CN105503068A - 水性环氧树脂改性水泥灌浆材料 - Google Patents

水性环氧树脂改性水泥灌浆材料 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，由以下原料按重量比配制而成：水性环氧树脂5～10份，水泥30～50份，石英粉5～30份，石英砂0～40份,碳酸钙粉5～10份，复合膨胀剂5～10份，低粘度纤维素0.01～0.03份，沥青粉末0.5～1份，减水剂0.2～0.6份，缓凝剂0.001～0.03份。本发明克服现有技术的不足，采用复合膨胀剂补偿塑性阶段的收缩，能够实现密实灌浆，有效填充空隙结构，同时流动度好，无沉降现象，既适用于普通的水泥灌浆，也适用于修补加固、孔道压浆、裂缝修复等工程场合，另外，本发明还具有良好的流动性、粘结性能、收缩补偿性能和耐腐蚀性能。

Description

水性环氧树脂改性水泥灌浆材料
技术领域
本发明属于水泥灌浆材料领域，尤其是涉及一种水性环氧树脂改性水泥灌浆材料。
背景技术
现有的水泥灌浆材料，如果做到大的流动度，往往出现沉降、泌水现象。容易引发灌浆质量出现问题。同时现有的水泥灌浆材料的抗折强度比较低、弹性模量较高，属于脆性材料，如果用于震动设备基础灌浆耐久性能不好。
水泥在硬化阶段往往会产生收缩现象，收缩现象会导致灌缝不严实，出现裂缝的现象，而现有的水泥灌浆材料一般只采用单一组分的膨胀剂来补偿收缩。对于塑性阶段的收缩没有有效的补偿方法，容易造成灌浆不够密实，无法有效填充空隙结构。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，以克服现有技术的不足，采用复合膨胀剂补偿塑性阶段的收缩，能够实现密实灌浆，有效填充空隙结构，同时流动度好，无沉降现象，既适用于普通的水泥灌浆，也适用于修补加固、孔道压浆、裂缝修复等工程场合，另外，本发明还具有良好的流动性、粘结性能、收缩补偿性能和耐腐蚀性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，：由以下原料按重量比配制而成：水性环氧树脂体系5～10份，水泥30～50份，石英粉5～30份，碳酸钙粉5～10份，复合膨胀剂5～10份，低粘度纤维素0.01～0.03份，沥青粉末0.5～1份，减水剂0.2～0.6份，缓凝剂0.001～0.03份。所采用复合膨胀剂的份数小于5分，无法满足塑性阶段的收缩补偿效果。大于10份，膨胀量过大，降低复合材料的抗压强度、抗折强度以及抗渗性能。
进一步的，所述水性环氧树脂体系包括水性环氧树脂和固化剂，所述水性环氧树脂为低粘度的液体环氧树脂或水性环氧树脂乳液，所述固化剂为改性胺类固化剂，所述改性胺类固化剂本身具有一定的减水效果，可以进一步改善流动性能。优选的，所述水性环氧树脂的固含量为40％-60％，更优选的水性环氧树脂固含量为50％，优选的，水性环氧树脂的粒径为0.05～5μm，此粒径在体系内既可起到滚珠的作用，又具有较高的表面活性，具有一定的减水作用，能够提高灌浆材料的抗压强度。
进一步的，所述水性环氧树脂体系可以由两种方法制得：1.低分子量的液体环氧树脂和可以乳化环氧树脂的改性胺类固化剂混合均匀后，加水搅拌均匀就可以得到所述水性环氧树脂体系。2、高分子量的固体环氧树脂粉末加入溶剂，通过乳化的方法得到水性环氧树脂乳液，其与之配套的改性胺类固化剂共同形成所述水性环氧树脂体系。
进一步的，所述的水泥为硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥中的一种或其混合物。
进一步的，所述复合膨胀剂为过氧化钙膨胀剂、过氧化钠膨胀剂和硫铝酸钙类膨胀剂的混合物,其中，过氧化钠与过氧化钙的质量比为1:1～1:2，过氧化钠与过氧化钙总量与硫铝酸钙膨胀剂比例为1:2～1：3，本发明的复合膨胀剂成分为过氧化钙、过氧化钠和硫铝酸钙类膨胀剂，其中过氧化钠在复合材料加水搅拌后，生成微小氧气用于补偿复合材料早期的收缩效应。低活性的过氧化钙在复合材料中反应活性较低，生成气体速度慢，用于复合材料终凝前中后期收缩补偿，复合膨胀剂中硫铝酸钙类膨胀剂主要用于复合材料终凝后的收缩补偿。过氧化钠和过氧化钙的比例范围可以有效补偿复合材料的收缩效应，复合材料在终凝前保持尺寸稳定性能，达到微膨胀效果。
