一种利用抗粘性聚羧酸减水剂改性的高强注浆材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于注浆材料，具体涉及一种利用抗粘性聚羧酸减水剂改性的高强注浆材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着我国经济的快速发展，对于各种基础设施建设的需求也越来越大，煤矿巷道和隧道的建设也日益增多。然而，地下工程建设面临着诸多挑战，其中之一就是地质环境的不稳定性。为了加强地下工程稳定性，通常使用注浆材料作为煤矿巷道和隧道等地下工程中的支护材料。注浆材料的作用是在岩体中填充空隙，增强岩体的整体强度，提高其稳定性和承载能力。然而，在实际使用过程中，注浆材料的强度低是其存在的一个重要问题。其不能满足支护的要求，很容易发生破坏和变形，从而影响地下工程的安全稳定。此外注浆材料还需要增加注浆剂的用量来满足支护要求，从而增加了施工难度，同时也增加了施工成本。注浆材料在后期养护过程中易受外力影响，如振动、温度变化等，容易出现开裂和脱落现象，从而降低了注浆材料的使用寿命。

2、为了解决注浆材料强度低这个问题，目前主要通过优化注浆材料的配比，增加水泥、石英砂等基础材料的含量，同时适当添加增塑剂、膨润土等调节剂，可以提高注浆材料的强度和稳定性。或者引进新型材料，如纤维材料、聚合物材料等，可以提高注浆材料的强度和耐久性，同时还能提高注浆材料的施工效率。但是这会引起注浆液的粘度增大，导致需水量增大，不利于施工的进行，同时会造成后期开裂等问题。

3、因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用抗粘性聚羧酸减水剂改性的高强注浆材料及其制备方法和应用。在保留高强度、降低粘度的基础上，通过优化注浆材料配比，达到提高耐久性、韧性和稳定性的目的，同时添加工业废物，节约资源和保护环境。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明涉及一种利用抗粘性聚羧酸减水剂改性的高强注浆材料，以质量份数计，原料组成包括：

4、复合水泥基材料：水泥70-80份，聚丙烯纤维3-8份，石膏1-5份和粉煤灰5-20份；复合外加剂：胶凝剂3-10份，抗粘性聚羧酸减水剂0.5-2份和速凝剂0.5-2份；以及水35-48份。

5、优选的，聚丙烯纤维的质量为水泥质量的5-8％，石膏的质量为水泥质量的4-6％；粉煤灰的质量为水泥质量的15-20％；

6、速凝剂的质量为水泥质量的1-1.5％；胶凝剂的质量为水泥质量的6-10％；抗粘性聚羧酸减水剂的质量为水泥质量的1-2％；

7、水的质量为水泥质量的50-60％；

8、胶凝剂、抗粘性聚羧酸减水剂和速凝剂的总质量为水泥质量的8-13％。

9、优选的，抗粘性聚羧酸减水剂的原料组成包括：异戊烯醇聚氧乙醚100份、a液45-70份、b液31.5-45.5份、氧化剂1-3份和第一份水300-400份；

10、以质量份数计，a液包括：不饱和羧酸单体10-15份、不饱和羧酸酯类单体5-15份和第二份水30-40份；

11、以质量份数计，b液包括：还原剂0.5-2份、磺酸盐1.0-3.5份和第三份水30-40份。

12、优选的，氧化剂的质量为异戊烯醇聚氧乙醚质量的1.5-2％；不饱和羧酸单体的质量为异戊烯醇聚氧乙醚质量的10-15％；不饱和羧酸酯类单体的质量为异戊烯醇聚氧乙醚质量的5-15％；还原剂的质量为异戊烯醇聚氧乙醚质量的1-1.5％；磺酸盐的质量为异戊烯醇聚氧乙醚质量的1-1.5％；

