CN102344647B - 一种高渗透环氧灌浆材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于大型岩土工程基础防渗及补强的环保型高渗透环氧化学灌浆材料及其制备方法与应用。该环保型高渗透环氧灌浆材料包含以下按质量份计的成分：30～60份环氧树脂、5～10份活化剂、30～80份羰基化合物、5～20份活性稀释剂、10～20份多元胺A、1～3份硅烷偶联剂、0～3份表面活性剂和1～6份促进剂。该环氧灌浆材料摒弃了毒性较大的糠醛，减少对人体和环境的伤害，使环氧浆材更为环保；同时保留了糠醛-丙酮体系浆材优异的渗透性、良好的力学性能以及简单方便的制备工艺和施工工艺。

Description

一种高渗透环氧灌浆材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种环保型化学灌浆材料，特别涉及一种用于大型岩土工程基础防渗及补强的环保型高渗透环氧化学灌浆材料及其制备方法与应用。 

背景技术

环氧树脂具有粘接力强、在常温可以固化、固化收缩性小、力学性能高以及耐腐蚀性能好等特点，因此作为粘合剂、涂料、灌浆材料等被广泛应用于电子、机械、建筑等多个领域。环氧树脂类化学灌浆材料是目前使用最广泛、用量最大的补强类灌浆材料。由于环氧树脂本身粘度很大，作为灌浆材料使用时一般需加入活性稀释剂。糠醛-丙酮体系活性稀释剂以其稀释效果好、可在潮湿环境使用、价格低廉等优点成为环氧类灌浆材料最常用的活性稀释剂。中国发明专利87105255.5、01107590.2以及专利申请201010598220.0等公开了一系列以糠醛-丙酮体系为活性稀释剂的高渗透环氧树脂类灌浆材料，这些浆材能灌入渗透系数K＜10^-6～10^-8cm/s的软弱基础，并且具有优良的力学性能。 

但是，糠醛-丙酮体系中的糠醛是一种易挥发、毒性较大的化工原料，它的使用日益受到限制。在生产和施工过程中如果操作不当，容易引起空气污染甚至中毒事件发生。面对当今化工绿色化的趋势，寻找和开发环保型化学灌浆材料已是刻不容缓。水性环氧灌浆材料以水做稀释剂，是一种完全无毒的环保型灌浆材料。但水性环氧灌浆材料固化后的力学性能较低，目前还只能用于防水堵漏，不适合应用在补强加固领域。而以低粘度的带有环氧基团的缩水甘油醚或甘油酯低分子物做稀释剂，也是比较环保的。因为这些稀释剂沸点较高，难以挥发，因此毒性较低。但是这类稀释剂成本高，添加量不能太大，一般为树脂的20％以内，否则将导致材料的力学性能急剧下降。因此，这类活性稀释剂对环氧树脂的稀释作用远不如糠醛-丙酮体系，配成的浆液的粘度一般在200mPa·s以上，无法对细微的裂缝进行处理。 

因此寻找无毒或者低毒的醛类替代糠醛，在保持浆材原有低粘度、高渗透性以及优异力学性能的同时，又降低了浆材的毒性，减少对人体和环境的伤害， 使传统的糠醛-丙酮体系环氧灌浆材料焕发新的生命力，具有十分重要的现实意义和应用价值。 

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种环保型高渗透环氧灌浆材料。这种环保型高渗透环氧灌浆材料不仅初始粘度低、可操作时间可调，渗透性能好，能灌入渗透系数K＜10S^-6cm/s以下的软弱基础，而且具有排水性能以及力学性能优良等特点。 

本发明的另一目的在于提供所述的环保型高渗透环氧灌浆材料的制备方法。 

本发明的再一目的在于提供所述的环保型高渗透环氧灌浆材料的应用。 

本发明的目的可通过以下技术方案实现：一种环保型高渗透环氧灌浆材料，包含以下按质量份计的成分： 

所述的环氧树脂优选为双酚A型环氧树脂、酚醛型环氧树脂或双酚F型环氧树脂中的一种或至少两种；更优选双酚A型环氧树脂，如E-35、E-44或E-51中的一种或至少两种； 

