Состав для упрочнения горных пород Советский патент 1993 года по МПК E21D11/00 E21D11/38 

Изобретение относится к растворам по укреплению мелкопористых и тонкотрещиноватых горных пород, где величина раскрытия трещин 0,5 - 1,0 мм, может быть применен при упрочнении подземных сооружений: шахт, гидроизоляции стенок - скважин, оснований плотин.

Известна композиция для укрепления грунтов, включающая карбамидную смолу, щавелевую кислоту, гексаметилен тетрами- на и воду.

Недостатком композиции является малая адгезия к породам с повышенной карбо- натностью (0,80.- 0,85 МПа), а также низкая деформация при изгибе и при сжатии, большая объемная усадка (8-12%).

Известно полимерное связующее для древесно-стружечных плит на основе карба- мидной смолы, отвердителя - персульфат

аммония и добавки: пигносульфоната, едкого натрия и соединения меди.

Введение .в состав связующего лигно- сульфоната приводит к улучшению физико- механических свойств и к снижению усадки состава.

Недостатками состава является то, чУо отверждение проводится при высокой температуре (140° - 160°С), а также в отверж- денном состоянии составы из карбамидной смолы, лигносульфоната и едкого натрия от- личаются малой прочностью при склеивании (0,71 - 1,10 МПа). Присутствие едкого натрия в составе при комнатной температуре или более низкой температуре степень от- верждения снижается, а также наличие в составе в количестве 0,05 - 5,0 г. едкого натрия отверждения при комнатной температуре не происходит.

XI 00

ю ч

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является состав для упрочнения горных пород, включающий карбамидную смолу, 9%-ный водный раствор акриламида, инициатор - персульфат аммония, восстановитель - гидросульфат натрия, в мае. ч.

Введение в состав 9%-ного раствораак- риламида в количестве 50 мае. ч. устраняет усадку композиции на основе карбамидной смолы.

Однако наличие в составе акриламида в 2 раза больше, чем карбамидной смолы приводит к ослаблению межмолекулярного взаимодействия компонентов, поэтому, понижены прочностные показатели тампо- нажных растворов (7,0 - 8,0 МПа), а также необходимые условия для отверждения состава создаются при дополнительном введении кислоты.

Целью изобретения является повышение прочности и адгезии к породам состава и устранение усадки.

Цель достигается тем, что предлагаемый состав содержит карбамидную смолу КФ-Ж(ГОСТ 14281-78)-сроком хранения 3 .месяца, латекс - СКС - 65 гп (ГОСТ 10564- 75), 3%-ный раствор поливинилспирт(ГОСТ 10779-78), инициатор, ускоритель в следующем соотношении компонентов, мае. ч.: Карбамидная смола марки КФ-Ж58-62 Латекс СКС-65 гп .14-17 3%-ный раствор поли- винилспирта. 14-17 10%-ный раствор персульфата аммония 5 - 10 9%-ный раствор гидросульфата натрия 2-3 В табл. 1 приведены примеры предлагаемого состава с граничными значениями содержания компонентов

Смола КФ-ЖКомпонент А Латекс + раствор ПВС Компонент В 10%-ный раствор персульфата аммония Компонент С 9%-ный раствор гидросульфата натрия КомпонентД Пример.К 58 г карбамидной смолы вводят 14 г латекса и 14 гЗ%-ного раствора поливмиилспирта, после тщательного перемешивания определяют условную вязкость по вискозиметру ВЗ-4, после чего в полученный состав последовательно вводят раствор персульфата аммония и гидросульфата натрия и перемешивают.

Аналогично приготавливают остальные составы,

Прочность на сжатие кубиков размером 40 х 40 х 40 мм и прочность на изгиб склеенных составами кернов диаметром 31 - 32 мм определяли на прессе ZD/90.

Усадка определяется по известной методике.

Физико-механические показатели образцов с граничными значениями содержания компонентов приведены в табл. 2.

Латекс и раствор поливинилового спирта в данной композиции играет роль пласти0 фикатора и разбавителя.