13、抗粘性聚羧酸减水剂的原料组成中的水为去离子水。

14、优选的，所述抗粘性聚羧酸减水剂的制备方法，包括以下步骤：

15、(1)按原料组成称取各原料，备用；

16、(2)按a液原料组成，将不饱和羧酸单体、不饱和羧酸酯类单体和第二份水混合，搅拌均匀，得到a液，备用；

17、(3)按b液原料组成，将还原剂、磺酸盐和第三份水混合，搅拌均匀，得到b液，备用；

18、(4)将异戊烯醇聚氧乙醚、氧化剂、第一份水混合，在40℃下搅拌处理，得到活性大单体溶液，备用；

19、(5)升温活性大单体溶液，继续搅拌，同时滴加a液、b液；滴加完毕后，在40℃下恒温保持2h，冷却至室温后，调节ph值至6.5-7.5，收集溶液，即得。

20、优选的，步骤(4)搅拌速度为80-120r/min，搅拌时间为8-12min；

21、步骤(5)将活性大单体溶液的温度升高至50-60℃，继续搅拌的速度为80-120r/min；同时滴加a液、b液，滴加时间为1.5-2.5h；

22、调节ph时使用30wt％的氢氧化钠溶液。

23、优选的，所述胶凝剂为硅酸钠和硅酸钙，硅酸钠和硅酸钙的质量比为2:1或3:2；

24、所述聚丙烯纤维经球磨或粉碎处理，长度为40～60μm；

25、所述水泥为普通硅酸盐水泥，等级为p.o42.5；

26、所述石膏为半水石膏；

27、所述粉煤灰为脱硫粉煤灰；

28、所述速凝剂为硫酸钠和/或氯化钾。

29、优选的，所述不饱和羧酸单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯中的至少一种；

30、所述不饱和羧酸酯类单体为甲基丙烯酸酯、乙基丙烯酸酯、马来酸丙烯酯、马来酸乙烯中的至少一种；

31、所述磺酸盐为甲基丙烯磺酸钠、苯乙烯磺酸钠中的至少一种；

32、所述还原剂为抗坏血酸、邻苯二酚、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的至少一种。

33、本发明提供一种所述高强注浆材料的制备方法，包括以下步骤：

34、(1)按原料组成称取各原料，备用；

35、(2)将水泥、粉煤灰、聚丙烯纤维、石膏混合，搅拌均匀，得复合水泥基材料，备用；

36、(3)将胶凝剂、抗粘性聚羧酸减水剂、速凝剂和水泥质量20-30％的水混合，搅拌均匀，得到复合外加剂溶液，备用；

37、(4)将复合水泥基材料、复合外加剂溶液、以及剩余质量的水混合，搅拌5min后，即得。

38、本发明提供一种所述高强注浆材料在煤矿巷道或隧道中的应用。

39、有益效果：

40、(1)本发明针对高粘度的注浆材料，选择含有大量羧酸管能团的单体，优化单体的种类(磺酸基和羟基)，合成一种在高黏度注浆材料使用的聚羧酸减水剂，该减水剂可以在使用过程释放出大量羧基，有效降低注浆材料粘度，改善工作性能。本发明采用抗粘性聚羧酸减水剂分散水泥基注浆材料，有效降低高粘度注浆液的粘度，在保持工作性能的基础上降低用水量，水泥产物更加密集相互交联，提高注浆材料的强度并降低发热量。

41、(2)采用粉碎处理过的聚丙烯纤维对注浆材料进行改性，纤维在注浆材料水化过程形成三维网状结构，纤维可以有效地降低注浆材料的收缩开裂倾向，增加了注浆材料的早期强度、韧性和耐久性。

42、(3)采用粉煤灰改善注浆材料的工作性能，粉煤灰可以填充水泥颗粒之间的空隙，降低注浆材料的黏度和内部摩擦，同时粉煤灰中的硅酸盐和铝酸盐等活性物质在水泥水化反应中参与反应，生成胶凝体，填充水泥基体的微观裂缝，使注浆材料致密化，提高注浆材料的抗压强度和耐久性。粉煤灰作为工业废弃物可充当部分水泥作用，降低成本的同时减少对自然资源的消耗。

43、(4)本发明注浆材料具有高强度、高稳定性、高韧性、耐久性，可用于煤矿巷道或隧道。