一种用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土及其制备方法

摘要

本发明涉及一种用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土及其制备方法，包括胶凝材料、水、外掺料和发泡剂，所述的胶凝材料为水泥和粉煤灰，所述的外掺料为胶水、减水剂、速凝剂、纤维和纤维素。本发明可生产出一种除了具有轻质、耐火、抗裂和抗动压等功能，还具有很好的粘性，特别适合于煤矿及地下工程喷射混凝土支护作业的泡沫混凝土，该配方克服干喷法施工碰到的回弹率高、粉尘大、喷射强度得不到保证等缺点；也解决现有湿喷法存在的过快凝固、堵管等问题。

权利要求

1.一种用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土，包括胶凝材料、水、外掺料和发泡剂，其特征是，所述的胶凝材料为水泥和粉煤灰，所述的外掺料为胶水、减水剂、速凝剂、纤维和纤维素；各原料的重量份比为：水泥200份，粉煤灰0～60份，水60～150份，胶水20～50份，减水剂20～50份，速凝剂60～120份，纤维80～120份，纤维素80～140份，发泡剂5～

20份；所述的减水剂为聚羧酸减水剂，所述的速凝剂为HSA高效速凝剂，所述的纤维为聚丙烯单丝杜拉纤维，所述的纤维素为羟丙基甲基纤维素；制备方法包括以下步骤：（1）原材料的预处理；

（2）称量：按照配比称量各组分；

（3）上料及搅拌：向搅拌机中依次加入水泥、粉煤灰、部分水、胶水、减水剂、速凝剂、纤维和纤维素搅拌均匀成浆料；

（4）发泡：将剩余水与发泡剂混合，通过泡沫混凝土一体机设备制成直径为0.5-2mm的泡沫；

（5）浆料与泡沫混合：将步骤（3）得到的浆料在搅拌状态下加入步骤（4）的泡沫，加泡沫后继续搅拌当浆面看不到漂浮的泡沫时，泡沫混凝土浆料制备完成。

2.根据权利要求1所述的用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土，其特征是，各原料的重量份比为：水泥200份，粉煤灰10～50份，水80～130份，胶水30～50份，减水剂30～40份，速凝剂80～100份，纤维90～110份，纤维素100～120份，发泡剂10～15份。

3.根据权利要求2所述的用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土，其特征是，各原料的重量份比为：水泥200份，粉煤灰20～40份，水90～120份，胶水35～45份，减水剂33～37份，速凝剂85～95份，纤维93～107份，纤维素105～115份，发泡剂12～14份。

说明书

一种用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种混凝土，具体涉及一种泡沫混凝土及其制备方法，该混凝土可广泛应用于煤矿工程湿喷支护。

背景技术

[0002] 干喷法在井巷施工中一直占据统治地位，特别在我国煤矿领域更是占据绝对地位。由于干喷技术存在施工效率低、回弹率高、粉尘大、喷射强度得不到保证，喷浆只能作为岩层的防风化保护层，不能作为有效的支护手段等的问题，近些年来，随着混凝土喷射工艺的进步和发展，湿喷工艺以其独有优势慢慢占据了主导地位，而且已成为一种发展趋势，特别是湿拌喷射混凝土技术的发展，大大扩展了喷射混凝土在地下工程中的使用范围。然而，目前我国的煤矿依然还采用的是干喷技术，这就使得将湿喷技术应用到煤矿中显得尤为重要。另一方面，虽然湿喷技术较之干喷技术有较大的优势，但其依然还存在混凝土在料罐、管道中易于凝固、粘结造成堵塞，并且清洗麻烦，设备比较笨重等弊端。因此很有必要对现有的湿喷工艺进行改进，使其更好的为煤矿及地下工程服务。

[0003] 泡沫混凝土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。它属于气泡状绝热材料，它除了具有轻质化和保温隔热化的特点外，还具有很好的流动性，在管道中流动时不易堵管，因此，将泡沫混凝土用于湿喷作业能很好的解决现有湿喷混凝土在料罐、管道中易于凝固、粘结造成堵塞，并且清洗麻烦，设备比较笨重等弊端。并且泡沫混凝土中可大量使用粉煤灰、矿渣、氧化铝赤泥等工业废料做填充材料。符合国家产业政策，意义重大，前景广阔。

[0004] CN101497533胶凝材料：专利公开了一种新型泡沫混凝土主要组分包括：(按重量份)水泥100份；粉煤灰10～30份；珍珠岩5～20份；水30～60份；防水剂0.5～2份；防冻剂1～2.5份；减水剂0.8～1.2份；促凝剂2～5份；纤维0.09～0.12份；发泡剂：
体积(升)占水泥重量(公斤)的百分比为100～170％。该泡沫混凝土兼具轻质、防水、耐火、保温、抗冻、抗裂和抗震等功能，特别适合于寒区工程保温层和地下工程堵水及抗震层使用。由于该配方主要用于现浇泡沫混凝土作业，需要保证其具有足够的流动性，因此不能用于喷射混凝土作业。