所述的活化剂通过以下步骤制备：将多元胺B、酚类化合物和甲醛按质量比(25～80)∶(15～30)∶(20～80)配比混合，加入催化剂，搅拌升温至40～70℃反应5～20小时，然后脱水得到得到活化剂； 

所述的多元胺B优选为脂肪胺或脂环胺中的一种或两种； 

所述的多元胺B更优选为二乙烯三胺、三乙烯四胺或异佛尔酮二胺中的一种； 

所述的酚类化合物指的是苯酚及其衍生物，优选为苯酚、对氨基苯酚、对甲基苯酚、4-甲基苯酚、4-甲氧基苯酚或4-氨基苯酚中的一种或至少两种形成的 混合物； 

所述的甲醛为质量百分比37％的甲醛水溶液； 

所述的催化剂为碱金属氢氧化物，优选为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或两种； 

催化剂的用量按本领域技术人员的常识使用即可，一般为反应原料总质量的0.1％～2％； 

所述的羰基化合物为酮或醛中的一种或两种，优选为酮和醛的混合物，更优选为酮和醛按质量比0.5～1.2∶1配比得到的混合物； 

所述的酮优选为环己酮、丙酮或丁酮中的一种或至少两种的混合物； 

所述的醛优选为苯甲醛、茴香或甲基苯甲醛中的至少一种； 

所述的活性稀释剂可为低粘度含环氧基团的缩水甘油醚或缩水甘油酯，优选丁基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚或甲苯基缩水甘油醚中的一种或至少两种； 

所述的多元胺A优选为脂肪胺、脂环胺或改性酰胺中的一种或至少两种； 

所述的硅烷偶联剂为能够与环氧基团或多元胺反应的硅氧烷类偶联剂，优选γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷或苯胺甲基三乙氧基硅烷中的至少一种； 

所述的表面活性剂可为阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂中的一种或两种； 

所述的表面活性剂更优选为硬脂酸、聚乙二醇硬脂酸单酯、乙二醇硬脂酸单酯或乙二醇硬脂酸单酯中的一种或至少两种； 

所述的促进剂可选自N，N-二甲基苯胺、二甲基对甲基苯胺、2，4，6-三(二甲基氨基)苯酚、乙基咪唑或三乙醇胺中的至少一种； 

所述的环保型高渗透环氧灌浆材料的制备方法，包括以下步骤： 

(1)将环氧树脂、羰基化合物、活性稀释剂和表面活性剂混合，得到A液；将多元胺A、活化剂、促进剂和硅烷偶联剂混合，得到B液； 

(2)使用时，将A液和B液混合，得到高渗透性高强度的环氧灌浆材料； 

所述的环保型高渗透环氧灌浆材料特别适合用于大型岩土工程基础防渗及补强。 

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：采用本发明技术制备的环 氧灌浆材料摒弃了毒性较大的糠醛，减少对人体和环境的伤害，使环氧浆材更为环保；同时保留了糠醛-丙酮体系浆材优异的渗透性、良好的力学性能以及简单方便的制备工艺和施工工艺。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。 

实施例1 

(1)活化剂的制备：将25质量份二乙烯三胺、20质量份对甲氧基酚和20质量份甲醛(质量百分比37％，下同)混合均匀，加入催化剂NaOH(前述所用物质总质量的1％)，搅拌下升温至40℃反应20小时，然后通过减压，充分脱水得到活化剂。 

(2)环保型高渗透环氧灌浆材料的制备： 

A液：50质量份环氧树脂E44，30质量份苯甲醛，30质量份丙酮，10质量份辛基缩水甘油醚和3质量份硬脂酸混匀得到； 

B液：12质量份二乙烯三胺，6质量份活化剂，1质量份γ-氨丙基三甲氧基硅烷和3质量份2，4，6-三(二甲基氨基)苯酚混匀得到； 

使用时将A液和B液混合，得到高渗透性高强度的环氧灌浆材料。 

实施例2 

(1)活化剂的制备：将45质量份二乙烯三胺、25质量份对甲基酚、5质量份对氨基苯酚和80质量份甲醛混合均匀，加入催化剂氢氧化钾(前述所用物质总质量的1％)，搅拌下升温至50℃反应18小时，然后通过减压，充分脱水得到活化剂。 

