿足泵送和噴射要求。
[0008]本發(fā)明采用的橡膠顆粒為表面改性橡膠顆粒，粒徑為2?3mm，其摻量為7%?9 %。在摻量為7 %?9 %的情況下，混凝土強(qiáng)度下降不大，且混凝土的坍落度明顯下降，該摻量在保障混凝土強(qiáng)度的同時明顯減弱其坍落度。橡膠粉主要通過物理作用改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而不改變混凝土中各種材料的化學(xué)性能。
[0009]本發(fā)明采用的橡膠顆粒界面改性劑為有機(jī)硅。有機(jī)硅表面活性劑主要作為有機(jī)硅偶聯(lián)劑，能夠起到改善無機(jī)填料與橡膠的界面作用。
[0010]本發(fā)明采用的橡膠顆粒表面改性方法為:用濃度為0.1%?2.0%的乙酸水溶液和濃度0.1 %?2.0 %的乙醇水溶液按體積比1:1混合得到乙酸-乙醇的混合水溶液，用該混合水溶液將硅烷偶聯(lián)劑稀釋成濃度為I %，PH值為3?5的稀溶液；采用濃度I %，pH值為3?5的硅烷偶聯(lián)劑稀溶液浸泡橡膠顆粒半小時，浸泡好的橡膠顆粒自然風(fēng)干。
[0011]本發(fā)明采用的外加劑為速凝劑和減水率為20%的萘系高效減水劑的混合物，其中，速凝劑和減水劑的質(zhì)量之比為2:1。用水量不變的情況下，添加減水率為20%的萘系尚效減水劑可大大提尚塌洛度，增加流動性，不僅易于喂'射，還能提尚混凝土的密實(shí)性，使混凝土抗?jié)B及抗凍性有較大的提高，可用于有抗?jié)B及抗凍要求的礦山巷道或其他地下工程中。此外，在保持塌落度不變時，還可提高抗壓強(qiáng)度15%?20%。摻入的速凝劑可縮短噴射混凝土的凝結(jié)時間尤其是初凝時間。
[0012]本發(fā)明采用的砂子為細(xì)度模數(shù)為2.5?3.0，均粒徑為0.40?0.50mm的中河砂；采用的石子滿足不均勻系數(shù)Cu>5、曲率系數(shù)l〈Cc〈3的級配情況，且石子的最大粒徑不超過10mm。采用該細(xì)度模數(shù)的砂子和該級配的石子將大幅度提高混凝土的黏聚性和流動性。
[0013]本發(fā)明采用的水泥為普通硅酸鹽水泥P.042.5。有特殊施工要求的可以根據(jù)使用環(huán)境選用相應(yīng)品質(zhì)要求的水泥種類。
[0014]本發(fā)明采用的粉煤灰為II級粉煤灰，摻入粉煤灰的質(zhì)量是摻入水泥質(zhì)量的1/2?3/5。
[0015]本發(fā)明采用的鋼纖維為彈性模量為200GPa、抗拉強(qiáng)度為380?1300MPa、延伸率為3%?30%、長度20?35mm的端勾型鋼纖維，其長度不超過混凝土噴射管徑的一半。鋼纖維的摻入提高了混凝土材料的彎拉強(qiáng)度、韌性和阻裂能力，可以有效減少混凝土的收縮裂縫，增強(qiáng)混凝土的耐久性和密實(shí)性，降低回彈率，節(jié)約材料施工時避免了掛網(wǎng)操作，可以實(shí)現(xiàn)無?；焖偈┕ぃ鰪?qiáng)施工質(zhì)量。
[0016]本發(fā)明采用的水為礦山用水。
[0017]本發(fā)明的有益技術(shù)效果為:
[0018](I)將廢舊橡膠通過機(jī)械粉碎得到橡膠顆粒后進(jìn)行改性摻入混凝土內(nèi)，以提高混凝土噴層材料的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、彎曲韌性，緩解混凝土硬化早期由于各種因素造成的拉伸應(yīng)力，減少宏觀裂縫的發(fā)生與發(fā)展，當(dāng)混凝土受到?jīng)_擊荷載的作用時，橡膠粉將成為混凝土內(nèi)部的吸能中心，提高混凝土的抗沖擊能力；
[0019](2)摻入一定比例的鋼纖維，鋼纖維在噴射混凝土中的不均勻分布提高了混凝土的拉彎強(qiáng)度，韌性和阻裂能力；
