專利名稱：一種化學注漿加固材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種加固材料及其制備方法，具體地說，涉及一種注漿加固材 料及其制備方法。
背景技術：
在礦物釆掘過程中，常常在釆掘面及支撐面會遇到作業(yè)點因密度強度不同 而形成斷裂破碎帶，從而影響了釆掘進度，存在安全隱患。利用有機高分子材料進行加固是國外在七十年代初期發(fā)展起來的一項新技 術，幾十年來，這一技術在世界主要產(chǎn)煤國家得到迅速發(fā)展。我國在九十年代 初期開始研究化學注漿加固技術，并已經(jīng)取得較大的進展。對煤礦井下工作面斷層破碎帶進行化學注漿加固，可將斷層破碎帶內破碎 圍巖固化為具有一定強度的密實體，以增加礦層強度，提高工作面頂板的整體 強度及完整性，人為地改善工作面頂板的受力狀況，達到防滲、堵漏和加固的 目的，為安全、高效回釆創(chuàng)造了條件。與傳統(tǒng)工作面過斷層的方法相比，既可 提高工作效率，又減少工人作業(yè)的危險性。目前，化學注漿法已被廣泛地應用 于大壩的壩基基礎加固和防滲、地下隧道開挖、混凝土缺陷修復等諸多工程領 域。當前常用的化學注漿加固材料為聚氨酯，缺點是阻燃性能差，很難達到國家GB8624-97標準難燃B1級，強度小，造價高，如遇火災，煙密度大，伴有 液體滴落和有毒物質氰離子釋放，易于引起環(huán)境污染。另外，在環(huán)境溫度較低 時，聚氨酯在混合后需l-2分鐘固化，在此過程中有液體滴落。發(fā)明內容有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種可在環(huán)境溫度O'C時使用的加固材料，混合后僅需15至30秒即可迅速固化。為達到上述目的，本發(fā)明公開的化學注漿加固材料的技術方案是這樣實現(xiàn)的 一種化學注漿加固材料，是一種包括A組分和B組分的雙組分組合物，A組分為酚醛樹脂，B組分為固化劑；所述酚醛樹脂是將苯酚、甲醛按重量比為1: 1.3 1.5混合后，加入占苯酚和甲醛總重量10%。-13%。的NaOH,加熱至90°C-100°C，在此溫度條件下反應4-6小時，進行中和、脫水后，停止加熱，冷卻至25。C，加入占苯酚和甲醛總重量6%-8%的發(fā)泡劑和占苯酚和甲醛總重量6%-10%的表面活性劑充分混合，即得酚醛樹脂；所述固化劑由0.6-1.0重量份對甲苯磺酸、0.8-1.3重量份磷酸、0.5-1.0重量 份鹽酸及O.l重量份乙二醇組成，所述鹽酸質量百分比為37%,所述磷酸質量 百分比為98%;使用時A組分與B組分按重量比1: 1混合。所述發(fā)泡劑優(yōu)選為環(huán)戊烷或石油醚。所述表面活性劑優(yōu)選為硅油。本發(fā)明還提供一種制備所述化學注漿加固材料的方法，包括以下步驟1) 制備酚醛樹脂將苯酚和甲醛按重量比l: 1.3~1.5混合，加入占苯酚和 甲醛總重量10%。-13%。的催化劑NaOH，加熱至90°C-100°C，優(yōu)選加熱至90°C ~95°C,反應4-6小時進行中和、脫水后，停止加熱，冷卻至25'C后，加入發(fā) 泡劑和表面活性劑充分混合，獲得酚醛樹脂；2) 制備固化劑:將0.6-1.0重量份對甲苯磺酸、0.8-1.3重量份磷酸、0.5-1.0 重量份鹽酸及0.1重量份乙二醇混合后即為固化劑，所述鹽酸質量百分比為 37%，所述磷酸質量百分比為98%;3 )使用時將等重量份的步驟1所得酚醛樹脂與步驟2所得固化劑高壓混合。 步驟1所得酚醛樹脂與步驟2所得固化劑高壓注入煤巖體后，兩種組份等量充分混合很快固化，生成對煤巖體具有較高粘結性的有機彈性體，并與煤巖 體堅固粘結，發(fā)揮堵水、堵漏和加固作用。與現(xiàn)有技術中的化學注漿加固材料聚氨酯相比，本發(fā)明所述化學注漿材料具有以下突出優(yōu)點可在環(huán)境溫度0。