一種噴射型延性pp纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種噴射型延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料及其制備方法，屬于建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】。其配方比例按重量份計(jì)：包括水泥19-36份、橡膠粉1.9-5.7份、粉煤灰11-40份、河砂12-35份、石子10-30份、水7-18份、速凝劑1-2.2份、粉狀減水劑0.1-0.8份，可再分散乳膠粉1.0-1.8份，PP纖維0.8-2份。通過(guò)一次攪拌、二次攪拌和終凝得到產(chǎn)品噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。本發(fā)明提供了一種成本低、加工簡(jiǎn)單、對(duì)加工工藝及操作環(huán)境要求較低、力學(xué)性能穩(wěn)定的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料及制備方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料及其制備方
法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于礦山巷道、鐵路公路隧道、地鐵隧道等軟巖支護(hù)工程的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料及其制備方法，特別是涉及一種噴射型延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料及其制備方法，屬于建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]延性纖維混凝土材料理論最早是由美國(guó)University of Michigan的Victor C.Li 教授和 Massachusetts Institute of Technology 的 Christopher K.Y.Leung教授于1992年提出來(lái)的,最早是試圖用聚乙烯纖維(Polyethylene,簡(jiǎn)稱(chēng)PE)來(lái)解決水泥基復(fù)合材料的增強(qiáng)、增韌問(wèn)題。1997年Victot.C.Li等人開(kāi)始將PVA用于ECC，制成了聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，簡(jiǎn)稱(chēng)PVA)纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。
[0003]我國(guó)研究人員對(duì)高性能纖維水泥基復(fù)合材料進(jìn)行了進(jìn)一步的研究開(kāi)發(fā)，例如，公成旭、張君在題為《高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的抗拉性能》的文章中報(bào)道了高韌性聚乙烯醇纖維(PVA)增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的配合比、制備過(guò)程以及拉伸力學(xué)性能，其特征在于:以纖維摻量和砂膠比為基本設(shè)計(jì)參數(shù)，通過(guò)調(diào)整水膠比和粉煤灰摻量來(lái)研究其性能；沈陽(yáng)美洋建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司的俞家歡在2012年申請(qǐng)了專(zhuān)利(201010010157.4) “一種強(qiáng)韌性聚丙烯纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料及其制備方法”，其專(zhuān)利特征在于:采用了兩種化學(xué)添加劑:增稠劑、超塑劑，并調(diào)整了增稠劑的添加量。上述制備方案中給出的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料雖然都得到了應(yīng)變硬化現(xiàn)象以及復(fù)合開(kāi)裂效果，但都是采用模注施工方法。2012年3月14日東南大學(xué)的錢(qián)吮智、張志剛、趙婷、孫佳、崔凱、吳進(jìn)、章靜然申報(bào)了專(zhuān)利(201210066241.7) “高延性水泥基復(fù)合材料預(yù)拌方法”，該發(fā)明提供了高延性水泥基復(fù)合材料預(yù)拌技術(shù)，主要是在在大型攪拌站/樓/機(jī)中，`對(duì)加入的水泥、粉煤灰、纖維、石英砂和粉狀高效粉狀減水劑等進(jìn)行攪拌，使得各組分混合均勻，運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)加水?dāng)嚢?