CN102585441A - 一种性能可控环氧-聚酮注浆材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种性能可控环氧-聚酮注浆材料及其制备方法与应用。本发明的环氧-聚酮注浆材料，主要由甲，乙两组分组成，其中甲组分包括环氧树脂、反应性溶剂和界面改性剂，乙组分包括胺类固化剂、固化调控剂、固化促进剂和催化剂，由于反应性溶剂在催化剂等作用下形成聚酮树脂，并进一步与环氧形成互穿网络结构，因此确保注浆材料的力学性能、渗透性和可操作时间等实现可控，其初始粘度低，在各种岩石、土壤和混凝土界面上铺展性强，渗透性以及可操作时间可控性好，后期力学强度增加快，注浆体力学强度高，可用于填补混凝土裂缝、修补岩石缺陷、道路桥梁、港口等大型工程以及建筑物的基础加固、防水防渗。

Description

一种性能可控环氧-聚酮注浆材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于环氧注浆材料领域，涉及环氧注浆材料的制备方法，具体涉及一种性能可控环氧-聚酮注浆材料及其制备方法与应用。

背景技术

环氧树脂由于力学性能优异、固化收缩率小、耐腐蚀性能优良、粘接力强等优点而在防渗补强中得到广泛应用。环氧注浆材料是指以环氧树脂为主剂，加入一定量的稀释剂和固化剂配制成的浆液。该材料可用压送设备注入地层或缝隙内，使其扩散，然后在被处理部位进行原位化学反应从而达到胶凝或固化，使岩土或混凝土达到加固或防渗堵漏的目的。然而，在长期的试验和施工中发现，环氧浆液的渗透性以及可操作时间和注浆体后期力学性能是一个相互矛盾的问题。对于大坝、桥梁、公路等大型工程的基础加固，由于地质条件千差万别，注浆材料的力学性能，渗透性和可操作时间等必须具有可控性。对于渗透性差的地层，注浆材料应具有较高的渗透性和较长的可操作时间，否则浆液无法渗入需要补强的部位。然而，可操作时间的延长以及渗透性的增加必然影响固结后的力学性能。如何在保持固结体力学性能的情况下延长浆液的可操作时间是目前环氧注浆材料应用中的一个难题。中国发明专利87105255.5公开了一种高渗透性呋喃-环氧化学灌浆材料，浆材具有很好的渗透性，但后期力学性能增加过慢，可控性差，在实际应用中往往需要较长的固化期。中国发明专利201010597831.3报道了一种环保柔韧性环氧树脂灌浆材料，由于利用了活性稀释剂代替糠醛丙酮体系，力学性能有所提高，但其初始粘度大，可灌时间相对较短，可灌性受到限制。

发明内容

本发明的目的是针对现有材料和技术的不足，提供一种性能可控环氧-聚酮注浆材料及其制备方法与应用。本发明的环氧-聚酮注浆材料，主要由甲，乙两组分组成，其中甲组分包括环氧树脂、反应性溶剂和界面改性剂，乙组分包括胺类固化剂、固化调控剂、固化促进剂和催化剂，反应性溶剂在催化剂等作用下形成聚酮树脂，并进一步与环氧形成互穿网络结构，因此确保注浆材料的力学性能、渗透性和可操作时间等实现可控，可以满足不同工程的需要。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种性能可控环氧-聚酮注浆材料，由甲组分和乙组分共同组成；所述甲组分和乙组分的重量比为100：（0.5~70）；

所述甲组分包括环氧树脂、反应性溶剂和界面改性剂；所述乙组分包括胺类固化剂、固化调控剂、固化促进剂和催化剂；

所述甲组分的组成按重量配比为：环氧树脂10~95份，反应性溶剂5~90份，界面改性剂0~5份；所述乙组分的组成按重量配比为：胺类固化剂5~95份，固化调控剂0~65份，固化促进剂0.5~20份，催化剂0~5份。

所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂和/或双酚F型环氧树脂，优选为E-51、F51、E-44或F-44；所述反应性溶剂为醛基化合物和酮基化合物的混合物，优选为苯甲醛、多聚甲醛、乙二醛、糠醛、丁酮、环己酮、丙酮、双乙烯酮或乙酰丙酮中的一种或两种以上；所述界面改性剂为稀土偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种或两种以上，优选为稀土偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂及其复合物。

所述胺类固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、己二胺、间苯二胺、3-二甲氨基丙胺、3-二乙氨基丙胺或3-二丁胺基丙胺中的一种或两种以上。

所述固化调控剂为环氧化合物、酚类、醛类、酮类、聚酰胺齐聚物或聚乙烯胺齐聚物中的一种或两种以上和多胺类化合物的加成物；所述环氧化合物为环氧丙烷苯基醚、环氧丙烷丁基醚、环氧丙烷异辛醚、碳十二至十四烷基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、聚乙二醇二缩甘油醚、聚丙二醇二缩甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、三羟甲基三缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油醚或间苯二酚二缩水甘油醚；所述酚类为苯酚、甲基苯酚或二苯酚；所述醛类为甲醛、多聚甲醛、乙醛、糠醛或苯甲醛；所述酮类为甲乙酮、甲基异丙基酮或甲基异丁基酮；所述多胺类化学物为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、己二胺、间苯二胺、3-二甲氨基丙胺、3-二乙氨基丙胺或3-二丁胺基丙胺中的一种或两种以上。

