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表面覆蓋材料的制作方法

文檔序號(hào):5294025閱讀:626來源:國知局
專利名稱:表面覆蓋材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及表面覆蓋材料。
在我們的南非專利申請(qǐng)No.94/0532中描述了這樣的表面覆蓋材料。雖然這些材料具有許多優(yōu)異的性能,但在地下使用時(shí)存在一些弱點(diǎn)。礦井中的問題是環(huán)境的高濕度和常常有非常小的空氣流動(dòng)。在這一場合,現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)前述材料需要花費(fèi)很多時(shí)間去干燥和固化,這在某些環(huán)境中是不可接受的。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供了一種表面覆蓋材料,它包括水泥成分(包括高吸水性水泥摻混物)與第二種成分(它引入水性聚合物乳液)的混合物。該材料能夠被涂敷到隧道內(nèi)、礦山挖掘后的穴和礦柱的例如巖石和煤炭表面上(為方便起見,在本說明書中巖石和煤炭都被稱作“巖石”)以及涂敷在巖栓(rock bolts)的基板周圍,以抑制被覆蓋的巖石發(fā)生瓦解。
術(shù)語“高吸水性”應(yīng)該根據(jù)下面來解釋一普通硅酸鹽水泥(ordinaryPortland cement,“OPC”)將按以下比例吸收水,即100gm OPC/38grm水?!案呶运鄵交煳铩睂⑽罩辽倨浔旧碣|(zhì)量的水。水泥成分優(yōu)選吸收至少三倍其本身質(zhì)量的水和在優(yōu)選的實(shí)施方案中將吸收5倍其本身質(zhì)量的水。
因?yàn)樗喑煞质歉呶缘模軌蜉^好地吸收第二成分的液體組分。此外,在相反的情況下,由于這一原因,水泥成分能夠克服所遇到的問題,即聚合物涂敷較大比例的固體成分的粒料,從而防止太多鈣礬石的形成。
第二種成分可以是液體成分?;蛘?,第二種成分可以是干燥材料。
表面覆蓋材料優(yōu)選通過噴射被涂敷在巖石表面上。為此目的,在被噴射在巖石表面之前,這些成分優(yōu)選被混合起來?;旌衔镆话憔哂杏邢薜馁A存期,所以必須在一定的時(shí)期內(nèi)噴射,在混合后大約20-30分鐘。
當(dāng)兩種成分是干燥原料時(shí),兩種成分可方便地混合或摻混在一起,然后向混合物中加入合適量的水。此外,干燥原料和水的混合物能夠由類似于壓力噴漿法(“Gunite”法)的方法噴射到表面上。
水泥成分和第二種成分優(yōu)選按照1∶3的比例混合。(在本說明書中所有的比例和百分?jǐn)?shù)都是以質(zhì)量比來計(jì)算的。)水泥成分優(yōu)選包括與蘇打灰、碳酸鋰和氟化鈉和合適的話還有Natrasol250HR或CellosizeQP 52000一起形成混合物的基料的高礬土水泥,OPC和無水石膏(無水硫酸鈣)。以上提及的形成混合物的基料的物質(zhì)占整個(gè)混合物的99%或更高。我們發(fā)現(xiàn),次要成分與主要成分反應(yīng)為水泥成分提供了高吸水特征。
OPC可占水泥成分的40%-52%以及優(yōu)選約47%。高礬土水泥占水泥成分的18%-28%,優(yōu)選約23%。無水石膏占水泥成分的27%-31%,優(yōu)選約29%。
氟化鈉優(yōu)選是輕質(zhì)95%技術(shù)等級(jí)氟化鈉。
蘇打灰應(yīng)該是磨細(xì)的蘇打灰。蘇打灰和氟化鈉各自占水泥成分的0.25%-0.35%,優(yōu)選約0.3%。碳酸鋰和Natrasol(或Cellosize)各自占水泥成分的0.09%-0.15%,優(yōu)選約0.1%。
優(yōu)選地第二種成分進(jìn)一步包括阻燃劑。優(yōu)選的阻燃劑包括三氧化銻和氯化石蠟,后者優(yōu)選是以商品名“CereclorTM70”銷售的固體。該阻燃劑優(yōu)選占第二種成分的約10%-20%。氯化石蠟可適宜占第二種成分的8%-12%,優(yōu)選10%-11%,最優(yōu)選約10.7%,而三氧化銻適宜占第二種成分的3%-7%,優(yōu)選5%-5.5%,最優(yōu)選約5.4%。
乳液優(yōu)選是丙烯酸乳液粘結(jié)劑,適宜的是乙酸乙烯酯-乙烯共聚物,并優(yōu)選是以商品名“AirflexTM300”購買的產(chǎn)品。該材料形成了涂敷的表面覆蓋層的粘結(jié)劑,使固化表面覆蓋層具有改進(jìn)的柔性、彈性和拉伸強(qiáng)度。另外為巖石表面提供改進(jìn)的粘合性。乙酸乙烯酯/乙烯共聚物適宜占第二種成分的60%-75%,優(yōu)選65%-70%,最優(yōu)選約67.6%。
增塑劑也被包括在內(nèi)以改進(jìn)材料一旦固化后的柔性和回彈性。增塑劑尤其協(xié)助在小的半徑上提供回彈性和柔性,如在緩慢和快速的負(fù)載條件下巖石變形過程中在巖石邊緣遇到的小半徑。優(yōu)選的增塑劑是鄰苯二甲酸二丁基酯。增塑劑占第二種成分的5%-10%,優(yōu)選7%-8%,最優(yōu)選7.8%。
