一种强风化石灰岩危岩节理填空剂及其制备方法与流程

本发明属于地质灾害防治工程
技术领域：
，涉及一种强风化石灰岩危岩节理填空剂及其制备方法。
背景技术：
：石灰岩简称灰岩，是以方解石为主要成分的碳酸盐岩，有时含有白云石、粘土矿物和碎屑矿物，硬度一般不大，与稀盐酸反应剧烈。石灰岩的主要化学成分是caco3，易溶蚀，故在石灰岩地区多形成石林和溶洞，称为喀斯特地形，中国喀斯特地貌分布之广泛，类型之多，为世界所罕见，主要集中在云贵高原和四川西南部，石灰岩是喀斯特地貌发育的主要岩石之一。危岩是指被多组结构面切割分离，稳定性差，可能以倾倒、坠落、滑移等形式发生崩塌的地质体。危岩崩塌是岩溶地区的主要地质灾害，是一个严重的全球性地质灾害问题。由于石灰岩在水、热、生物等良好条件下很容易受到侵蚀，使原有的节理、裂隙等构造进一步扩大，从而形成一些高悬于山顶、山体坡面、峡谷岩壁等部位的危岩体，危岩体的稳定性较差，在重力、风力、地震等外力等作用下极易发生危岩崩塌，危害人类的生命财产安全。石灰岩风化是石灰岩表面长期与水、大气和生物接触的过程中产生的物理和化学等变化而使石灰岩变成松散的堆积物的过程，强风化石灰岩是指节理裂隙间距为2～20cm的岩体，由于强风化石灰岩裂隙发育，岩体破碎，节理裂隙间距大，整体性很差，很容易发生危岩崩塌，预测预警困难，导致强风化石灰岩危岩体的致灾性很大。针对强风化石灰岩危岩加固的传统方法为有机注浆方法，价格昂贵，并且有一定的毒性，容易对环境造成污染，且无法渗透到石灰岩的节理裂隙，不能提高岩石的完整性，施工不便，所以不适用于强风化石灰岩节理加固。所以对于强风化石灰岩危岩，把松散的岩体及节理裂隙进行填空加固，提高岩石的完整性，保证岩石的稳定性，才是防止强风化石灰岩危岩崩塌的关键。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明提供了一种强风化石灰岩危岩节理填空剂及其制备方法。本发明的强风化石灰岩危岩节理填空剂，由a组分和b组分组成，所述a组分和所述b组分的质量比为4:1；按质量百分数计，a组分含有以下原料组分，各组分的质量百分数之和为100％：按质量百分数计，b组分含有以下原料组分，各组分的质量百分数之和为100％：其中，所述促进剂为二甲氨基甲基苯酚。其中，所述硅微粉的粒径为23μm。其中，所述石墨烯为纳米石墨颗粒或微米石墨颗粒中的至少一种。其中，所述有机硅偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。上述强风化石灰岩危岩节理填空剂的制备方法，包括以下步骤：分别制备a组分和b组分，将a组份和b组份按重量比4:1均匀混合后即得强风化石灰岩危岩节理填空剂。其中，a组分的制备方法为：在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，按照比例加入e-44环氧树脂、木质素磺酸钙、促进剂、乙醇，在40℃下搅拌反应45min，再加入石墨烯、间苯二酚双缩水甘油醚，搅拌均匀后继续反2h，过滤即得a组份。其中，b组分的制备方法为：在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，按照比例加入腰果酚醛/三乙四胺固化剂、有机硅偶联剂、三氧化二锑、硅酸铝粉，反应40min，再加入碳粉、钛白粉，即得b组分。其中，所述腰果酚醛/三乙四胺固化剂制备方法为：在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，加入浓度为80％的腰果酚溶液，搅拌均均后升温至60℃，反应50min，后逐滴加入三乙烯四胺，腰果酚醛溶液与三乙烯四胺的体积比为2:1，保持温度不变，反应30min后，降温至室温即得腰果酚醛/三乙四胺固化剂。本发明的有益效果本发明提供的强风化石灰岩危岩节理填空剂利用了木质素磺酸钙和石墨烯的优良性能，木质素磺酸钙是硫酸盐木浆废液的主要成分，是一种多组分高分子聚合物阴离子表面活性剂，具有很强的分散性、粘结性、螯合性，而石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性。两者结合制得的填空剂可以与石灰岩中的caco3反应，渗透充填强风化石灰岩节理裂隙，将松散的岩体加固，从而提高岩石完整性，有效防止危岩崩塌。本发明的填空剂以e-44环氧树脂为主剂，加入新材料木质素磺酸钙与石墨烯，可提高环氧树脂的弯曲强度和粘接强度，填空剂固化物的弯曲强度和粘接强度超过新鲜石灰岩弯曲强度和粘接强度的1～2倍，且相较于传统的有机注浆方法成本低、施工方便，在制备过程中不会产生有机废气及有毒气体，环保无污染。该填空剂主要适用于岩溶地区的强风化石灰岩节理填空加固。