(2)环保型高渗透环氧灌浆材料的制备： 

A液：40质量份环氧树脂E51，30质量份苯甲醛，30质量份丁酮，10质量份乙二醇二缩水甘油醚和1质量份聚乙二醇硬脂酸单酯混匀得到； 

B液：15质量份三乙烯四胺，8质量份活化剂，3质量份γ-氨丙基三乙氧基硅烷和6质量份三乙醇胺混匀得到； 

使用时将A液和B液混合，得到高渗透性高强度的环氧灌浆材料。 

实施例3 

(1)活化剂的制备：同实施例1步骤(1)。 

(2)环保型高渗透环氧灌浆材料的制备： 

A液：40质量份环氧树脂E44，30质量份甲基苯甲醛，15质量份丙酮，20质量份1，4-丁二醇二缩水甘油醚和2质量份乙二醇硬脂酸单酯混匀得到； 

B液：15质量份四乙烯五胺，6质量份活化剂，1质量份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和5质量份二甲基对甲基苯胺混匀得到； 

使用时将A液和B液混合，得到高渗透性高强度的环氧灌浆材料。 

实施例4 

(1)活化剂的制备：同实施例1步骤(1)。 

(2)环保型高渗透环氧灌浆材料的制备： 

A液：45质量份环氧树脂E44，25质量份苯甲醛，30质量份环己酮，5质量份苄基缩水甘油醚和3质量份乙二醇硬脂酸单酯混匀得到； 

B液：15质量份异佛尔酮二胺，5质量份活化剂，3质量份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和6质量份乙基咪唑混匀得到； 

使用时将A液和B液混合，得到高渗透性高强度的环氧灌浆材料。 

实施例5 

(1)活化剂的制备：同实施例2步骤(1)。 

(2)环保型高渗透环氧灌浆材料的制备： 

A液：30质量份环氧树脂E35，15质量份茴香醛，15质量份丙酮，10质量份1，6-丁二醇二缩水甘油醚和3份乙二醇硬脂酸单酯混匀得到； 

B液：10质量份二乙烯三胺，6质量份活化剂，1质量份γ-氨丙基三甲氧基硅烷和1质量份2，4，6-三(二甲基氨基)苯酚混匀得到； 

使用时将A液和B液混合，得到高渗透性高强度的环氧灌浆材料。 

实施例6 

(1)活化剂的制备：同实施例2步骤(1)。 

(2)环保型高渗透环氧灌浆材料的制备： 

A液：60质量份环氧树脂E51，50质量份苯甲醛，30质量份环己酮和5质量份新戊二醇二缩水甘油醚混匀得到； 

B液：20质量份改性酰胺，10质量份活化剂，3质量份苯胺甲基三乙氧基硅烷和6质量份N，N-二甲基苯胺混匀得到； 

使用时将A液和B液混合，得到高渗透性高强度的环氧灌浆材料。 

对比实施例1 

(1)活化剂的制备：同实施例1步骤(1)。 

(2)高渗透环氧灌浆材料的制备与实施1相比，仅以糠醛替代甲醛，其他一致。 

A液：50质量份环氧树脂E44，30质量份糠醛，30质量份丙酮，10质量份辛基缩水甘油醚和3质量份硬脂酸混匀得到； 

B液：12质量份二乙烯三胺，6质量份活化剂，1质量份γ-氨丙基三甲氧基硅烷和3份2，4，6-三(二甲基氨基)苯酚混匀得到； 

使用时将A液和B液混合，得到高渗透性高强度的环氧灌浆材料。 

效果实施例 

将实施例1～6、对比实施例1制备的环氧灌浆材料进行检测，其中：初始粘度参照GB/T10247-2008标准测试；表面张力参照GB/T 18396-2008标准检测；抗压强度参照GB/T 2569-1981标准测试；抗拉强度参照GB/T 2568-1995标准测试以及粘接强度参照GB16777-2008测试标准测试。 