還可添加用于防止細(xì)菌和酶生長的殺菌劑。它適宜是以商品名“MetatinTMG.T.”銷售的物質(zhì)。僅僅需要添加少量的殺菌劑,一般低于第二種成分的1%,適宜在0.1%-0.2%之間,優(yōu)選約0.13%。
消泡劑也優(yōu)選被加入以防止起泡和在產(chǎn)物中夾帶氣泡以及防止固化產(chǎn)物的強(qiáng)度的降低。兩種優(yōu)選的消泡劑是BEVALOID513和NEPCOADW。僅僅需要提供少量的該試劑,一般低于第二種成分的0.5%,適宜在0.1%-0.3%之間。消泡劑的量能夠進(jìn)行調(diào)節(jié),尤其在產(chǎn)物的混合物階段通過檢查來補(bǔ)充。
覆蓋材料優(yōu)選被提供增稠劑,優(yōu)選形成了觸變粘度增長和有助于防止流掛。優(yōu)選在第二種成分中提供該增稠劑。優(yōu)選的增稠劑是ATTAGEL50。它優(yōu)選以15%水懸浮液添加。該懸浮液占第二種成分的2%-4%,優(yōu)選約2.7%。
第二種成分進(jìn)一步包括較少量的水,水適宜占第二種成分質(zhì)量的2%-10%,更適宜4.5%-6%,優(yōu)選約5.4%。另外,如以上所述,第二種成分可以是干燥材料,它優(yōu)選通過干燥乳液以及任何其它含液體的物質(zhì),然后將干燥過的產(chǎn)物與任何其它固體物質(zhì)摻混來形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了以上所列表面覆蓋材料的第二種成分。根據(jù)本發(fā)明的又一方面,提供了以上所列表面覆蓋材料的水泥成分。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面,提供了在礦井中加強(qiáng)巖石表面的方法,它包括在該表面上形成一層上述材料并使之固化。
下面通過實(shí)施例來說明表面覆蓋材料的實(shí)例。
實(shí)施例I表面覆蓋材料包括第一種水泥成分和第二種液體成分。1000kg固體成分的混合物包括名稱 質(zhì)量kg %高礬土水泥 230.0 23.0OPC 470.0047.0無水石膏(無水硫酸鈣)292.0 29.2磨細(xì)的蘇打灰E.P./V.S.P 3.0 0.3氟化鈉95%輕質(zhì)技術(shù)等級(jí) 3.0 0.3碳酸鋰(99%純度)1.0 0.1Natrasol250 H.R. 1.0 0.11000 100.0我們發(fā)現(xiàn),100gm的該水泥混合物將吸收至少500gm的水。所以它是高吸水性的。
液體成分包括名稱 %Airflex 300乳液粘結(jié)劑 67.57鄰苯二甲酸二丁基酯 增塑劑 7.81三氧化銻 阻燃劑 5.38Cereclor 70阻燃劑 10.77Attagel的15%水溶液抗流掛劑 2.69Acticide 殺菌劑 0.13消泡劑 0.26水 5.39100.00第二種成分的各種組分在高速混合機(jī)中被混合在一起,直至阻燃劑被分散,即在室溫下10-20分鐘。
水泥和液體成分在特殊噴射器的料斗中在室溫下按照三份液體成分與一份水泥成分的比例混合在一起?;旌衔锢^續(xù)攪拌,到使用時(shí)才停止?;旌衔飳⒃诖蠹s30分鐘內(nèi)固化,所以應(yīng)該在混合約20分鐘內(nèi)就應(yīng)該使用?;旌衔锉粐娚湓趲r石表面上以提供不低于2.0mm厚度的層?;旌衔锏膰娚渌俾适窃?00-300升/小時(shí)的范圍內(nèi)。
我們發(fā)現(xiàn),水泥組分吸收第二種成分中的水,這樣表面層甚至在100%濕度的條件下干燥成干膜,因此表層將在15分鐘內(nèi)充分固化而能夠自支持(self-support),并能夠在2-3小時(shí)內(nèi)為巖石提供初始的支持體。當(dāng)完全固化時(shí),一般需要大約28天,該層面將具有不低于1.5兆帕斯卡的單軸拉伸強(qiáng)度。該層面也具有足夠的柔性,伸長率在50-60%之間。這些特性能夠使該層面為巖石形成限制作用以控制巖石表面的破裂并改進(jìn)巖石塊的穩(wěn)定性。這是因?yàn)槿嵝缘膶用鎸⒂兄诤纳⒌羲尫诺哪芰浚瑓f(xié)助控制巖石變形以及保持關(guān)鍵的巖石在原位不動(dòng),從而有助于減少巖石的下落并進(jìn)一步穩(wěn)定地保持住巖石,甚至在較高的能量釋放速率時(shí)。當(dāng)然該強(qiáng)度是有限的,在極高外力作用下該層面會(huì)遭到破壞。固化的層面對(duì)礦井內(nèi)見到的大多數(shù)巖石基體具有足夠的粘結(jié)性。
噴射機(jī)器和料斗能夠用水清洗,而廢水能夠跑出并結(jié)合礦井內(nèi)的其它水。沒有必要為清洗各部件而提供毒性的液體。產(chǎn)生表面覆蓋層的成分和滿足此目的的機(jī)械設(shè)備是不太昂貴的。
