CN102604367A - 一种用于道路工程维修养护的环氧-聚氨酯共混注浆材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于道路工程维修养护的环氧-聚氨酯共混注浆材料由甲组分和乙组分经混合调配而成，各组分及其组分含量为：所述的甲组分按质量比计为聚氨酯白料：改性多元胺=100:1~20:1；所述的乙组分按质量比计为多苯基多亚甲基多异氰酸酯:双酚A型环氧树脂=20:1~1:1，其中所述的改性多元胺用量为双酚A型环氧树脂质量的0.5%~10%。本发明不仅能发泡膨胀并且粘接性更好，因此有望提高道路使用耐久性。与水性环氧树脂注浆材料比，该材料具有发泡膨胀性，不仅能将松软基层挤压密实，加固效果更好，而且节省了注浆材料用量，大大降低了成本。

Description

一种用于道路工程维修养护的环氧-聚氨酯共混注浆材料

技术领域

本发明涉及一种用于道路工程维修养护的环氧-聚氨酯共混注浆材料。

背景技术

随着高速公路交通流量的迅速增加、汽车荷重的增大以及使用年限的增加，路面病害日益显现，尤其是路面唧浆病害尤为严重。在重轮载的频繁作用下，基层由于塑性变形累积而同面层脱离接触，水分沿接缝下渗而聚集在脱空的空隙内，在轮载作用下积水成为有压水并同基层内浸湿的细料搅混成悬浆液，沿接缝缝隙溅出，即为“唧浆”。水份和路面荷载是导致唧浆病害的主要原因。路面病害的产生不仅影响行车的舒适性及安全性，而且裂缝的扩展和渗水使道路损坏程度逐渐加重。因此，加强对高速公路路面病害的治理是至关重要的。

高聚物注浆材料具有可灌性好，固化快，固化时间可调等优点，从根本上解决了接缝透水、板底脱空带来的问题，有效地防止唧浆、断板等病害的发生，施工快捷，无需养生，对交通影响小。目前我国研制的化学灌浆材料品种较多，主要是环氧树脂类灌浆材料，但它们大多数都用应用在大型水利工程中。这些灌浆材料具有良好的耐水性、耐老化性能，但对路面这类受动载荷作用，受力不均匀影响较大的工程而言，目前研究报道较少。目前报道的用于道路修补材料主要是水泥类无机材料和聚氨酯类有机材料，水泥注浆材料颗粒粒径大，流动性差，不能用于灌注细微的裂缝。挖掉路面重新铺筑完全完成维修通常需要花费数周甚至数月的时间。在施工期和养护期间，车辆要绕过维修区，这对交通非常繁忙、需要快速维修的道路而言是难以接受的，而且这种方法的成本也很高。聚氨酯灌浆材料在力学性能（如抗压强度和粘接强度）方面不如环氧树脂灌浆材料，因此对于公路路面长期动载荷作用以及路面不均匀受力，承载能力不足，使用耐久性不佳，不适用于高速公路路基修补。环氧树脂虽然具有粘接力高、在常温下可固化、固化后收缩小、有很高的机械强度和耐热性、稳定性好等优点，但它不能制成发泡材料，用于填充地基中的脱空需要的灌注量较聚氨酯浆料大，因此施工成本较聚氨酯灌浆材料高的多。因此一种具有聚氨酯发泡固化填充的特点又具有环氧树脂优良力学性能特点的新型注浆材料是很有吸引力的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种能兼具聚氨酯灌浆材料和环氧树脂灌浆材料优点的新型化学注浆材料，既能发泡又能在潮湿表面常温快速固化粘接，有望解决路面基层的脱空、松散、裂缝、层间水、唧浆等病害。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于道路工程维修养护的环氧-聚氨酯共混注浆材料，其特征在于由甲组分和乙组分经混合调配而成，各组分及其组分含量为：

所述的甲组分按质量比计为聚氨酯白料：改性多元胺=100:1~20:1；所述的乙组分按质量比计为多苯基多亚甲基多异氰酸酯:双酚A型环氧树脂=20:1~1:1，其中所述的改性多元胺用量为双酚A型环氧树脂质量的0.5%~10%。

按上述方案，所述聚氨酯白料的各组分及其组合含量按重量份数计为聚醚多元醇    800-900份；交联剂  50-150份；发泡剂10-30份；泡沫稳定剂  10-30份；催化剂 10-40份。其制备方法是在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内，加入800-900份的聚醚多元醇和50-150份的交联剂，开启搅拌并升温到40-100℃，然后再加入10-30份的发泡剂、10-30份的泡沫稳定剂和10-40份的催化剂搅拌均匀，保温1-10小时，降温回收即可。