[0020](3)摻入一定比例的速凝劑或高效減水劑，干噴法和濕噴法施工都要求噴射混凝土拌合物的干料或是濕料在噴嘴處與速凝劑等混合噴出后在短時間內(nèi)凝結(jié)，通過試驗(yàn)確定水泥與速凝劑或高效減水劑的相容性和具體摻用量，以縮短噴射混凝土的凝結(jié)時間尤其是初凝時間，減小混凝土的坍落度；
[0021](4)用優(yōu)質(zhì)活性粉煤灰超量取代部分水泥，使粉煤灰混凝土需水量少干縮率小，以獲得更加合理的膠凝材料體系來填充水泥石結(jié)構(gòu)的空隙，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)程度，改善混凝土拌合物的工作性，提高混凝土的黏聚性和體積穩(wěn)定性，降低混凝土水泥水化熱引起的溫升，調(diào)節(jié)混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，而且按一定比例摻入來代替水泥可以節(jié)約材料。
[0022](5)提高巷道的防滲性能以及拱架和金屬網(wǎng)的耐腐蝕性，增強(qiáng)支護(hù)體系的可靠性和安全性，提高整個地下工程支護(hù)體系的完整性，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1
[0024]—種新型柔性復(fù)合混凝土噴層支護(hù)材料，將水泥80份，砂子80份，石子100份，橡膠顆粒60份，粉煤灰40份，端勾型鋼纖維20份，水50份，交聯(lián)劑6份，外加劑5份，固含量為15%的聚酰胺酸樹脂4份，濃度1%的硅烷偶聯(lián)劑溶液3份在常溫下均勻混合攪拌。
[0025]所述水泥為普通娃酸鹽水泥P.042.5。
[0026]所述砂子為細(xì)度模數(shù)為2.5?3.0的中河砂，平均粒徑為0.50mm ;所述石子滿足不均勻系數(shù)Cu>5、曲率系數(shù)l〈Cc〈3的級配情況，且最大粒徑不超過10mm。
[0027]所述橡膠顆粒為表面改性橡膠顆粒，粒徑為2mm。
[0028]所述表面改性橡膠顆粒的橡膠界面改性劑為有機(jī)硅。
[0029]所述橡膠顆粒表面改性的方法為:用濃度為0.8 %的乙酸水溶液和濃度0.8 %的乙醇水溶液按體積比1:1混合得到乙酸-乙醇的混合水溶液，用該混合水溶液將硅烷偶聯(lián)劑稀釋成濃度為I %，PH值為5的稀溶液；采用濃度I %，PH值為5的硅烷偶聯(lián)劑稀溶液浸泡橡膠顆粒半小時，自然風(fēng)干。
[0030]所述粉煤灰為II級粉煤灰，其摻入粉煤灰的質(zhì)量是摻入水泥質(zhì)量的1/2。
[0031]所述鋼纖維為彈性模量為200GPa、抗拉強(qiáng)度為lOOOMPa、延伸率為10%、長度35mm的端勾型纖維，其長度不超過混凝土噴射管徑的一半。
[0032]所述外加劑為速凝劑和減水率為20%的萘系高效減水劑的混合物。該外加劑中速凝劑和減水劑的質(zhì)量之比為2:1。
[0033]所述水為礦山用水。
[0034]由這些組分制得的噴層材料抗拉強(qiáng)度為5.53MPa，抗壓強(qiáng)度為33.5MPa，極限抗彎強(qiáng)度為9.97MPa，初裂抗彎強(qiáng)度為7Mpa，初裂強(qiáng)度為35N.m，沖擊疲勞強(qiáng)度為83.6J/m2，抗?jié)B等級為P7。而同級普通混凝土的抗拉強(qiáng)度為3.5MPa，抗壓強(qiáng)度為31.2MPa，極限抗彎強(qiáng)度為5.5MPa，初裂抗彎強(qiáng)度為4.88Mpa，初裂強(qiáng)度為8.85N.m，沖擊疲勞強(qiáng)度為5.96J/m2，抗?jié)B等級為P4。
[0035]實(shí)施例2
[0036]—種新型柔性復(fù)合混凝土噴層支護(hù)材料，將水泥90份，砂子90份，石子110份，橡膠顆粒70份，粉煤灰50份，端勾型鋼纖維25份，水60份，交聯(lián)劑6份，外加劑6份，固含量為15%的聚酰胺酸樹脂5份，濃度1%的硅烷偶聯(lián)劑溶液4份在常溫下均勻混合攪拌。
[0037]所述水泥為普通娃酸鹽水泥P.042.5。
[0038]所述砂子為細(xì)度