，模注施工?br> [0004]軟巖巷道和深部開(kāi)采巷道支護(hù)一直是國(guó)內(nèi)外采礦界公認(rèn)的難題之一。他們共同擁有圍巖變形大、應(yīng)力大的特點(diǎn)，特別是深井開(kāi)采由于開(kāi)采深度增加，地應(yīng)力逐漸增大，若不采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)方式，巷道圍巖變形更加劇烈、支護(hù)也更加困難，變形的累積將導(dǎo)致巷道失穩(wěn)破壞。因此研究高強(qiáng)、高韌性的水泥基復(fù)合材料(抗壓強(qiáng)度為40MPa左右，彎曲韌性
為30以上)支護(hù)的課題被提了出來(lái)。在目前的支護(hù)方式下，巷道在服務(wù)期內(nèi)屢遭破壞，而需多次翻修(據(jù)江蘇大屯礦區(qū)，安徽淮北礦區(qū)統(tǒng)計(jì)，每米巷道每年的修復(fù)費(fèi)就需要2000元以上)，全國(guó)深部開(kāi)采巷道每年的修復(fù)費(fèi)高達(dá)36億元以上，這嚴(yán)重影響了礦井正常生產(chǎn)和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。深井巷道支護(hù)是煤炭開(kāi)采需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0005]2009年本項(xiàng)目申請(qǐng)組畢遠(yuǎn)志、張大林、姜勇、華淵、姜晨光等人完成了與皖北煤電集團(tuán)公司合作的“纖維混凝土在軟巖巷道支護(hù)的研究項(xiàng)目”。對(duì)改性聚丙烯(粗)纖維混凝土在煤礦埋深620 m的軟巖巷道進(jìn)行了纖維混凝土支護(hù)研究，取得了科研成果。在2009年完成了 “孔莊煤礦深部巷道纖維混凝土支護(hù)應(yīng)用技術(shù)的研究”，課題 申請(qǐng)人:畢遠(yuǎn)志等將科研成果發(fā)表在《煤炭學(xué)報(bào)》2010年第12期上，“高韌性纖維混凝土在深部軟巖巷道支護(hù)中的應(yīng)用”等3篇論文；3篇論文對(duì)改性聚丙烯(粗)和混雜纖維混凝土增強(qiáng)增韌特性及在深井支護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，取得了一些科研成果，為本發(fā)明奠定了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。上述研究課題提出了將延性聚丙烯纖維與粉煤灰等其他添加劑摻加到水泥基材料中形成延性材料，通過(guò)噴射工藝使這種水泥基復(fù)合材料在地下空間圍巖表面成形的制備方法，通過(guò)噴射工藝完成對(duì)深井地下空間的支護(hù)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供了一種成本低、加工簡(jiǎn)單、對(duì)加工工藝及操作環(huán)境要求較低、力學(xué)性能穩(wěn)定的噴射型延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料及其制備方法。
[0007]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，配方比例按重量份計(jì)如下:水泥19-36份、橡I父粉1.9-5.7份、粉煤灰11-40份、河砂12-35份、石子10-30份、水7-18份、速凝劑1-2.2份、粉狀減水劑0.1-0.8份，可再分散乳膠粉1.0-1.8份，PP纖維0.8-2份。
[0008]所述速凝劑為環(huán)保型無(wú)堿液體速凝劑。所述可再分散乳膠粉為乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物。所述河砂的砂漿比M為2.5-3.2。所述石子的粒徑為5-10mm。所述PP纖維直徑為39 μ m,長(zhǎng)度為9-19mm。所述粉狀減水劑為萘系高效減水劑或者聚羧酸系高性能減水劑。
[0009]一種噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，配方比例按重量份計(jì)如下:水泥23.5份、橡膠粉2.5份、粉煤灰22份、河砂20份、石子15份、水12份、粉狀減水劑0.2份、可再分散乳膠粉1.8份、PP纖維1.5份、速凝劑1.5份。
[0010]一種噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，配方比例按重量份計(jì)如下:水泥27份、橡膠粉1.9份、粉煤灰26份、河砂23.5份、石子10份、水7份、粉狀減水劑0.2份、可再分散乳膠粉1.6份、PP纖維1.2份、速凝劑1.6份。