所述固化促进剂为2,4,6-三（二甲基氨基甲基）苯酚、2,4,6-三（二甲基氨基甲基）苯酚的三油酸盐、2,4,6-三（二甲基氨基甲基）苯酚的三-（2-乙基己酸）盐、三乙醇胺、苄基二甲胺、邻羟基苄基二甲胺、咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、取代脲、三苯基膦或乙酰苯肼中的一种或两种以上。

所述催化剂为磷腈、氨基硫脲、胍、金鸡纳碱、正丁基氟化铵、稀土氧化物、碱金属氧化物或碱土金属氧化物及其氢氧化物中的一种或两种以上。

本发明还提供一种所述环氧-聚酮注浆材料的制备方法，包括以下步骤：包括以下步骤：在常温下，按重量配比将环氧树脂、反应性溶剂和界面改性剂混合均匀得到甲组分，按重量配比将胺类固化剂、固化调控剂、固化促进剂和催化剂混合均匀得到乙组分，将甲组分和乙组分按重量比为100：（0.5~70）混合均匀得到环氧-聚酮注浆材料。

所述固化调控剂的制备方法包括以下步骤：按重量配比将环氧化合物、酚类、醛类或酮类中的一种或两种以上混合，搅拌条件下缓慢加入多元胺，在50~150℃反应0.5~12h，冷却过滤，得到固化调控剂。

本发明还提供所述的氧-聚酮注浆材料在填补混凝土裂缝、修补岩石缺陷、道路桥梁、港口等大型工程以及建筑物的基础加固、防水防渗中的应用。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

（1）本发明通过固化调控剂的加入，使浆液固化时间可控，并使注浆材料的后期力学性能快速增加，从而可以保持注浆材料高强度的前提下具有渗透性、可操作时间可控的特点；

（2）本发明加入界面改性剂，增加了浆液的铺张能力，使环氧注浆材料具有较高的湿润和润湿能力；

（3）本发明加入的催化剂使得反应性溶剂在后期形成分子量更大的聚酮树脂并与环氧树脂形成互穿网络，增加了注浆体的韧性，提高了环氧注浆材料的综合力学性能。

（4）本发明的环氧注浆材料初始粘度低，在各种岩石、土壤和混凝土界面上铺展性强，渗透性以及可操作时间可控性好，可以处理小到纳米级的裂缝。同时后期力学强度增加快，注浆体力学强度高，可用于混凝土裂缝、修补岩石缺陷、道路桥梁、港口等大型工程以及建筑物的基础加固、防水防渗，尤其适用于渗透性低的岩石基础断层破碎带，泥化夹层和混凝土细微裂缝的处理，大坝基础防渗帷幕的补强。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明要求保护的范围并不限于此。

实施例1

将45份的环氧树脂E-51，23份的丁酮，31.8份的苯甲醛，0.2份铝酸酯偶联剂搅拌混合均匀得甲组分；将乙二胺45份，固化调控剂T-31 48份，2,4,6-三（二甲基氨基甲基）苯酚5份，氧化钙2份搅拌混合得乙组分；将甲组分和乙组分按照重量比100：5混合均匀得到环氧-聚酮注浆材料。

实施例2

将10份的环氧树脂E-44，44份的丙酮，45.5份的多聚甲醛，0.5份钛酸酯偶联剂搅拌混合得甲组分；将三乙烯四胺88.5份，固化调控剂651# 7份，2,4,6-三（二甲基氨基甲基）苯酚3份，磷腈1.5份搅拌混合得乙组分；将甲组分和乙组分按照重量比100：0.5混合均匀得到环氧-聚酮注浆材料。

实施例3

将90份的环氧树脂E-51，7份的环己酮，22.5份的苯甲醛，0.5份硅烷偶联剂KH550搅拌混合得甲组分；将间苯二胺80份，固化调控剂酮亚胺10份，2,4,6-三（二甲基氨基甲基）苯酚5份, 氨基硫脲5份搅拌混合得乙组分；将甲组分和乙组分按照重量比100：70混合均匀得到环氧-聚酮注浆材料。

实施例4

将45份的环氧树脂E-44，27份的乙酰丙酮，27.8份的乙二醛，0.2份硼酸酯偶联剂搅拌混合得甲组分；将二乙烯三胺78份，固化调控剂11份，2-乙基-4-甲基咪唑11份搅拌混合得乙组分；将甲组分和乙组分按照重量比100：8混合均匀得到环氧-聚酮注浆材料。

实施例5

将40份的环氧树脂F-44，23份的丁酮，36.5份的糠醛，0.5份锆酸酯偶联剂搅拌混合得甲组分；将二乙烯三胺30份，可固化调控剂593# 60份，2,4,6-三（二甲基氨基甲基）苯酚的三油酸盐9.8份，金鸡纳碱0.2份搅拌混合得乙组分；将甲组分和乙组分按照重量比100：6混合均匀得到环氧-聚酮注浆材料。

