[發明專利]一種噴射型延性PP纖維增強水泥基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310386772.9
• 申請日: 2013-08-30
• 公開（公告）號: CN103508705A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 畢遠志;姜勇;張大林;華淵;貢鳴
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B16/06;C04B18/08;C04B14/02
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 殷紅梅

技術領域

本發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工程的纖維增強水泥基復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水泥基復合材料及其制備方法，屬于建筑材料技術領域。

背景技術

延性纖維混凝土材料理論最早是由美國University?of?Michigan的Victor?C.?Li教授和Massachusetts?Institute?of?Technology的Christopher?K.?Y.?Leung教授于1992年提出來的，最早是試圖用聚乙烯纖維（Polyethylene，簡稱PE）來解決水泥基復合材料的增強、增韌問題。1997年Victot.?C.?Li?等人開始將PVA用于ECC，制成了聚乙烯醇(Polyvinyl?Alcohol?,簡稱PVA)纖維增強水泥基復合材料。

我國研究人員對高性能纖維水泥基復合材料進行了進一步的研究開發，例如，公成旭、張君在題為《高韌性纖維增強水泥基復合材料的抗拉性能》的文章中報道了高韌性聚乙烯醇纖維(PVA)增強水泥基復合材料的配合比、制備過程以及拉伸力學性能，其特征在于：以纖維摻量和砂膠比為基本設計參數，通過調整水膠比和粉煤灰摻量來研究其性能；沈陽美洋建設項目管理有限公司的俞家歡在2012年申請了專利（201010010157.4）“一種強韌性聚丙烯纖維增強水泥基復合材料及其制備方法”，其專利特征在于：采用了兩種化學添加劑：增稠劑、超塑劑，并調整了增稠劑的添加量。上述制備方案中給出的纖維增強水泥基復合材料雖然都得到了應變硬化現象以及復合開裂效果，但都是采用模注施工方法。2012年3月14日東南大學的錢吮智、張志剛、趙婷、孫佳、崔凱、吳進、章靜然申報了專利（201210066241.?7）“高延性水泥基復合材料預拌方法”，該發明提供了高延性水泥基復合材料預拌技術，主要是在在大型攪拌站/樓/機中，對加入的水泥、粉煤灰、纖維、石英砂和粉狀高效粉狀減水劑等進行攪拌，使得各組分混合均勻，運到施工現場加水攪拌，模注施工。

軟巖巷道和深部開采巷道支護一直是國內外采礦界公認的難題之一。他們共同擁有圍巖變形大、應力大的特點，特別是深井開采由于開采深度增加，地應力逐漸增大，若不采取適當的支護方式，巷道圍巖變形更加劇烈、支護也更加困難，變形的累積將導致巷道失穩破壞。因此研究高強、高韌性的水泥基復合材料(抗壓強度為40MPa左右，彎曲韌性μ_30?為30以上)支護的課題被提了出來。在目前的支護方式下，巷道在服務期內屢遭破壞，而需多次翻修（據江蘇大屯礦區，安徽淮北礦區統計，每米巷道每年的修復費就需要2000元以上），全國深部開采巷道每年的修復費高達36億元以上，這嚴重影響了礦井正常生產和企業的經濟發展。深井巷道支護是煤炭開采需要解決的關鍵技術之一。

2009年本項目申請組畢遠志、張大林、姜勇、華淵、姜晨光等人完成了與皖北煤電集團公司合作的“纖維混凝土在軟巖巷道支護的研究項目”。對改性聚丙烯（粗）纖維混凝土在煤礦埋深620?m的軟巖巷道進行了纖維混凝土支護研究，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應用技術的研究”，課題申請人畢遠志等將科研成果發表在《煤炭學報》2010年第12期上，“高韌性纖維混凝土在深部軟巖巷道支護中的應用”等3篇論文；3篇論文對改性聚丙烯（粗）和混雜纖維混凝土增強增韌特性及在深井支護中的應用進行了研究，取得了一些科研成果，為本發明奠定了理論基礎和實踐經驗。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，通過噴射工藝使這種水泥基復合材料在地下空間圍巖表面成形的制備方法，通過噴射工藝完成對深井地下空間的支護。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足之處，提供了一種成本低、加工簡單、對加工工藝及操作環境要求較低、力學性能穩定的噴射型延性纖維增強水泥基復合材料及其制備方法。

按照本發明提供的技術方案，一種噴射型延性PP纖維增強水泥基復合材料，配方比例按重量份計如下：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。

所述速凝劑為環保型無堿液體速凝劑。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39μm，長度為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。