[0011 ] 一種噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，配方比例按重量份計(jì)如下:水泥22份、橡膠粉3份、粉煤灰25.6份、河砂19份、石子14份、水13份、粉狀減水劑0.1份、可再分散乳膠粉1份、聚丙烯纖維1份、速凝劑1.3份。
[0012]所述噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的制備方法，按重量份計(jì)步驟如下:
(1)一次攪拌:將可再分散乳膠粉1.0-1.8份、粉狀減水劑0.1-0.8份、橡膠粉1.9-5.7份和PP纖維0.8-2份加入攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行干攪拌，攪拌時(shí)間為2-3分鐘，直至這四種基材攪拌均勻；將攪拌好的料裝袋，得到袋裝混合料，運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)待用；
(2)二次攪拌:取步驟(1)所得的袋裝混合料，加入水泥19-36份、粉煤灰11-40份、河砂12-35份和石子10-30份，放進(jìn)第一臺(tái)螺旋攪拌機(jī)(具有上料和攪拌雙重功能)，攪拌并輸送到第二臺(tái)螺旋攪拌機(jī)，加水7-18份濕拌并輸送到濕噴機(jī)；
(3)終凝:在濕噴機(jī)的噴槍處將速凝劑1-2.2份添加到濕料內(nèi)，從噴槍噴射到巖壁上，在3-6分鐘內(nèi)初凝，在10-14分鐘內(nèi)終凝，即得產(chǎn)品噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。[0013]本發(fā)明的有益效果:
1、原料易得、成本低:聚丙烯纖維在國(guó)內(nèi)即可買(mǎi)到，價(jià)格低廉，使成品的成本降低；
2、對(duì)加工工藝及操作環(huán)境要求較低:在對(duì)聚丙烯纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料進(jìn)行制備時(shí)，在室溫下即可進(jìn)行，對(duì)加工工藝及操作環(huán)境要求較低，而且操作更為簡(jiǎn)便；
3、力學(xué)性能穩(wěn)定:聚丙烯纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料成品后，力學(xué)性能也較穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)同配比下力學(xué)性能相差較多的情況；
4、韌性好:本發(fā)明所使用的聚丙烯纖維為疏水性纖維且化學(xué)結(jié)合能為零，在受到外加荷載作用時(shí)，聚丙烯纖維會(huì)產(chǎn)生拉拔和滑移的現(xiàn)象，而不容易被拉斷，韌性更強(qiáng)、更持久；
5、安全、經(jīng)濟(jì)、耐久的巷道支護(hù)材料:在河南車(chē)集煤礦、上海能源大屯煤電公司孔莊煤礦等深井巷道支護(hù)中發(fā)揮了良好的作用，巷道安全性提高，大幅降低了巷道維護(hù)費(fèi)用。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明制備方法的工藝流程圖。
注:1代表攪拌機(jī)；2代表第一臺(tái)螺旋攪拌機(jī)；3代表第二臺(tái)螺旋攪拌機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例中的環(huán)保型無(wú)堿液體速凝劑購(gòu)自巴斯夫化學(xué)建材(中國(guó))有限公司，具體型號(hào)為Meyco SA 160型速凝劑；或采用購(gòu)自鄭州市蘭瑞工程材料有限公司的型號(hào)為Swjy液態(tài)速凝劑、江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的環(huán)保型無(wú)堿液體速凝劑。
[0016]粉狀減水劑購(gòu)自江蘇蘇博特新材料股份有限公司，型號(hào)為SBTJMs-B萘系高效減水劑和SBTJMs-A萘系高效減水劑或者型號(hào)為PCA?-1或PCAe-V的聚羧酸系高性能減水劑，或購(gòu)自巴斯夫化學(xué)建材(中國(guó))有限公司`，型號(hào)為RbllOO萘系減水劑或者Rheoplus 26聚羧酸系減水劑；或購(gòu)自鄭州市蘭瑞工程材料有限公司生產(chǎn)的Jssy聚羧酸系高性能減水劑或者FDN萘系高效減水劑。
[0017]實(shí)施例1
水泥23.5份、橡膠粉2.5份、粉煤灰22份、河砂(Μ=2.5-3.2)20份、石子(粒徑5_10mm)15份、水12份、粉狀減水劑0.2份、可再分散乳膠粉1.8份、聚丙烯纖維1.5份、速凝劑1.5份。
