一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料及其制备方法与应用

本发明属于注浆材料，尤其涉及一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、在煤矿建设和开采过程中，巷道作为煤矿的心脏具有重要地位。随着开采深度的增加，巷道围岩变形破坏严重，井下松软岩体的力学特性尤为复杂，很难实现围岩的稳定性控制。常见的改善软弱围岩的方法有两种：一种是通过支撑加固，但是往往成本和技术难度相对较高；二是通过锚注加固技术改善软弱围岩的结构形式及力学特性，采用注浆泵等设备通过注浆锚杆、锚索将浆液材料注入岩体内部，经过浆液的固化、胶结、填充作用起到加固作用，并且在实际工程中能够达到可控目的，工艺简单，支护成本降低。

2、其中，全长注浆加固技术是提高软弱围岩承载力的有效措施。在这一技术中，高性能注浆材料的选择是关键环节，当前可选择的注浆材料主要分为有机和无机两大类。其中有机浆液虽具有黏结力高、可注性好、凝结时间快等特点，但价格昂贵、反应温度高、微毒且易于自燃等缺点限制其应用范围；水泥浆液是一种常见的无机注浆材料，具有无毒、价格廉价、结石强度高等优点，但是其粒径较大，很难渗透进入细小裂隙中；同时水泥具有干缩性，体积收缩会降低其与钻孔之间摩擦力，导致注浆体与裂隙基体黏结强度下降，难以满足工程要求。

3、因此，如何研发流动性好、微膨胀且锚固力高的新型水泥基注浆锚固材料对于煤矿巷道支护领域的发展显得尤为重要。目前，对于水泥的改性研究主要包括水泥-黏土基、水泥-膨润土基、水泥-矿渣基等复合浆液，但水泥浆液成分复杂、影响因素多，现有水泥浆液仍然存在可注性较差、结实体强度较低、材料韧性、体积收缩性未得到明显改善等问题，远远达不到全长锚固条件下低水灰比注浆锚固性能要求。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中的缺陷，为此，本发明提供一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料及其制备方法与应用。本发明复合注浆全长锚固材料具有高强度、微膨胀、流动性好等优点。

2、为实现上述目的之一，本发明采用以下技术方案：

3、一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料，该锚固材料由以下质量份数计的组分制备得到：950-1050质量份的基准水泥，117-168质量份的强度改性剂，4-10质量份的玻璃纤维粉。

4、优选的，基准水泥的颗粒粒径为5-15μm，比表面积大于500m2/kg。

5、优选的，基准水泥为强度等级32.5和强度等级32.5r的超细硅酸盐水泥中的一种。

6、优选的，强度改性剂由2-3质量份的减水剂、80-100质量份的膨胀剂以及35-65质量份的速凝剂组成。

7、优选的，减水剂为萘系减水剂、聚羧酸系减水剂中的一种或两种，更优选为聚羧酸系减水剂，聚羧酸系减水剂为无色粉末，固含量高于98％。

8、优选的，膨胀剂为金属氧化物类膨胀剂中的一种或两种以上，更优选的为氧化镁膨胀剂。

9、优选的，速凝剂为铝酸钠、铝酸钙速凝剂中的一种或两种，更优选的为铝酸钠速凝剂，能够促进水泥的凝结和硬化，调节凝结时间。

10、为实现上述目的之二，本发明提供一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料的制备方法，包括如下步骤：

11、s1、按照配比称取原材料，将基准水泥、玻璃纤维粉搅拌混合均匀；

12、s2、将称取好的减水剂、膨胀剂、速凝剂混合并搅拌均匀获得强度改性剂；

13、s3、将基准水泥与玻璃纤维粉的混合物、强度改性剂按照配比充分搅拌，混合均匀制得锚固材料。

14、为实现上述目的之三，本发明提供一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料在巷道支护中的锚杆全长锚固的应用。

15、为实现上述目的之四，本发明提供一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料在巷道支护中的锚索全长锚固的应用。

16、本发明的优点在于：

17、(1)本发明制备的超细水泥基复合注浆全长锚固材料，作为锚固剂在全长锚固围岩体系中整体构件承载力明显优于同等条件下普通水泥基注浆材料，同时具有增强的协调变形能力和好的耐久性，且粒度细小，可注性好，流动性强，浆液几乎无泌水现象，初凝、终凝时间可控，且凝固后微膨胀，改善锚固材料与围岩基体间的界面粘性强度。

