一種高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種以堿金屬硅酸鹽為原料的注漿加固材料，特別是涉及一種用于地 質(zhì)加固的聚氨酯改性硅酸鹽為原料的注漿加固材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 水玻璃注漿加固材料是目前使用最廣的化學(xué)注漿加固材料之一，尤其是其綠色環(huán) 保性受到世界各國的重視。隨著水玻璃注漿加固技術(shù)發(fā)發(fā)展，目前開發(fā)出系列水玻璃注漿 加固技術(shù)。如通過向水玻璃、乙酸乙酯中加入兩種不同的乳化劑，混合形成水玻璃-乙酸乙 酯微乳化學(xué)注漿加固材料，其具有較高強度、低成本、無污染、凝膠時間可控等優(yōu)點，尤其適 合鉆井護(hù)臂堵漏中使用；又如通過使用十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑，提高水玻璃漿料滲 透性，使水玻璃注漿加固材料能灌注0. 5mm以下裂隙。
[0003] 水玻璃注漿加固材料的最大優(yōu)點是成本低，而不足之處是水玻璃注漿加固料固結(jié) 后強度偏低，在某些特定環(huán)境無法解決工程技術(shù)問題，還無法替代某些化學(xué)注漿加固材料。 另外，水玻璃漿材的耐久性低，水玻璃凝膠固化后，未反應(yīng)的水玻璃在凝膠后析出，引起脫 水收縮，造成抗?jié)B性降低，從而耐久性降低。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)制備的產(chǎn)品也可用于各種通風(fēng)不良的煤礦、隧道、隧洞中破碎煤 層、巖層的加固和封堵處理中，但其通常都是用改性的MDI，材料性能不夠穩(wěn)定，受 復(fù)配因子影響大，從而影響材料強度，如名稱為硅酸鹽改性聚氨酯高分子材料及其 制備方法（201210508913. 5)和名稱為一種無機(jī)改性聚氨酯灌漿材料及其制備方法 (201310237745. 5)中所述的產(chǎn)品?；蛘邽榱税踩?，加入阻燃劑，如名稱為煤巖體加固用低溫 安全型聚氨酯注漿材料及其制備方法（201210508997. 2)的專利，阻燃劑的添加對環(huán)境造 成污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為了解決上述技術(shù)問題，而提供的一種成本低、制備簡單、反應(yīng)溫度低、 環(huán)保性能好的高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的高強聚 氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料以水玻璃為主體，通過聚氨酯的改性作用，使得水玻璃注漿 加固材料既繼承了傳統(tǒng)水玻璃注漿加固材料成本低廉、環(huán)境影響小等優(yōu)點，同時又具有反 應(yīng)速度快、強度高、粘接力高的特點。同時，利用硅酸鈉溶液成分為無機(jī)材料，在不外加任何 阻燃成分亦能達(dá)到良好的阻燃效果，在對材料阻燃性要求較高的行業(yè)非常適用。為保證材 料性能穩(wěn)定，使用無預(yù)聚成分，又可以降低能耗，還提高生產(chǎn)效率。
[0006] 本發(fā)明一種高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料，包括：體積比為1:1的A組分和 B組分；其中，所述的A組分按質(zhì)量份數(shù)包括：80-120份的硅酸鈉溶液和1-15份的催化劑； 所述的B組分按質(zhì)量份數(shù)包括：80-120份的聚合MDI、10-20份的聚醚多元醇和8-10份的 促溶劑。
[0007] 本發(fā)明中所述的聚合MDI為二苯基甲烷-4,4'_二異氰酸酯（MDI)、多苯基多亞甲 基多異氰酸酯（PAPI)中的一種或多種。
[0008] 進(jìn)一步，本發(fā)明一種高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料，所述的硅酸鈉溶液其 波美度為45-55,模數(shù)為2. 5-3. 0。
[0009] 進(jìn)一步，本發(fā)明一種高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料，所述的催化劑為三亞 乙基二胺、二甲基環(huán)己胺、五甲基二亞乙基三胺、二月桂酸二丁基錫、二乙酸二丁基錫、異辛 酸鉀和油酸鉀中的一種或多種。
[0010] 進(jìn)一步，本發(fā)明一種高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料，所述的聚合MDI為美 國亨斯邁（Huntsman)公司的Rubinate 9257、煙臺萬華聚氨酯股份有限公司的PM300、美 國陶氏化學(xué)公司的PAPI 135、德國Bayer (拜耳）公司的44V10L、日本三井產(chǎn)業(yè)集團(tuán)的 Cosmonate PZ601中的一種或多種。
[0011] 本發(fā)明中所述的美國亨斯邁（Huntsman)公司的Rubinate 9257、煙臺萬華聚氨醋 股份有限公司的PM300、美國陶氏化學(xué)公司的PAPI 135、德國拜耳（Bayer)公司的44V10L 為多亞甲基多苯基異氰酸；所述的日本三井產(chǎn)業(yè)集團(tuán)的Cosmonate PZ601為液化MDI。
[0012] 進(jìn)一步，本發(fā)明一種高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料，所述的聚醚多元醇為 聚醚二元醇、聚醚三元醇中的一種或多種。
[0013] 進(jìn)一步，本發(fā)明一種高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料，所述的促溶劑為蓖麻 油甲酸酯、乙二醇二乙酸酯、檸檬酸三丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯中的一種或多種。
[0014] 本發(fā)明一種高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料的制備方法，采用上述原料按以 下步驟制備：
[0015] -、A組分的制備：向反應(yīng)釜內(nèi)加入硅酸鈉溶液，攪拌過程中加入催化劑，攪拌 30-60min，即得到注漿加固材料A組分；
[0016] 二、B組分的制備：向反應(yīng)釜內(nèi)加入聚合MDI，然后在攪拌過程中加入聚醚多元醇、 促溶劑，混合均勻后，即得到加固材料B組分。
[0017] 本發(fā)明一種高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料的應(yīng)用，其采用雙液化學(xué)注漿泵 將上述方法中的A組分和B組分按體積比為1:1混合注漿
[0018] 本發(fā)明一種高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料的應(yīng)用，其用于煤層地質(zhì)、水利 水電、地下工程、地鐵隧道等領(lǐng)域的巖土加固。
[0019] 本發(fā)明的高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料及其制備方法和應(yīng)用與現(xiàn)有技術(shù) 相比，具有如下有益效果：
[0020] 1、本發(fā)明的高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固生產(chǎn)方法簡便，所用聚氨酯原料無需 預(yù)聚，從而降低成本和能耗。
[0021] 2、本發(fā)明的高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料的配方原材料中未使用改性 MDI，材料性能比較穩(wěn)定，受復(fù)配因子影響小。材料強度可達(dá)到55MPa以上，非常適用于要求 較高的巖層地質(zhì)加固。
[0022] 3、本發(fā)明的高強聚氨酯改性硅酸鹽注漿加固材料，在水玻璃中加入醇類物質(zhì)，改 善材料韌性，材料抗拉強度可大于20MPa，加入催化劑，方便調(diào)節(jié)反應(yīng)速度，材料固化時間甚 至可控制在Imin以內(nèi)