[0005] CN101439950A专利公开了一种柔性煤粉泡沫混凝土主要组分包括：(按重量百分比)水泥，10～15；煤粉，35～65；中粗砂，20～45；水，3～4.5；防水剂，0.1～0.3；发泡剂，1～1.5。结构体抗渗性佳，具良好的密闭性和完整性，可应用于煤矿中气体驱替煤层气巷道壁面封堵和防渗，可用喷射混凝土方式，但该配方中未见有增加泡沫混凝土粘度、塑性和改善其分散性和的原材料，因此粘度和和喷射均匀度不够，回弹率也得不到保证。

[0006] 然而由于泡沫混凝土本身的特点及目前应用行业的限制，现有的泡沫混凝土配方普遍粘度很小，不能适应煤矿湿喷作业要求，因此，很有必要研制出一种能用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土配方，保证湿喷机喷出的浆料牢牢粘附于其表面，并且基本不回弹。

发明内容

[0007] 本发明的目的是在于克服上述不足而提供了一种用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土，这种泡沫混凝土除了具有轻质、耐火、抗裂和抗动压等功能，还具有很好的粘性，特别适合于煤矿及地下工程喷射混凝土支护作业。

[0008] 本发明的另一个目的是提供一种用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土的制备方法，通过该制备方法生产出来的泡沫混凝土具有浆料均匀、粘度够、流动性适中等特点，并能有效控制初凝时间，保证产品稳定可靠。

[0009] 为了实现上述目的，本发明采取得技术方案为：

[0010] 一种用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土，包括胶凝材料、水、外掺料和发泡剂，所述的胶凝材料为水泥和粉煤灰，所述的外掺料为胶水、减水剂、速凝剂、纤维和纤维素。

[0011] 上述用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土，各原料的重量份比为：水泥200份，粉煤灰0～60份，水60～150份，胶水20～50份，减水剂20～50份，速凝剂60～120份，纤维
80～120份，纤维素80～140份，发泡剂5～20份。

[0012] 上述用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土，各原料的重量份比优选为：水泥200份，粉煤灰10～50份，水80～130份，胶水30～50份，减水剂30～40份，速凝剂 80～100份，纤维90～110份，纤维素100～120份，发泡剂 10～15份。

[0013] 上述用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土，各原料的重量份比进一步优选为：水泥200份，粉煤灰20～40份，水90～120份，胶水35～45份，减水剂33～37份，速凝剂
85～95份，纤维93～107份，纤维素105～115份，发泡剂 12～14份。

[0014] 上述水泥为强度等级42.5级或52.5级的硅酸盐水泥；粉煤灰为一级粉煤灰；胶水为107胶水；减水剂优选聚羧酸减水剂；速凝剂为HSA高效速凝剂；纤维优选聚丙烯单丝杜拉纤维；纤维素优选羟丙基甲基纤维素；发泡剂优选HT复合发泡剂。

[0015] 上述的用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

[0016] (1)原材料的预处理：剔除胶凝材料中的硬块等，防止其在泡沫浆里沉积；

[0017] (2)称量：按照配比称量各组分；

[0018] (3)上料及搅拌：向搅拌机中依次加入水泥、粉煤灰、部分水(占总水量范围70％～90％)、胶水、减水剂、纤维和纤维素搅拌均匀成浆料；

[0019] (4)发泡：将剩余水与发泡剂(优选以50～70∶1的重量比例)混合，通过泡沫混凝土一体机设备(例如：河南华泰建材有限公司的HT-60型发泡水泥机)制成直径为0.5-2mm左右的泡沫；

[0020] (5)浆料与泡沫混合：将步骤(3)得到的浆料在搅拌状态下加入步骤(4)的泡沫，加泡沫后继续搅拌当浆面看不到漂浮的泡沫时，泡沫混凝土浆料制备完成。

[0021] 杜拉纤维同水泥基料有极强的粘结力。可握裹更多的集料，同水泥基体有更紧密的结合力，因此可在混凝土中发挥更为有效的抗裂作用。由于杜拉纤维可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，分布极其均匀、彻底，每立方厘米水泥浆内近二十条纤维丝，故能在混凝土(砂浆)内部构成一种均匀的乱向支撑体系，从而产生一种有效的二级加强效果。

[0022] 羟丙基甲基纤维素是良好的热塑性物质，具有优良的成膜性，所成膜非常坚韧，光泽性良好，弹性充分，用在本配方中起到了固泡效果；另外，羟丙基甲基纤维素具有优良的粘结性，十分稳定，而且分散性好，可以协同107胶水增加浆料的粘性和分散性；此外，羟丙基甲基纤维素还可以被当作是纤维，砂浆和水泥的混合剂。

