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1、(10)申请公布号 CN 102503324 A (43)申请公布日 2012.06.20 CN 102503324 A *CN102503324A* (21)申请号 201110374346.4 (22)申请日 2011.11.22 C04B 28/06(2006.01) (71)申请人 北京新中岩建材科技有限公司 地址 100024 北京市朝阳区管庄东里 1 号东 楼 申请人 中国水利水电第二工程局有限公司 (72)发明人 齐冬有 常满祥 谢校亭 罗钢 单立福 范德科 王健 邹琼慧 (74)专利代理机构 北京尚诚知识产权代理有限 公司 11322 代理人 鲁兵 (54) 发明名称 一种锚固。
2、注浆材料及其制备方法与应用 (57) 摘要 本发明公开了一种锚固注浆材料及其制备 方法与应用。该锚固注浆材料的原料配方包含 以下重量份数比的组分 ： 特种熟料 40-50 份， 高 强骨料 40-50 份， 石膏 6-8 份， 硅灰 2-4 份， 减 水剂 0.2-0.7 份， 速凝剂 0.02-0.08 份， 缓凝剂 0.02-0.06 份， 保水剂 0.01-0.03 份。检测结果表 明， 在 -20 -0的低温状态， 该材料的初始流速 小于 20 秒， 20 分钟后流速小于 30 秒， 3 小时抗压 强度大于 20MPa， 且 3 天抗压强度大于 50MPa， 7 天 限制膨胀率大于 0。
3、.01， 具有微膨胀性， 并且粘 度低， 渗透性好， 对土层也有较好的加固作用， 可 用于低温环境下(冬季)地铁、 隧道等地下支护工 程中锚索或锚杆的锚固， 应用前景广阔。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 7 页 1/1 页 2 1. 一种锚固注浆材料， 其原料配方包含以下重量份数比的组分 ： 特种熟料 40-50 份， 高 强骨料 40-50 份， 石膏 6-8 份， 硅灰 2-4 份， 减水剂 0.2-0.7 份， 速凝剂 0.02-0.08 份， 缓凝 剂 0.02-0.0。
4、6 份， 保水剂 0.01-0.03 份。 2. 根据权利要求 1 所述的锚固注浆材料， 其特征在于 ： 所述特种熟料为化学成份中 Al2O3含量 34 ( 重量百分比 ) 以上， 比表面积 350-400m2/Kg 的硫铝酸盐水泥熟料粉。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的锚固注浆材料， 其特征在于 ： 所述骨料为机制石英粉， 由不同粒径的石英粉级配组成， 骨料中各粒径石英粉的重量份数比为 ： 0.04mm-0.08mm 粒 径的石英粉 20-30 份， 0.08mm-0.12mm 粒径的石英粉 50-60 份， 0.12mm-0.2mm 粒径的石英 粉 10-20 份 ； 对应在锚固注。
5、浆材料中重量份为 0.04mm-0.08mm 粒径的石英粉 10-20 份， 0.08mm-0.12mm 粒径的石英粉 16-20 份， 0.12mm-0.2mm 粒径的石英粉 10-14 份。 4. 根据权利要求 1 或 2 或 3 或 4 所述的锚固注浆材料， 其特征在于 ： 所述石膏为灼烧 基中 SO3含量大于 45 ( 重量百分比 ) 的天然硬石膏或天然混合石膏。 5. 根据权利要求 1 至 4 任一所述的锚固注浆材料， 其特征在于 ： 所述硅灰为 SiO2 含量 大于 85 ( 重量百分比 )、 28 天活性指数大于 85的微硅粉。 6. 根据权利要求 1 至 5 任一所述的锚固注浆。