實(shí)施例II與實(shí)施例I中一樣形成了各成分。使用在入口處裝有混合器具的噴嘴?;旌掀骶甙◣в新菪龢~的靜態(tài)螺旋式混合器,其中螺旋槳葉的排列方式應(yīng)能夠促使各連續(xù)(consecutive)槳葉在旋轉(zhuǎn)時(shí)使混合物向著與前一槳葉相反的方向通過管道。
各種成分被單獨(dú)加入到噴嘴中,在進(jìn)入噴嘴之前混合裝置將兩成分進(jìn)行摻混,然后由噴嘴將摻混物噴涂在被涂敷的巖石表面上。
實(shí)施例III水泥成分如實(shí)施例I中所述。液體聚合物和增塑劑的摻混物在空氣干燥機(jī)中進(jìn)行干燥以除去水。形成了干燥粉末。干燥粉末然后與第二種成分的剩余固體進(jìn)行摻混。
水泥成分和第二種成分然后相互摻混。在礦井內(nèi)需要涂敷巖石的現(xiàn)場,將水合用的水加入到混合物中。產(chǎn)物被攪拌和然后按實(shí)施例I中所述被噴涂。
實(shí)施例IV第一和第二成分的干燥混合物按照實(shí)施例III中所述制備。干燥混合物和水在加壓下借助于“Gunite”噴嘴被噴涂在巖石表面上。該噴嘴內(nèi)部裝有穿孔歧管,水在加壓下通過該穿孔歧管被引入與氣動(dòng)傳輸?shù)絿娮靸?nèi)的固體材料混合?;旌衔锉粐娡吭趲r石表面上。
根據(jù)實(shí)施例II、III和IV噴涂的巖石覆蓋材料具有與實(shí)施例I所述同樣的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明不限于實(shí)施例中列出的細(xì)節(jié)。材料的各成分可作一些變化。例如在0.5-12mm之間的親水性纖維或玻璃纖維能夠加入到材料中以提高固化層的拉伸強(qiáng)度,尤其在后破壞階段。替代性的阻燃劑,殺菌劑和消泡劑都可以使用。其它附加的水可加入以降低第二種成分的粘度。
如果需要,發(fā)泡劑可加入到第二種成分中(且,消泡劑不需要),因此在固化或部分固化層上噴射該材料的發(fā)泡層。該發(fā)泡層可以是大約35-75mm,優(yōu)選50mm厚。發(fā)泡的層將為巖石壁提供絕熱作用,并抑制巖石的熱量進(jìn)入礦井的工作空間中。
權(quán)利要求
1.包括水泥成分和第二種成分的混合物的表面覆蓋材料,其特征在于水泥成分包括高吸水性的水泥摻混物,第二種成分引入聚合物水乳液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的材料,其特征在于水泥成分將吸收其本身質(zhì)量的水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的材料,其特征在于水泥成分將吸收5倍其本身質(zhì)量的水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的材料,其特征在于水泥混合物包括與蘇打灰、碳酸鋰和氟化鈉一起形成混合物的基料的高礬土水泥,普通硅酸鹽水泥和無水石膏(無水硫酸鈣)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的材料,其特征在于進(jìn)一步包括Natrasol250HR或CellosizeQP 52000。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的材料,其特征在于該高礬土水泥,普通硅酸鹽水泥和無水石膏占水泥成分的99%或更高。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述的材料,其特征在于該普通硅酸鹽水泥占水泥成分的40%-52%,優(yōu)選約47%。
8.根據(jù)權(quán)利要求4、5、6或7的材料,其特征在于該高礬土水泥占水泥成分的18-28%,優(yōu)選約25%。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-8中任何一項(xiàng)的材料,其特征在于該無水石膏占水泥成分的27%-31%,優(yōu)選約29%。
10.根據(jù)權(quán)利要求4-9中任何一項(xiàng)的材料,其特征在于該蘇打灰占水泥成分的0.25%-0.35%,優(yōu)選約0.3%。
11.根據(jù)權(quán)利要求4-10中任何一項(xiàng)的材料,其特征在于該氟化鈉占水泥成分的0.25%-0.35%,優(yōu)選約0.3%。
12.根據(jù)權(quán)利要求4-11中任何一項(xiàng)的材料,其特征在于該碳酸氫鋰占水泥成分的0.09%-0.15%,優(yōu)選約0.1%。
13.根據(jù)權(quán)利要求4-12中任何一項(xiàng)的材料,其特征在于Natrasol占水泥成分的0.09%-0.15%,優(yōu)選約0.1%。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的材料,其特征在于第二種成分進(jìn)一步包括阻燃劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的材料,其特征在于該阻燃劑包括三氧化銻和氯化石蠟。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的材料,其特征在于該乳液是丙烯酸乳液粘結(jié)劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的材料,其特征在于該乳液是乙酸乙烯酯/乙烯共聚物。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的材料,其特征在于該乙酸乙烯酯/乙烯共聚物占第二種成分的60%-70%,優(yōu)選65%-70%,最優(yōu)選約67.5%。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的材料,其特征在于包括增塑劑。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的材料,其特征在于該增塑劑是鄰苯二甲酸二丁基酯。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20的材料,其特征在于該增塑劑占第二中成分的5%-10%,優(yōu)選7%-8%,最優(yōu)選7.8%。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的材料,其特征在于在其中提供有用于抑制細(xì)菌和酶類生長的殺菌劑。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的材料,其特征在于消泡劑被加入到第二種成分中。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的材料,其特征在于該發(fā)泡劑占第二種成分的0.5%以下,適宜地,在0.1%-0.3%之間。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的材料,其特征在于在覆蓋材料中提供增稠劑,優(yōu)選形成了觸變粘度增長和有助于防止流掛。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的材料,其特征在于該增稠劑被提供在第二種成分中。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的材料,其特征在于該增稠劑以15%水溶液形式添加,它優(yōu)選占第二種成分的2%-4%,優(yōu)選約2.7%。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的材料,其特征在于第一和第二成分按照1∶3的比例進(jìn)行混合。
29.用于權(quán)利要求1的覆蓋材料中的水泥成分,其特征在于它包括高礬土水泥,普通硅酸鹽水泥和無水石膏(無水硫酸鈣)以及蘇打灰、碳酸鋰和氟化鈉。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的水泥成分,其特征在于進(jìn)一步包括Natrasol250HR或CellosizeQP 52000。
31.用于權(quán)利要求1的覆蓋材料中的第二種成分,其特征在于它包括液體成分。
32.用于權(quán)利要求1的覆蓋材料中的第二種成分,其特征在于它包括干燥固體成分。
33.加強(qiáng)礦井內(nèi)巖石表面的方法,其特征在于在該表面上涂敷權(quán)利要求1-28中任何一項(xiàng)的表面覆蓋材料的層,并使其固化。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法,其特征在于該表面覆蓋材料通過噴射在該表面上而被涂敷在該表面上。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法,當(dāng)其從屬于權(quán)利要求32時(shí),其特征在于干燥成分和水通過壓力噴漿方法被噴射在該表面上。
全文摘要
描述了一種表面覆蓋材料,該材料能夠被涂敷到隧道內(nèi)、礦山挖掘后的穴和礦柱的例如巖石和煤炭表面上(為方便起見,在本說明書中巖石和煤炭都被稱作“巖石”)以及涂敷在巖栓的基板周圍,以抑制被覆蓋的巖石發(fā)生瓦解。它包括水泥成分(包括高吸水性水泥摻混物)與第二種成分(它引入水性聚合物乳液)的混合物。該高吸水性水泥摻混物能夠吸收至少其本身質(zhì)量的水,且在一些情況下吸收5倍其本身質(zhì)量的水。該覆蓋材料在高濕度和空氣流動(dòng)少的礦井中快速干燥。
文檔編號(hào)E21DGK1261392SQ98806395
公開日2000年7月26日 申請(qǐng)日期1998年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月20日
發(fā)明者肯尼思·艾爾弗雷德·朱伯特, 亨德里克·約翰尼斯·范維倫 申請(qǐng)人:埃爾曼有限公司
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