进一步的，所述石英粉粒径大小为200～300目，在用于孔道压浆和较细的孔隙灌浆时，灌浆材料需要较高的流动性能，如果所采用的石英粉粒径过大，容易出现沉降现象，这是由于粒径较大的石英粉容易下沉，从而导致复合材料发生分层现象，而本发明优选的选用200～300目的石英粉能够很好的与本发明的材料的流动性能相匹配。
进一步的，所述低粘度纤维素的粘度为100～300mpa.s，此范围的低粘度纤维素能够有效防止复合材料的沉降和分层。
进一步的，所述减水剂为聚羧酸类减水剂，选择聚羧酸类减水剂的原因是所述聚羧酸减水剂与水性环氧树脂以及沥青粉末有较好的相容性能，从而使得材料具有良好的优异流动性能。
进一步的，所述粉末沥青为乳化沥青经过喷雾干燥后得到，所述沥青粉末的平均粒径≤100μm，粒径小的沥青粉末具有更好的相容性能，能够更加均匀分散在复合材料中，提高复合材料的防水性能、耐腐蚀性能。
进一步的，所述缓凝剂为柠檬酸钠和L型酒石酸中的一种或两者的混合物。
进一步的，所述灌浆材料还包括石英砂0～40份，加入一定的石英砂可以适当提高材料抗压性能,由于用途不同,流动度要求不同,所加入的石英砂和石英粉需要按照一定比例,而大流动的实力,不需要加入石英砂。
本发明的水性环氧树脂改性水泥灌浆材料中水泥水化反应和水性环氧树脂固化反应同时进行，随着水泥水化反应的进行，复合材料含水率逐渐降低，水性环氧树脂固化速度加快，最终水性环氧树脂固化产物与水泥水化的胶凝材料交联形成三维网状结构，复合材料中的水泥水化产物多为胶凝体和微细晶体。由于水性环氧树脂的引入，复合材料具有良好的粘结性能、抗压蠕变性能、抗渗性能、力学性能以及耐腐蚀性能。
进一步的，在本发明中，水性环氧树脂和粉末沥青均可分散于水中，与水泥材料具有良好的相容性。沥青粉末成膜与水泥水化、水性环氧树脂固化交联协同进行，成膜产物均匀分散于复合材料体系中，进一步降低体系的孔隙率，复合材料整体更为致密，增强和水泥砂浆内部界面间的薄弱环节，复合材料具有更好的防水性能和耐腐蚀性能。
进一步的，在使用时，需要在本发明中加入重量为总重量12％-18％的水。水量不同，流动度不同，力学性能指标不同。在实际使用时，根据不同的流动度要求，调整加水量同时调整配比。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
(1)本发明利用水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，水性环氧树脂的加入增强材料的抗折性能、降低弹性模量。适度的增加了复合材料的粘度，具有更优良的流动性能，适度增大加水量不会产生沉降、泌水现象。同时改性胺类固化剂本身具有一定的减水效果，可以进一步改善流动性能。
(2)本发明采用复合膨胀剂补偿收缩，在塑性阶段进行有效补偿塑性收缩。其中过氧化钠用于补偿早期塑性收缩过程，过氧化钙用于补偿中期收缩过程。硫铝酸钙类膨胀剂用于补偿终凝后的收缩过程。所采用的复合膨胀剂能够有效补偿水泥环氧树脂改性水泥灌浆材料的收缩过程，在灌浆完成后，材料体积稳定、微膨胀。
(3)本发明采用缓凝剂、粉末沥青、聚羧酸减水剂调节水性环氧树脂改性水泥灌浆材料的性能，缓凝剂用于调节凝结时间，粉末沥青能够提高材料的防水性能和耐腐蚀性能，聚羧酸减水剂可以减低用水量，增加流动性能。
(4)本发明得到的配方除了时产品的抗压性能等有很好的提升之外，还能够克服水泥灌浆的收缩问题，避免水泥收缩导致灌浆不密实，有裂缝等现象，能够使得膨胀率控制在0.5％以内，有微小的膨胀，也不会出现胀裂的现象，尤其满足修补加固、孔道压浆、裂缝修复等工程场合的要求。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
本发明涉及水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，本实例典型应用为桥梁孔道压浆，由以下原料在常温下按重量比配制而成：
水性环氧树脂体系10份，其中，壳牌828环氧树脂4份，美国气体化学721型固化剂6份
唐山冀东水泥股份有限公司P·O42.5普通硅酸盐水泥45份
200目石英粉10份
300目粒径的碳酸钙粉5份
苏州弗克FOX8H聚羧酸型减水剂0.6份
复合膨胀剂8份
平均粒径≤100um的粉末沥青1份
粘度为100mpa.s的低粘度纤维素0.02份