6、材料， 其特征在于 ： 所述减水剂为磺化三 聚氰胺甲醛树脂类减水剂和 / 或含气量小于 3的聚羧酸减水剂 ； 所述速凝剂为锂盐， 如碳 酸锂、 氯化锂等 ； 所述缓凝剂为硼酸或柠檬酸 ； 所述保水剂为纤维素类的甲基纤维素、 羟丙 基甲基纤维素或木质纤维素。 7. 一种制备权利要求 1-6 任一项所述锚固注浆材料的方法， 包括以下步骤 ： 1) 按原料配方称取原料 ； 2) 先将石膏、 硅灰、 减水剂、 速凝剂、 缓凝剂和保水剂用混料机混合均匀， 再投入其余物 料， 用搅拌机搅拌均匀， 得到锚固注浆材料。 8. 根据权利要求 7 所述的制备方法， 其特征在于 ： 所述步骤 2) 中的搅拌时间为 。
7、15-25 分钟。 9. 权利要求 1-6 任一项所述的锚固注浆材料在锚固锚索、 锚杆中的应用。 10. 根据权利要求 9 所述的应用， 其特征在于 ： 所述锚固方法为 ： 先将锚固注浆材料按 照重量百分比加入 14 -16的水， 再用砂浆搅拌机搅拌 3-5 分钟后， 通过压浆机注入锚 索、 锚杆孔内进行锚固。 权 利 要 求 书 CN 102503324 A 2 1/7 页 3 一种锚固注浆材料及其制备方法与应用 技术领域 0001 本发明属于建筑材料领域中的锚固注浆材料， 特别是涉及一种在冬季低温环境下 用于快速对锚索、 锚杆进行锚固的锚固注浆材料及其制备方法与应用。 背景技术 0002 。
8、在地铁、 隧道等地下工程的支护施工过程中， 一般采用灌注水泥砂浆的方法对锚 索、 锚杆进行锚固。但是， 普通水泥砂浆 ( 例如按重量组配 PO42.5 水泥 50 份， 细砂 50 份， 萘系减水剂 1 份 ) 在大流动度下， 即使在正常的环境温度下凝结时间也较慢， 早期强度低， 张拉锁定的等待时间较长。在北方， 特别是在冬季， 环境温度低， 低温持续时间长。在低温 下， 普通水泥砂浆会出现长时间不凝固， 甚至冻坏的问题。 因此， 在冬季， 普通水泥砂浆无法 满足支护工程的锚索、 锚杆的锚固注浆要求。 所以， 在冬季低温环境下， 需要一种抗冻性好， 其它性能也能满足要求的抗冻、 早强型的特种锚。
9、固注浆材料。 发明内容 0003 本发明提供了一种抗冻性好， 其它性能也能满足要求的抗冻、 早强型的锚固注浆 材料。 0004 为解决上述技术问题， 本发明采取以下技术方案 ： 一种锚固注浆材料， 其原料配方 包含以下重量份数比的组分 ： 特种熟料 40-50 份， 高强骨料 40-50 份， 石膏 6-8 份， 硅灰 2-4 份， 减水剂0.2-0.7份， 速凝剂0.02-0.08份， 缓凝剂0.02-0.06份， 和保水剂0.01-0.03份。 0005 所述特种熟料优选为化学成份中 Al2O3含量 34 ( 重量百分比含量 ) 以上， 比表 面积 350-400m2/Kg 的硫铝酸盐水泥。
10、熟料粉。 0006 所 述 骨 料 优 选 为 机 制 石 英 粉， 石 英 粉 各 组 分 的 粒 径 及 重 量 份 数 比 为 ： 0.04mm-0.08mm 粒 径 的 石 英 粉 20-30 份， 0.08mm-0.12mm 粒 径 的 石 英 粉 50-60 份， 0.12mm-0.2mm 粒径的石英粉 10-20 份。 0007 所述石膏为灼烧基中 SO3含量大于 45 ( 重量百分比含量 ) 的天然硬石膏或天然 混合石膏。 0008 所述硅灰优选为SiO2含量大于85(重量百分比含量)、 28天活性指数大于85 的微硅粉。 0009 所述减水剂优选为磺化三聚氰胺甲醛树脂类减水剂。
