CN103772868B - 一种粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料的制备方法与应用。该材料由甲组分和乙组分按重量比1:1～1:4配比得到，其中甲组分包含以下按重量百分比计的组分：95.0%～99.0%丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物和1.0%～5.0%引发剂，乙组分包含以下按重量百分比计的组分：47.5%～49.5%粉料、1.0%～1.5%促进剂和49.5%～51.0%水。其固结体28d的抗压强度为12～18MPa，粘结强度为0.5～1.3MPa。本发明制备过程中不需要另外添加交联剂，简化了生产工艺，加入粉料进行复合灌浆，可以改善丙烯酸盐固结体与混凝土界面之间的粘结性能。该材料可应用于有明水存在的工程部位。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料及其制备方法与应用。
背景技术
丙烯酸盐浆液于20世纪40年代，由美国海军与马萨诸塞工科大学首次用于军事工程的地基加固。日本京都大学和九州大学从1954年开始研究丙烯酸钙注浆法。当时丙烯酸还不能大量生产，使这种浆液未能得到广泛应用。到20世纪70年代，日本的丙烯酸价格较廉，丙烯酸盐灌浆材料在日本得到推广使用。
自20世纪70年以后，我国中国科学院广州化学研究所、水利水电科学研究院和长江科学院对丙烯酸盐浆液进行了研究，得到了很多有关丙烯酸盐浆液制备和性能的基础性研究成果。水利水电科学研究院在美国AC-400浆液的启示下，研制成AC-MS灌浆材料，进行了室内和现场试验。长江科学院谭日升根据引力场论和拮抗作用原理研制了多种丙烯酸盐混合灌浆材料，并在万安水电站船闸和坝段、洪泽湖三河船闸等水利工程中进行了试验和应用，灌浆效果良好。浆液的突出优点是浆液毒性甚微，其凝胶体实际无毒。
三峡工程在进行大坝基础处理时也进行了丙烯酸盐浆液注浆试验。其目的是考虑到当坝基防渗帷幕采用水泥灌浆不能解决细微裂隙防渗问题时，采用丙烯酸盐做进一步的灌浆处理。阮文军等人研究了新型丙烯酸盐浆液，经大量试验优选了组分和配方，找到了大幅度降低浆液成本的途径，浆液成本已降至原来的50%，达到预定目标。该浆液已在吉林省林业宾馆的地下室防渗堵水工程中使用，注浆效果良好。另外，在丙烯酸盐浆液中加入水泥，可得到水泥—丙烯酸盐复合浆液。还研制了一套注浆模拟试验装置。该装置已获国家实用新型专利（专利号：ZX00212923.X)。
目前国内所制备的丙烯酸盐化学灌浆材料主要是由丙烯酸的钠盐、钙盐及镁盐的混合水溶液，辅以交联剂，再配合促进剂、引发剂组成。但纯丙烯酸盐灌浆液的固结体存在强度不高、与混凝土界面粘结性不足等缺点。发明专利200810301292.7公开了一种丙烯酸盐灌浆液及其制备方法，该发明专利列出了可使用的交联剂的种类，以及丙烯酸盐灌浆液的性能，但没有涉及丙烯酸盐灌浆液的生产工艺，也没有对粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料如何配制进行描述。因此，本发明将围绕这两个问题展开论述。
发明内容
为克服上述现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料。
本发明的另一目的在于提供上述粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料制备固结体的方法。
本发明的再一目的在于提供上述粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料的的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料，为甲组分和乙组分按重量比1:1～1:4配比得到；
甲组分包含以下按重量百分比计的组分：
所述的丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物包含以下重量百分比计的组分：
所述的丙烯酸仲醇酯与丙烯酸的混合物包含以下重量百分比计的组分：
丙烯酸仲醇酯与丙烯酸的混合物中所述的仲醇优选为2-丙醇、2-己醇或2-辛醇中的一种；
丙烯酸仲醇酯与丙烯酸的混合物中所述的催化剂优选为浓硫酸或对甲苯磺酸中的一种；
丙烯酸仲醇酯与丙烯酸的混合物中所述的阻聚剂优选为对苯二酚或2,6-二叔丁基对甲酚中的一种；
所述的引发剂优选为过二硫酸铵或过二硫酸钠中的一种；
所述的粉料优选为超细水泥MFC-GM6000、超细水泥MFC-GM8000、膨润土、粉煤灰、滑石粉或氯化钙中的一种；
所述的促进剂优选为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或二甲基乙醇胺中的一种。
所述的粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料制备固结体的方法，包含以下步骤：
1）甲组分的制备
将丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物加入引发剂混合，搅拌均匀，得甲组分；
2）乙组分的制备
将促进剂加水混合，搅拌均匀，然后将粉料加入搅拌均匀，得乙组分；
3）使用时，将甲组分、乙组分按重量比1:1～1:4混合均匀，固化，得到粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料固结体。
步骤3）中所述的固化条件优选为（20±3）℃、相对湿度85%～95%，固化28天。
所述的粉料-丙烯酸盐复合灌浆材制备固结体的方法，更具体包含以下步骤：
（1）丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物的制备
将丙烯酸加入带有回流冷凝管的反应器中，加热到40～50℃，在搅拌状态下滴加由仲醇、催化剂和阻聚剂配制的混合液，滴加完毕后升温到115～125℃继续酯化反应5～6小时，测定PH=2.45～2.70时为反应终点，冷却，得到丙烯酸仲醇酯与丙烯酸的混合物，备用；
将备用的丙烯酸仲醇酯与丙烯酸的混合物加入反应器中，加入水并搅拌均匀，在搅拌状态下分批次缓慢加入碳酸镁、碳酸钙粉料，开启反应器夹套冷却水，并开动减压装置以除去中和反应生成的二氧化碳气体，继续反应1～2小时，最后加入固体氢氧化钠，反应0.5～1.5小时，调节PH=6.65～6.85，静置分层，过滤后得到丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物；
（2）甲组分的制备
将丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物加入引发剂混合，搅拌均匀，得甲组分；
（3）乙组分的制备
将促进剂加水混合，搅拌均匀，然后将粉料加入搅拌均匀，得乙组分；
（4）使用时，将甲组分、乙组分按重量比1:1～1:4混合均匀，固化，得到粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料固结体。
步骤（1）中所述的加热温度优选为45℃；
步骤（1）中所述的升温温度优选为120℃；
步骤（1）中所述的酯化反应时间优选为6小时；
步骤（1）中所述的反应终点PH值优选为2.60；
步骤（1）中所述的中和反应时间优选为2小时；
步骤（1）中所述的调节PH值优选为6.80，反应1小时；
步骤（4）中所述的固化条件优选为（20±3）℃、相对湿度85%～95%，固化28天。
所述的粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料可应用于地铁、隧道、污水处理池、城市高层建筑地下室的防水堵漏工程中，特别可应用于有明水存在的工程部位。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
（1）与普通的丙烯酸盐灌浆材料相比，制备过程中不需要另外添加交联剂，简化了生产工艺，而且可以通过控制反应的温度、时间调节交联剂的分子量，从而增加丙烯酸盐固结体的强度和弹性。另外，由于丙烯酸酯类的交联剂价格普遍较高，所以可以降低成本。
（2）在丙烯酸盐灌浆液的基础上加入粉料进行复合灌浆，可以改善丙烯酸盐固结体与混凝土界面之间的粘结性能，在提高固结体强度的同时增加灌浆体系的表面活性，使灌浆效果更为理想。
（3）通过对本发明获得的粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料进行的力学性能检测发现，本发明的粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料28d的抗压强度为12～18MPa，粘结强度为0.5～1.3MPa，具有非常优良的性能。
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）丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物的制备
将丙烯酸79.26g加入带有回流冷凝管的反应器中，加热到45℃，在搅拌状态下滴加由60.0g的2-丙醇、0.42g的浓硫酸和0.21g的对苯二酚配制的混合液，滴加完毕后升温到120℃继续反应6小时，测定PH=2.60时为反应终点，冷却，得到丙烯酸2-丙醇酯与丙烯酸的混合物，备用；
将备用的丙烯酸2-丙醇酯与丙烯酸的混合物100g加入反应器中，加入水150g并搅拌均匀，在搅拌状态下分批次缓慢加入碳酸镁16g、碳酸钙8g，开启反应器夹套冷却水，并开动减压装置以除去中和反应生成的二氧化碳气体，继续反应2小时，最后加入固体氢氧化钠4g，反应1小时，调节PH=6.80，静置分层，过滤后得到丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物；
（2）甲组分的制备
将丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物95.0g加入过二硫酸铵5.0g混合，搅拌均匀，得甲组分；