18、(2)本发明利用超细硅酸盐水泥作为胶凝材料，使其内部的主要熟料矿物硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙发生水化反应，先后生成c-s-h凝胶、水化铁铝酸钙凝胶和ca(oh)2等产物，在氧化硅作用下逐渐结晶，通过相互搭接、交叉攀附，使原先分散的水泥颗粒及水化产物联结起来，逐渐形成具有一定强度的结石体；与普通硅酸盐水泥相比，本发明水泥颗粒尺寸较小，易于渗透进入细小裂隙中，可注性增强；同时大的比表面积，具有高的反应活性，水化反应进程加快，早期强度提高；玻璃纤维粉属于一种耐碱材料玻璃纤维渣，可采购获得，利用其玻璃纤维的粘接、搭桥和联结作用，使基准水泥结石体产物之间进一步牢固结合，最终形成一个三维空间更密实的整体，力学性能显著改善；玻璃纤维粉的掺入可消除料浆搅拌过程中形成的气泡，使结实体内部孔隙率大大降低，进一步改善抗压强度；同时玻璃纤维粉还能限制在外力作用下水泥基料中裂缝的拓展，在受荷初期水泥基料与纤维共同承受外力，而前者是外力的主要承受者，当基料产生微裂缝时，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者，阻断裂缝发展，在水泥结石体中发挥抗裂作用，提高耐久性。

19、(3)本发明中强度改性剂原材料选取及配比是经过大量实验室试验获得，组分为减水剂、膨胀剂和速凝剂，发挥不同组分间的协同耦合作用；减水剂在水泥水化过程中具有分散、润滑、空间位阻、接枝共聚支链的缓释作用，从而显著降低用水量，增加浆液流动性，降低泌水率，提高材料强度；膨胀剂用于水泥凝结过程中补偿试样整体收缩、填充基准水泥间隙，改善结实体体积干缩性能；速凝剂能够促进基准水泥的凝结和硬化速率，进而有效调控浆液凝结时间，使其满足全长注浆锚固工程实践要求。

20、(4)本发明有效利用了玻璃纤维渣固体废弃物，材料生产成本降低，施工工艺简便，劳动强度低，易于工业化生产。

技术特征：

1.一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料，其特征在于，该锚固材料由以下质量份数计的组分制备得到：950-1050质量份的基准水泥，117-168质量份的强度改性剂，4-10质量份的玻璃纤维粉。

2.根据权利要求1所述的一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料，其特征在于：所述基准水泥的颗粒粒径为5-15μm，比表面积大于500m2/kg。

3.根据权利要求2所述的一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料，其特征在于：所述基准水泥为强度等级32.5和强度等级32.5r的超细硅酸盐水泥中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料，其特征在于：所述强度改性剂由2-3质量份的减水剂、80-100质量份的膨胀剂以及35-65质量份的速凝剂组成。

5.根据权利要求4所述的一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料，其特征在于：所述减水剂为萘系减水剂、聚羧酸系减水剂中的一种或两种。

6.根据权利要求4所述的一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料，其特征在于：所述膨胀剂为金属氧化物类膨胀剂中的一种或两种以上。

7.根据权利要求4所述的一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料，其特征在于：所述速凝剂为铝酸钠速凝剂、铝酸钙速凝剂中的一种或两种。

8.一种如权利要求1-7任意一项所述的超细水泥基复合注浆全长锚固材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.一种如权利要求1-7任意一项所述的超细水泥基复合注浆全长锚固材料在巷道支护中的锚杆全长锚固的应用。

10.一种如权利要求1-7任意一项所述的超细水泥基复合注浆全长锚固材料在巷道支护中的锚索全长锚固的应用。

技术总结
本发明属于注浆材料技术领域，尤其是一种超细水泥基复合注浆全长锚固材料及其制备方法与应用。本发明的锚固材料由以下质量份数计的组分制备得到：950‑1050质量份的基准水泥，117‑168质量份的强度改性剂，4‑10质量份的玻璃纤维粉。本发明制备的超细水泥基复合注浆全长锚固材料，作为锚固剂在全长锚固围岩体系中整体构件承载力明显优于同等条件下普通水泥基注浆材料，同时具有增强的协调变形能力和好的耐久性。

技术研发人员：王艳芬,艾洁,赵光明,曾熙文,程详,李秋利
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15