柠檬酸钠缓凝剂0.01份
加水量为材料总重量的14％。
其中，所述复合膨胀剂采用以下方法处理的粉末，方法为：1.5份的过氧化钙与1.5份的过氧化钠混合后研磨成200目～300的粉末，加入5份日本电气化学CSA型膨胀剂混合均匀。
在实例1的配方中，该配合比能够比较有效的补偿复合材料的收缩，主要是高流动度用于桥梁孔道压浆使用。
实施例2
本发明涉及水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，本实例适用于普通灌的浆使用，由以下原料在常温下按重量比配制而成：
水性环氧树脂体系8份，其中，E51环氧树脂6份、美国气体化学701固化剂2份
唐山冀东水泥股份有限公司P·O42.5普通硅酸盐水泥35份
唐山北极熊建材有限公司快硬硫铝酸盐水泥5份
粒径小于2.36m以下连续级配石英砂40份
复合膨胀剂6份
江苏博特新材料有限公司PCA(Ⅰ)型聚羧酸型减水剂0.5份
粉末沥青1份
200目粒径碳酸钙粉7份
粘度为200mpa.s的低粘度纤维素0.03份
柠檬酸钠缓凝剂0.02份
加水量为总重量的12％。
其中，所述复合膨胀剂采用以下方法处理的粉末，方法为：1份的过氧化钙与1份的过氧化钠混合后研磨成200目～300目的粉末，加入4份唐山北极熊公司的CSA高效膨胀剂混合均匀。
实施例3
本发明涉及水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，本实例由以下原料按重量比配制而成：
水性环氧树脂体系7.5份，其中，浙江安邦水性环氧树脂乳液(固含量为50％)6份，浙江安邦水性环氧树脂乳液配套固化剂2份
唐山冀东水泥股份有限公司P·O42.5普通硅酸盐水泥40份
唐山北极熊建材有限公司快硬硫铝酸盐水泥10份
300目石英粉20份
复合膨胀剂6份
西卡Viscocrete-125P聚羧酸减水剂0.2份
粉末沥青0.50份
碳酸钙粉2.5份
粘度为300mpa.s的低粘度纤维素0.02份
L型酒石酸缓凝剂0.03份
加水量为总重量的12份。
其中，所述复合膨胀剂采用以下方法处理的粉末，方法为：1份的过氧化钙与1份的过氧化钠混合后研磨成200目～300的粉末，加入4份日本电气化学CSA型膨胀剂混合均匀。
对比例1
对比例1与所述实施例3的组分基本相同，对比例与所述实施例3的不同之处在于：对比例1中将所述复合膨胀剂替换为3份过氧化钠膨胀剂和5份过氧化钙膨胀剂。
对比例2
对比例2与所述实施例3的组分基本相同，对比例与所述实施例3的不同之处在于：将所述复合膨胀剂替换为3份过氧化钙膨胀剂和5份硫铝酸钙类膨胀剂的混合物。
对比例3
对比例3与所述实施例3的组分基本相同，对比例与所述实施例3的不同之处在于：将所述复合膨胀剂替换为5份硫铝酸钙类膨胀剂和3份过氧化钠膨胀剂的混合物。
对比例4
对比例4与所述实施例3的组分基本相同，对比例与所述实施例3的不同之处在于：所述复合膨胀剂的份数为3份，其中，过氧化钙，过氧化钠和硫铝酸钙类膨胀剂均为1份。
对比例5
对比例5与所述实施例3的组分基本相同，对比例与所述实施例3的不同之处在于：所述复合膨胀剂的份数为15份，其中，过氧化钙，过氧化钠和硫铝酸钙类膨胀剂均为5份。
实施例和对比例的材料性能如表1和表2所示。
表1实施例材料性能
表2对比例材料性能
对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
流动度(mm) 383 376 375 381 380
28d抗压强度(MPa) 63.8 66.6 64.0 67.5 68.3
28d抗折强度(MPa) >14 >14 13.6 >14 >14
3h竖向膨胀率(％) - - - - 1.2
24h余3h差值(％) - - - - 0.1
28d抗渗压力(MPa) >1.5 >1.5 >1.5 >1.5 >1.5
拉伸强度(MPa) 1.63 1.71 1.59 1.60 1.63
28d限制膨胀率(％) 0.03 0.02 0.04 0.03 0.03
表1和表2中的测试条件和方法为：
流动度测试方法参照国标GB/T50448-2008水泥基灌浆材料应用技术规范附录A.0.2执行；
28d抗压强度和抗折强度测试方法参照DL/T5126-2001聚合物改性水泥砂浆试验规程6.2执行；
