一种快速干燥高强度薄喷材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及薄喷材料技术领域，具体涉及一种快速干燥高强度薄喷材料及其制备方法。

背景技术

裸露煤岩体的风化主要受风和水的影响，风化使裸露围岩内部固有的水气平衡被打破，当井下空气潮湿、含有大量水分时，巷道围岩吸收空气中的水分，产生岩体吸水软化的现象，使岩体软化崩解，强度降低，当井下空气比较干燥时，流动的风流带走岩体中原有的水分，使岩体风化干裂，引起岩体强度降低。

传统的干式喷浆技术，运料工作量大，辅助运输困难，成本高，采用薄喷技术可以在确保隔离和封闭性能的同时，减小运料工作量及成本，但现有的喷涂材料无法实现快速硬化，且抗压和抗折强度低。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供了一种快速干燥高强度薄喷材料及其制备方法：

(1)将二乙醇胺加入三口瓶中，将丁二酸酐加入溶剂N，N-二甲基乙酰胺中，并转移到恒压滴液漏斗中，滴加到三口瓶中，得到中间体A，将中间体A加入三口瓶中，加入催化剂，加入带水剂，将丙三醇滴加到三口瓶中，得到该起泡剂，通过加入该起泡剂解决了喷涂材料的抗压和抗折强度低的问题；

(2)将纯净水倒入三口烧瓶中，将十八水硫酸铝倒入三口烧瓶中，得到物料D，将二乙醇胺以滴加的方式加入盛有物料D的三口烧瓶，将硫酸铝和硝酸铝加入三口烧瓶，得到物料E，向物料E中加入丙烯酰胺，滴加三乙醇胺，得到物料G，将丙烯酸、聚羧酸减水剂大单体和水加入到三口烧瓶，加入过硫酸铵，得到物料H，将物料G与物料H混合均匀，得到该速凝剂，通过加入该速凝剂解决了现有的喷涂材料无法实现快速硬化的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种快速干燥高强度薄喷材料，包括以下重量份组分：

砂子20-30份、专业水泥20-30份、特制配方外加剂20-30份、速凝剂1-10份、微粉1-10份、起泡剂1-10份、稳定剂1-5份、水100-200份；

该快速干燥的高强度薄喷材料由以下步骤制备得到：

S1：将砂子、专业水泥和稳定剂加入搅拌设备中，搅拌5-10min；

S2：加入特制配方外加剂和微粉，保持转速为15-30转每分钟，搅拌4-8min，加入速凝剂，提高转速至35-45转每分钟，搅拌时间为1-2min，得到备用材料；

S3：使用喷涂泵将备用材料喷涂在所需位置，经过养护，得到该快速干燥的高强度薄喷材料。

作为本发明进一步的方案：所述专业水泥为普通硅酸盐水泥或磷酸镁水泥，所述特制配方外加剂为风积砂、聚丙烯纤维、玻璃纤维、胶粉中的一种或两种及以上按任意比例混合，所述稳定剂为氨基磺酸钠。

作为本发明进一步的方案：所述起泡剂由以下制备步骤得到：

S31：将二乙醇胺加入三口瓶中，加入溶剂N，N-二甲基乙酰胺，通入氮气，打开磁力搅拌器，将丁二酸酐加入溶剂N，N-二甲基乙酰胺中，将其完全溶解，并转移到恒压滴液漏斗中，滴加到三口瓶中，控制滴加速度为1-2滴/s，室温下反应6-8h，减压蒸馏，得到中间体A；

S32：将中间体A加入三口瓶中，打开磁力搅拌器，通入氮气，在三口瓶中加入催化剂，加入带水剂，将丙三醇加入到溶剂N，N-二甲基乙酰胺中将其完全溶解，转移至恒压滴液漏斗中，滴加到三口瓶中，控制滴加速度为1-2滴/s，同时开始加热至150-160℃，打开冷凝水回流，保持温度不变，反应24-26h，减压蒸馏，得到该起泡剂。

作为本发明进一步的方案：步骤S31中所述二乙醇胺与戊二酸酐的摩尔比为1:1。

作为本发明进一步的方案：步骤S32中所述催化剂为对甲苯磺酸，所述带水剂为甲苯，所述中间体A、催化剂、带水剂与丙三醇的用量比为18.1g：0.10g：36mL：0.92g。

作为本发明进一步的方案：所述速凝剂由以下步骤制备得到：

S61：将纯净水倒入三口烧瓶中，在水浴锅中逐渐升温到70-80℃，将十八水硫酸铝倒入三口烧瓶中，保持搅拌状态，搅拌20-30min，得到物料D；

S62：将二乙醇胺以滴加的方式加入盛有物料D的三口烧瓶，控制滴加速度为1-2滴/s，保持搅拌30-40min，将硫酸铝和硝酸铝加入三口烧瓶，搅拌20-30min，得到物料E；