按上述方案，所述的聚醚多元醇为硬质泡沫用聚氨酯发泡料聚醚YC-4110。

按上述方案，所述的交联剂为季戊四醇或三羟甲基丙烷。

按上述方案，所述的发泡剂为水。

按上述方案，所述的泡沫稳定剂为硅-碳键非水解型泡沫稳定剂SD-601。

按上述方案，所述的催化剂为三亚乙基二胺、双（二甲氨基乙基）醚、N，N-二甲基环己胺、N，N-二甲基卞胺、N，N二甲基十六烷基胺、N甲基吗啉、三乙胺、辛酸亚锡和二月桂酸二丁基锡中的一种或多种的混合。

按上述方案，所述的双酚A型环氧树脂的环氧值为0.51~0.54g/100g。

按上述方案，所述的改性多元胺为环氧树脂固化剂T-31、环氧树脂固化剂593和环氧树脂固化剂JA-1中的任意一种或它们的混合。 

本发明所述的多苯基多亚甲基多异氰酸酯简称PAPI，或称粗MDI，浅黄色至褐色粘稠液体，有刺激性气味，其实际上是由4,4'二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）与官能度大于2的聚合二苯基甲烷二异氰酸酯（聚合MDI）组成的混合物。

本发明中双酚A型环氧树脂为环氧注浆材料中常用的环氧树脂，优选环氧值在0.51~0.54g/100g的双酚A型环氧树脂。固化剂改性多元胺选自环氧树脂固化剂T-31、环氧树脂固化剂593和环氧树脂固化剂JA-1中的任意一种或它们的混合，这类固化剂具有较高的反应活性，能在常温下快速固化环氧树脂，并且能在潮湿表面固化粘接。由于环氧树脂固化物力学综合性能优良，尤其是具有良好的粘接性，且与聚氨酯相容性较好，用于共混改性聚氨酯能达到很好的协同作用，从而使二者优势得到互补。改性后的聚氨酯注浆材料既具有聚氨酯快速发泡固化填充的特点，又具有环氧树脂优良的综合力学性能的特点，尤其是使得聚氨酯注浆材料粘接性得到明显改善，能将地基中松散的沙石粘接得更加牢固。

本发明用物理共混法将环氧树脂和聚氨酯两种不同固化体系同步使用，两者各自交联相互贯穿，形成同步互穿网络结构，达到很好的协同，从而使聚合物具有优于任何单一组分的性能。

本发明的有益效果在于：该新型灌浆材料具有双酚A型环氧树脂（EP）和聚氨酯（PU）共混形成的互穿网络结构，综合了环氧树脂浆材和聚氨酯浆材的优点，具有符合灌注要求的粘度，两组份混合后在常温下快速反应发泡，体积迅速膨胀，固化后形成硬质泡沫，填充路基中的空隙，并向周围介质施加可控的压力，使松软基层得到挤压密实，减小孔隙率，从而达到加固路基的目的；并且该浆料能在潮湿表面固化粘接，能将路基中潮湿松散的沙石粘接固结成整体，阻隔水对路基的渗透，因此能降低再次出现路面基层的脱空、松散、裂缝、层间水、唧浆等病害的概率。浆料注入后可在15分钟内达到要求的强度，迅速通车，对交通影响小。

当EP/PU质量比为5%~50%时，EP与PU相容性较好，力学协同效应明显反应出来，改性后的PU的拉伸剪切强度由原来的大约1.5MPa可提高到大约2.5MPa，T-剥离强度由大约0.3 N/mm提高到0.9 N/mm。与目前用于道路（工程）维修养护的聚氨酯注浆材料比，该材料不仅能发泡膨胀并且粘接性更好，因此有望提高道路使用耐久性。与水性环氧树脂注浆材料比，该材料具有发泡膨胀性，不仅能将松软基层挤压密实，加固效果更好，而且节省了注浆材料用量，大大降低了成本。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，但是本发明不限于以下实施例。

实施例1

制备方法包括以下步骤：

在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内，将硬质泡沫用聚氨酯发泡料聚醚YC-4110、三羟甲基丙烷混合，开启搅拌均匀并加热升温到80℃，再加入水、硅-碳键非水解型泡沫稳定剂SD-601、三乙胺保温一小时，降温后加入环氧树脂固化剂T-31搅拌均匀回收可得甲组分；

常温下将多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）和双酚A型环氧树脂E-51（环氧值为0.51）混合均匀，即可得到乙组分；

常温下将A.、乙组分搅拌混合均匀。

50s之后体积开始膨胀，120s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：拉伸剪切强度2.3MPa，T-剥离强度为0.93 N/mm。

实施例2：

制备方法包括以下步骤：

在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内，将硬质泡沫用聚氨酯发泡料聚醚YC-4110、季戊四醇混合，开启搅拌均匀并加热升温到80℃，再加入水、硅-碳键非水解型泡沫稳定剂SD-601、二月桂酸二丁基锡和三乙胺保温一小时，降温后加入环氧树脂固化剂593搅拌均匀回收可得甲组分；

常温下将多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）和双酚A型环氧树脂E-51（环氧值为0.51）混合均匀，即可得到乙组分；