（3）乙组分的制备
将亚硫酸钠1.0g加水49.5g混合，搅拌均匀，然后加入49.5g的超细水泥MFC-GM6000搅拌均匀，得乙组分；
（4）使用时，将甲组分、乙组分按重量比1:1混合均匀，固化，得到粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料固结体。
通过对该复合灌浆材料固结体进行力学性能测试，其28d的抗压强度为12MPa，粘结强度为0.5MPa。
所用抗压强度的测试按GB/T2569-1995进行，试件尺寸采用2cm×2cm×2cm立方体；所用的粘结强度的测试按GB/T16777-1997进行。
实施例2
（1）丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物的制备
将丙烯酸79.26g加入带有回流冷凝管的反应器中，加热到45℃，在搅拌状态下滴加由102.0g的2-己醇、0.54g的对甲苯磺酸和0.27g的对苯二酚配制的混合液，滴加完毕后升温到120℃继续反应6小时，测定PH=2.60时为反应终点，冷却，得到丙烯酸2-己醇酯与丙烯酸的混合物，备用；
将备用的丙烯酸2-己醇酯与丙烯酸的混合物75g加入反应器中，加入水150g并搅拌均匀，在搅拌状态下分批次缓慢加入碳酸镁12g、碳酸钙6g，开启反应器夹套冷却水，并开动减压装置以除去中和反应生成的二氧化碳气体，继续反应2小时，最后加入固体氢氧化钠3g，反应1小时，调节PH=6.80，静置分层，过滤后得到丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物；
（2）甲组分的制备
将丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物97.5g加入过二硫酸铵2.5g混合，搅拌均匀，得甲组分；
（3）乙组分的制备
将亚硫酸氢钠1.5g加水49.5g混合，搅拌均匀，然后加入49.0g的超细水泥MFC-GM8000搅拌均匀，得乙组分；
（4）使用时，将甲组分、乙组分按重量比1:2混合均匀，固化，得到粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料固结体。
通过对该复合灌浆材料固结体进行力学性能测试，其28d的抗压强度为14MPa，粘结强度为0.7MPa。
所用抗压强度的测试按GB/T2569-1995进行，试件尺寸采用2cm×2cm×2cm立方体；所用的粘结强度的测试按GB/T16777-1997进行。
实施例3
（1）丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物的制备
将丙烯酸79.26g加入带有回流冷凝管的反应器中，加热到45℃，在搅拌状态下滴加由130.0g的2-辛醇、0.62g的对甲苯磺酸和0.31g的2,6-二叔丁基对甲酚配制的混合液，滴加完毕后升温到120℃继续反应6小时，测定PH=2.60时为反应终点，冷却，得到丙烯酸2-辛醇酯与丙烯酸的混合物，备用；
将备用的丙烯酸2-辛醇酯与丙烯酸的混合物50g加入反应器中，加入水200g并搅拌均匀，在搅拌状态下分批次缓慢加入碳酸镁8g、碳酸钙4g，开启反应器夹套冷却水，并开动减压装置以除去中和反应生成的二氧化碳气体，继续反应2小时，最后加入固体氢氧化钠2g，反应1小时，调节PH=6.80，静置分层，过滤后得到丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物；
（2）甲组分的制备
将丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物99.0g加入过二硫酸铵1.0g混合，搅拌均匀，得甲组分；
（3）乙组分的制备
将亚硫酸钠1.5g加水49.5g混合，搅拌均匀，然后加入49.0g的膨润土搅拌均匀，得乙组分；
（4）使用时，将甲组分、乙组分按重量比1:4混合均匀，固化，得到粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料固结体。
通过对该复合灌浆材料固结体进行力学性能测试，其28d的抗压强度为18MPa，粘结强度为1.1MPa。
所用抗压强度的测试按GB/T2569-1995进行，试件尺寸采用2cm×2cm×2cm立方体；所用的粘结强度的测试按GB/T16777-1997进行。
实施例4
（1）丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物的制备
将丙烯酸79.26g加入带有回流冷凝管的反应器中，加热到45℃，在搅拌状态下滴加由60.0g的2-丙醇、0.42g的浓硫酸和0.21g的2,6-二叔丁基对甲酚配制的混合液，滴加完毕后升温到120℃继续反应6小时，测定PH=2.60时为反应终点，冷却，得到丙烯酸2-丙醇酯与丙烯酸的混合物，备用；
