一种高强度矿物基无机喷注充填材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于煤矿开采充填技术领域，提供了一种高强度矿物基无机喷注充填材料及其制备方法，制备所述充填材料的原料包括水泥、粉煤灰、微硅粉、减水剂、碳纳米管和表面活性剂，其中通过引入一维材料——碳纳米管，有效抑制了水泥基复合材料裂纹的产生和扩展，极大的增强了材料固化后的抗压强度和冲击韧性，形成的无机喷注填充材料应用于煤矿散碎岩体加固和巷道孔洞填充，可保证矿产作业的安全，应用空间广阔。广阔。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度矿物基无机喷注充填材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于煤矿开采过程中喷涂、注浆、充填
，具体涉及一种高强度矿物基无机喷注充填材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]在煤矿开采领域，岩石破碎、巷道出孔是威胁工程安全的常见因素，不及时处理此类问题，将会带来严重的安全隐患。因此，施工过程中需要对破碎岩石及时加固，对形成的孔洞及时充填，目前已发展出多种充填材料来解决这一问题。
[0003]其中，有机高分子材料是常用的一种加固或充填材料，但其存在阻燃性差、有腐蚀性、以及成本较高的缺点。无机喷注充填材料是一种以水泥为基础组份的轻质多孔材料，与有机高分子材料相比，具有体积密度小、阻燃性好、成本低和发热量少等优点，亦被广泛使用。但此类材料中大量气孔的存在，造成了材料强度不高、易开裂、韧性不足等问题，影响了材料在更复杂环境中使用。
[0004]因此，如何获得一种体积密度小、阻燃性能好，且强度高、韧性好、成本低的充填材料，是目前需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种高强度矿物基无机喷注充填材料及其制备方法，抑制水泥基复合材料裂纹的产生和扩展，提高充填材料的抗压强度和冲击韧性。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高强度矿物基无机喷注充填材料，制备所述充填材料的原料包括水泥、粉煤灰、微硅粉、减水剂、碳纳米管和表面活性剂，各原料的重量份数比为：水泥
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15~30粉煤灰
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25~40微硅粉
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25~35减水剂
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0.5~3碳纳米管
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0.01~0.2表面活性剂
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0.01~0.6。
[0007]进一步的，所述水泥为硅酸盐水泥、磷酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或磷铝酸盐水泥中的至少一种；优选的，所述水泥为硫铝酸盐水泥。
[0008]进一步的，所述粉煤灰为煤炭燃烧过程中产生的微粒，其粒径范围为1~100 μm；优选的，粉煤灰粒径为1~50 μm。所述粉煤灰多回收自发电厂或炼钢厂，在充填材料中起到增强水泥粘接性和增加材料耐久性的作用，同时还可以起到减少水泥用量，降低材料成本的作用。
[0009]进一步的，所述微硅粉为硅冶炼工业中的副产物，其粒径范围为0.1~1μm；优选的，
所述微硅粉的粒径为0.1~0.3μm。所述微硅粉具有非常高的细度和比表面积，在充填材料中可起到增强流动性、结合性、气孔填充性的作用。
[0010]进一步的，所述减水剂为萘系减水剂、密胺系减水剂或聚羧酸系减水剂中的至少一种。
[0011]进一步的，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，其外径为10~50 nm，长度为5~20 μm。所述碳纳米管的抗拉强度大于600 MPa，杨氏模量大于180 GPa，作为复合材料的增强相，可有效提高材料的抗压度和冲击韧性。
[0012]进一步的，所述表面活性剂为磺酸盐甲醛缩合物、甲基纤维素、烷基溴化铵中的任意一种；优选的，所述表面活性剂为烷基溴化铵。在体系中表面活性剂的主要作用是提高所述碳纳米管在充填材料中的分散性。
[0013]本专利技术的另一方面：所述高强度矿物基无机喷注充填材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将一定重量份的碳纳米管，表面活性剂依次加入到少量蒸馏水中，搅拌至分散均匀，得到浆料；（2）将（1）中制备得到的浆料与一定重量份的水泥混合，搅拌至均匀，得到水泥基复合材料；（3）将一定重量份的粉煤灰、微硅粉、减水剂分别磨细后，与（2）中所述水泥基复合材料混合，搅拌混合至均匀，得到目标材料——高强度矿物基无机喷注充填材料；（4）按照指定重量将所述的高强度矿物基无机喷注充填材料进行分袋包装，干燥环境下储存备用。
