Состав для укрепления грунтов

Состав для укрепления грунтов

Реферат

Изобретение относится к составам, используемым в качестве связующих для укрепления грунтов, и может быть использовано в строительстве и горном деле.

Известны различные связующие, используемые для укрепления грунтов, на базе карбамидоформальдегидных смол (SU 790718, C08G 12/12, 1994; RU 2270840, C08G 12/12, 2006), акриловых олигомеров и полимеров (JP 62-22882, C08F 290/00, 1987; RU 2348792, E21B 33/38, C09K 8/508, 2009), полиуретановых композиций (JP 2001-152155, C08G 18/10, 2001).

Наиболее близким к предложенному является известный двухкомпонентный состав для укрепления грунтов нагнетанием, включающий изоцианатный и гидроксильный компоненты, который в качестве изоцианатного компонента содержит форполимер метилендифенилдиизоцианата, содержащий 18-24% NCO-групп, преимущественно полученный взаимодействием метилендифенилдиизоцианата с линейными двухатомными спиртами (гликолями), а в качестве гидроксильного компонента - многоатомные спирты, преимущественно содержащие не менее 3 гидроксильных групп в молекуле, причем один из компонентов содержит пеногаситель, состоящий из неионных ПАВ и неомыляемых веществ (RU 2346958, C08G 18/10, C08G 18/28, C08G 18/48, C09J 175/06, 2009). В качестве достоинств состава указаны: низкая температура реакции (менее 130°C), короткое время полимеризации, ограниченное вспенивание (не более, чем 5-кратное увеличение объема).

Недостатками известного состава являются высокая вязкость используемого изоцианатного компонента, даже в присутствии разжижителей (около 800 мПа·с), а также склонность гидроксильного компонента к расслаиванию, обусловленная тем, что он включает как высокомолекулярные (М≈3000), так и низкомолекулярные (М=280-450) полиэфирполиолы, обладающие ограниченной взаимной растворимостью. При использовании состава эти обстоятельства затрудняют его равномерное распределение в грунте, что снижает эффективность использования.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности укрепления грунтов с использованием для этой цели полимерных композиций.

Техническим результатом, получаемым при осуществлении изобретения, является получение состава с низкой вязкостью и отсутствием склонности к расслаиванию при сохранении низкой температуры реакции и ограниченного вспенивания.

Для достижения указанного результата предложен двухкомпонентный состав для укрепления грунтов нагнетанием, включающий изоцианатный и гидроксильный компоненты в равных объемах, отличающийся тем, что в качестве изоцианатного компонента он содержит полифениленполиметиленполиизоцианат с содержанием 30-31% NCO-групп, а в качестве гидроксильного компонента - однородную смесь алкоксилированного алкандиола или -триола с молекулярной массой 370-600 или их смеси, алкандиола или алкоксилированного алкандиола молекулярной массы 60-200 и катализатора уретанообразования, выбранного из группы, включающей диазабициклооктан, дибутилдилауринат олова, диметилэтаноламин, метилдиэтаноламин. при следующем соотношении ингредиентов в составе гидроксильного компонента (мас.ч.):

алкандиол или алкоксилированный алкандиол
молекулярной массы 60-200	100
алкоксилированный алкандиол или -триол
молекулярной массы 370-600 или их смесь	75-860
катализатор уретанообразования	0,1-0,4

Неожиданно было обнаружено, что состав для укрепления грунтов, отвечающий всем необходимым требованиям к составам такого назначения и обладающий полезными свойствами, создающими его преимущества перед известными составами, может быть получен на базе легко доступного сырья.

Изоцианатный компонент предложенного состава - выпускаемый в больших промышленных масштабах полифениленполиметиленполиизоцианат с содержанием 30-31% NCO-групп, известный также под общеупотребительным названием «полимерный МДИ», - обладает гораздо более низкой вязкостью (150-250 мПа·с), чем изоцианатный компонент известного состава.

Гидроксильный компонент состава состоит из трех ингредиентов. Первым из этих ингредиентов является диол молекулярной массы 60-200, которым может быть алкандиол, например, этилен- или пропиленгликоль, или низкомолекулярный алкандиол полученный алкоксилированием (этоксилированием или пропоксилированием) этих гликолей. Алкоксилированные гликоли (смеси диолов с различным числом алкоксильных звеньев) в практике часто именуют полиэтилен- или полипропиленгликолями с обозначением средней молекулярной массы.

Вторым ингредиентом является алкоксилированный алкандиол или -триол молекулярной массы 370-600 или их смесь. Алкоксилированный алкандиол в составе второго ингредиента имеет ту же природу, что и в составе первого, но большее число алкоксильных звеньев и, соответственно, большее значение молекулярной массы. Алкоксилированным алкантриолом может быть, например, этоксилированный или пропоксилировнный глицерин.

Катализатор уретанообразования, который всегда вводят в состав гидроксильных компонентов, применяемых для получения полиуретановых пен, выбран из числа применяемых для этой цели катализаторов - диазабициклооктан (ДАБКО), дибутил-дилауринат олова (ДБДЛО), диметилэтаноламин (ДМЭА), метилдиэтаноламин (МДЭА).

Сочетание указанных ингредиентов позволяет создать гидроксильный компонент, который совершенно не склонен к расслаиванию, легко распределяется в укрепляемом грунте и достаточно эффективно реагирует с выбранным изоцианатным компонентом, создавая быстро затвердевающий полиуретановый полимер достаточной прочности. При этом температура, развивающаяся при реакции компонентов, остается достаточно низкой - далекой, например, от температуры воспламенения угля (300-325°C), что обеспечивает безопасность применения состава при укреплении грунта в угольных разработках.