测试结果如表1所示： 

表1高渗透性高强度环氧灌浆材料的物理、力学性能 

表1给出了本发明的高渗透性高强度环氧灌浆材料实施例1～6及对比实施例1的物理和力学性能试验结果。试验结果表明：本发明制备的环保型高渗透环氧灌浆材料的初始粘度在10～15mPa·s，表面张力在33～36×10^-5N/cm之间，这就赋予了浆材优异的渗透性能；而固化后浆材的抗压强度达70～90MPa，粘 接强度也在4～5MPa之间，表明浆材具有优良的力学性能。 

本发明通过苯甲醛等替代环氧灌浆材料中毒性较大的糠醛，减少了浆材对人体和环境的伤害，使其更为环保；同时保留了糠醛-丙酮体系浆材优异的渗透性和优异的力学性能，以及简单方便的制备工艺和施工工艺。使其有望应用于大型水利工程的软弱基础和混凝土裂缝的补强加固、堵水防渗。 

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种高渗透环氧灌浆材料，其特征在于由以下按质量份计的成分组成：

环氧树脂           30～60份

活化剂             5～10份

羰基化合物         30～80份

活性稀释剂         5～20份

多元胺A           10～20份

硅烷偶联剂         1～3份

表面活性剂         0～3份

促进剂             1～6份；

所述的羰基化合物为酮或醛中的一种或两种；

所述的酮为环己酮、丙酮或丁酮中的一种或至少两种的混合物；

所述的醛为苯甲醛、茴香醛或甲基苯甲醛中的至少一种；

所述的活性稀释剂为低粘度含环氧基团的缩水甘油醚或缩水甘油酯；

所述的表面活性剂为阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂中的一种或两种；

所述的硅烷偶联剂为能够与环氧基团或多元胺反应的硅氧烷类偶联剂；

所述的活化剂通过以下步骤制备：将多元胺B、酚类化合物和甲醛按质量比（25～80）:（15～30）:（20～80）配比混合，加入催化剂，搅拌升温至40～70℃反应5～20小时，然后脱水得到活化剂；

所述的酚类化合物为苯酚或其衍生物；

所述的催化剂为碱金属氢氧化物；

所述的多元胺A为脂肪胺、脂环胺或改性酰胺中的一种或至少两种；

所述的多元胺B为脂肪胺或脂环胺中的一种或两种。

2.根据权利要求1所述的高渗透环氧灌浆材料，其特征在于：所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、酚醛型环氧树脂或双酚F型环氧树脂中的一种或至少两种。

3.根据权利要求2所述的高渗透环氧灌浆材料，其特征在于：所述的双酚A型环氧树脂为E-35、E-44或E-51中的一种或至少两种。

4.根据权利要求1所述的高渗透环氧灌浆材料，其特征在于：

所述的酚类化合物为苯酚、4-甲基苯酚、4-甲氧基苯酚或4-氨基苯酚中的一种或至少两种形成的混合物；

所述的催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的高渗透环氧灌浆材料，其特征在于：所述的多元胺B为二乙烯三胺、三乙烯四胺或异佛尔酮二胺中的一种。

6.根据权利要求1所述的高渗透环氧灌浆材料，其特征在于：

所述的羰基化合物为酮和醛按质量比0.5～1.2:1配比得到的混合物；

所述的活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚或甲苯基缩水甘油醚中的一种或至少两种；

所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-（氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷或苯胺甲基三乙氧基硅烷中的至少一种；

所述的表面活性剂为硬脂酸、聚乙二醇硬脂酸单酯或乙二醇硬脂酸单酯中的一种或至少两种；

所述的促进剂为N,N-二甲基苯胺、二甲基对甲基苯胺、2,4,6-三（二甲基氨基）苯酚、乙基咪唑或三乙醇胺中的至少一种。

7.权利要求1所述的高渗透环氧灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将环氧树脂、羰基化合物、活性稀释剂和表面活性剂混合，得到A液；将多元胺A、活化剂、促进剂和硅烷偶联剂混合，得到B液；

（2）使用时，将A液和B液混合，得到高渗透性高强度的环氧灌浆材料。

8.权利要求1～6任一项所述的高渗透环氧灌浆材料用于大型岩土工程基础防渗及补强。