[发明专利]一种水泥基高抗折防岩爆速凝材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高抗折防岩爆材料，特别是一种掺加弹性乳液的水泥基防岩爆材料及制备方法。

背景技术

岩爆是在高地应力区地下硐室开挖过程中，由于岩体应力释放导致从硐室周边岩体内骤然飞射出岩块的现象。岩爆主要产生于弹性岩体中，有时也可以产生于弹-塑性岩体中。岩爆的本质是围岩伴随能量释放的一种破坏，这就是说岩爆首先是围岩的一种破坏形式，同时又是一种能量释放的现象。岩爆属一种地质灾害。它严重威胁施工人员的安全，影响工程进度，给国民经济建设造成了巨大的损失。它严重威胁施工人员的安全，影响工程进度，给国民经济建设造成了巨大的损失。

按发生部位及释放的能量，岩爆可分为以下三种类型：围岩表部岩石突然破裂引起的岩爆(被称为岩石射击)，矿柱或大范围围岩突然破坏引起的岩爆(被称为矿山打击或冲击地压)，以及断层错动引起的岩爆。

对于岩爆，应遵循以防为主，防治结合的原则，对开挖面前方的围岩特性，水文地质情况等进行预测、预报，当发现有较强烈岩爆发生的可能性时，应及时研究施工对策，作好施工前的必要准备。岩爆主要取决于地质条件、地应力条件和施工触发因素。为减轻岩爆的危害，很重要的一条就是在硐室开挖前和开挖后对围岩及时进行支护，这样做不仅可以改善应力的大小和分布，而且还能使硐室周边的岩体从平面应力状态变为空间三向应力状态，从而达到减轻岩爆危害的目的，并且还能起到防护作用，防止岩石弹射和剥落造成事故。施工中最为常用的支护方法是锚喷砼支护、钢纤维喷砼支护、钢支撑，锚杆和超前锚杆支护、二次衬砌，即支护的方法是在爆破后立即向拱部及侧壁喷射钢纤维或塑料纤维混凝土，再安置锚杆及钢筋网，必要时还要架置钢拱架和安置超前锚杆进行支护，以确保岩爆地段的施工安全，将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低。

目前，用于防岩爆的喷射混凝土主要为钢纤维混凝土，掺加钢纤维，通过钢纤维的加入来提高其抗折强度，但钢纤维混凝土成本较高，且钢纤维在混凝土中不易分散，造成钢纤维在混凝土中易造成分散不均，搅拌时间长，施工效率低，从而影响施工进度。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种水泥基高抗折防岩爆速凝材料，该技术方案由于弹性聚合物的掺入，改善了水泥砂浆的柔韧性、耐久性，明显提高了水泥砂浆的抗折和粘结抗拉强度。其主要用于隧道工程及井下工程中，以防止岩层塌落，以及用于其它对抗折性能要求较高的工程中。在实际应用中，可以按照喷射混凝土技术将该材料喷射到岩层表面，由于该材料具有高的抗折强度及折压比，能够很好的阻止岩层塌落。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种水泥基高抗折防岩爆材料，其组分及重量份数比为：水泥：80-97、聚合物水泥用弹性乳液：3-20、混凝土用外加剂：0.02-8，灰沙比：0.3-1.5，水灰比：0.20-0.35。

本发明所述的聚合物水泥用弹性乳液为苯丙乳液、丁苯乳液、聚丙烯酸酯乳液或硅油乳液。

本发明所述聚合物水泥用弹性乳液的固体含量不低于40wt％。

本发明所述的混凝土用外加剂按重量份数比包括以下组分：高效减水剂：0.01-3、速凝剂：0.01-5。

本发明所述的高效减水剂为混凝土用减水剂，包括：蜜胺系高效减水剂、萘系高效减水剂、聚羧酸高效减水剂等。

本发明所述的速凝剂为碳酸锂、氯化锂、氢氧化锂、碳酸钠、铝酸钠、氯盐的一种或几种。

本发明所述水泥为42.5及以上标号的硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥或高铝水泥。

本发明还提供了水泥基高抗折防岩爆材料的制备方法：按要求重量份数比取水泥、聚合物水泥用弹性乳液、混凝土用外加剂、沙子和水，将水泥与外加剂混合后，再与沙子混合搅匀，加水同时加入聚合物水泥用弹性乳液后搅拌均匀即可。其中，按水灰比计算加水量时，需将乳液中水分算入。该材料使用时，利用喷射混凝土设备快速喷射于岩层表面。

聚合物掺量增加，该材料抗折强度同样增加，在30-40％之间达到最大值，但是对于防止岩爆发生而言，掺量为15％就已经能够满足使用需要，若再掺加会使成本升高，另外，聚合物掺量增加会使得减水剂掺量增加，砂浆粘稠度太大，也带来了不宜施工的问题。