CN101602880B - 一种化学注浆加固材料及其制备方法 - Google Patents

一种化学注浆加固材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种加固材料及其制备方法，提供一种双组分的化学注浆加固材料，有效解决了传统化学注浆材料聚氨酯聚合缓慢，阻燃性能差，污染环境的问题。所述化学注浆材料使用时由A组分酚醛树脂与B组分固化剂按重量比1∶1混合。所述酚醛树脂是将苯酚、甲醛按重量比例为1∶1.3～1.5混合后，加入催化剂NaOH，加热至90℃-100℃，反应4-6小时，进行中和、脱水后，冷却至25℃，加入发泡剂和表面活性剂充分混合，即得酚醛树脂。所述固化剂由0.6-1.0重量份对甲苯磺酸、0.8-1.3重量份磷酸、0.5-1.0重量份盐酸及0.1重量份乙二醇组成。本发明所述化学注浆材料凝固时间短，阻燃氧指数≥54，适用于矿井的注浆加固工程，也适用于一般地下工程和水利工程的防渗堵漏与加固工程。

Description

一种化学注浆加固材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种加固材料及其制备方法，具体地说，涉及一种注浆加固材料及其制备方法。
背景技术
在矿物采掘过程中，常常在采掘面及支撑面会遇到作业点因密度强度不同而形成断裂破碎带，从而影响了采掘进度，存在安全隐患。
利用有机高分子材料进行加固是国外在七十年代初期发展起来的一项新技术，几十年来，这一技术在世界主要产煤国家得到迅速发展。我国在九十年代初期开始研究化学注浆加固技术，并已经取得较大的进展。
对煤矿井下工作面断层破碎带进行化学注浆加固，可将断层破碎带内破碎围岩固化为具有一定强度的密实体，以增加矿层强度，提高工作面顶板的整体强度及完整性，人为地改善工作面顶板的受力状况，达到防渗、堵漏和加固的目的，为安全、高效回采创造了条件。与传统工作面过断层的方法相比，既可提高工作效率，又减少工人作业的危险性。目前，化学注浆法已被广泛地应用于大坝的坝基基础加固和防渗、地下隧道开挖、混凝土缺陷修复等诸多工程领域。
当前常用的化学注浆加固材料为聚氨酯，缺点是阻燃性能差，很难达到国家GB8624-97标准难燃B1级，强度小，造价高，如遇火灾，烟密度大，伴有液体滴落和有毒物质氰离子释放，易于引起环境污染。另外，在环境温度较低时，聚氨酯在混合后需1-2分钟固化，在此过程中有液体滴落。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种可在环境温度0℃时使用的加固材料，混合后仅需15至30秒即可迅速固化。
为达到上述目的，本发明公开的化学注浆加固材料的技术方案是这样实现的：一种化学注浆加固材料，是一种包括A组分和B组分的双组分组合物，A组分为酚醛树脂，B组分为固化剂；
所述酚醛树脂是将苯酚、甲醛按重量比为1∶1.3～1.5混合后，加入占苯酚和甲醛总重量10‰-13‰的NaOH，加热至90℃-100℃，在此温度条件下反应4-6小时，进行中和、脱水后，停止加热，冷却至25℃，加入占苯酚和甲醛总重量6％-8％的发泡剂和占苯酚和甲醛总重量6％-10％的表面活性剂充分混合，即得酚醛树脂；
所述固化剂由0.6-1.0重量份对甲苯磺酸、0.8-1.3重量份磷酸、0.5-1.0重量份盐酸及0.1重量份乙二醇组成，所述盐酸质量百分比为37％，所述磷酸质量百分比为98％；使用时A组分与B组分按重量比1∶1混合。
所述发泡剂优选为环戊烷或石油醚。
所述表面活性剂优选为硅油。
本发明还提供一种制备所述化学注浆加固材料的方法，包括以下步骤：
1)制备酚醛树脂：将苯酚和甲醛按重量比1∶1.3～1.5混合，加入占苯酚和甲醛总重量10‰-13‰的催化剂NaOH，加热至90℃-100℃，优选加热至90℃～95℃，反应4-6小时进行中和、脱水后，停止加热，冷却至25℃后，加入发泡剂和表面活性剂充分混合，获得酚醛树脂；
2)制备固化剂：将0.6-1.0重量份对甲苯磺酸、0.8-1.3重量份磷酸、0.5-1.0重量份盐酸及0.1重量份乙二醇混合后即为固化剂，所述盐酸质量百分比为37％，所述磷酸质量百分比为98％；
3)使用时将等重量份的步骤1所得酚醛树脂与步骤2所得固化剂高压混合。
步骤1所得酚醛树脂与步骤2所得固化剂高压注入煤岩体后，两种组份等量充分混合很快固化，生成对煤岩体具有较高粘结性的有机弹性体，并与煤岩体坚固粘结，发挥堵水、堵漏和加固作用。
与现有技术中的化学注浆加固材料聚氨酯相比，本发明所述化学注浆材料具有以下突出优点：可在环境温度0℃时使用，仅需15至30秒即可迅速聚合，其阻燃氧指数LOI≥54，不起明火，烟密度等级SDR≤25，抗压强度达350Mpa，操作方便，成本低廉。通过改变固化剂中盐酸所占比例可调节膨胀倍数，盐酸所占比例高时，膨胀系数为5-10倍，常用于加固；盐酸所占比例较低时，膨胀系数可达25-30倍，常用于填充。该产品应用广泛，操作简便，储运灵活，经济环保，特别适宜高瓦斯矿井和易发火区域。