附图说明图1为添加强风化石灰岩危岩节理填空剂的岩块；图2为添加建筑用环氧结构胶黏剂的岩块；图3为新鲜石灰岩。具体实施方式以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1制备强风化石灰岩危岩节理填空剂(1)首先制备腰果酚醛/三乙四胺固化剂：在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，加入浓度为80％的腰果酚溶液，搅拌均均后升温至60℃，反应50min，后逐滴加入三乙烯四胺，腰果酚醛溶液与三乙烯四胺的体积比为2:1，保持温度不变，反应30min后，降温至室温即得腰果酚醛/三乙四胺固化剂；(2)按下列质量百分数准备a组分和b组分的原料：(3)在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，按照比例加入e-44环氧树脂、木质素磺酸钙、二甲氨基甲基苯酚、乙醇，在40℃下搅拌反应45min，再加入纳米石墨颗粒、间苯二酚双缩水甘油醚，搅拌均匀后继续反2h，过滤即得a组份；(4)在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，按照比例加入腰果酚醛/三乙四胺固化剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、三氧化二锑、硅酸铝粉，反应40min，再加入碳粉、钛白粉，即得b组分；(5)将a组份和b组份按重量比4：1均匀混合后即得强风化石灰岩危岩节理填空剂。实施例2制备强风化石灰岩危岩节理填空剂(1)首先制备腰果酚醛/三乙四胺固化剂：在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，加入浓度为80％的腰果酚溶液，搅拌均均后升温至60℃，反应50min，后逐滴加入三乙烯四胺，腰果酚醛溶液与三乙烯四胺的体积比为2:1，保持温度不变，反应30min后，降温至室温即得腰果酚醛/三乙四胺固化剂；(2)按下列质量百分数准备a组分和b组分的原料：(3)在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，按照比例加入e-44环氧树脂、木质素磺酸钙、二甲氨基甲基苯酚、乙醇，在40℃下搅拌反应45min，再加入纳米石墨颗粒、间苯二酚双缩水甘油醚，搅拌均匀后继续反2h，过滤即得a组份；(4)在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，按照比例加入腰果酚醛/三乙四胺固化剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、三氧化二锑、硅酸铝粉，反应40min，再加入碳粉、钛白粉，即得b组分；(5)将a组份和b组份按重量比4：1均匀混合后即得强风化石灰岩危岩节理填空剂。实施例3制备强风化石灰岩危岩节理填空剂(1)首先制备腰果酚醛/三乙四胺固化剂：在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，加入浓度为80％的腰果酚溶液，搅拌均均后升温至60℃，反应50min，后逐滴加入三乙烯四胺，腰果酚醛溶液与三乙烯四胺的体积比为2:1，保持温度不变，反应30min后，降温至室温即得腰果酚醛/三乙四胺固化剂；(2)按下列质量百分数准备a组分和b组分的原料：(3)在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，按照比例加入e-44环氧树脂、木质素磺酸钙、二甲氨基甲基苯酚、乙醇，在40℃下搅拌反应45min，再加入纳米石墨颗粒、间苯二酚双缩水甘油醚，搅拌均匀后继续反2h，过滤即得a组份；(4)在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，按照比例加入腰果酚醛/三乙四胺固化剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、三氧化二锑、硅酸铝粉，反应40min，再加入碳粉、钛白粉，即得b组分；(5)将a组份和b组份按重量比4：1均匀混合后即得强风化石灰岩危岩节理填空剂。