S63：向物料E中加入丙烯酰胺，保持70-90℃搅拌30-40min，滴加三乙醇胺，控制滴加速度为1-2滴/s，保持搅拌状态30-40min，停止加热恢复室温，得到物料G；

S64：将丙烯酸、聚羧酸减水剂大单体和水加入到三口烧瓶，水浴加热到65-75℃搅拌30-40min，加入过硫酸铵搅拌45-55min，加入氢氧化铝，搅拌1-2h停止加热，保持搅拌状态自然冷却，得到物料H；

S65：将物料G与物料H混合均匀，在65-70℃的条件下保温搅拌30-40min，停止加热保持搅拌冷却至室温，得到该速凝剂。

作为本发明进一步的方案：步骤S61中所述纯净水与十八水硫酸铝的用量比为38g：49g；步骤S62中所述二乙醇胺、物料D、硫酸铝与硝酸铝的用量比为6g：77g：8g：2g。

作为本发明进一步的方案：步骤S63中所述物料E、丙烯酰胺与三乙醇胺的用量比为81g：2g：6g。

作为本发明进一步的方案：步骤S64中所述过硫酸铵的质量分数为20％，所述丙烯酸、聚羧酸减水剂大单体、水、过硫酸铵与氢氧化铝的用量比为20g：100g：400g：1.0g：30g，步骤S65中所述物料G与物料H的用量比为19g：1g。

一种快速干燥高强度薄喷材料的制备方法，该快速干燥的高强度薄喷材料具体由以下步骤制备得到：

S1：将砂子、专业水泥和稳定剂加入搅拌设备中，搅拌5-10min；

S2：加入特制配方外加剂和微粉，保持转速为15-30转每分钟，搅拌4-8min，加入速凝剂，提高转速至35-45转每分钟，搅拌时间为1-2min，得到备用材料；

S3：使用喷涂泵将备用材料喷涂在所需位置，经过养护，得到该快速干燥的高强度薄喷材料。

本发明的有益效果：

本发明是通过将二乙醇胺加入三口瓶中，将丁二酸酐加入溶剂N，N-二甲基乙酰胺中，并转移到恒压滴液漏斗中，滴加到三口瓶中，得到中间体A，将中间体A加入三口瓶中，加入催化剂，加入带水剂，将丙三醇滴加到三口瓶中，得到该起泡剂，起泡剂的界面活性作用和起泡剂的起泡作用是相辅相成的，起泡剂加入到薄喷材料中能够大大降低表面张力，当生成气泡时，所生成的气泡扩大了两相的相界面，使表面能增加，加入起泡剂之后能够在两相相界面分界处形成正吸附，亲水基团朝向水中，疏水基团朝向空气，分子呈定向地排列，在表面形成吸附层，分子间引力使之具有良好的机械强度，起泡剂分子在所形成的分子液膜的两侧规则分布，分子所带的同性电荷产生斥力，使气泡间因斥力而很难靠近，使气泡具有了良好的稳定性，从达到了提升薄喷材料的抗压强度和抗折强度的目的；

将纯净水倒入三口烧瓶中，将十八水硫酸铝倒入三口烧瓶中，得到物料D，将二乙醇胺以滴加的方式加入盛有物料D的三口烧瓶，将硫酸铝和硝酸铝加入三口烧瓶，得到物料E，向物料E中加入丙烯酰胺，滴加三乙醇胺，得到物料G，将丙烯酸、聚羧酸减水剂大单体和水加入到三口烧瓶，加入过硫酸铵，得到物料H，将物料G与物料H混合均匀，得到该速凝剂，加入十八水硫酸铝引入的大量铝离子水解得到氢氧化铝可以和氢氧化钙反应生成钙矾石，钙矾石的生成可以相互搭接形成致密的空间网络结构，起到促凝和提高早期强度的作用，加入的硝酸铝易溶于水可以提供铝离子，也可以防止硫酸铝引入过量的硫酸根离子所导致的后期强度损失；

加入丙烯酸和聚羧酸减水剂大单体作为有机酸络合剂可以提高铝离子的溶解度，进一步降低硫酸铝的浓度，防止过饱和硫酸铝溶液结晶失稳，同时提高了薄喷材料的初始流动性，有利于提高结构的均匀性，三乙醇胺可以使薄喷材料和水之间的界面张力急剧减小，使薄喷材料和水接触更加充分，有利于薄喷材料充分水化，加快水化速率，界面张力的降低使氢氧化钙的溶解度提高，可以和薄喷材料体系中的氢氧化铝、硫酸铝组分反应生成更多的钙矾石，从而达到促凝、早强的目的。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本实施例为一种快速干燥高强度薄喷材料，该快速干燥的高强度薄喷材料具体由以下步骤制备得到：

