【技术实现步骤摘要】
本申请涉及注浆加固材料，更具体地说，它涉及一种高强矿用注浆加固材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着煤矿开采的不断延深，扩大了围岩体破碎范围，极易出现冒顶片帮问题，因此，松散破碎地质条件下巷道支护与维护已成为煤矿采掘过程中不可回避的技术难题之一。矿用注浆加固材料是一种用于矿山工程中加固岩体或地下工程结构的材料，将注浆材料经注浆泵可有效充填到煤岩裂隙，经网络骨架、粘结补强、充填压密和转换破坏机制等作用，大幅提高了围岩体弹性模量，进而改变围岩应力状态，加强了围岩的稳定性。
2、由于煤矿领域的特殊性，对注浆加固后固结体的力学性能也有较高的要求。为保障采煤安全，现有聚氨酯加固材料的力学性能仍显不足，尤其在加固大断层、煤柱和永久巷道时。因此，提高聚氨酯注浆材料的力学性能势在必行。
技术实现思路
1、为了提高矿用注浆加固材料的力学性能，本申请提供了一种高强矿用注浆加固材料及其制备方法。
2、第一方面，本申请提供一种高强矿用注浆加固材料，其采用如下技术方案：
3、一种高强矿用注浆加固材料，包括如下重量份原料：超细水泥50-90份，细骨料5-10份，膨胀剂5-15份，速凝剂2-4份，减水剂1-4份；硅粉改性超支化聚氨酯18-42份本申请的矿用注浆加固材料原料可选用超细水泥50-90份，细骨料5-10份，膨胀剂5-15份，速凝剂2-4份，减水剂1-4份；硅粉改性超支化聚氨酯18-42份各自范围内的任一值，且能提高矿用注浆加固材料的力学性能。
4、通过采
5、细骨料可以填充矿石中的空隙和裂缝，增加材料的体积，提高矿石的整体稳定性；还可以与水泥或其他粘结剂形成强度较高的复合材料，提高矿用注浆加固材料的力学性能。
6、膨胀剂可以通过释放气体或产生化学反应产生气泡，使矿用注浆加固材料产生膨胀，填充矿石中的空隙和裂缝，增加材料的体积，提高矿石的整体稳定性；还能够与水泥或其他粘结剂形成复合材料，提高矿用注浆加固材料的力学性能。
7、速凝剂可以加快注浆材料的凝结时间，使材料迅速固化，促进水泥或其他粘结剂的早期水化反应，加快材料的硬化过程，提高矿用注浆加固材料的力学性能。
8、减水剂可以改善注浆材料的流动性和可塑性、填充矿石中更细小的空隙，促进水泥或其他粘结剂的水化反应，加速材料的硬化过程，提高矿用注浆加固材料的力学性能。
9、硅粉改性超支化聚氨酯可以提高注浆材料的粘结力，增加材料与矿石的粘结强度，可以使注浆材料具有一定的伸缩性和抗裂性，提高材料的耐久性和抗震能力，还可以改善材料的致密性和耐久性，减少材料的收缩和膨胀，增加材料的抗冻融性和耐久性，增强矿用注浆加固材料的粘结性能和力学性能。
10、作为优选：所述高强矿用注浆加固材料包括如下重量份原料：超细水泥60-70份，细骨料7-9份，膨胀剂8-12份，速凝剂3-4份，减水剂2-4份；改性超支化聚氨酯28-24份。
11、作为优选：所述硅粉改性超支化聚氨酯通过如下操作步骤得到：s1硅粉预处理：将8-16kg硅粉、2-8kg硅烷偶联剂和3-5kg乙醇混合，在40-70℃下反应，然后洗涤、干燥；s2硅粉改性超支化聚氨酯：将5-15kg聚醚多元醇、15-45kg 2，2-二羟甲基丙酸混合，然后在保护气体下加入2-6kg对甲基苯磺酸和3-7kg稳定剂在120-150℃下反应0.5-1h后，加入s1预处理后的硅粉和4-12kg三异氰酸酯基苯酚引发超支化反应2-3h即得。
12、通过采用上述技术方案，首先将硅粉用硅烷偶联剂进行预处理，可与改善其表面性质，提高其与聚氨酯的相容性和反应性；然后将聚醚多元醇、2，2-二羟甲基丙酸作为聚合物前体，然后在保护气体下加入催化剂对甲基苯磺酸和稳定剂在120-150℃下反应0.5-1h后，加入预处理的硅粉和超支化剂三异氰酸酯基苯酚引发超支化反应，进行交联，形成高分子量和多功能性的硅粉改性聚氨酯网络结构。
13、作为优选：所述稳定剂为三叔丁基羟基苯酚和二叔丁基二硫代碳酰胺混合物。
14、通过采用上述技术方案，三叔丁基羟基苯酚(tbpb)可以引发硅粉改性超支化聚氨酯中的聚合反应，引发硅粉表面的羟基与聚氨酯基团之间的交联反应，增强硅粉与聚氨酯基体之间的相互作用；二叔丁基二硫代碳酰胺(tbd)可以与硅粉表面的羟基反应，形成硫醇键，增强硅粉与聚氨酯基体之间的化学键结合，二者共同作用，增加硅粉改性超支化聚氨酯材料的化学交联网络，提高改性效果。
15、作为优选：所述三叔丁基羟基苯酚和二叔丁基二硫代碳酰胺的重量份配比为1：(1-2)。
16、通过采用上述技术方案，调节三叔丁基羟基苯酚和二叔丁基二硫代碳酰胺的重量份配比为1：(1-2)，可以进一步增加硅粉改性超支化聚氨酯材料的化学交联网络，提高改性效果。