实施例4制备强风化石灰岩危岩节理填空剂(1)首先制备腰果酚醛/三乙四胺固化剂：在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，加入浓度为80％的腰果酚溶液，搅拌均均后升温至60℃，反应50min，后逐滴加入三乙烯四胺，腰果酚醛溶液与三乙烯四胺的体积比为2:1，保持温度不变，反应30min后，降温至室温即得腰果酚醛/三乙四胺固化剂；(2)按下列质量百分数准备a组分和b组分的原料：(3)在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，按照比例加入e-44环氧树脂、木质素磺酸钙、二甲氨基甲基苯酚、乙醇，在40℃下搅拌反应45min，再加入纳米石墨颗粒、间苯二酚双缩水甘油醚，搅拌均匀后继续反2h，过滤即得a组份；(4)在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，按照比例加入腰果酚醛/三乙四胺固化剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、三氧化二锑、硅酸铝粉，反应40min，再加入碳粉、钛白粉，即得b组分；(5)将a组份和b组份按重量比4：1均匀混合后即得强风化石灰岩危岩节理填空剂。实施例5制备强风化石灰岩危岩节理填空剂(1)首先制备腰果酚醛/三乙四胺固化剂：在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，加入浓度为80％的腰果酚溶液，搅拌均均后升温至60℃，反应50min，后逐滴加入三乙烯四胺，腰果酚醛溶液与三乙烯四胺的体积比为2:1，保持温度不变，反应30min后，降温至室温即得腰果酚醛/三乙四胺固化剂；(2)按下列质量百分数准备a组分和b组分的原料：(3)在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，按照比例加入e-44环氧树脂、木质素磺酸钙、二甲氨基甲基苯酚、乙醇，在40℃下搅拌反应45min，再加入纳米石墨颗粒、间苯二酚双缩水甘油醚，搅拌均匀后继续反2h，过滤即得a组份；(4)在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，按照比例加入腰果酚醛/三乙四胺固化剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、三氧化二锑、硅酸铝粉，反应40min，再加入碳粉、钛白粉，即得b组分；(5)将a组份和b组份按重量比4：1均匀混合后即得强风化石灰岩危岩节理填空剂。实施例6制备强风化石灰岩危岩节理填空剂(1)首先制备腰果酚醛/三乙四胺固化剂：在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，加入浓度为80％的腰果酚溶液，搅拌均均后升温至60℃，反应50min，后逐滴加入三乙烯四胺，腰果酚醛溶液与三乙烯四胺的体积比为2:1，保持温度不变，反应30min后，降温至室温即得腰果酚醛/三乙四胺固化剂；(2)按下列质量百分数准备a组分和b组分的原料：(3)在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，按照比例加入e-44环氧树脂、木质素磺酸钙、二甲氨基甲基苯酚、乙醇，在40℃下搅拌反应45min，再加入纳米石墨颗粒、间苯二酚双缩水甘油醚，搅拌均匀后继续反2h，过滤即得a组份；(4)在自带有温度调节系统、搅拌装置的反应釜中，按照比例加入腰果酚醛/三乙四胺固化剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、三氧化二锑、硅酸铝粉，反应40min，再加入碳粉、钛白粉，即得b组分；(5)将a组份和b组份按重量比4：1均匀混合后即得强风化石灰岩危岩节理填空剂。实施例7强度检测检测本发明实施例2的强风化石灰岩危岩节理填空剂、市售的建筑用环氧结构胶黏剂(jcn-tca型)以及新鲜石灰岩的弯曲强度、与岩石接触的粘结强度。实验图见图1、图2、图3，图1的巴西圆盘沿中轴线劈裂，图2的巴西圆盘沿中心轴线附近劈裂，经试验结果数据分析计算，测得实施例2填空剂的弯曲强度为98.8mpa，与岩石接触的粘结强度为32.6mpa；添加建筑用环氧结构胶黏剂的岩块弯曲强度为52.4mpa，与岩石接触的粘结强度为12.2mpa；新鲜石灰岩岩块弯曲强度为43.4mpa，与岩石接触的粘结强度为8.2mpa。本发明实施例2与市售的建筑用环氧结构胶黏剂及新鲜的石灰岩相比，提高了1～2倍的强度。实施例8理化指标检测检测实施例2的强风化石灰岩危岩节理填空剂理化指标，结果见表1：表1强风化石灰岩危岩节理填空剂理化指标项目质量指标浆液密度/g/cm31.0初粘度/mpa.s175.0可操作时间/min100.0抗压强度/mpa98.0拉伸强度/mpa108.2与岩石接触的抗拉强度mpa27.0(岩石破坏)与岩石接触的粘结强度/mpa32.6(岩石破坏)抗渗压力/mpa1.8弯曲强度/mpa98.8当前第1页12