常温下将A.、乙组分搅拌混合均匀。

50s之后体积开始膨胀，100s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：拉伸剪切强度2.5MPa，T-剥离强度为0.99 N/mm。

实施例3：

制备方法包括以下步骤：

在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内，将硬质泡沫用聚氨酯发泡料聚醚YC-4110、季戊四醇混合，开启搅拌均匀并加热升温到80℃，再加入水、硅-碳键非水解型泡沫稳定剂SD-601、二月桂酸二丁基锡保温一小时，降温后加入环氧树脂固化剂JA-1搅拌均匀回收可得甲组分；

常温下将多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）和双酚A型环氧树脂E-51（环氧值为0.51）混合均匀，即可得到乙组分；

常温下将A.、乙组分搅拌混合均匀。

50s之后体积开始膨胀，100s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：拉伸剪切强度2.8MPa，T-剥离强度为0.88 N/mm。

实施例4：

制备方法包括以下步骤：

在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内，将硬质泡沫用聚氨酯发泡料聚醚YC-4110、季戊四醇混合，开启搅拌均匀并加热升温到80℃，再加入水、硅-碳键非水解型泡沫稳定剂SD-601、二月桂酸二丁基锡保温一小时，降温后加入环氧树脂固化剂JA-1、环氧树脂固化剂593搅拌均匀回收可得甲组分；

常温下将多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）和双酚A型环氧树脂E-51（环氧值为0.51）混合均匀，即可得到乙组分；

常温下将A.、乙组分搅拌混合均匀。

50s之后体积开始膨胀，100s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：拉伸剪切强度3.0MPa，T-剥离强度为1.02 N/mm。

实施例5：

制备方法包括以下步骤：

在装有冷凝器、搅拌器的反应釜内，将硬质泡沫用聚氨酯发泡料聚醚YC-4110、季戊四醇混合，开启搅拌均匀并加热升温到80℃，再加入水、硅-碳键非水解型泡沫稳定剂SD-601、二月桂酸二丁基锡保温一小时，降温后加入环氧树脂固化剂JA-1、环氧树脂固化剂593、环氧树脂固化剂T-31搅拌均匀回收可得甲组分；

常温下将多苯基多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）和双酚A型环氧树脂E-51（环氧值为0.51）混合均匀，即可得到乙组分；

常温下将A.、乙组分搅拌混合均匀。

50s之后体积开始膨胀，100s之后凝胶固化；力学性能测试结果显示：拉伸剪切强度2.8MPa ，T-剥离强度为0.94N/mm。

Claims (9)

1.一种用于道路工程维修养护的环氧-聚氨酯共混注浆材料，其特征在于由甲组分和乙组分经混合调配而成，各组分及其组分含量为：

所述的甲组分按质量比计为聚氨酯白料：改性多元胺=100:1~20:1；所述的乙组分按质量比计为多苯基多亚甲基多异氰酸酯:双酚A型环氧树脂=20:1~1:1，其中所述的改性多元胺用量为双酚A型环氧树脂质量的0.5%~10%。

2.根据权利要求1中所述的用于道路工程维修养护的环氧-聚氨酯共混注浆材料，其特征在于所述聚氨酯白料的各组分及其组合含量按重量份数计为聚醚多元醇    800-900份；交联剂  50-150份；发泡剂 10-30份；泡沫稳定剂  10-30份；催化剂  10-40份。

3.根据权利要求2中所述的用于道路工程维修养护的环氧-聚氨酯共混注浆材料，其特征在于所述的聚醚多元醇为硬质泡沫用聚氨酯发泡料聚醚YC-4110。

4.根据权利要求2或3中所述的用于道路工程维修养护的环氧-聚氨酯共混注浆材料，其特征在于所述的交联剂为季戊四醇或三羟甲基丙烷。

5.根据权利要求2或3中所述的用于道路工程维修养护的环氧-聚氨酯共混注浆材料，其特征在于所述的发泡剂为水。

6.根据权利要求2或3中所述的用于道路工程维修养护的环氧-聚氨酯共混注浆材料，其特征在于所述的泡沫稳定剂为硅-碳键非水解型泡沫稳定剂SD-601。

7.按权利要求2或3所述的用于道路工程维修养护的环氧-聚氨酯共混注浆材料，其特征在于所述的催化剂为三亚乙基二胺、双（二甲氨基乙基）醚、N，N-二甲基环己胺、N，N-二甲基卞胺、N，N二甲基十六烷基胺、N甲基吗啉、三乙胺、辛酸亚锡和二月桂酸二丁基锡中的一种或多种的混合。

8.根据权利要求1中所述的用于道路工程维修养护的环氧-聚氨酯共混注浆材料，其特征在于所述的双酚A型环氧树脂的环氧值为0.51~0.54g/100g。

9.根据权利要求1中所述的用于道路工程维修养护的环氧-聚氨酯共混注浆材料，其特征在于所述的改性多元胺为环氧树脂固化剂T-31、环氧树脂固化剂593和环氧树脂固化剂JA-1中的任意一种或它们的混合。