17、作为优选：所述高强矿用注浆加固材料还包括如下重量份的原料：聚乙烯醇改性硅纳米管5-15份。
18、通过采用上述技术方案，硅纳米管具有高比表面积和纳米尺寸的特点，pva作为一种亲水性高分子材料，与水和其他水基材料具有良好的相容性，通过硅纳米管与pva进行复合改性，可以增强材料与水的相互作用，有助于材料在注浆过程中更好地渗透到矿体裂隙中，填充和加固裂隙，还可以增加材料的强度、硬度和韧性，提高聚乙烯醇改性硅纳米管在水环境中的稳定性和力学性能。
19、作为优选：所述聚乙烯醇改性硅纳米管通过如下操作步骤得到：将5-13kg聚乙烯醇在2-8kg溶剂中溶解，然后加入2-18kg硅纳米管和3-5kg相容剂，超声分散后干燥得到聚乙烯醇改性硅纳米管。
20、通过采用上述技术方案，将聚乙烯醇在溶剂中溶解分散，然后加入硅纳米管和相容剂，超声分散使其分散均匀，然后干燥得到聚乙烯醇改性硅纳米管。
21、作为优选：所述相容剂为多酚类化合物和硼酸混合物。
22、通过采用上述技术方案，多酚类化合物(如鞣质酸、单宁酸等)可以与聚乙烯醇和硅纳米管表面的羟基形成化学键；硼酸可以与聚乙烯醇中的羟基发生酯化反应，形成硼酸酯交联结构，二者共同作用，促进聚乙烯醇和硅纳米管的交联改性，进而提高矿用注浆加固材料的力学性能。
23、作为优选：所述多酚类化合物和硼酸的重量份配比为1：(1-2)。
24、通过采用上述技术方案，调节多酚类化合物和硼酸的重量份配比为1：(1-2)，可进一步提高聚乙烯醇和硅纳米管的交联改性，进而提高矿用注浆加固材料的力学性能。
25、第二方面，本申请提供一种上述任一项高强矿用注浆加固材料的制备方法。
26、一种高强矿用注浆加固材料的制备方法，其包括如本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强矿用注浆加固材料，其特征在于，包括如下重量份原料：超细水泥50-90份，细骨料5-10份，膨胀剂5-15份，速凝剂2-4份，减水剂1-4份；硅粉改性超支化聚氨酯18-42份。
2.根据权利要求1所述的高强矿用注浆加固材料，其特征在于，包括如下重量份原料：超细水泥60-70份，细骨料7-9份，膨胀剂8-12份，速凝剂3-4份，减水剂2-4份；硅粉改性超支化聚氨酯28-34份。
3.根据权利要求1所述的高强矿用注浆加固材料，其特征在于，所述硅粉改性超支化聚氨酯通过如下操作步骤得到：
4.根据权利要求1所述的高强矿用注浆加固材料，其特征在于，所述稳定剂为三叔丁基羟基苯酚和二叔丁基二硫代碳酰胺混合物。
5.根据权利要求4所述的高强矿用注浆加固材料，其特征在于，所述三叔丁基羟基苯酚和二叔丁基二硫代碳酰胺的重量份配比为1：（1-2）。
6.根据权利要求1所述的高强矿用注浆加固材料，其特征在于，所述高强矿用注浆加固材料还包括如下重量份的原料：聚乙烯醇改性硅纳米管5-15份。
7.根据权利要求6所述的高强矿用注浆
8.根据权利要求7所述的高强矿用注浆加固材料，其特征在于，所述相容剂为多酚类化合物和硼酸混合物。
9.根据权利要求8所述的高强矿用注浆加固材料，其特征在于，所述多酚类化合物和硼酸的重量份配比为1：（1-1.5）。
10.一种权利要求1所述的高强矿用注浆加固材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将超细水泥、细骨料、硅粉改性超支化聚氨酯混合后，加入减水剂和其他原料搅拌均匀即得。
...【技术特征摘要】
1.一种高强矿用注浆加固材料，其特征在于，包括如下重量份原料：超细水泥50-90份，细骨料5-10份，膨胀剂5-15份，速凝剂2-4份，减水剂1-4份；硅粉改性超支化聚氨酯18-42份。
2.根据权利要求1所述的高强矿用注浆加固材料，其特征在于，包括如下重量份原料：超细水泥60-70份，细骨料7-9份，膨胀剂8-12份，速凝剂3-4份，减水剂2-4份；硅粉改性超支化聚氨酯28-34份。
3.根据权利要求1所述的高强矿用注浆加固材料，其特征在于，所述硅粉改性超支化聚氨酯通过如下操作步骤得到：
4.根据权利要求1所述的高强矿用注浆加固材料，其特征在于，所述稳定剂为三叔丁基羟基苯酚和二叔丁基二硫代碳酰胺混合物。
5.根据权利要求4所述的高强矿用注浆加固材料，其特征在于，所述三叔丁基羟基苯酚和二叔丁基二硫代碳酰胺的重量份配比为1：（1-2）。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王国腾，于旭武，刘跃东，
申请(专利权)人：山西澳华工矿山支护科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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