11、和 / 或含气量小于 3的聚羧 酸减水剂。两种减水剂可单独使用， 也可按各种比例复配使用。 0010 所述速凝剂优选为锂盐， 如碳酸锂、 氯化锂等。 0011 所述缓凝剂优选为硼酸或柠檬酸。 0012 所述保水剂优选为纤维素类的甲基纤维素、 羟丙基甲基纤维素或木质纤维素。 0013 本发明的第二个目的是提供一种上述锚固注浆材料的制备方法。 0014 本发明所提供的制备方法， 包括以下步骤 ： 0015 1) 按上述原料配方称取原料 ； 说 明 书 CN 102503324 A 3 2/7 页 4 0016 2) 先将石膏、 硅灰、 减水剂、 速凝剂和缓凝剂用混料机混合均匀， 再投入其余物料， 。
12、用搅拌机搅拌均匀， 得到锚固注浆材料。 0017 在上述锚固注浆材料的制备方法中， 所述步骤 2) 中的搅拌时间优选为 15-25 分 钟。 0018 为获得更好的锚固效果， 所述步骤 2) 中还可以将 0.01-0.03 份的保水剂同石膏、 硅灰、 减水剂、 速凝剂和缓凝剂混合均匀。 0019 本发明锚固注浆材料的使用方法为 ： 先将锚固注浆材料按照重量百分比加入 14 -16的水， 再用砂浆搅拌机搅拌 3-5 分钟。搅拌好的注浆料具有非常好的流动性， 能 够通过压浆机注入锚索、 锚杆孔内进行锚固。 0020 本发明提供了一种锚固注浆材料及其制备方法。检测结果表明， 在 -20 -0的 低温。
13、状态， 该材料的初始流速小于 20 秒， 20 分钟后流速小于 30 秒， 3 小时抗压强度大于 20MPa， 3 天抗压强度大于 50MPa， 7 天限制膨胀率大于 0.01， 具有微膨胀性， 并且粘度低， 渗透性好， 对土层也有较好的加固作用， 可用于低温环境下 ( 冬季 ) 地铁、 隧道等地下支护 工程中锚索或锚杆的锚固， 并具有以下优点 ： 0021 (1) 在零度以下可以进行锚固注浆 ； 0022 (2) 在零度以下下也能将张拉锁定时间提前到注浆后 4 个小时内 ； 0023 (3) 能够提高锚索、 锚杆周边土层的强度 ； 0024 (4) 具有体积微膨胀性能， 能够确保锚索、 锚杆。
14、与土层紧密结合。 0025 下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。 具体实施方式 0026 为克服现有锚固注浆材料的缺点， 解决目前市场上锚固注浆材料抗冻性差的难 题， 本发明提供了一种在满足基本性能前提下抗冻性好、 早强型的锚固注浆材料。 0027 本发明提供的锚固注浆材料， 其原料配方包含以下重量份数比的组分 ： 特种熟 料 40-50 份， 高强骨料 40-50 份， 石膏 6-8 份， 硅灰 2-4 份， 减水剂 0.2-0.7 份， 速凝剂 0.02-0.08 份， 缓凝剂 0.02-0.06 份和保水剂 0.01-0.03 份。其中 ： 0028 本发明组配中所用特种熟料优选。
15、为化学成份中 Al2O3含量 34 ( 重量百分比含 量 ) 以上， 比表面积 350-400m2/Kg 的硫铝酸盐水泥熟料粉， 在本发明中作为胶凝材料以协 同其它组分使锚固注浆材料具有很好的早强性能和抗冻性能。 0029 本发明组配中所用骨料优选为机制石英粉， 由不同粒径的石英粉级配使用， 在锚 固注浆材料中总用量为 40-50 份， 各粒径石英粉相互重量配比最好为 ： 0.04mm-0.08mm( 大 于等于 0.04mm 小于 0.08mm) 粒径的石英粉 20-30 份， 0.08mm-0.12mm( 大于等于 0.08mm 小 于 0.12mm) 粒径的石英粉 50-60 份， 0.。
16、12mm-0.2mm( 大于等于 0.12mm 小于 0.2mm) 粒径的 石英粉 10-20 份。对应在锚固注浆材料中重量份可为 0.04mm-0.08mm 粒径的石英粉 10-20 份， 0.08mm-0.12mm 粒径的石英粉 16-20 份， 0.12mm-0.2mm 粒径的石英粉 10-14 份， 且三种 粒径石英粉的总用量在 40-50 份范围内。本发明中选用不同粒级的石英粉作为骨料， 使其 具有最优流动性能和渗透性能。 0030 在本发明中， 选用的石膏为灼烧基中 SO3含量大于 45 ( 重量百分比含量 ) 的天 然硬石膏或天然混合石膏。 作用是与硫铝酸盐水泥熟料反应能够形成具。
