CN106496517A - 一种高分子注浆加固材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分子注浆加固材料，包括A、B两组分，A组分包含：100‑120份异氰酸酯，3～5份增塑剂，0.5‑1.5份丙三醇，0.4‑1.0份稳泡剂。B组分包含：60‑70份聚合物多元醇，25‑45份惰性稀释剂，20‑30份阻燃剂，0.5～1.0份催化剂。本发明的高分子注浆加固材料固化反应速度快，固化时间可调，固化反应放热量低，应用于煤矿注浆加固时，可大大降低固化后煤岩体阴燃及爆炸的可能性，发泡率低，泡沫分布均匀，固结体可达到45‑60MPa，完全满足工程施工的需求，保障工程的安全。制备步骤简单、操作方便、实用性强。

Description

一种高分子注浆加固材料
技术领域
本发明属于地下工程破碎岩体加固材料领域，特别涉及一种高分子注浆加固材料。
背景技术
在地下工程施工过程中遭遇碎裂岩体时，往往采用注浆加固的方法进行处理，以保障地下工程的施工安全。聚氨酯注浆加固材料以其“强度高、密封性好、质量轻、化学性质稳定”的优点而广泛应用于地下工程破碎岩体加固中，但现有聚氨酯注浆加固材料仍具有较大的弊端，其应用受到了一定的限制，其主要弊端如下：①现有聚氨酯注浆加固材料施工过程中一旦遇到明水，则难以控制其发泡倍率，特别是遭遇大量明水时，发泡率极高，极易形成不均匀的多孔聚氨酯泡沫，大大削弱加固体的强度；②发泡时泡沫产生情况极其不规律，杂乱无章的泡沫分布情况导致孔壁厚度不一，削弱了聚氨酯加固提的强度；③反应热极高，应用于煤矿加固时，易引发火灾及爆炸，严重威胁矿井施工安全。
发明内容
为了克服现有聚氨酯注浆加固材料发泡倍率高、泡沫不均匀、发泡情况难以控制、反应热量高的问题。本发明提供一种固化快且速度可控、发泡倍率低、泡沫分布均匀、反应放热量低、阻燃效果好的高强聚氨酯注浆加固材料。本高分子注浆加固材料固化速度可调节，固化时间可在1min～15min范围内变化，固化后强度可达45～60MPa，泡沫分布均匀，反应温度低于100℃，可有效加固地下工程碎裂岩体，确保工程施工的顺利进行。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高分子注浆加固材料，包括A、B两组分；
A组分由如下重量份的原料组成：异氰酸酯100-120份，增塑剂3～5份，丙三醇0.5-1.5份，稳泡剂0.4-1.0份；
B组分由如下重量份的原料组成：聚合物多元醇60-70份，惰性稀释剂25-45份，阻燃剂20-30份，催化剂0.5～1.0份；
所述A组分：B组分的体积比为1：1。
本发明在反应体系中加入环氧树脂与环氧树脂预聚体的混合物，用于分散和稀释反应释放出的热量。所使用的环氧树脂与环氧树脂预聚体的混合物加入体系后，体系可灌性和稳定性得以改善。另外，环氧树脂结构中含有活泼的环氧基，可以通过与胺类、酸酐类芳香胺类等固化剂发生交联反应生成致密三维网状结构的热固型产物，环氧树脂分子链中含有羟基和环氧基， 既可以利用羟基与异氰酸根反应形成接枝共聚物，又可以利用环氧基、与异氰酸酯与聚合物多元醇形成的聚氨酯预聚体进行共聚，提高注浆材料硬化后的抗压强度和抗弯强度，使聚氨酯反应固化后，分子间距离增大，散热性得以改善，反应释放出的热量得以分散稀释，热量难以累积，从而降低了聚氨酯材料反应固化时的芯部温度。
优选的，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多甲基多异氰酸酯中的至少一种。
优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二(2-乙基)乙酯。
优选的，所述稳泡剂为Si-C类表面活性剂、改性硅树脂聚醚乳液中的至少一种。
以硅氧键为主体的有机硅聚合物分子(Si-C类表面活性剂、改性硅树脂聚醚乳液等)，具有优良的防腐蚀性、耐高温性和电绝缘性。本发明利用聚氨酯反应时放出大量的热，在有机硅聚合物分子主链端基和侧链上引入环氧基、烃基等基团(环氧树脂及环氧树脂预聚体)，既降低了加固过程中的整体放热，又提高加固材料的耐热性和阻燃性，同时，施工性能和耐久性也有较大提高。
当所述的稳泡剂加入量小于0.4份时，发泡倍率高、泡沫分布不均匀、密封性下降；当所述的稳泡剂加入量大于1.0份时，注浆材料密度较大、散热性不佳、阻燃性下降。
优选的，所述聚合物多元醇由以下重量份的原料组成：蓖麻油多元醇15-40份，苯酐聚酯多元醇15-30份，PPG类聚醚多元醇/POP聚醚多元醇/PTMEG聚四氢呋喃型多元醇15-30份。
优选的，所述惰性稀释剂为环氧树脂与环氧树脂预聚体的混合物，其中所述环氧树脂预聚体的质量占惰性稀释剂的25％-40％，所述环氧树脂预聚体的数均分子量为300-1000，室温下粘度为20-140mPa·s。
本发明中环氧树脂预聚体可以为双马来酰亚胺改性环氧树脂、丙烯酸松香环氧树脂预聚体、DOPO型环氧树脂、磷酸酯型环氧树脂或磷腈型环氧树脂等。
当环氧树脂预聚体的质量占惰性稀释剂的质量小于25％时，聚氨酯的形成收到抑制，加固材料的耐油性、粘合性下降，当环氧树脂预聚体的质量占惰性稀释剂的质量大于45％时，注浆材料硬化后的抗压强度和抗弯强度下降，对基材的附着力、耐介质性能较差。
优选的，所述阻燃剂选用四溴双酚A和甲基膦酸二甲酯的混合物，两者的体积比为1:1。