Сущность изобретения иллюстрируется приведенными ниже примерами. Примеры 1-10 иллюстрируют получение и свойства гидроксильного компонента, примеры 11-20 -получение и свойства полиуретанового полимера.

Примеры 1-10. В колбу при комнатной температуре помещают алкоксилированный алкандиол или -триол молекулярной массы 370-600 или их смесь и алкандиол или алкоксилированный алкандиол молекулярной массы не более 200. Ингредиенты перемешивают механической мешалкой до полной гомогенизации. Затем добавляют катализатор уретанообразования. Раствор перемешивают в течение 30 мин, определяют плотность, вязкость и гидроксильное число, а затем используют в качестве гидроксильного компонента состава для укрепления грунта. Данные о составе и свойствах полученного гидроксильного компонента приведены в таблице 1.

Примеры 11-20. Данные о процессе взаимодействия компонентов предложенного состава и свойствах получаемого полиуретанового полимера определяют в модельных экспериментах. В пластмассовый стакан помещают равные объемы полифениленполиметилен-полиизоцианата (содержание NCO-групп 30-31%) и гидроксильного компонента, полученного в одном из примеров 1-10. Компоненты перемешивают быстроходной механической мешалкой и отмечают время схватывания (по образованию твердой корки на поверхности массы). После полного затвердевания полученный блок распиливают и определяют твердость по Шору (шкала D) и кажущуюся плотность, на основании которой рассчитывают фактор вспенивания. Результаты экспериментов приведены в таблице 2.

Таблица 1
Получение гидроксильного компонента
Пример	Загрузка		Плотность, г/см3	Гидроксильное число, мг KOH/г	Вязкость, мПа·с
Диол М=60-200	Полиэфирполиол М=400-600	Катализатор
тип	мас.ч.	тип	мас.ч.	тип	мас.ч.
1	ЭГ	100	ПЭГ 400	860	ДАБКО	0,1	1,12	440	95
2	ДЭГ	100	ПЭГ 400	390	ДАБКО	0,1	1,12	440	95
3	ТЭГ	100	ПЭГ 400	195	ДБДЛО	0,1	1,12	440	85
4	ПЭГ 200	100	ПЭГ 400	78	ДАБКО	0,2	1,12	440	100
5	ТЭГ	100	ПЭГ 600	125	ДМЭА	0,2	1,12	440	95
6	ТЭГ	100	Лапрол 502 М	117	ДАБКО	0,2	1,01	440	90
7	тэг	100	Пропол 400	182	ДАБКО	0,2	0,97	440	80
8	ДЭГ	100	ПЭГ 400	390	МДЭА	0,4	1,12	440	95
9	ДЭГ	100	ПЭГ 400	383	ДАБКО	0,2	1,10	440	120
Лапрол 373	161
10	ДЭГ	100	Лапрол 503Б	646	ДАБКО	0,2	1,05	440	200
Обозначения:
ЭГ - этиленгликоль	Лапрол 502 М - полипропиленгликоль М=500
ДЭГ - диэтиленгликоль	Пропол 400 - полипропиленгликоль М=400
ТЭГ - триэтиленгликоль	Лапрол 373 - полипропилентриол М=370
ПЭГ 200 - полиэтиленгликоль М=200	ДАБКО - диазабициклооктан
ПЭГ 400 - полиэтиленгликоль М=400	ДБДЛО - дибутилдилауринат олова
ПЭГ 600 - полиэтиленгликоль М=600	ДМЭА - диметилэтаноламин
Лапрол 503 Б - полипропилентриол М=500	МДЭА - метилдиэтаноламин

Таблица 2
Получение полиуретанового полимера
Пример	Гидроксильный компонент по примеру	NCO:OH, г-экв/г-экв	Время схватывания, с	Температура реакции, °C	Кажущаяся плотность пены, г/см3	Фактор вспенивания	Твердость по Шору, шкала D
11	1	1,05	45	125	1,02	1,2	80
12	2	1,05	35	130	1,07	1,1	75
13	3	1,05	30	130	1,00	1.2	75
14	4	1,05	27	130	1,03	1,1	70
15	5	1,1	55	116	1,18	1,0	82
16	6	1,0	45	123	1,10	1,1	80
17	7	1,05	45	123	1,07	1,1	80
18	8	1,05	40	125	1,17	1,0	82
19	9	1,05	40	125	0,91	1,3	70
20	10	1,05	40	120	0,95	1,2	75

Двухкомпонентный состав для укрепления грунтов нагнетанием, включающий изоцианатный и гидроксильный компоненты в равных объемах, отличающийся тем, что в качестве изоцианатного компонента он содержит полифениленполиметиленполиизоцианат с содержанием 30-31% NCO-групп, а в качестве гидроксильного компонента - однородную смесь алкоксилированного алкандиола или -триола с молекулярной массой 370-600 или их смеси, алкандиола или алкоксилированного алкандиола молекулярной массы 60-200 и катализатора уретанообразования, выбранного из группы, включающей диазабициклооктан, дибутилдилауринат олова, диметилэтаноламин, метилдиэтаноламин, при следующем соотношении ингредиентов в составе гидроксильного компонента, мас.ч.:алкандиол или алкоксилированный алкандиол

молекулярной массы 60-200	100
алкоксилированный алкандиол или -триол
молекулярной массы 370-600 или их смесь	75-860
катализатор уретанообразования	0,1-0,4.