本发明所述化学注浆固化材料具有较高的粘合力和较好的机械性能，与地层有较强的亲和力，柔韧性能较好，能承受一定的地层变形。材料注入地层以后，低粘度混合物保持几秒钟，渗透进细小的裂缝膨胀，产生二次压力，将受注体更好地胶结为一个整体，提高了稳定性和抗压承载能力，为工作面回采创造了安全的施工环境。从而提高了工作面推进速度，是煤矿井下具有推广前景的一项实用技术，适用于矿井井筒、巷道的注浆加固工程、注浆堵水工程和注浆堵漏工程，也适用于一般地下工程和水利工程的防渗堵漏与加固工程。本发明所述化学注浆材料可注性好、膨胀系数可调，可在低温使用，采用传统双液注浆方法施工，方法简便，使用效果明显。
具体实施方式
实施例1：
1)制备酚醛树脂：取10kg苯酚、13kg甲醛，与0.23kg的NaOH充分混合，加热至95℃，在该温度条件下反应4小时，用98％磷酸进行中和，脱水至固含量大于70％后，停止加热，冷却至25℃，加入1.84kg硅油、2.3kg环戊烷，充分混合；
2)制备固化剂：取10kg对甲苯磺酸、13kg的98％磷酸、5kg的37％盐酸及1kg增塑剂乙二醇混合。
3)使用时用高压喷涂机将等重量的步骤1所得酚醛树脂与步骤2所得固化剂同时混合射出。
本实施例中苯酚与甲醛重量之比为1∶1.3，NaOH占苯酚和甲醛总重量的10‰，硅油、环戊烷分别占苯酚和甲醛总重量的8％、10％，所得化学注浆加固材料凝固时间为18秒，阻燃氧指数LOI为54，不起明火，烟密度等级SDR为22，抗压强度为350Mpa，硬度较小，膨胀系数达28倍，多用于填充。
实施例2：
1)制备酚醛树脂：取10kg苯酚、15kg甲醛，与0.325kg的NaOH充分混合，加热至90℃，在该温度条件下反应6小时，用98％磷酸进行中和，脱水至固含量大于70％后，进行中和、脱水后，停止加热，冷却至25℃，加入1.75kg硅油、2.0kg石油醚，充分混合；
2)制备固化剂：取6kg对甲苯磺酸、8kg的98％磷酸、10kg的37％盐酸及1kg增塑剂乙二醇混合。
3)使用时用高压喷涂机将等重量的步骤1所得酚醛树脂与步骤2所得固化剂同时混合射出。
本实施例中苯酚与甲醛重量之比为1∶1.5，NaOH占苯酚和甲醛总重量的13‰，硅油、环戊烷分别占苯酚和甲醛总重量的7％、8％，所得化学注浆加固材料凝固时间为16秒，阻燃氧指数LOI为54，不起明火，烟密度等级SDR为20，抗压强度355Mpa，硬度较高，膨胀系数为6倍，多用于加固。
实施例3：
1)制备酚醛树脂：取10kg苯酚、14kg甲醛，与0.288kg的NaOH充分混合，加热至100℃，在该温度条件下反应5小时，用98％磷酸进行中和，脱水至固含量大于70％后，停止加热，冷却至25℃，加入1.44kg硅油、1.44kg环戊烷，充分混合；
2)制备固化剂：取8kg对甲苯磺酸、10kg的98％磷酸、8kg的37％盐酸及1kg增塑剂乙二醇混合。
3)使用时用高压喷涂机将等重量的步骤1所得酚醛树脂与步骤2所得固化剂同时混合射出。
本实施例中苯酚与甲醛重量之比为1∶1.4，NaOH占苯酚和甲醛总重量的12‰，硅油、环戊烷均占苯酚和甲醛总重量的6％，所得化学注浆加固材料凝固时间为15秒，阻燃氧指数LOI为55，不起明火，烟密度等级SDR为25，抗压强度达358Mpa，硬度较高，膨胀系数为10倍，多用于加固。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种化学注浆加固材料，其特征在于，是一种包括A组分和B组分的双组分组合物，A组分为酚醛树脂，B组分为固化剂；
所述酚醛树脂是将苯酚、甲醛按重量比为1∶1.3～1.5混合后，加入占苯酚和甲醛总重量10‰-13‰的NaOH，加热至90℃-100℃，在此温度条件下反应4-6小时，进行中和、脱水后，停止加热，冷却至25℃，加入占苯酚和甲醛总重量6％-8％的发泡剂和占苯酚和甲醛总重量6％-10％的表面活性剂充分混合，即得酚醛树脂；
所述固化剂由0.6-1.0重量份对甲苯磺酸、0.8-1.3重量份磷酸、0.5-1.0重量份盐酸及0.1重量份乙二醇组成，所述盐酸质量百分比为37％，所述磷酸质量百分比为98％；
使用时A组分与B组分按重量比1∶1混合；
所述发泡剂为环戊烷或石油醚，所述表面活性剂为硅油。
2.一种权利要求1所述化学注浆加固材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备酚醛树脂：将苯酚和甲醛按重量比例为1∶1.3～1.5混合，加入占苯酚和甲醛总重量10‰-13‰的NaOH，加热至90℃-100℃，在此温度条件下反应4-6小时后，进行中和、脱水后，停止加热，冷却至25℃后，加入发泡剂和表面活性剂充分混合，获得酚醛树脂；
2)制备固化剂：将0.6-1.0重量份对甲苯磺酸、0.8-1.3重量份磷酸、0.5-1.0重量份盐酸及0.1重量份乙二醇混合后即为固化剂，所述盐酸质量百分比为37％，所述磷酸质量百分比为98％；
3)使用时将等重量份的步骤1所得酚醛树脂与步骤2所得固化剂高压混合。
3.根据权利要求2所述化学注浆加固材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1制备酚醛树脂过程中，加热至90℃～95℃反应4-6小时。
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