优选的，所述催化剂由甲类催化剂和乙类催化剂两部分组成，两者体积比为1:1；
其中，所述甲类催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡；
所述乙类催化剂为三乙胺、固胺、吡啶或二甲基乙醇胺。
在实际工程中，可通过调节所述催化剂的含量来对本材料的固化速度进行调节，以满足不同工程的需求。
本发明还提供了一种高分子注浆加固材料的制备方法，包括：
A组分、B组分的各成分通过混合搅拌后成为两种均相的液体，使用时A组分和B组分按体积比1:1通过双液泵混合灌注到需要加固的位置即可。
本发明中任一项上述的高分子注浆加固材料皆可用于地下工程破碎岩体加固、煤矿加固，且获得了较优的效果，达到相关国家和国际标准的要求。
本发明的有益效果
①应用本注浆加固材料加固后，加固区压缩强度可达到45-60MPa，完全满足工程需求，确保工程安全。
②固化速度快，固化时间可根据工程实际进行调节，做到了对固化反应的有效控制。
③固化反应放热量低，反应温度可控制在100℃以下，应用于煤矿工程时，可有效降低煤岩层温度，大大降低注浆加固过后煤岩体阴燃及爆炸的可能性，确保煤矿施工的安全。
④遇水之后发泡率低，泡孔大小均匀，孔壁厚度较大。
⑤本发明制备方法简单、效率高、实用性强，易于推广。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
实施例1
按照以下比例配制高分子注浆加固材料：
A组分：
B组分：
A组分、B组分的各成分通过混合搅拌后成为两种均相的液体，使用时A组分和B组分按体积比1:1通过双液泵混合灌注到需要加固的位置即可。
实施例2
按照以下比例配制高分子注浆加固材料：
A组分：
B组分：
A组分、B组分的各成分通过混合搅拌后成为两种均相的液体，使用时A组分和B组分按体积比1:1通过双液泵混合灌注到需要加固的位置即可。
实施例3
按照以下比例配制高分子注浆加固材料：
A组分：
B组分：
A组分、B组分的各成分通过混合搅拌后成为两种均相的液体，使用时A组分和B组分按体积比1:1通过双液泵混合灌注到需要加固的位置即可。
实施例4
按照以下比例配制高分子注浆加固材料：
A组分：
B组分：
A组分、B组分的各成分通过混合搅拌后成为两种均相的液体，使用时A组分和B组分按体积比1:1通过双液泵混合灌注到需要加固的位置即可。
下表为实施例1-4制得本发明产品的性能指标。
编号 固化时间(s) 反应温度(℃) 固结体强度(MPa)
1 120 85 51.1
2 62 92 58.3
3 131 82 49.9
4 89 81 50.3
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种高分子注浆加固材料，其特征在于，包括A、B两组分；
A组分由如下重量份的原料组成：异氰酸酯100-120份，增塑剂3～5份，丙三醇0.5-1.5份，稳泡剂0.4-1.0份；
B组分由如下重量份的原料组成：聚合物多元醇60-70份，惰性稀释剂25-45份，阻燃剂20-30份，催化剂0.5～1.0份；
所述A组分：B组分的体积比为1：1。
2.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多甲基多异氰酸酯中的至少一种。
3.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二(2-乙基)乙酯。
4.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述稳泡剂为Si-C类表面活性剂、改性硅树脂聚醚乳液中的至少一种。
5.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述聚合物多元醇由以下重量份的原料组成：蓖麻油多元醇15-40份，苯酐聚酯多元醇15-30份，PPG类聚醚多元醇/POP聚醚多元醇/PTMEG聚四氢呋喃型多元醇15-30份。
6.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述惰性稀释剂为环氧树脂与环氧树脂预聚体的混合物，其中所述环氧树脂预聚体的质量占惰性稀释剂的25％-40％，所述环氧树脂预聚体的数均分子量为300-1000，室温下粘度为20-140mPa·s。
7.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述阻燃剂选用四溴双酚A和甲基膦酸二甲酯的混合物，两者的体积比为1:1。
8.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述催化剂由甲类催化剂和乙类催化剂两部分组成，两者体积比为1:1；
其中，所述甲类催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡；
所述乙类催化剂为三乙胺、固胺、吡啶或二甲基乙醇胺。
9.一种高分子注浆加固材料的制备方法，其特征在于，包括：
A组分、B组分的各成分通过混合搅拌后成为两种均相的液体，使用时A组分和B组分按体积比1:1通过双液泵混合灌注到需要加固的位置即可。
10.权利要求1-8任一项所述的材料在地下工程破碎岩体加固、煤矿加固中的应用。
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