S1：将砂子、专业水泥和稳定剂加入搅拌设备中，搅拌5min；

S2：加入特制配方外加剂和微粉，保持转速为30转每分钟，搅拌8min，加入速凝剂，提高转速至45转每分钟，搅拌时间为2min，得到备用材料；

S3：使用喷涂泵将备用材料喷涂在所需位置，喷涂厚度15mm，每平米使用30kg，经过养护，得到该快速干燥的高强度薄喷材料；

其中起泡剂由以下制备步骤得到：

S31：将二乙醇胺加入三口瓶中，加入溶剂N，N-二甲基乙酰胺，通入氮气，打开磁力搅拌器，将丁二酸酐加入溶剂N，N-二甲基乙酰胺中，将其完全溶解，并转移到恒压滴液漏斗中，滴加到三口瓶中，控制滴加速度为1滴/s，室温下反应6h，减压蒸馏，得到中间体A；

S32：将中间体A加入三口瓶中，打开磁力搅拌器，通入氮气，在三口瓶中加入催化剂，加入带水剂，将丙三醇加入到溶剂N，N-二甲基乙酰胺中将其完全溶解，转移至恒压滴液漏斗中，滴加到三口瓶中，控制滴加速度为1滴/s，同时开始加热至150℃，打开冷凝水回流，保持温度不变，反应24h，减压蒸馏，得到该起泡剂；

其中速凝剂由以下步骤制备得到：

S61：将纯净水倒入三口烧瓶中，在水浴锅中逐渐升温到70℃，将十八水硫酸铝倒入三口烧瓶中，保持搅拌状态，搅拌20min，得到物料D；

S62：将二乙醇胺以滴加的方式加入盛有物料D的三口烧瓶，控制滴加速度为1滴/s，保持搅拌30min，将硫酸铝和硝酸铝加入三口烧瓶，搅拌20min，得到物料E；

S63：向物料E中加入丙烯酰胺，保持70℃搅拌30min，滴加三乙醇胺，控制滴加速度为1滴/s，保持搅拌状态30min，停止加热恢复室温，得到物料G；

S64：将丙烯酸、聚羧酸减水剂大单体和水加入到三口烧瓶，水浴加热到65℃搅拌30min，加入过硫酸铵搅拌45min，加入氢氧化铝，搅拌1h停止加热，保持搅拌状态自然冷却，得到物料H；

S65：将物料G与物料H混合均匀，在65℃的条件下保温搅拌30min，停止加热保持搅拌冷却至室温，得到该速凝剂。

实施例2：

本实施例为一种快速干燥高强度薄喷材料，该快速干燥的高强度薄喷材料具体由以下步骤制备得到：

S1：将砂子、专业水泥和稳定剂加入搅拌设备中，搅拌8min；

S2：加入特制配方外加剂和微粉，保持转速为30转每分钟，搅拌8min，加入速凝剂，提高转速至45转每分钟，搅拌时间为2min，得到备用材料；

S3：使用喷涂泵将备用材料喷涂在所需位置，喷涂厚度20mm，每平米使用42kg，经过养护，得到该快速干燥的高强度薄喷材料；

其中起泡剂由以下制备步骤得到：

S31：将二乙醇胺加入三口瓶中，加入溶剂N，N-二甲基乙酰胺，通入氮气，打开磁力搅拌器，将丁二酸酐加入溶剂N，N-二甲基乙酰胺中，将其完全溶解，并转移到恒压滴液漏斗中，滴加到三口瓶中，控制滴加速度为2滴/s，室温下反应6h，减压蒸馏，得到中间体A；

S32：将中间体A加入三口瓶中，打开磁力搅拌器，通入氮气，在三口瓶中加入催化剂，加入带水剂，将丙三醇加入到溶剂N，N-二甲基乙酰胺中将其完全溶解，转移至恒压滴液漏斗中，滴加到三口瓶中，控制滴加速度为1滴/s，同时开始加热至150℃，打开冷凝水回流，保持温度不变，反应24h，减压蒸馏，得到该起泡剂；

其中速凝剂由以下步骤制备得到：

S61：将纯净水倒入三口烧瓶中，在水浴锅中逐渐升温到80℃，将十八水硫酸铝倒入三口烧瓶中，保持搅拌状态，搅拌30min，得到物料D；

S62：将二乙醇胺以滴加的方式加入盛有物料D的三口烧瓶，控制滴加速度为2滴/s，保持搅拌40min，将硫酸铝和硝酸铝加入三口烧瓶，搅拌30min，得到物料E；

S63：向物料E中加入丙烯酰胺，保持90℃搅拌40min，滴加三乙醇胺，控制滴加速度为2滴/s，保持搅拌状态40min，停止加热恢复室温，得到物料G；

S64：将丙烯酸、聚羧酸减水剂大单体和水加入到三口烧瓶，水浴加热到75℃搅拌40min，加入过硫酸铵搅拌55min，加入氢氧化铝，搅拌2h停止加热，保持搅拌状态自然冷却，得到物料H；