3h和24h竖向膨胀率测试方法参照GB/T50448-2008水泥基灌浆材料应用技术规范附录A.0.5执行。
28d抗渗压力实验方法参照JC/T984-2011聚合物水泥防水砂浆5.2执行。
由表1可知，本发明的实施例1-3有很好的流动性、抗压强度和抗折强度，且有微量的膨胀，无体积收缩现象，尤其能够满足孔道压浆、裂缝修复等工程的要求。
而在没有加入单一种类的膨胀剂的条件下，对比例1-3为采用两种膨胀剂时的数据，对比例1-3在并未检测到有体积膨胀，而经观察，对比例1-3存在一定程度的体积收缩，在实际应用中会导致灌浆不密实，有裂缝等现象，无法满足使用需求，由此可知，两种膨胀剂不能够完全满足补偿收缩的要求，因此，本发明中采取的三种膨胀剂复合的方案能够很好的补偿收缩，满足使用要求。
对比例4中加入的复合膨胀剂的量太少，不足以补偿体积收缩量，未检测到提及膨胀，而经观察对比例4在固化后有轻微的体积收缩；而对比例5中，添加的所述复合膨胀剂的量太大，则膨胀率过大，可能导致灌浆后胀裂，不能满足要求，而本发明中采得到的产品，既能够克服水泥灌浆的收缩问题，又能够使得膨胀率控制在0.5％以内，有微小的膨胀，可满足实际的需求，本发明中采用的份数，是在连续的无穷数值范围内所作出的优选数值范围，在本发明的材料中复配效果好，过大或过小都不能满足要求。
由此可见，本发明不仅具有良好的力学等性能，也能够克服现有技术中水泥灌浆材料在塑性阶段存在体积收缩的弊端，能够密实灌浆，有效填充孔隙结构。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，其特征在于：由以下原料按重量比配制而成：水性环氧树脂体系5～10份，水泥30～50份，石英粉5～30份，碳酸钙粉5～10份，复合膨胀剂5～10份，低粘度纤维素0.01～0.03份，沥青粉末0.5～1份，减水剂0.2～0.6份，缓凝剂0.001～0.03份。
2.根据权利要求1所述的水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，其特征在于：所述水性环氧树脂体系包括水性环氧树脂和固化剂，所述水性环氧树脂为低粘度的液体环氧树脂或水性环氧树脂乳液，所述固化剂为改性胺类固化剂。
3.根据权利要求1所述的水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，其特征在于：所述的水泥为硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥中的一种或其混合物。
4.根据权利要求1所述的水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，其特征在于：所述复合膨胀剂为过氧化钙膨胀剂、过氧化钠膨胀剂和硫铝酸钙类膨胀剂的混合物,其中，过氧化钠与过氧化钙的质量比为1:1～1:2，过氧化钠与过氧化钙总量与硫铝酸钙膨胀剂比例为1:2～1：3。
5.根据权利要求1所述的水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，其特征在于：所述石英粉粒径大小为200～300目。
6.根据权利要求1所述的水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，其特征在于：所述低粘度纤维素的粘度为100～300mpa.s。
7.根据权利要求1所述的水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
8.根据权利要求1所述的水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，其特征在于：所述粉末沥青为乳化沥青经过喷雾干燥后得到，所述沥青粉末的平均粒径≤100μm。
9.根据权利要求1所述的水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，其特征在于：所述缓凝剂为柠檬酸钠和L型酒石酸中的一种或两者的混合物。
10.根据权利要求1所述的水性环氧树脂改性水泥灌浆材料，其特征在于：所述灌浆材料还包括石英砂0～40份。
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