实施例6

将32份的环氧树脂E-51，27份的丙酮，40.5份的糠醛，0.5份稀土偶联剂搅拌混合得甲组分；将二乙烯三胺75份，固化调控剂590# 18份，苄基二甲胺 6.5份，正丁基氟化铵0.5份搅拌混合得乙组分；将甲组分和乙组分按照重量比100：10混合均匀得到环氧-聚酮注浆材料。

将实施例1~6制备的环氧-聚酮注浆材料根据建材行业标准JC1041-2007进行测试（力学性能为28天），并与市面上的现有商品中化798灌浆材料进行比较，结果如表1所示。

表1  实施例制备的环氧-聚酮注浆材料的力学性能测试结果

由表1可以看出，与传统注浆材料相比，本发明的环氧-聚酮注浆材料初始粘度低、铺展性强，渗透性以及可操作时间可控性好；后期力学强度增加快，注浆体力学强度高。

Claims (9)

1.一种性能可控环氧-聚酮注浆材料，其特征在于，所述环氧-聚酮注浆材料由甲组分和乙组分共同组成；所述甲组分和乙组分的重量比为100：（0.5~70）；

所述甲组分包括环氧树脂、反应性溶剂和界面改性剂；所述乙组分包括胺类固化剂、固化调控剂、固化促进剂和催化剂；

所述甲组分的组成按重量配比为：环氧树脂10~95份，反应性溶剂5~90份，界面改性剂0~5份；所述乙组分的组成按重量配比为：胺类固化剂5~95份，固化调控剂0~65份，固化促进剂0.5~20份，催化剂0~5份。

2.根据权利要求1所述的环氧-聚酮注浆材料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂和/或双酚F型环氧树脂，优选为E-51、F51、E-44或F-44；所述反应性溶剂为醛基化合物和酮基化合物的混合物，优选为苯甲醛、多聚甲醛、乙二醛、糠醛、丁酮、环己酮、丙酮、双乙烯酮或乙酰丙酮中的一种或两种以上；所述界面改性剂为稀土偶联剂、铝酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种或两种以上，优选为稀土偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂或硅烷偶联剂及其复合物。

3.根据权利要求2所述的环氧-聚酮注浆材料，其特征在于，所述胺类固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、己二胺、间苯二胺、3-二甲氨基丙胺、3-二乙氨基丙胺或3-二丁胺基丙胺中的一种或两种以上。

4.根据权利要求3所述的环氧-聚酮注浆材料，其特征在于，所述固化调控剂为环氧化合物、酚类、醛类、酮类、聚酰胺齐聚物或聚乙烯胺齐聚物中的一种或两种以上和多胺类化合物的加成物；所述环氧化合物为环氧丙烷苯基醚、环氧丙烷丁基醚、环氧丙烷异辛醚、碳十二至十四烷基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、聚乙二醇二缩甘油醚、聚丙二醇二缩甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、三羟甲基三缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油醚或间苯二酚二缩水甘油醚；所述酚类为苯酚、甲基苯酚或二苯酚；所述醛类为甲醛、多聚甲醛、乙醛、糠醛或苯甲醛；所述酮类为甲乙酮、甲基异丙基酮或甲基异丁基酮；所述多胺类化学物为乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、己二胺、间苯二胺、3-二甲氨基丙胺、3-二乙氨基丙胺或3-二丁胺基丙胺中的一种或两种以上。

5.根据权利要求4所述的环氧-聚酮注浆材料，其特征在于，所述固化促进剂为2,4,6-三（二甲基氨基甲基）苯酚、2,4,6-三（二甲基氨基甲基）苯酚的三油酸盐、2,4,6-三（二甲基氨基甲基）苯酚的三-（2-乙基己酸）盐、三乙醇胺、苄基二甲胺、邻羟基苄基二甲胺、咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、取代脲、三苯基膦或乙酰苯肼中的一种或两种以上。

6.根据权利要求5所述的环氧-聚酮注浆材料，其特征在于，所述催化剂为磷腈、氨基硫脲、胍、金鸡纳碱、正丁基氟化铵、稀土氧化物、碱金属氧化物或碱土金属氧化物及其氢氧化物中的一种或两种以上。

7.权利要求1~6之一所述的环氧-聚酮注浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在常温下，按重量配比将环氧树脂、反应性溶剂和界面改性剂混合均匀得到甲组分，按重量配比将胺类固化剂、固化调控剂、固化促进剂和催化剂混合均匀得到乙组分，将甲组分和乙组分按重量比100：（0.5~70）混合均匀得到环氧-聚酮注浆材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述固化调控剂的制备方法包括以下步骤：将环氧化合物、酚类、醛类或酮类中的一种或两种以上混合，搅拌条件下缓慢加入多元胺，在50~150℃反应0.5~12h，冷却过滤，得到固化调控剂。

9.权利要求1~8之一所述的环氧-聚酮注浆材料，其特征在于，在填补混凝土裂缝、修补岩石缺陷、道路桥梁、港口等大型工程以及建筑物的基础加固、防水防渗中的应用。