C時使用，僅需15至30秒即可迅速聚合， 其阻燃氧指數(shù)L01》54,不起明火，煙密度等級SDR《25，抗壓強度達350Mpa， 操作方便，成本低廉。通過改變固化劑中鹽酸所占比例可調節(jié)膨脹倍數(shù)，鹽酸 所占比例高時，膨脹系數(shù)為5-10倍，常用于加固；鹽酸所占比例較低時，膨脹 系數(shù)可達25-30倍，常用于填充。該產(chǎn)品應用廣泛，操作簡便，儲運靈活，經(jīng) 濟環(huán)保，特別適宜高瓦斯礦井和易發(fā)火區(qū)域。本發(fā)明所述化學注漿固化材料具有較高的粘合力和較好的機械性能，與地 層有較強的親和力，柔韌性能較好，能承受一定的地層變形。材料注入地層以 后，低粘度混合物保持幾秒鐘，滲透進細小的裂縫膨脹，產(chǎn)生二次壓力，將受 注體更好地膠結為一個整體，提高了穩(wěn)定性和抗壓承載能力，為工作面回釆創(chuàng) 造了安全的施工環(huán)境。從而提高了工作面推進速度，是煤礦井下具有推廣前景 的一項實用技術，適用于礦井井簡、巷道的注漿加固工程、注漿堵水工程和注 漿堵漏工程，也適用于一般地下工程和水利工程的防滲堵漏與加固工程。本發(fā) 明所述化學注漿材料可注性好、膨脹系數(shù)可調，可在低溫使用，釆用傳統(tǒng)雙液 注漿方法施工，方法簡便，使用效果明顯。
具體實施方式
實施例1:1) 制備酚醛樹脂取10kg苯酚、13kg甲醛，與0.23kg的NaOH充分混合， 加熱至95'C，在該溫度條件下反應4小時，用98%磷酸進行中和，脫水至固含 量大于70%后，停止加熱，冷卻至25。C，加入1.84kg硅油、2.3kg環(huán)戊烷，充 分混合；2) 制備固化劑取10kg對甲苯磺酸、13kg的98%磷酸、5kg的37%鹽酸 及l(fā)kg增塑劑乙二醇混合3)使用時用高壓噴涂機將等重量的步驟1所得酚醛樹脂與步驟2所得固化劑同時混合射出。本實施例中苯酚與甲醛重量之比為1: 1.3， NaOH占苯酚和甲醛總重量的 10%。，硅油、環(huán)戊烷分別占苯酚和甲醛總重量的8%、 10%,所得化學注漿加固 材料凝固時間為18秒，阻燃氧指數(shù)LOI為54，不起明火，煙密度等級SDR為 22，抗壓強度為350Mpa，硬度較小，膨脹系數(shù)達28倍，多用于填充。實施例2 :1 )制備酚醛樹脂取10kg苯酚、15kg甲醛，與0.325kg的NaOH充分混 合，加熱至9(TC,在該溫度條件下反應6小時，用98%磷酸進行中和，脫水至 固含量大于70%后，進行中和、脫水后，停止加熱，冷卻至25。C，加入1.75kg 硅油、2.0kg石油醚，充分混合；2) 制備固化劑取6kg對甲苯磺酸、8kg的98o/。磷酸、10kg的37%鹽酸及 lkg增塑劑乙二醇混合。3) 使用時用高壓噴涂機將等重量的步驟1所得酚醛樹脂與步驟2所得固化 劑同時混合射出。本實施例中苯酚與甲醛重量之比為1: 1.5, NaOH占苯酚和甲醛總重量的 13%。，硅油、環(huán)戊烷分別占苯酚和甲醛總重量的7%、 8%,所得化學注漿加固 材料凝固時間為16秒，阻燃氧指數(shù)LOI為54,不起明火，煙密度等級SDR為 20,抗壓強度355Mpa，硬度較高，膨脹系數(shù)為6倍，多用于加固。實施例3:1 )制備酚醛樹脂取10kg苯酚、14kg甲醛，與0.288kg的NaOH充分混 合，加熱至10(TC,在該溫度條件下反應5小時，用98%磷酸進行中和，脫水至 固含量大于70%后，停止加熱，冷卻至25。C，加入1.44kg硅油、1.44kg環(huán)戊烷，充分混合；2)制備固化劑取8kg對甲苯磺酸、10kg的98。/o磷酸、8kg的37%鹽酸及l(fā)kg增塑劑乙二醇混合。