将备用的丙烯酸2-丙醇酯与丙烯酸的混合物100g加入反应器中，加入水150g并搅拌均匀，在搅拌状态下分批次缓慢加入碳酸镁16g、碳酸钙8g，开启反应器夹套冷却水，并开动减压装置以除去中和反应生成的二氧化碳气体，继续反应2小时，最后加入固体氢氧化钠4g，反应1小时，调节PH=6.80，静置分层，过滤后得到丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物；
（2）甲组分的制备
将丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物95.0g加入过二硫酸钠5.0g混合，搅拌均匀，得甲组分；
（3）乙组分的制备
将二甲基乙醇胺1.0g加水49.5g混合，搅拌均匀，然后加入49.5g的粉煤灰搅拌均匀，得乙组分；
（4）使用时，将甲组分、乙组分按重量比1:1混合均匀，固化，得到粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料固结体。
通过对该复合灌浆材料固结体进行力学性能测试，其28d的抗压强度为13MPa，粘结强度为1.3MPa。
所用抗压强度的测试按GB/T2569-1995进行，试件尺寸采用2cm×2cm×2cm立方体；所用的粘结强度的测试按GB/T16777-1997进行。
实施例5
（1）丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物的制备
将丙烯酸79.26g加入带有回流冷凝管的反应器中，加热到45℃，在搅拌状态下滴加由102.0g的2-己醇、0.54g的对甲苯磺酸和0.27g的对苯二酚配制的混合液，滴加完毕后升温到120℃继续反应6小时，测定PH=2.60时为反应终点，冷却，得到丙烯酸2-己醇酯与丙烯酸的混合物，备用；
将备用的丙烯酸2-己醇酯与丙烯酸的混合物75g加入反应器中，加入水150g并搅拌均匀，在搅拌状态下分批次缓慢加入碳酸镁12g、碳酸钙6g，开启反应器夹套冷却水，并开动减压装置以除去中和反应生成的二氧化碳气体，继续反应2小时，最后加入固体氢氧化钠3g，反应1小时，调节PH=6.80，静置分层，过滤后得到丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物；
（2）甲组分的制备
将丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物97.5g加入过二硫酸钠2.5g混合，搅拌均匀，得甲组分；
（3）乙组分的制备
将亚硫酸氢钠1.5g加水49.5g混合，搅拌均匀，然后加入49.0g的滑石粉搅拌均匀，得乙组分；
（4）使用时，将甲组分、乙组分按重量比1:2混合均匀，固化，得到粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料固结体。
通过对该复合灌浆材料固结体进行力学性能测试，其28d的抗压强度为15MPa，粘结强度为0.9MPa。
所用抗压强度的测试按GB/T2569-1995进行，试件尺寸采用2cm×2cm×2cm立方体；所用的粘结强度的测试按GB/T16777-1997进行。
实施例6
（1）丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物的制备
将丙烯酸79.26g加入带有回流冷凝管的反应器中，加热到45℃，在搅拌状态下滴加由130.0g的2-辛醇、0.62g的浓硫酸和0.31g的2,6-二叔丁基对甲酚配制的混合液，滴加完毕后升温到120℃继续反应6小时，测定PH=2.60时为反应终点，冷却，得到丙烯酸2-辛醇酯与丙烯酸的混合物，备用；
将备用的丙烯酸2-辛醇酯与丙烯酸的混合物50g加入反应器中，加入水200g并搅拌均匀，在搅拌状态下分批次缓慢加入碳酸镁8g、碳酸钙4g，开启反应器夹套冷却水，并开动减压装置以除去中和反应生成的二氧化碳气体，继续反应2小时，最后加入固体氢氧化钠2g，反应1小时，调节PH=6.80，静置分层，过滤后得到丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物；
（2）甲组分的制备
将丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物99.0g加入过二硫酸铵1.0g混合，搅拌均匀，得甲组分；
（3）乙组分的制备
将二甲基乙醇胺1.5g加水49.5g混合，搅拌均匀，然后加入49.0g的氯化钙搅拌均匀，得乙组分；
（4）使用时，将甲组分、乙组分按重量比1:4混合均匀，固化，得到粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料固结体。
通过对该复合灌浆材料固结体进行力学性能测试，其28d的抗压强度为16MPa，粘结强度为1.0MPa。
所用抗压强度的测试按GB/T2569-1995进行，试件尺寸采用2cm×2cm×2cm立方体；所用的粘结强度的测试按GB/T16777-1997进行。
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)