[0018]所述噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的制備方法，按重量份計(jì)步驟如下:
(1)一次攪拌:將可再分散乳膠粉、粉狀減水劑、橡膠粉和PP纖維加入攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行干攪拌，攪拌時(shí)間為2分鐘，直至這四種基材攪拌均勻；將攪拌好的料裝袋，得到袋裝混合料，運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)待用；
(2)二次攪拌:取步驟(1)所得的袋裝混合料，加入水泥、粉煤灰、河砂和石子，放進(jìn)第一臺(tái)螺旋攪拌機(jī)，攪拌輸送至第二臺(tái)螺旋攪拌機(jī)，加水濕拌輸送到濕噴機(jī)；
(3)終凝:在濕噴機(jī)的噴槍處將速凝劑1.5份添加到濕料內(nèi)，從噴槍噴射到巖壁上，在3分鐘內(nèi)初凝，在10分鐘內(nèi)終凝，即得產(chǎn)品噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。
[0019]所述速凝劑為環(huán)保型無(wú)堿液體速凝劑。所述可再分散乳膠粉為乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物。所述河砂的細(xì)度模數(shù)M為2.5-3.2。所述石子的粒徑為5-10mm。所述PP纖維直徑為39 μ m，長(zhǎng)度為9-19mm。所述減水劑為萘系高效減水劑或者聚羧酸系高性能減水劑。[0020]實(shí)施例2
水泥27份、橡膠粉1.9份、粉煤灰26份、河砂(Μ=2.5-3.2)23.5份、石子(粒徑5_10mm)10份、水7份、粉狀減水劑0.2份、可再分散乳膠粉1.6份、聚丙烯纖維1.2份、速凝劑1.6份。
[0021]所述噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的制備方法，按重量份計(jì)步驟如下:
(1)一次攪拌:將可再分散乳膠粉、粉狀減水劑、橡膠粉和PP纖維加入攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行干攪拌，攪拌時(shí)間為3分鐘，直至這四種基材攪拌均勻；將攪拌好的料裝袋，得到袋裝混合料，運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)待用；
(2)二次攪拌:取步驟(1)所得的袋裝混合料，加入水泥、粉煤灰、河砂和石子，放進(jìn)第一臺(tái)螺旋攪拌機(jī)，攪拌并輸送至第二臺(tái)螺旋攪拌機(jī)，加水濕拌并輸送到濕噴機(jī)；
(3)終凝:在濕噴機(jī)的噴槍處將速凝劑1.6份添加到濕料內(nèi)，從噴槍噴射到巖壁上，在6分鐘內(nèi)初凝，在14分鐘內(nèi)終凝，即得產(chǎn)品噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。
[0022]所述速凝劑為環(huán)保型無(wú)堿液體速凝劑。所述可再分散乳膠粉為乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物。所述河砂的砂漿比M為2.5-3.2。所述石子的粒徑為5mm。所述PP纖維直徑為39 μ m，長(zhǎng)度為9-19mm。所述減水劑為萘系高效減水劑或者聚羧酸系高性能減水劑。
[0023]實(shí)施例3
水泥22份、橡膠粉3份、粉煤灰25.6份、河砂(Μ=2.5-3.2) 19份、石子(粒徑5_10mm)14份、水13份、粉狀減水劑0.1份、可再分散乳膠粉1份、聚丙烯纖維1份、速凝劑1.3份。
[0024]所述噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的制備方法，按重量份計(jì)步驟如下:
(1)一次攪拌:將可再分散乳膠粉、粉狀減水劑、橡膠粉和PP纖維加入攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行干攪拌，攪拌時(shí)間為3分鐘，直至這四種基材攪拌均勻；將攪拌好的料裝袋，得到袋裝混合料，運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)待用；
(2)二次攪拌:取步驟(1)所得的袋裝混合料，加入水泥、粉煤灰、河砂和石子，放進(jìn)第一臺(tái)螺旋攪拌機(jī)，攪拌并輸送至第二臺(tái)螺旋攪拌機(jī)，加水濕拌并輸送到濕噴機(jī)；
(3)終凝:在濕噴機(jī)的噴槍處將速凝劑1.3份添加到濕料內(nèi)，從噴槍噴射到巖壁上，在5分鐘內(nèi)初凝，在12分鐘內(nèi)終凝，即得產(chǎn)品噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。
