CN106750189B - 环氧树脂注浆材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环氧树脂注浆材料，适用于负低温环境，包括A组分和B组分，且A组分与B组分的质量比为100:30~100：100，其中A组分为环氧树脂，B组分则由以下重量份数的组分混合而成：低温固化剂30~70；常温固化剂，包括5~35重量份的脂肪多胺和5~35重量份的低分子聚酰胺，以及3~25重量份的DMP‑30，且常温固化剂重量份总量不多于50；中温固化剂3~15；高温固化剂3~15。依据本发明，不再使用单一的固化剂，而是采用复合的固化剂，有效解决快速硬化与可施工性之间的矛盾。

Description

环氧树脂注浆材料

技术领域

本发明涉及一种环氧树脂注浆材料。

背景技术

根据TG/GW115-2012《高速铁路无砟轨道线路维修规则》，高速铁路轨道道床结构层间离缝宽度大于1.5mm时就需要及时修补，而CRTS II型板式无砟轨道轨道板板宽为2550mm。因此，高速铁路离缝修补材料必须满足在0.2 MPa的注浆压力下，灌入1.5 mm的细缝中，且注浆深度须达到2500mm以上。而这要求离缝修补材料动力粘度很低，需在100MPa∙s以下。与此同时，高速铁路夜间天窗时间一般只有210min，除去上线、下线及准备时间，有效维修时间仅为2h，因此需要离缝修补材料在2h内达到所需强度，满足快速固化的要求。

综上所述，高速铁路轨道道床结构层间离缝修补材料需满足低粘、快硬、方便施工的综合性能要求。与此同时，其它裂缝尺寸小、维修工期紧的维修工程亦是如此。

环氧树脂固化后具有很强的内聚力、分子结构致密，力学性能优异，常用于结构补强修补。

环氧树脂是一种热塑性低聚物，与固化剂反应交联为网状物，才能够表现出较高的粘接强度和抗压强度。由于环氧树脂与固化剂混合形成的浆体粘度较高，而实际微细裂缝修补工程中裂缝尺寸小，添加一定的稀释剂能够降低体系粘度、显著改善其可灌性。

此外，环氧树脂常温固化速度一般较慢，若保证在高铁修补2-4h的开天窗时间内完成修补作业、恢复通车，则须向浆液中掺加一定的促进剂以加速固化反应的顺利进行。

通过提高固化剂和促进剂用量，可以满足环氧树脂修补材料快速硬化的要求，但往往会使固化速度过快、产生爆聚现象、降低固化体后期力学性能、同时使可操作时间过短、不能满足施工要求。由此可知，传统环氧树脂注浆材料缩短固化时间（快速硬化）与延长可操作时间（可施工性）存在矛盾。

常规条件下，认为低温条件下，应该使用低温固化剂，中温环境下应该使用中温固化剂，发明人认为，该种认识并不能够准确反映注浆材料的属性，有碍于本领域的技术人员解决上述的快速硬化与可施工性的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种负低温环境、微细裂缝快速修补专用环氧树脂注浆材料，该注浆材料采用分阶段固化方式，通过调整固化剂成分调控固化反应进程，使注浆材料体系温度自低而高、逐步、缓慢上升，在充分延长浆液的可操作时间的前提下实现注浆材料负低温快速固化。

本发明采用以下技术方案：

一种环氧树脂注浆材料，适用于负低温环境，包括A组分和B组分，且A组分与B组分的质量比为100:30~100：100，其中A组分为环氧树脂，B组分则由以下重量份数的组分混合而成：

低温固化剂 30~70；

常温固化剂，包括5~35重量份的脂肪多胺和5~35重量份的低分子聚酰胺，以及3~25重量份的DMP-30，且常温固化剂重量份总量不多于50；

中温固化剂 3~15；

高温固化剂 3~15。

上述环氧树脂注浆材料，可选地，所述环氧树脂为经过化学改性或者经过稀释剂物理改性以降低粘度的环氧树脂；

其中，稀释剂为活性稀释剂。

可选地，所述低温固化剂为聚琉醇，中温固化剂为改性咪唑，高温固化剂为芳香族多胺。

可选地，低温固化剂在环氧树脂注浆材料中的含量与环境温度负相关，其余三种固化剂的含量与环境温度正相关。

可选地，固化剂总量与环境温度负相关。

相对于现有技术，本发明采用了相对大剂量的固化剂，并且固化剂也不是单一的固化剂，例如固化时的温升，使不同的固化剂在固化过程的不同阶段发挥作用，一方面提高固化进程，实现快速固化，另一方面各种固化剂又只在其相应的温度阶段参与固化反应，避免集中放热、使体系缓慢升温，有效延长可操作时间，利于施工。基于本发明有效解决了可施工性与快速固化的矛盾。