[0023] 本发明与现有技术相比具有以下优点：

[0024] 1、现有的泡沫混凝土配方普遍粘度很小，用在煤矿湿喷时会出现顺壁流淌，无法粘附的现象，不能适应煤矿湿喷作业要求，利用本发明可生产出一种除了具有轻质、耐火、抗裂和抗动压等功能，还具有很好的粘性，特别适合于煤矿及地下工程喷射混凝土支护作业的泡沫混凝土，该配方克服干喷法施工碰到的回弹率高、粉尘大、喷射强度得不到保证等缺点；也解决现有湿喷法存在的过快凝固、堵管等问题。

[0025] 2、所采用的方案中，为了增加泡沫混凝土浆料的粘着能力，采用了在浆料中加了107胶水、聚丙烯单丝杜拉纤维、羟丙基甲基纤维素以及速凝剂等多重措施，成功保证了所制备的泡沫混凝土既具有足够的流动性，也能满足粘性要求。

[0026] 3、由于泡沫混凝土强度可以通过加泡沫量灵活调节，这样可以针对不同围岩条件喷射不同的支护强度，与现有湿喷工艺相比，可以大大节省原材料，尤其是水泥用量，从而3
在很大程度上节省成本。试验结果表明(如图1)：喷射泡沫混凝土密度为700kg/m 时，1立方泡沫混凝土的水泥和粉煤灰用量仅为500kg和100kg，抗压强度达到了6.5MPa，并且密封性和均匀性均很好。

[0027] 图1材料密度与胶凝材料及抗压强度之间的关系

[0028]

具体实施方式

[0029] 本发明实施例原材料选择：水泥选用的是市售华新水泥有限公司生产的42.5级普通硅酸盐水泥，其性能制备符合GB175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的规定；粉煤灰选用的是市售武汉罗阳电厂生产的一级粉煤灰，其性能指标符合GB/T1596-2005用于水泥和混凝土中粉煤灰》规定；胶水选用的是市售701胶水；减水剂选用的是市售武汉苏博新型建材公司生产的PC100聚羧酸盐高性能减水剂；速凝剂选用市售中国建筑材料科学研究总院研制的HSA高效速凝剂；纤维选用的是武汉市恒律商贸有限公司销售的美国杜拉纤维；纤维素选用的是武汉市隆鑫化工贸易有限公司销售的羟丙基甲基纤维素；泡沫剂选用的是市售河南华泰建材开发有限公司开发的HT复合发泡剂。

[0030] 下面结合实施例进一步说明：

[0031] 实施例1

[0032] 一种用于煤矿湿喷支护的泡沫混凝土，它由以下重量百分比原料组成：

[0033] 原料 重量份

[0034] (1)胶凝材料：

[0035] 水泥 200份

[0036] 粉煤灰 30份

[0037] (2)水 110份

[0038] (3)外掺料：

[0039] 胶水 40份

[0040] 减水剂 35份

[0041] 速凝剂 90份

[0042] 纤维 95份

[0043] 纤维素 110份

[0044] (4)发泡剂 13份。

[0045] 上述泡沫混凝土的制备方法：

[0046] 1、原材料的预处理，剔除胶凝材料中的硬块等，防止其在泡沫浆里沉积；

[0047] 2、剂量：按照配比称量各组分；

[0048] 3、上料及搅拌：向搅拌机中依次加入水泥、粉煤灰、部分水、胶水、减水剂、纤维和纤维素搅拌均匀；

[0049] 4、发泡：在浆料搅拌的同时发泡，将剩余水与发泡剂以50～70∶1的比例混合，通过专门的发泡一体机设备制成直径为1mm左右的泡沫；

[0050] 5、浆料与泡沫混合：在胶凝浆体制备好后，不停机，在搅拌状态下加入泡沫；加泡沫后继续搅拌3～5分钟，当浆面看不到漂浮的泡沫时，泡沫混凝土浆料制备完成。

[0051] 实施例2

[0052] 配方见表1，制备方法通实施例1。

[0053] 实施例3

[0054] 配方见表1，制备方法通实施例1。

[0055] 实施例4

[0056] 配方见表1，制备方法通实施例1。

[0057] 实施例5

[0058] 配方见表1，制备方法通实施例1。

[0059] 实施例6

[0060] 配方见表1，制备方法通实施例1。

[0061] 实施例7

[0062] 配方见表1，制备方法通实施例1。

[0063] 实施例8

[0064] 配方见表1，制备方法通实施例1。

[0065] 实施例9

[0066] 配方见表1，制备方法通实施例1。