17、有微膨胀性能的水 说 明 书 CN 102503324 A 4 3/7 页 5 化矿物。 0031 本发明组配中所用硅灰优选为 SiO2含量大于 85 ( 重量百分比含量 )、 28 天活性 指数大于85的硅灰。 作用是防止锚固浆液离析、 泌水， 并能够增加水化产物中凝胶体的含 量， 弥补硫铝酸盐水泥熟料水化产物中凝胶体不足的缺陷。 0032 本发明组配中所用减水剂优选为磺化三聚氰胺甲醛树脂类减水剂和 / 或含气量 小于3的聚羧酸减水剂。 两种减水剂可单独使用， 也可按各种比例复配使用。 作用是减水 率大， 且含气量小， 避免高流动性的锚固浆液表面出现浮浆。 0033 本发明组配中所用速凝剂优。
18、选为锂盐， 如氯化锂、 碳酸锂等。 作用是加快锚固浆液 的水化速度， 提早凝结硬化时间。 0034 本发明组配中所用缓凝剂优选为硼酸或柠檬酸。 作用是使锚固浆液在一定的时间 内不发生凝结硬化， 从而具有充足的注浆施工时间。 0035 本发明组配中所用保水剂优选为纤维素类的甲基纤维素、 羟丙基甲基纤维素或木 质纤维素。作用是有效防止锚固浆液不发生离析、 泌水现象。 0036 以上所有原料均为市购商品。 0037 本发明还提供了一种上述锚固注浆材料的制备方法， 包括以下步骤 ： 0038 1) 按上述原料配方称取原料 ； 0039 2) 先将保水剂、 石膏、 硅灰、 减水剂、 速凝剂和缓凝剂用混料。
19、机混合均匀， 再投入其 余物料， 用搅拌机搅拌均匀， 得到锚固注浆材料。 0040 先将保水剂、 石膏、 硅灰、 减水剂、 速凝剂和缓凝剂混合的目的是防止少量组分直 接加入大量组分中会出现混合不均匀的现象， 减少少量组分粘附在生产设备内壁而造成损 失的可能性。 0041 所述步骤2)中的搅拌时间优选为15-25分钟， 时间过长会造成比重不同的组分发 生分层的现象， 时间过短会造成混料不均匀。 0042 本发明锚固注浆材料的使用方法为 ： 先将锚固注浆材料按照重量百分比加入 14 -16的水， 再用砂浆搅拌机搅拌 3-5 分钟。搅拌好的注浆料具有非常好的流动性， 能 够通过压浆机注入锚索、 锚杆。
20、孔内进行锚固。 0043 实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施， 给出了详细的实施方式和具体的 操作过程， 但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 0044 下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。 0045 实施例 1-10 锚固注浆材料的制备 0046 本发明锚固注浆材料的制备方法， 包括以下步骤 ： 0047 1) 按表 1 所示的原料配方称取原料 ； 0048 2) 先将石膏、 硅灰、 减水剂、 速凝剂、 缓凝剂和保水剂用小型混料机混合均匀， 再投 入其余物料， 用无重力搅拌机搅拌 15-25 分钟， 得到锚固注浆材料。实施例 1-10 制备方法 中的主要参数见表 1。 00。
21、49 表 1 实施例 1-1O 锚固注浆材料的配方及制备方法的主要参数 ( 配方单位 ： 重量 份 ) 0050 说 明 书 CN 102503324 A 5 4/7 页 6 0051 0052 说 明 书 CN 102503324 A 6 5/7 页 7 0053 重量份的计量单位可为千克或其倍级数值。 0054 锚固注浆材料的锚固效果检测 0055 对实施例所列锚固注浆材料进行锚固效果检测， 其中 ： 流动度参照 TB/ T3192-2008 进行 ( 在标准实验室温度 20下检测 ) ； 抗压强度参照 GB/T17671 进行， 试块 养护时分别放置在相应温度的冻融试验机或标准养护箱中养。
22、护 ( 实施例 1、 4、 7 在 0 ； 实 施例 2、 5、 8 在 -10 ； 实施例 3、 6、 9、 10 在 -20 )3h 测定， 再于 20放置 3d 测定 ； 限制膨 胀率按照 GB23439-2009 进行 ( 在标准实验室温度 20下检测 )。对锚固注浆材料的性能 检测结果见表 2。 0056 表 2 实施例 1-10 锚固注浆材料的性能 0057 说 明 书 CN 102503324 A 7 6/7 页 8 0058 从对实施例 1-10 锚固注浆材料的性能检测结果可以看出 ： 0059 1)虽然不同实施例适用于不同的环境温度， 例如实施例1、 4、 7适合0； 实施例。
23、2、 5、 8 适合 -10左右温度使用 ； 实施例 3、 6、 9、 10 适合 -20左右温度使用， 但表 1 列所有锚 固注浆材料在适用的使用温度下3小时均能够达到20MPa以上， 说明其能够用于低温环境。 0060 2) 锚固注浆材料的强度性能取决硫铝酸盐水泥熟料的 A12O3含量和掺量， 掺入锚 固注浆材料中的 A12O3量越大， 3d 抗压强度越高， 均达到 60MPa( 参见实施例 3、 6、 9 和 10， 相 当 A12O3掺量为 5034 17 )。 0061 3) 锚固注浆材料中石膏的掺量取决于 Al2O3掺量， 当 Al2O3与 SO3的比值在 4.70.1 时， 锚固。
24、注浆材料具有较优的强度性能且具有一定的微膨胀性。实施例 1、 4、 7 中 Al2O3与 SO3的比值为 4.78， 实施例 2、 5、 8 中 Al2O3与 SO3的比值为 4.72， 实施例 3、 6、 9、 10 中 Al2O3与 SO3的比值为 4.72， 均在 4.70.1 范围内。 0062 4) 采用两种减水剂复配使用的流动性能比采用单一磺化三聚氰胺甲醛树脂类减 水剂或含气量小于 3的聚羧酸减水剂的好。减水剂效果的好坏对比的前提是配方中除石 英砂外的胶凝材料量相同， 减水剂掺量也相同， 流动时间短， 则减水剂效果好。实施例 7 应 和 1、 4 对比， 实施例 8 应和 2、 5。
25、 对比， 实施例 9、 10 应和 3、 6 对比。表 2 数据显示， 实施例 7-10， 其流动时间比实施例 1-3 和实施例 4-6 中其相应的要短。 0063 5)在低温环境下(-200)， 要达到相同的强度要求时， 速凝剂和缓凝剂必须 同时使用， 并且温度越低， 速凝剂掺量越大， 缓凝剂掺量越少。实施例 1-3， 实施例 4-6， 实施 例 7-9 分别都是这个趋势。例如实施例 1 适用于使用温度 0， 速凝剂掺量为 0.02， 缓凝剂 掺量为 0.06 ； 而实施例 2 适用于使用温度 -10， 相对实施例 1 速凝剂增加了 0.02， 而缓凝 剂降低了 0.02 ； 实施例 3 适。
26、用于使用温度 -20， 相对实施例 1 速凝剂增加了 0.05， 缓凝剂 降低了 0.04。 0064 6) 当硫铝酸盐水泥熟料掺量越少时， 要达到相同的保水性能时 ( 不出现严重分 说 明 书 CN 102503324 A 8 7/7 页 9 层， 20 分钟流动度保留值满足要求 )， 硅灰和保水剂掺量越大。实施例 1-3， 实施例 4-6， 实 施例 7-9 分别都是这个趋势例如实施例 1 中硫铝酸盐水泥熟料为 40 份， 硅灰为 4 份， 保水 剂为 0.3 份， 当实施例 2 中硫铝酸盐水泥熟料为增加到 50 份时， 硅灰则降为 3 份， 保水剂降 为 0.2 份。 说 明 书 CN 102503324 A 9 。