[发明专利]一种喷射型混杂改性PP纤维增强水泥基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于矿山巷道、铁路公路隧道、地铁隧道等软岩支护工程的纤维增强水泥基复合材料及其制备方法，特别是涉及一种喷射型混杂改性PP(粗)纤维增强水泥基复合材料及其制备方法。 

背景技术

纤维混凝土材料理论最早是由美国University of Michigan的Victor C.Li教授和Massachusetts Institute of Technology的Christopher K.Y.Leung教授于1992年提出来的，最早是试图用聚乙烯纤维(Polyethylene，简称PE)来解决水泥基复合材料的增强、增韧问题。1997年Victot.C.Li等人开始将PVA用于ECC，制成了聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，简称PVA)纤维增强水泥基复合材料。 

我国研究人员对高性能纤维水泥基复合材料进行了进一步的研究开发，例如，公成旭、张君在题为《高韧性纤维增强水泥基复合材料的抗拉性能》的文章中报道了高韧性聚乙烯醇纤维(PVA)增强水泥基复合材料的配合比、制备过程以及拉伸力学性能，其特征在于：以纤维掺量和砂胶比为基本设计参数，通过调整水胶比和粉煤灰掺量来研究其性能；沈阳美洋建设项目管理有限公司的俞家欢在2012年申请了专利(201010010157.4)“一种强韧性PP纤维增强水泥基复合材料及其制备方法”，其专利特征在于：采用了两种化学添加剂：增稠剂、超塑剂，并调整了增稠剂的添加量。上述制备方案中给出的纤维增强水泥基复合材料虽然都得到了应变硬化现象以及复合开裂效果，但都是采用模注施工方法。2012年3月14日东南大学的钱吮智、张志刚、赵婷、孙佳、崔凯、吴进、章静然申报了专利(201210066241.7)“高延性水泥基复合材料预拌方法”，该发明提供了高延性水泥基复合材料预拌技术，主要是在在大型搅拌站/楼/机中，对加入的水泥、粉煤灰、纤维、石英砂和粉状高效减水剂等进行搅拌，使得各组分混合均匀，运到施工现场加水搅拌，模注施工。 

软岩巷道和深部开采巷道支护一直是国内外采矿界公认的难题之一。他们共同拥有围岩变形大、应力大的特点，特别是深井开采由于开采深度增加，地应力逐渐增大，若不采取适当的支护方式，巷道围岩变形更加剧烈、支护也更加困难，变形的累积将导致巷道失稳破坏。因此研究高强、高韧性的水泥基复合材料(抗压强度为40MPa左右，弯曲韧性μ₃₀为30以上)支护的课题被提了出来。在目前的支护方式下，巷道在服务期内屡遭破坏，而需多 次翻修(据江苏大屯矿区，安徽淮北矿区统计，每米巷道每年的修复费就需要2000元以上)，全国深部开采巷道每年的修复费高达36亿元以上，这严重影响了矿井正常生产和企业的经济发展。深井巷道支护是煤炭开采需要解决的关键技术之一。 

2009年本项目申请组毕远志、张大林、姜勇、华渊、姜晨光等人完成了与皖北煤电集团公司合作的“纤维混凝土在软岩巷道支护的研究项目”。对改性PP(粗)纤维混凝土在煤矿埋深620m的软岩巷道进行了纤维混凝土支护研究，取得了科研成果。在2009年完成了“孔庄煤矿深部巷道纤维混凝土支护应用技术的研究”，课题申请人毕远志等将科研成果发表在《煤炭学报》2010年第12期上，“高韧性纤维混凝土在深部软岩巷道支护中的应用”等3篇论文；3篇论文对改性PP(粗)和混杂纤维混凝土增强增韧特性及在深井支护中的应用进行了研究，取得了一些科研成果，为本发明奠定了理论基础和实践经验。上述研究课题提出了将改性PP(粗)纤维与硅粉等其他添加剂掺加到水泥基材料中，通过喷射工艺使这种水泥基复合材料在地下空间围岩表面成形的制备方法，通过喷射工艺完成对深井地下空间的支护。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种成本低、加工简单、对加工工艺及操作环境要求较低、力学性能稳定的喷射型混杂改性PP纤维增强水泥基复合材料及其制备方法。 

按照本发明提供的技术方案，一种喷射型混杂改性PP纤维增强水泥基复合材料，配方比例按重量份计如下：水泥19-36份、硅粉0.5-3份、河砂12-40份、石子10-35份、水7-18份、速凝剂0.5-2.2份、改性PP粗纤维0.07-1.5份、改性PP细纤维0.02-0.5份。 

还包括减水剂0.1-0.8份。 

所述速凝剂为环保型无碱液体速凝剂或者粉状速凝剂。所述河砂的细度模数M为2.5-32。所述石子的粒径为5-10mm。所述减水剂为萘系高效减水剂或者聚羧酸系高性能减水剂。