[0014]本专利技术相比现有技术的有益效果为：1、本专利技术所述的高强度矿物基无机喷注充填材料，创新性地引入了一维材料——碳纳米管，作为复合材料中的增强相，同时，通过添加表面活性剂提高了碳纳米管在填充材料中的分散性，更为有效的抑制了水泥基复合材料裂纹的产生和扩展，与不添加碳纳米管的水泥基无机喷注充填材料相比，极大提高了充填材料的抗压强度和冲击韧性，抗压强度提高了至少20%~30%；2、与现有技术相比，本专利技术所述的高强度矿物基无机喷注充填材料，具有高强度、高韧性、低成本和高阻燃性等优点。
具体实施方式
[0015]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限制本专利技术的范围。
[0016]实施例1本实施例提供了一种高强度矿物基无机喷注充填材料，制备所述喷注充填材料的原料包括硫铝酸盐水泥、粉煤灰、微硅粉、萘系减水剂——β
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萘磺酸钠甲醛缩合物、多壁碳纳米管和表面活性剂——十六烷基三甲基溴化铵，各原料的重量份数比为：硫铝酸盐水泥
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15粉煤灰
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35微硅粉
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35
β
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萘磺酸钠甲醛缩合物
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2多壁碳纳米管
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0.02十六烷基三甲基溴化铵
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0.02。
[0017]本实施例中采用的粉煤灰回收自炼钢厂，粒径范围在1~50 μm；所述微硅粉为硅冶炼工业中的副产物，其粒径范围在0.1~0.3μm；多壁碳纳米管的外径为10~50 nm，长度为5~20 μm。
[0018]本实施例采用以下步骤制备所述高强度矿物基无机喷注充填材料：（1）将0.02重量份多壁碳纳米管，0.02重量份十六烷基三甲基溴化铵，依次加入到约5重量份的蒸馏水中，搅拌至分散均匀，得到浆料；（2）将（1）制备得到的浆料与15重量份的硫铝酸盐水泥混合，搅拌至均匀，得到水泥基复合材料；（3）将35重量份粉煤灰、35重量份微硅粉、5重量份过氧碳酸钠和2重量份β
‑
萘磺酸钠甲醛缩合物分别磨细后，与（2）中所述水泥基复合材料混合，搅拌混合至均匀，得到目标充填材料——高强度矿物基无机喷注充填材料；（4）按照25 kg重量将高强度矿物基无机喷注充填材料进行分袋包装，干燥环境下储存备用。
[0019]性能测试时，按照水料比2:1直接将本实施例制备得到的高强度矿物基无机喷注充填材料与水混合，搅拌均匀后浇注到模具中制成材料试样。
[0020]测试结果显示，该材料凝固时间为8 min，24 h后抗压强度为12 MPa。
[0021]实施例2本实施例提供了一种高强度矿物基无机喷注充填材料，制备所述充填材料的原料包括硫铝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度矿物基无机喷注充填材料，其特征在于，制备所述充填材料的原料包括水泥、粉煤灰、微硅粉、减水剂、碳纳米管和表面活性剂，各原料的重量份数比为：水泥
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15~30粉煤灰
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25~40微硅粉
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25~35减水剂
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0.5~3碳纳米管
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0.01~0.2表面活性剂
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0.01~0.6。2.根据权利要求1所述的高强度矿物基无机喷注充填材料，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥、磷酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或磷铝酸盐水泥中的至少一种。3.根据权利要求1所述的高强度矿物基无机喷注充填材料，其特征在于，所述粉煤灰为煤炭燃烧过程中产生的微粒，其粒径范围为1~100 μm。4.根据权利要求1所述的高强度矿物基无机喷注充填材料，其特征在于，所述微硅粉为硅冶炼工业...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉德，李永军，王彦霞，悦红军，李楠，赵其琛，刘志勇，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：