CN102718462A - 一种用于松散破碎基岩加固用的化学注浆材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于松散破碎基岩加固用的化学注浆材料。本发明的目的是提供一种用于松散破碎基岩加固用的化学注浆材料，以提高注浆材料闪点、燃点以及抗静电性能，降低聚合反应温度，简约成本。本发明的技术方案是：用于松散破碎基岩加固用的化学注浆材料由A、B双组份组成，原料配方分别如下：A组份：硅酸钠或硅酸钾溶液90～100重量份，表面活性剂0~5重量份，促进剂0～5重量份；B组份：异氰酸酯70~90重量份，增塑剂5~20重量份，聚烷烃硅氧烷0.5~3重量份，催化剂0~5重量份；分别将A、B组分搅拌均匀，使用时按体积比A组分：B组分＝1：1混合即可。本发明适用于破碎煤层、岩层的快速加固和封堵渗漏水处理等。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学注浆材料，尤其是一种用于松散破碎基岩加固用的化学注浆材料。适用于煤矿、隧道、隧洞及其他地下工程中破碎煤层、岩层的快速加固和封堵渗漏水处理等。
背景技术
化学注浆技术是现代工程中一种不可或缺的基础加固、防渗堵漏、修复混凝土缺陷的先进技术。它是将一定的化学材料（无机或有机材料）配制成低黏度的溶液，用化学灌浆泵（单液泵或双液泵）、简易手揿泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内，以增加地层强度、降低渗透性、防止地层变形和增加混凝土密实性。聚氨酯注浆材料是应用于水利、水电、隧道、地铁、矿山、人防、工业及民用建筑等工程中起防渗、堵漏、加固作用的重要注浆材料。通过多年的工程应用和筛选，目前在煤矿注浆加固技术中使用的聚氨酯系列注浆材料主要有两大类，一类是单组分注浆材料，由聚醚和多异氰酸酯预聚成含有一定游离NCO基团的预聚体，然后根据需要加入溶剂、催化剂、表面活性剂等组成化学浆液，通过单液泵即可进行注浆；另一类是双组分注浆材料，一组分是以聚醚为主的多羟基化合物，另一组分是多异氰酸酯化合物，通过双组分注浆泵在施工部位进行混合。由于聚醚品种众多，可通过改变官能团、分子量和NCO/OH比例，制备不同发泡倍数、不同强度的聚氨酯系列品种，来满足工程需要。至今，在煤矿化学注浆加固领域，聚氨酯注浆材料得到了长足的发展。
普通的聚氨酯注浆技术虽然能达到快速止水和加固的目的，但是有两大弊病，一是其价格高，二是在聚合反应时产生热量高，可能产生固结体自燃现象，这容易导致点燃煤层或其它井下易燃物，形成井下火灾。矿井下采用聚氨酯注浆材料一旦发生因高温反应产生的自燃现象，会生成大量的有害气体（CO、CO2及氰化物等），甚至可能点燃或引爆瓦斯，故存在很大的安全隐患。
近年来，随着国内基本建设的迅速发展，煤矿等建设规模日益扩大，随着国家“以人为本”理念和环保意识的日益加强，人身安全和环境保护也成为各项工作中的重中之重，品种多样化的、性能优异的聚氨酯注浆材料也应运得到快速发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的不足，提供一种用于松散破碎基岩加固用的化学注浆材料，以提高注浆材料闪点、燃点以及抗静电性能，降低聚合反应温度，同时大大降低该灌浆材料的价格，简约成本。
本发明所采用的技术方案是：一种用于松散破碎基岩加固用的化学注浆材料，其特征在于是由A、B双组份组成，原料配方分别如下：
A组份：
分别将A、B组分搅拌均匀，使用时按体积比A组分：B组分＝1：1混合即可。
优选的配方如下：
A组份：
密度为1.30～1.50g/cm3的硅酸钠或硅酸钾溶液 90～99重量份
表面活性剂 1~3重量份
促进剂 1～3重量份
B组份：
分别将A、B组分搅拌均匀，使用时按体积比A组分：B组分＝1：1混合即可。
最优选的配方如下：
A组份：
密度为1.30～1.50g/cm3的硅酸钠或硅酸钾溶液 93～96重量份
表面活性剂 1~2重量份
促进剂 1～2重量份
B组份：
分别将A、B组分搅拌均匀，使用时按体积比A组分：B组分＝1：1混合即可。
所述硅酸钠或硅酸钾溶液的模数为2.0～3.3。
所述表面活性剂为烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚或聚山梨醇酯。