S65：将物料G与物料H混合均匀，在70℃的条件下保温搅拌40min，停止加热保持搅拌冷却至室温，得到该速凝剂。

实施例3：

本实施例为一种快速干燥高强度薄喷材料，该快速干燥的高强度薄喷材料具体由以下步骤制备得到：

S1：将砂子、专业水泥和稳定剂加入搅拌设备中，搅拌10min；

S2：加入特制配方外加剂和微粉，保持转速为30转每分钟，搅拌8min，加入速凝剂，提高转速至45转每分钟，搅拌时间为2min，得到备用材料；

S3：使用喷涂泵将备用材料喷涂在所需位置，喷涂厚度20mm，每平米使用42kg，经过养护，得到该快速干燥的高强度薄喷材料；

其中起泡剂由以下制备步骤得到：

S31：将二乙醇胺加入三口瓶中，加入溶剂N，N-二甲基乙酰胺，通入氮气，打开磁力搅拌器，将丁二酸酐加入溶剂N，N-二甲基乙酰胺中，将其完全溶解，并转移到恒压滴液漏斗中，滴加到三口瓶中，控制滴加速度为2滴/s，室温下反应8h，减压蒸馏，得到中间体A；

S32：将中间体A加入三口瓶中，打开磁力搅拌器，通入氮气，在三口瓶中加入催化剂，加入带水剂，将丙三醇加入到溶剂N，N-二甲基乙酰胺中将其完全溶解，转移至恒压滴液漏斗中，滴加到三口瓶中，控制滴加速度为2滴/s，同时开始加热至160℃，打开冷凝水回流，保持温度不变，反应26h，减压蒸馏，得到该起泡剂；

其中速凝剂由以下步骤制备得到：

S61：将纯净水倒入三口烧瓶中，在水浴锅中逐渐升温到80℃，将十八水硫酸铝倒入三口烧瓶中，保持搅拌状态，搅拌30min，得到物料D；

S62：将二乙醇胺以滴加的方式加入盛有物料D的三口烧瓶，控制滴加速度为2滴/s，保持搅拌40min，将硫酸铝和硝酸铝加入三口烧瓶，搅拌30min，得到物料E；

S63：向物料E中加入丙烯酰胺，保持90℃搅拌40min，滴加三乙醇胺，控制滴加速度为2滴/s，保持搅拌状态40min，停止加热恢复室温，得到物料G；

S64：将丙烯酸、聚羧酸减水剂大单体和水加入到三口烧瓶，水浴加热到75℃搅拌40min，加入过硫酸铵搅拌55min，加入氢氧化铝，搅拌2h停止加热，保持搅拌状态自然冷却，得到物料H；

S65：将物料G与物料H混合均匀，在70℃的条件下保温搅拌40min，停止加热保持搅拌冷却至室温，得到该速凝剂。

对比例1：

本对比例与实施例3相比未添加起泡剂，其余步骤相同；

对比例2：

本对比例使用8888型速凝剂代替速凝剂，其余步骤相同；

将实施例1-3以及对比例1-2的快速干燥高强度薄喷材料进行测试，水泥净浆凝结时间和强度按照《喷射混凝土用速凝剂》(JC477-2005)的标准测定，根据《水泥胶砂强度试验方法》(GB/T17671-1999)测试空白组强度；

检测结果如下表所示：

由上表可知，在相同测试条件下，实验例的初凝时间达到了31-35min，而未添加起泡剂的对比例1的初凝时间为46min，使用8888型速凝剂代替速凝剂的对比例2的初凝时间为70min，实验例1d的抗压强度达到了23-25MPa，而未添加起泡剂的对比例1的1d后抗压强度为10MPa，使用8888型速凝剂代替速凝剂的对比例2的1d后抗压强度为15MPa，实验例7d的抗压强度达到了34-38MPa，而未添加起泡剂的对比例1的7d后抗压强度为21MPa，使用8888型速凝剂代替速凝剂的对比例2的7d后抗压强度为26MPa，实验例28d的抗压强度达到了58-66MPa，而未添加起泡剂的对比例1的28d后抗压强度为39MPa，使用8888型速凝剂代替速凝剂的对比例2的28d后抗压强度为48MPa，实验例的数据均优于对比例，说明添加速凝剂和起泡剂可以明显提高材料的凝结速度和抗压强度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。