一种高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种以碱金属硅酸盐为原料的注浆加固材料，特别是涉及一种用于地 质加固的聚氨酯改性硅酸盐为原料的注浆加固材料。
【背景技术】
[0002] 水玻璃注浆加固材料是目前使用最广的化学注浆加固材料之一，尤其是其绿色环 保性受到世界各国的重视。随着水玻璃注浆加固技术发发展，目前开发出系列水玻璃注浆 加固技术。如通过向水玻璃、乙酸乙酯中加入两种不同的乳化剂，混合形成水玻璃-乙酸乙 酯微乳化学注浆加固材料，其具有较高强度、低成本、无污染、凝胶时间可控等优点，尤其适 合钻井护臂堵漏中使用；又如通过使用十二烷基苯磺酸钠表面活性剂，提高水玻璃浆料渗 透性，使水玻璃注浆加固材料能灌注0. 5mm以下裂隙。
[0003] 水玻璃注浆加固材料的最大优点是成本低，而不足之处是水玻璃注浆加固料固结 后强度偏低，在某些特定环境无法解决工程技术问题，还无法替代某些化学注浆加固材料。 另外，水玻璃浆材的耐久性低，水玻璃凝胶固化后，未反应的水玻璃在凝胶后析出，引起脱 水收缩，造成抗渗性降低，从而耐久性降低。
[0004] 现有技术制备的产品也可用于各种通风不良的煤矿、隧道、隧洞中破碎煤 层、岩层的加固和封堵处理中，但其通常都是用改性的MDI，材料性能不够稳定，受 复配因子影响大，从而影响材料强度，如名称为硅酸盐改性聚氨酯高分子材料及其 制备方法（201210508913. 5)和名称为一种无机改性聚氨酯灌浆材料及其制备方法 (201310237745. 5)中所述的产品。或者为了安全，加入阻燃剂，如名称为煤岩体加固用低温 安全型聚氨酯注浆材料及其制备方法（201210508997. 2)的专利，阻燃剂的添加对环境造 成污染。
【发明内容】
[0005] 本发明是为了解决上述技术问题，而提供的一种成本低、制备简单、反应温度低、 环保性能好的高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料及其制备方法和应用。本发明的高强聚 氨酯改性硅酸盐注浆加固材料以水玻璃为主体，通过聚氨酯的改性作用，使得水玻璃注浆 加固材料既继承了传统水玻璃注浆加固材料成本低廉、环境影响小等优点，同时又具有反 应速度快、强度高、粘接力高的特点。同时，利用硅酸钠溶液成分为无机材料，在不外加任何 阻燃成分亦能达到良好的阻燃效果，在对材料阻燃性要求较高的行业非常适用。为保证材 料性能稳定，使用无预聚成分，又可以降低能耗，还提高生产效率。
[0006] 本发明一种高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料，包括：体积比为1:1的A组分和 B组分；其中，所述的A组分按质量份数包括：80-120份的硅酸钠溶液和1-15份的催化剂； 所述的B组分按质量份数包括：80-120份的聚合MDI、10-20份的聚醚多元醇和8-10份的 促溶剂。
[0007] 本发明中所述的聚合MDI为二苯基甲烷-4,4'_二异氰酸酯（MDI)、多苯基多亚甲 基多异氰酸酯（PAPI)中的一种或多种。
[0008] 进一步，本发明一种高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料，所述的硅酸钠溶液其 波美度为45-55,模数为2. 5-3. 0。
[0009] 进一步，本发明一种高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料，所述的催化剂为三亚 乙基二胺、二甲基环己胺、五甲基二亚乙基三胺、二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、异辛 酸钾和油酸钾中的一种或多种。
[0010] 进一步，本发明一种高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料，所述的聚合MDI为美 国亨斯迈（Huntsman)公司的Rubinate 9257、烟台万华聚氨酯股份有限公司的PM300、美 国陶氏化学公司的PAPI 135、德国Bayer (拜耳）公司的44V10L、日本三井产业集团的 Cosmonate PZ601中的一种或多种。
[0011] 本发明中所述的美国亨斯迈（Huntsman)公司的Rubinate 9257、烟台万华聚氨醋 股份有限公司的PM300、美国陶氏化学公司的PAPI 135、德国拜耳（Bayer)公司的44V10L 为多亚甲基多苯基异氰酸；所述的日本三井产业集团的Cosmonate PZ601为液化MDI。
[0012] 进一步，本发明一种高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料，所述的聚醚多元醇为 聚醚二元醇、聚醚三元醇中的一种或多种。
[0013] 进一步，本发明一种高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料，所述的促溶剂为蓖麻 油甲酸酯、乙二醇二乙酸酯、柠檬酸三丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的一种或多种。
[0014] 本发明一种高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料的制备方法，采用上述原料按以 下步骤制备：
[0015] -、A组分的制备：向反应釜内加入硅酸钠溶液，搅拌过程中加入催化剂，搅拌 30-60min，即得到注浆加固材料A组分；
[0016] 二、B组分的制备：向反应釜内加入聚合MDI，然后在搅拌过程中加入聚醚多元醇、 促溶剂，混合均匀后，即得到加固材料B组分。
[0017] 本发明一种高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料的应用，其采用双液化学注浆泵 将上述方法中的A组分和B组分按体积比为1:1混合注浆
[0018] 本发明一种高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料的应用，其用于煤层地质、水利 水电、地下工程、地铁隧道等领域的岩土加固。
[0019] 本发明的高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料及其制备方法和应用与现有技术 相比，具有如下有益效果：
[0020] 1、本发明的高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固生产方法简便，所用聚氨酯原料无需 预聚，从而降低成本和能耗。
[0021] 2、本发明的高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料的配方原材料中未使用改性 MDI，材料性能比较稳定，受复配因子影响小。材料强度可达到55MPa以上，非常适用于要求 较高的岩层地质加固。
[0022] 3、本发明的高强聚氨酯改性硅酸盐注浆加固材料，在水玻璃中加入醇类物质，改 善材料韧性，材料抗拉强度可大于20MPa，加入催化剂，方便调节反应速度，材料固化时间甚 至可控制在Imin以内