所述促进剂为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基单乙醇胺、甲基二乙醇胺、二甲基乙醇胺、一异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、二乙基乙醇胺或二乙基-1，3-丙二胺。
所述异氰酸酯为2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯。
所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、三乙二醇二醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯或几种脂肪酸酯的混合物。
所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺、三乙胺、三甲基苄胺、N，N-二甲基十六烷基胺、N,N,N',N＂,N＂-五甲基二乙烯三胺、N-乙基吗啉、四甲基乙二胺、四甲基丙二胺、1,4-二甲基哌嗪、1,3,5-三(二甲氨基丙基)六氢三嗪、二甲基苄胺、N-甲基吗啉或N，N-二甲基环己胺中的一种或几种。
本发明的有益效果是：本品具有有机高分子—聚氨酯和无机材料—硅酸盐的优良性能。无机材料的不燃性将提高注浆材料闪点、燃点以及抗静电性能，降低聚合反应温度，同时硅酸盐材料的价廉也将大大降低该灌浆材料的价格；而且这种化学灌浆材料还具有固化快，强度高、气味小、凝胶时间准确可调等特点。本品克服了原有的聚氨酯注浆材料易自燃的缺陷，使聚合过程中反应温度降低了40～50℃，并且各项力学性能也能满足工程需求。适用于稳定和加固煤矿巷道围岩，防止围岩片帮、冒顶、突水等；对隧道、地铁、隧洞、巷道等工程中的破碎和松散岩体进行加固和填充；对大坝、堤防、海港、码头、桥梁等建筑物的水下缺陷、空洞进行快速填充和补强加固处理等。
具体实施方式
实施例1，本实施例中化学注浆材料由A、B双组份组成，原料配方分别如下：
A组分：
硅酸钠溶液（Na2O·nSiO2，模数n=2.8，密度d=1.37）99重量份
聚山梨醇酯（吐温-80） 1重量份
B组分：
分别将A、B组分搅拌均匀，使用时按A组分/B组分＝1/1（体积比）混合搅拌均匀。
按本实施获得的产品技术指标如下：
| 性能 | 指标 |
| B组分闪点（℃） | ＞200 |
| B组分粘度（mPa·s，25℃） | ~120 |
| 不流动时间（s） | 40 |
| 抗压强度（MPa） | 7.9 |
实施例2，本例的原料的配比为
A组分：
硅酸钠溶液（Na2O·nSiO2，模数n=2.5，密度d=1.48）99重量份
烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10） 1重量份
B组分：
分别将A、B组分搅拌均匀，使用时按A组分/B组分＝1/1（体积比）混合搅拌均匀。
按本实施获得的产品技术指标如下：
| 性能 | 指标 |
| B组分闪点（℃） | 166 |
| B组分粘度（mPa·s，25℃） | ~270 |
| 不流动时间（s） | 145 |
| 抗压强度（MPa） | 33.1 |
实施例3，本例的原料的配比为
A组分：
硅酸钾溶液（K2O·nSiO2，模数n=2.8，密度d=1.43）96重量份
十二烷基苯磺酸钠 2重量份
三乙醇胺 2重量份
B组分：
分别将A、B组分搅拌均匀，使用时按A组分/B组分＝1/1（体积比）混合搅拌均匀。
以上实施例获得的产品的技术指标如下：
| 性能 | 指标 |
| B组分闪点（℃） | 190 |
| B组分粘度（mPa·s，25℃） | ~180 |
| 不流动时间（s） | 65 |
| 抗压强度（MPa） | 15.8 |
实施例4，本例的原料的配比为
A组分：
硅酸钠溶液（Na2O·nSiO2，模数n=2.1，密度d=1.36）100重量份
B组分：
分别将A、B组分搅拌均匀，使用时按A组分/B组分＝1/1（体积比）混合搅拌均匀。
以上实施例获得的产品的技术指标如下：
| 性能 | 指标 |
| B组分闪点（℃） | 192 |
| B组分粘度（mPa·s，25℃） | ~90 |
| 不流动时间（s） | 80 |
| 抗压强度（MPa） | 21.4 |
实施例5，本例的原料的配比为
A组分：
硅酸钾溶液（K2O·nSiO2，模数n=3.0，密度d=1.48）100重量份
B组分：
分别将A、B组分搅拌均匀，使用时按A组分/B组分＝1/1（体积比）混合搅拌均匀。
以上实施例获得的产品的技术指标如下：
| 性能 | 指标 |