1.一种粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料，其特征在于由甲组分和乙组分按重量比1:1～1:4配比得到；
甲组分包含以下按重量百分比计的组分：
丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物95.0％～99.0％
引发剂1.0％～5.0％
乙组分包含以下按重量百分比计的组分：
粉料47.5％～49.5％
促进剂1.0％～1.5％
水49.5％～51.0％；
所述的丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物包含以下重量百分比计的组分：
所述的引发剂为过二硫酸铵或过二硫酸钠中的一种；
所述的粉料为超细水泥MFC-GM6000、超细水泥MFC-GM8000、膨润土、粉煤灰、滑石粉或氯化钙中的一种；
所述的促进剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或二甲基乙醇胺中的一种。
2.根据权利要求1所述的粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料，其特征在于：所述的丙烯酸仲醇酯与丙烯酸的混合物包含以下重量百分比计的组分：
3.根据权利要求2所述的粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料，其特征在于：所述的仲醇为2-丙醇、2-己醇或2-辛醇中的一种；
所述的催化剂为浓硫酸或对甲苯磺酸中的一种；
所述的阻聚剂为对苯二酚或2,6-二叔丁基对甲酚中的一种。
4.一种固结体的制备方法，其特征在于：使用权利要求1所述的粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料制备得到，具体包含以下步骤：
1)甲组分的制备
将丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物加入引发剂混合，搅拌均匀，得甲组分；
2)乙组分的制备
将促进剂加水混合，搅拌均匀，然后将粉料加入搅拌均匀，得乙组分；
3)使用时，将甲组分、乙组分按重量比1:1～1:4混合均匀，固化，得到粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料固结体；
步骤3)中所述的固化条件为20±3℃、相对湿度85％～95％，固化28天。
5.一种固结体的制备方法，其特征在于：使用权利要求2所述的粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料制备得到，具体包含以下步骤：
(1)丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物的制备
将丙烯酸加入带有回流冷凝管的反应器中，加热到40～50℃，在搅拌状态下滴加由仲醇、催化剂和阻聚剂配制的混合液，滴加完毕后升温到115～125℃继续酯化反应5～6小时，测定PH＝2.45～2.70时为反应终点，冷却，得到丙烯酸仲醇酯与丙烯酸的混合物，备用；
将备用的丙烯酸仲醇酯与丙烯酸的混合物加入反应器中，加入水并搅拌均匀，在搅拌状态下分批次缓慢加入碳酸镁、碳酸钙粉料，开启反应器夹套冷却水，并开动减压装置以除去中和反应生成的二氧化碳气体，继续反应1～2小时，最后加入固体氢氧化钠，反应0.5～1.5小时，调节PH＝6.65～6.85，静置分层，过滤后得到丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物；
(2)甲组分的制备
将丙烯酸盐水溶液与交联剂的混合物加入引发剂混合，搅拌均匀，得甲组分；
(3)乙组分的制备
将促进剂加水混合，搅拌均匀，然后将粉料加入搅拌均匀，得乙组分；
(4)使用时，将甲组分、乙组分按重量比1:1～1:4混合均匀，固化，得到粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料固结体。
6.根据权利要求5所述的固结体的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的加热温度为45℃；
步骤(1)中所述的升温温度为120℃；
步骤(1)中所述的酯化反应时间为6小时；
步骤(1)中所述的反应终点PH值为2.60；
步骤(1)中所述的中和反应时间为2小时；
步骤(1)中所述的调节PH值为6.80，反应1小时；
步骤(4)中所述的固化条件为20±3℃、相对湿度85％～95％，固化28天。
7.权利要求1～3任一项所述的粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料在地铁、隧道、污水处理池和城市高层建筑地下室的防水堵漏工程中应用。
8.权利要求1～3任一项所述的粉料-丙烯酸盐复合灌浆材料有明水存在的工程部位的应用。
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