一种高分子杂化体地聚合物复合锚固材料及其制备方法与流程

本发明涉及煤矿巷道加固用复合锚固材料领域，特别涉及一种高分子杂化体地聚合物复合锚固材料及其制备方法。

背景技术：

1、煤矿巷道开挖增加了围岩扰动，带来的围岩裂隙发育和贯通改变了岩体应力分布，导致开挖面稳定性减弱，容易诱发碎裂、坍塌等灾害发生，影响施工进展的同时还有可能造成生命财产安全，因此对煤矿巷道加固是必要的工程施工原则。

2、锚杆(索)支护是煤矿中常用的支护手段，一般在巷道开挖过程中与掘进交替作业以保证围岩稳定性。由于地下作业地质环境复杂，不稳定因素(如酸碱离子腐蚀、突水、高地温、瓦斯等)较多，对锚固剂的要求较高。性能优良的锚固材料有利于提高锚固效果以及支护结构的耐久性和稳定性。

3、目前常用的锚固材料为水泥基锚固材料和树脂锚固材料，但水泥基锚固材料存在抗腐蚀性能不佳、收缩徐变大、容易产生气泡、裂纹等工程问题，虽可用于临时支护，但难以保护杆体不受侵蚀，不适合巷道的长期支护稳定性。此外，树脂锚固剂容易出现贮存稳定性不好、胶泥分层、强度不高等问题，使其适用性受到限制。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种高分子杂化体地聚合物复合锚固材料。

2、为此，本发明所提供的锚固材料包括500-600质量份偏高岭土、150-250质量份超细高炉矿渣、150-200质量份赤泥、20-40质量份碳化硅纤维、40-60质量份硅灰、3-5质量份明矾石、10-20质量份纤维素纳米晶、40-60质量份纳米二氧化硅溶胶、0.5质量份硅烷类偶联剂、10-15质量份异氰酸酯、10-15质量份聚醚多元醇；且所述异氰酸酯和聚醚多元醇的质量份数相同。

3、进一步，还包括200-300质量份水玻璃和1000-1500质量份水。

4、可选的，所述水玻璃的模数为1.2-1.8。

5、可选的，所述纳米二氧化硅溶胶ph为6.5-7.5。

6、可选的，所述硅烷类偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

7、本发明还提供了上述锚固材料的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：

8、s1，将配方量偏高岭土、超细高炉矿渣、赤泥、碳化硅纤维、硅灰和明矾石混合得组分a；

9、s2，60～80℃条件下，向溶解有配方量纤维素纳米晶和纳米二氧化硅溶胶的混合溶液中滴入配方量硅烷类偶联剂，反应完成后降温至室温获得硅烷偶联处理的纳米材料；

10、s3，将配方量异氰酸酯、配方量聚醚多元醇、反应溶剂及溶解有s2所得纳米材料的溶液各自以雾化方式加入反应器进行反应，反应器内温度为100～120℃，反应完成后收集固体产物得组分b。

11、进一步还包括以下步骤：s4，将组分a、组分b及配方量的水和水玻璃混合得锚固材料。

12、可选的，所述雾化通过惰性气体气流发生，且惰性气体气流的压力为8～12mpa。

13、本发明的锚固材料固结强度高，稳定性好，耐离子腐蚀性能佳，具有良好的热稳定性和耐久性，能够明显地提高锚固效果，解决了锚杆体在长期不良地质环境下失稳的风险。此外，该材料极高的力学性能也为锚固结构的支护能力提供了有力的支持。

技术特征：

1.一种高分子杂化体地聚合物复合锚固材料，其特征在于，所述锚固材料包括500-600质量份偏高岭土、150-250质量份超细高炉矿渣、150-200质量份赤泥、20-40质量份碳化硅纤维、40-60质量份硅灰、3-5质量份明矾石、10-20质量份纤维素纳米晶、40-60质量份纳米二氧化硅溶胶、0.5质量份硅烷类偶联剂、10-15质量份异氰酸酯、10-15质量份聚醚多元醇；且所述异氰酸酯和聚醚多元醇的质量份数相同。

2.根据权利要求1所述的高分子杂化体地聚合物复合锚固材料，其特征在于，还包括200-300质量份水玻璃和1000-1500质量份水。

3.根据权利要求1所述的高分子杂化体地聚合物复合锚固材料，其特征在于，所述水玻璃的模数为1.2-1.8。

4.根据权利要求1所述的高分子杂化体地聚合物复合锚固材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅溶胶ph为6.5-7.5。

5.根据权利要求1所述的高分子杂化体地聚合物复合锚固材料，其特征在于，所述硅烷类偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

6.权利要求1所述锚固材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

7.权利要求2所述锚固材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括权利要求6所述方法步骤，还包括以下步骤：

8.权利要求1所述锚固材料的制备方法，其特征在于，所述雾化通过惰性气体气流发生，且惰性气体气流的压力为8～12mpa。

技术总结本发明公开了一种高分子杂化体地聚合物复合锚固材料及其制备方法，所述锚固材料包括偏高岭土、超细高炉矿渣、赤泥、碳化硅纤维、硅灰、明矾石、纤维素纳米晶、纳米二氧化硅溶胶、硅烷类偶联剂、异氰酸酯、聚醚多元醇。制备方法式将聚氨酯纳米材料杂化体与偏高岭土、超细高炉矿渣、赤泥和水玻璃组成的地聚合物体系进行复合，并掺加硅灰、碳化硅纤维和少量明矾石，最终形成一种拥有紧密牢固三维互穿网络结构体系的高分子杂化体地聚合物复合锚固材料。该复合锚固材料；碳化硅纤维和明矾石的加入有效解决了地聚合物抗弯性能不佳以及收缩问题，使复合材料的性能趋于完善。技术研发人员：张锐,方鹏,姚克,刘祺,赵雪锋,张刚,李旺年,刘璞受保护的技术使用者：中煤科工西安研究院（集团）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5