[0025]所述速凝劑為環(huán)保型無(wú)堿液體速凝劑。所述可再分散乳膠粉為乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物。所述河砂的細(xì)度模數(shù)M為2.5-3.2。所述石子的粒徑為5-10mm。所述PP纖維直徑為39 μ m，長(zhǎng)度為9-19mm。所述減水劑為萘系高效減水劑或者聚羧酸系高性能減水劑。
【權(quán)利要求】
1.一種噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征是配方比例按重量份計(jì):水泥19-36份、橡膠粉1.9-5.7份、粉煤灰11-40份、河砂12-35份、石子10-30份、水7_18份、速凝劑1-2.2份、粉狀減水劑0.1-0.8份，可再分散乳膠粉1.0-1.8份，PP纖維0.8-2份。
2.如權(quán)利要求1所述噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征是:所述速凝劑為環(huán)保型無(wú)堿液體速凝劑；所述粉狀減水劑為萘系高效減水劑或者聚羧酸系高性能減水劑。
3.如權(quán)利要求1所述噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征是:所述可再分散乳膠粉為乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物。
4.如權(quán)利要求1所述噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征是:所述河砂的細(xì)度模數(shù)M為2.5-3.2。
5.如權(quán)利要求1所述噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征是:所述石子的粒徑為5-10mm。
6.如權(quán)利要求1所述噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征是:所述PP纖維直徑為39 μ m,長(zhǎng)度為9_19mm。
7.如權(quán)利要求1所述噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征是所述配方比例按重量份計(jì):水泥23.5份、橡膠粉2.5份、粉煤灰22份、河砂20份、石子15份、水12份、粉狀減水劑0.2份、可再分散乳膠粉1.8份、PP纖維1.5份、速凝劑1.5份。
8.如權(quán)利要求1所述噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征是所述配方比例按重量份計(jì):水泥27份、橡膠粉1.9份、粉煤灰26份、河砂23.5份、石子10份、水7份、粉狀減水劑0.2份、可再分`散乳膠粉1.6份、PP纖維1.2份、速凝劑1.6份。
9.如權(quán)利要求1所述噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，其特征是所述配方比例按重量份計(jì):水泥22份、橡膠粉3份、粉煤灰25.6份、河砂19份、石子14份、水13份、粉狀減水劑0.1份、可再分散乳膠粉1份、聚丙烯纖維1份、速凝劑1.3份。
10.權(quán)利要求1所述噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的制備方法，其特征是按重量份計(jì)步驟如下: (1)一次攪拌:將可再分散乳膠粉1.0-1.8份、粉狀減水劑0.1-0.8份、橡膠粉1.9-5.7份和PP纖維0.8-2份加入攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行干攪拌，攪拌時(shí)間為2-3分鐘，直至這四種基材攪拌均勻；將攪拌好的料裝袋，得到袋裝混合料，運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)待用； (2)二次攪拌:取步驟(1)所得的袋裝混合料，加入水泥19-36份、粉煤灰11-40份、河砂12-35份和石子10-30份，放進(jìn)第一臺(tái)螺旋攪拌機(jī)，攪拌并輸送至第二臺(tái)螺旋攪拌機(jī)，加水7-18份濕拌并輸送到濕噴機(jī)； (3)終凝:在濕噴機(jī)的噴槍處將速凝劑1-2.2份添加到濕料內(nèi)，從噴槍噴射到巖壁上，在3-6分鐘內(nèi)初凝，在10-14分鐘內(nèi)終凝，即得產(chǎn)品噴射型延性PP纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】C04B28/00GK103508705SQ201310386772
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】畢遠(yuǎn)志, 姜勇, 張大林, 華淵, 貢?shū)Q 申請(qǐng)人:江南大學(xué)