| B组分闪点（℃） | ＞200 |
| B组分粘度（mPa·s，25℃） | ~120 |
| 不流动时间（s） | 130 |
| 抗压强度（MPa） | 39.2 |
实施例6，本例的原料的配比为
A组分：
硅酸钠溶液（Na2O·nSiO2，n=2.6，d=1.42）97重量份
三异丙醇胺 3重量份
B组分：
分别将A、B组分搅拌均匀，使用时按A组分/B组分＝1/1（体积比）混合搅拌均匀。
以上实施例获得的产品的技术指标如下：
| 性能 | 指标 |
| B组分闪点（℃） | 190 |
| B组分粘度（mPa·s，25℃） | ~90 |
| 不流动时间（s） | 120 |
| 抗压强度（MPa） | 27.8 |
上述实施例获得的产品具有以下特点：1）具有无溶剂、高闪点（闪点在190℃以上）、阻燃环保性能，特别适合密闭巷道中施工。2）数分钟即可固化，4小时即能达到30MPa以上的抗压强度。3）无论在干燥、潮湿和水中环境，浆液均不发泡，且固化快、强度高。4）在流动水中不会被稀释、溶解，固结体仍有高强度。5）固结体韧性好，压缩20-30%也不脆裂。6）产品属实际无毒类，对人体及环境友好。
Claims (9)
1.一种用于松散破碎基岩加固用的化学注浆材料，其特征在于是由A、B双组份组成，原料配方分别如下：
A组份：
密度为1.30～1.50g/cm3 的硅酸钠或硅酸钾溶液 90～100重量份
表面活性剂 0~5重量份
促进剂 0～5重量份
B组份：
异氰酸酯 70~90 重量份
增塑剂 5~20 重量份
聚烷烃硅氧烷 0.5~3 重量份
催化剂 0~5 重量份
分别将A、B组分搅拌均匀，使用时按体积比A组分：B组分＝1：1混合即可。
2.根据权利要求1所述的注浆材料，其特征在于：
A组份：
密度为1.30～1.50g/cm3 的硅酸钠或硅酸钾溶液 90～99重量份
表面活性剂 1~3重量份
促进剂 1～3重量份
B组份：
异氰酸酯 75~85 重量份
增塑剂 5~15 重量份
聚烷烃硅氧烷 0.5~2.5 重量份
催化剂 1~3 重量份
分别将A、B组分搅拌均匀，使用时按体积比A组分：B组分＝1：1混合即可。
3.根据权利要求1所述的注浆材料，其特征在于：
A组份：
密度为1.30～1.50g/cm3 的硅酸钠或硅酸钾溶液 93～96重量份
表面活性剂 1~2重量份
促进剂 1～2重量份
B组份：
异氰酸酯 78~85 重量份
增塑剂 5~10 重量份
聚烷烃硅氧烷 1~2重量份
催化剂 1~2 重量份
分别将A、B组分搅拌均匀，使用时按体积比A组分：B组分＝1：1混合即可。
4.根据权利要求1~3任一所述的注浆材料，其特征在于：所述硅酸钠或硅酸钾溶液的模数为2.0～3.3。
5.根据权利要求1~3任一所述的注浆材料，其特征在于所述表面活性剂为烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚或聚山梨醇酯。
6.根据权利要求1~3任一所述的注浆材料，其特征在于所述促进剂为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲基单乙醇胺、甲基二乙醇胺、二甲基乙醇胺、一异丙醇胺、二异丙醇胺、三异丙醇胺、二乙基乙醇胺或二乙基-1，3-丙二胺。
7.根据权利要求1~3任一所述的注浆材料，其特征在于所述异氰酸酯为2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯。
8.根据权利要求1~3任一所述的注浆材料，其特征在于所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、三乙二醇二醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯或几种脂肪酸酯的混合物。
9.根据权利要求1~3任一所述的注浆材料，其特征在于所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺、三乙胺、三甲基苄胺、N，N-二甲基十六烷基胺、 N,N,N',N'',N''-五甲基二乙烯三胺、 N-乙基吗啉、 四甲基乙二胺、 四甲基丙二胺、 1,4-二甲基哌嗪、 1,3,5-三(二甲氨基丙基)六氢三嗪、二甲基苄胺、N-甲基吗啉或N，N-二甲基环己胺中的一种或几种。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |