一种防渗注浆材料、制备方法及应用与流程

本发明涉及注浆材料，尤其涉及一种防渗注浆材料、制备方法及应用。

背景技术：

1、煤矿地下水库技术是实现矿井水保护与利用的重要途径，其安全性核心在于煤柱坝体和密闭墙的防渗性能。然而，煤柱坝体本身存在大量原生微观裂隙，且其与人工构筑的混凝土密闭墙因材料属性（刚性-塑性）和变形性能差异，在接茬处极易形成渗水通道。常规的纯无机（如水泥基）或纯有机（如聚氨酯、丙烯酸盐）注浆材料在应对此类复杂渗漏问题时存在明显局限：水泥基材料：粘度高，难以注入微细裂隙；凝结时间长，易被水流冲散；与煤体、混凝土的粘接性一般，柔韧性差，在采动应力下易产生新的开裂。有机化学浆材（如聚氨酯）：虽渗透性好，但憎水性强，在含水裂隙中难以有效铺展和润湿裂隙表面，导致包裹性差；与亲水性的煤岩和混凝土界面粘结力不足；耐久性和抗老化性能较差，且成本高昂。因此，开发一种既能高效渗透微细裂隙，又能与亲水性煤岩和混凝土牢固结合，并具备优异柔韧性和耐久性的新型注浆材料，是解决煤矿地下水库渗漏难题的关键。

技术实现思路

1、本发明旨在解决如下技术问题：

2、1、解决材料在含水环境中的“浸润与粘结矛盾”问题：即传统憎水性有机浆液无法有效润湿亲水的煤岩和混凝土表面，导致界面粘结失败；而亲水性无机浆液虽能润湿，但其粘结强度和韧性往往不足。

3、2、解决微细裂隙“可注性与留存性”问题：传统水泥浆液因颗粒粒径和粘度问题难以注入微米级裂隙；而低粘度化学浆液注入后易被水流稀释或冲走，无法在动态水环境下有效留存、凝胶和封堵。

4、3、解决“刚性-柔性”界面适配性问题：煤柱坝体（塑性体）与混凝土密闭墙（刚性体）在矿山压力下会产生差异变形，现有刚性注浆材料易随之开裂，而柔性材料则强度不足，无法同时满足长期封堵强度与适应变形的需求。

5、4、解决有机与无机材料简单混合的“相容性与协同性”问题：简单的物理共混会导致相分离，界面成为性能短板。本发明旨在实现有机相与无机相在纳米/分子尺度的稳定复合与性能协同，形成显著的协同效果。

6、本发明提供一种防渗注浆材料、制备方法及应用，适用于煤矿地下水库复杂渗漏环境。本发明材料的核心创新在于其分子设计引入了具有独特梭形结构的单体，该结构作为“桥联分子”，一端为亲水基团，另一端为疏水链段，中间为刚性骨架，实现了有机相与无机相在纳米尺度的均匀复合与性能协同，从而显著提升材料的浸润性、渗透性、粘结性和最终防渗效果。

7、第一方面，本发明提出一种防渗注浆材料，原料包括a组分和b组分，

8、所述a组分包括超细水泥、纳米二氧化硅、偏高岭土、具有梭形结构的两亲性聚合物单体和水溶性环氧树脂；所述两亲性聚合物单体的分子结构包括亲水性的可聚合端基、刚性的芳香族骨架和疏水性的长链烷基尾；

9、所述b组分包括水性胺类固化剂、促凝剂和增韧剂。

10、进一步地，所述亲水性的可聚合端基为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基或环氧基团。

11、进一步地，所述刚性的芳香族骨架为一个或多个苯环、联苯或萘环。

12、进一步地，所述疏水性的长链烷基尾为碳原子数在8-18之间的直链或支链烷烃。

13、进一步地，所述a组分还包括水、分散剂和消泡剂。

14、第二方面，本发明提出任一上述的防渗注浆材料的制备方法，包括如下步骤：

15、在搅拌条件下向助剂水溶液中依次加入所述超细水泥、所述纳米二氧化硅和所述偏高岭土，充分搅拌分散，加入所述水溶性环氧树脂，使其与无机浆体充分融合，加入所述两亲性聚合物单体，搅拌均匀，在搅拌条件下真空干燥，制得a组分浆料；

16、在搅拌条件下将所述b组分混合，并搅拌均匀，制得b组分溶液；

17、将所述a组分浆料和所述b组分溶液混合，并搅拌均匀，制得注浆材料。

18、进一步地，在400-600 rpm搅拌速率下，按质量分数计，依次加入40-60份所述超细水泥、3-8份所述纳米二氧化硅和3-8份所述偏高岭土，添加完毕后，搅拌速率为1200-1500rpm，搅拌20-40分钟；在600-800 rpm搅拌速率下加入5-15份所述水溶性环氧树脂，在此速率下搅拌10-15分钟；在400-600 rpm搅拌速率下加入1-5份所述两亲性聚合物单体，添加完毕后，搅拌速率为800-1000 rpm，搅拌15-25分钟；在50-100 rpm搅拌速率下真空干燥10-20分钟。

19、进一步地，在200-400 rpm搅拌速率下，按质量分数计，将70-85份所述水性胺类固化剂、5-10份所述促凝剂和5-15份所述增韧剂混合，搅拌10-15分钟。

20、进一步地，所述a组分浆料和所述b组分溶液按体积比（3-5）:1混合。

21、第三方面，本发明提出任一上述的防渗注浆材料在煤矿地下水库煤柱坝体或坝体连接处中的应用。

22、本发明的有益效果为：

23、1、卓越的两亲性与浸润性：梭形单体作为表面活性剂，大幅降低浆液表面张力，使其既能被水携带深入含水裂隙，又能有效排开水膜，润湿并粘附亲水的煤岩和混凝土表面，解决了传统憎水有机浆材“不粘”的难题。

24、2、极佳的渗透性：复合体系在梭形单体的分散作用下粘度较低，且纳米sio2和超细水泥颗粒不易团聚，能够有效渗透至毫米级甚至微米级的微细裂隙中。

25、3、强大的界面粘结力：梭形单体的亲水端通过化学键和物理作用锚定在无机物（煤、混凝土、水泥水化产物）表面，疏水端则嵌入聚合物（环氧树脂固化网络）中，形成了牢固的“钉扎效应”，极大增强了界面结合力，避免了脱粘。

26、4、柔韧与刚性的协同：最终形成的互穿网络结构，既具有聚合物材料的柔韧性，能适应煤柱坝体的微小变形，又具有无机材料的刚度和耐久性，抗压强度高，长期性能稳定。

27、5、环保与经济性：本发明以无机材料为主，降低了成本和环境负荷；水作为溶剂，安全无毒。防渗注浆材料综合性能优异，适用于煤矿地下水库煤柱坝体或坝体连接处，提升煤矿地下水库建设效率。

28、6、本发明制备方法实现了纳米/分子尺度的有机-无机界面化学键合，保障两相稳定相容。优选的，通过不同转速匹配物料特性，充分发挥协同效果。

1.一种防渗注浆材料，其特征在于，原料包括a组分和b组分，

2.根据权利要求1所述的防渗注浆材料，其特征在于，所述亲水性的可聚合端基为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基或环氧基团。

3.根据权利要求1所述的防渗注浆材料，其特征在于，所述刚性的芳香族骨架为一个或多个苯环、联苯或萘环。

4.根据权利要求1所述的防渗注浆材料，其特征在于，所述疏水性的长链烷基尾为碳原子数在8-18之间的直链或支链烷烃。

5.根据权利要求1所述的防渗注浆材料，其特征在于，所述a组分还包括水、分散剂和消泡剂。

6.权利要求1-5任一所述的防渗注浆材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的防渗注浆材料的制备方法，其特征在于，在400-600 rpm搅拌速率下，按质量分数计，依次加入40-60份所述超细水泥、3-8份所述纳米二氧化硅和3-8份所述偏高岭土，添加完毕后，搅拌速率为1200-1500 rpm，搅拌20-40分钟；在600-800 rpm搅拌速率下加入5-15份所述水溶性环氧树脂，在此速率下搅拌10-15分钟；在400-600 rpm搅拌速率下加入1-5份所述两亲性聚合物单体，添加完毕后，搅拌速率为800-1000 rpm，搅拌15-25分钟；在50-100 rpm搅拌速率下真空干燥10-20分钟。

8.根据权利要求6所述的防渗注浆材料的制备方法，其特征在于，在200-400 rpm搅拌速率下，按质量分数计，将70-85份所述水性胺类固化剂、5-10份所述促凝剂和5-15份所述增韧剂混合，搅拌10-15分钟。

9.根据权利要求6所述的防渗注浆材料的制备方法，其特征在于，所述a组分浆料和所述b组分溶液按体积比（3-5）:1混合。

10.权利要求1-5任一所述的防渗注浆材料在煤矿地下水库煤柱坝体或坝体连接处中的应用。