Исключение из состава химически несвязанной воды повышает прочность клеевого состава. Это можно осуществить если разбавлять высококонцентрирован5 ную смолу не водой, а высокореакционнос- пособным раствором поливинилспирта, имеющим обильные гидроксильные группы.

Принятое соотношение компонентов

0 позволяет получить состав низкой вязкости по ВЗ-4 условная вязкость 26 - 28 с, однородность и стабильность, благодаря чему составы хорошо проникают в тонкотрещиноватые горные породы размером

5 раскрытия 0,5 - 1,0 мм.

Продукт взаимодействия карбамидной смолы, латекса и раствора поливинилспирта обладает повышенной адгезией к карбонатным породам за счет наличия

0 большого количества реакционно-способных и полярных групп: метиленовых, карбонильных, аминных, иминных, гидро- ксильных, способных образовывать с поверхностью пород химические и другие

5 связи. Поэтому, прочность образцов на сжатие 31 -34 МПа, на изгиб 5,5 -6,3 МПа. При смешивании реакционно-способных компонентов в присутствии 10%-ного раствора персульфата аммония, являю0 щимся отвердителем радикального типа с одной стороны, рН 10%-ного раствора персульфата аммония 1,5, являющимся отвердителем катионного типа, с другой стороны одновременно протекает несколько

5 реакций.

Известно, что образование карбамид- ных олигомеров проходит через стадию ме- тилольных производных мочевины (моно и диметилол) с образованием продукта линей0 ного строения.

Однако наряду с этим возможен и другой путь образования олигомера через дегидратацию метилольных групп с возникновением ненасыщенных азотомети5 новых групп HzN - СО - N СН2 и СН2 N - СО - N СН2 при введении в состав латекса и раствора поливинилового спирта в присутствии персульфат аммония, полимеризация протекает по радикальному механизму с раскрытием азотометиновых

двойных связей и двойных связей латекса, либо по катионному механизму, выделяя протон, в результате гидролиза кислоты их солей, благодаря чему могут протекать процессы сополиконденсации между метилоль- ными, между метилольными аминными и имидными, между метилольными и гидро- ксильными группами карбамидных олиго- меровиполивинилспирта.

При этом пластификация карбамидных смол с комплексными пластификаторами сопровождается уменьшением низкомоле- к улярных фракций, увеличением густот сшивки. В результате чего образуется пространственная сшитая структура макромо- лекулы.

Для удерживания в составе выделяющейся воды при отверждении карбамидных олигомеров вводят гидрофильные добавки, как поливинилспирт препятствующие усад- ке состава,

Формула изобретения Состав для упрочнения горных пород, включающий карбамидную смолу, инициатор, ускоритель и пластификатор, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и адгезии состава к породам и устранения усадки, он дополнительно содержит раствор поливинилового спирта, а в качестве пластификатора использован латекс при следующем соотношении компонентов, мае. ч.:

Карбамидная смола

марки КФ-Ж58-62; Латекс СКС-65 гп 14-17; 3%-ный раствор поливинилового спирта марки 18/11 сорт 1 14 - 17; 10%-ный раствор персульфата аммония 5-10; 9%-ный раствор гидросульфата натрия 2-3.

Таблица 1

Использование: изобретение относится к растворам для укрепления подземных сооружений: шахт, гидроизоляции стенок скважин, оснований плотин. Сущность: состав позволяет повысить эффективность прочности укрепления и адгезии к породам, .а также устранения усадки. Состав, содержащий карбамидную смолу, инициатор, ускоритель, пластификатор, также содержит в качестве пластификатора - латекс, поливиниловый спирт, при следующем соотношении компонентов, мае. ч: карба- мидная смола марки КФ-Ж-58-32; 10%-ный раствор персульфат аммоний 5 - 10%; 9%- ный раствор гидросульфат натрий 2 - 3; латекс СКС-65 гп - 14 - 17: 3%-ный раствор поливинилспирта 14 - 17. 2 табл.

Таблица 2