3)使用時用高壓噴涂機將等重量的步驟1所得酚醛樹脂與步驟2所得固化 劑同時混合射出。本實施例中苯酚與甲醛重量之比為1: 1.4, NaOH占苯酚和甲醛總重量的 12%。，硅油、環(huán)戊烷均占苯酚和甲醛總重量的6%,所得化學注漿加固材料凝固 時間為15秒，阻燃氧指數(shù)LOI為55，不起明火，煙密度等級SDR為25，抗 壓強度達358Mpa，硬度較高，膨脹系數(shù)為10倍，多用于加固。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1、一種化學注漿加固材料，其特征在于，是一種包括A組分和B組分的雙組分組合物，A組分為酚醛樹脂，B組分為固化劑；所述酚醛樹脂是將苯酚、甲醛按重量比為1∶1.3～1.5混合后，加入占苯酚和甲醛總重量10‰-13‰的NaOH，加熱至90℃-100℃，在此溫度條件下反應4-6小時，進行中和、脫水后，停止加熱，冷卻至25℃，加入占苯酚和甲醛總重量6％-8％的發(fā)泡劑和占苯酚和甲醛總重量6％-10％的表面活性劑充分混合，即得酚醛樹脂；所述固化劑由0.6-1.0重量份對甲苯磺酸、0.8-1.3重量份磷酸、0.5-1.0重量份鹽酸及0.1重量份乙二醇組成，所述鹽酸質量百分比為37％，所述磷酸質量百分比為98％；使用時A組分與B組分按重量比1∶1混合。
2、 根據(jù)權利要求l所述的化學注漿加固材料，其特征在于，所述發(fā)泡劑為環(huán)戊 烷或石油醚。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的化學注漿加固材料，其特征在于，所述表面活性 劑為硅油。
4、 一種權利要求1至3任一項所述化學注漿加固材料的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟1) 制備酚醛樹脂將苯酚和甲醛按重量比例為1: 1.3~1.5混合，加入占苯酚 和甲醛總重量10%。-13%。的NaOH，加熱至90°C-100°C,在此溫度條件下反應 4-6小時后，進行中和、脫水后，停止加熱，冷卻至25'C后，加入發(fā)泡劑和表 面活性劑充分混合，獲得酚醛樹脂；2) 制備固化劑將0.6-1.0重量份對甲苯磺酸、0.8-1.3重量份磷酸、0.5-1.0 重量份鹽酸及0.1重量份乙二醇混合后即為固化劑，所述鹽酸質量百分比為 37%，所述磷酸質量百分比為98%;3) 使用時將等重量份的步驟1所得酚醛樹脂與步驟2所得固化劑高壓混合。
5、根據(jù)權利要求4所述化學注漿加固材料的制備方法，其特征在于，所述步驟1制備酚醛樹脂過程中，加熱至90。C 95。C反應4-6小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種加固材料及其制備方法，提供一種雙組分的化學注漿加固材料，有效解決了傳統(tǒng)化學注漿材料聚氨酯聚合緩慢，阻燃性能差，污染環(huán)境的問題。所述化學注漿材料使用時由A組分酚醛樹脂與B組分固化劑按重量比1∶1混合。所述酚醛樹脂是將苯酚、甲醛按重量比例為1∶1.3～1.5混合后，加入催化劑NaOH，加熱至90℃-100℃，反應4-6小時，進行中和、脫水后，冷卻至25℃，加入發(fā)泡劑和表面活性劑充分混合，即得酚醛樹脂。所述固化劑由0.6-1.0重量份對甲苯磺酸、0.8-1.3重量份磷酸、0.5-1.0重量份鹽酸及0.1重量份乙二醇組成。本發(fā)明所述化學注漿材料凝固時間短，阻燃氧指數(shù)≥54，適用于礦井的注漿加固工程，也適用于一般地下工程和水利工程的防滲堵漏與加固工程。
文檔編號C08L61/00GK101602880SQ20081011158
公開日2009年12月16日 申請日期2008年6月10日 優(yōu)先權日2008年6月10日
發(fā)明者朱培英 申請人:朱培英