具体实施方式

发明原理：环氧树脂固化后具有很强的内聚力、分子结构致密，力学性能优异，常用于结构补强修补。通用的环氧树脂注浆材料，初始粘度在100 000 mPa∙s，固化剂用量为树脂量的20-35%，常温固化速度较慢，凝胶时间多大于4h。提高固化剂掺量、使用固化促进剂可以有效缩短凝胶时间，但实践表明此方法可能引起浆液短时间内爆聚、无法保证施工时间和修补效果。

本发明利用固化时的温升，采用复合的固化剂，产生分阶段固化，用以有效解决延长可操作时间和快速硬化之间的矛盾，使该注浆材料集负低温固化、低粘、快硬、便于施工等技术特性于一体。

如前所述，公知地，当前固化剂的使用量低于环氧树脂用量的35%，当固化剂数量比较大时，容易引起浆液在短时间内爆聚。本发明采用增大固化剂的总量，但部分固化剂在固化过程中的特定阶段并不起作用，随着固化的进行和放热，在特定的温度条件下，特定的固化剂起作用，使固化处于一种相对可控的状态，不会使浆液产生爆聚。

另一方面，各种固化剂在所适应的阶段起作用，特定的固化剂在适应的阶段所起的作用有限，从而通过缓慢放热，提高可操作性。

在本发明中，所配置的环氧树脂注浆材料，使用A组分表示环氧树脂，使用B组分表示固化剂，区别于现有技术，本发明中所使用的固化剂是适用于不同环境温度条件下的固化剂的混合物，不同的固化剂按照给定的配比拌合均匀即可。

首先是关于A组分与B组分的使用量，区别于现有技术固化剂倾向于使用较小的量，A组分与B组分的质量比为100:30~100：100，固化剂的用量相比于现有技术有比较明显的提高。尽管相对于现有技术在用量上有交叉，但目的并不相同，现有技术侧重于用量较少，且所使用固化剂是单一的温度特征的固化剂，在本发明中则是具有不同使用范围的固化剂的混合物，并且从剂量上受限量减小。

B组分是多种固化剂的混合物，适用于负低温环境，该混合物中以低温固化剂为主。

负低温环境实质温度低于0摄氏度时的环境。

关于B组分，其由以下重量份数的组分混合而成：

低温固化剂 30~70；

常温固化剂，包括5~35重量份的脂肪多胺和5~35重量份的低分子聚酰胺，以及3~25重量份的DMP-30，且常温固化剂重量份总量不多于50。

需要注意的是，关于例如低温固化剂中的修饰语“低温”是按照环境温度来界定的量。一般而言，环境温度较低时，称为低温环境(low-temperature environment )，温度低于人体舒适程度的环境。而通常情况下，取 21±3℃为人体舒适的温度范围。不过，尽管受惯常的环境温度的限制，但在注浆材料技术领域，所涉及的低温范围是-25℃~15℃，常温范围是15℃~50℃，中温范围是50℃~100℃，高温通常是指＞100℃，这里可以说负低温环境是指环境温度，但是由于材料反应释放热量，其它温度是指材料本身的温度。

除了上面提到的低温固化剂和常温固化剂外，B组分还进一步包括中温固化剂 3~15和高温固化剂3~15。

其中，所使用的常温固化剂采用多种常温固化剂的混合物，多种常温固化剂中的DMP-30除了作为固化剂外，还作为促进剂，加速常温阶段的反应，以快速过渡至中高温阶段，实现快速固化。

相对而言，由于专用于负低温环境，低温固化剂的用量相对较大，但低温固化剂占固化剂总量不大于60%，并且基于其他固化剂存在而产生的分散作用，在满足低温固化的条件时，不会产生爆聚。

相对而言，低温固化剂的用量相对与其他固化剂用量较高，用于保证负低温环境下注浆材料的正常固化，适合负低温环境施工。

固化剂总用量提高，加快了反应进程，能够缩短浆液凝胶时间，实现注浆材料的快速硬化。

每种固化剂仅在相应的温度阶段参与固化反应，避免集中放热，从而能够在固化剂总量较高的条件下，浆液体系的总体温升相对较慢，有利于有效延长可操作时间，而不是爆聚，便于施工。

对于所述环氧树脂采用低粘度的环氧树脂，为此，对环氧树脂进行改性，例如经过化学改性或者经过稀释剂物理改性，用以降低粘度的环氧树脂。通用的环氧树脂注浆材料的初始粘度非常大，初始粘度大影响可施工性，如前所述，通用的环氧树脂注浆材料的粘度在100 000mPa∙s，粘度大，影响固化剂的效用，固化相对缓慢，并且粘度大，难以将注浆材料灌注到细微缝隙中。

对环氧树脂进行改性后，降低其粘度，尽可能的使注浆材料的初始年度低于100mPa∙s，流动性佳、可灌性好，能够满足微细裂缝修补要求。

其中，稀释剂为活性稀释剂。

关于环氧树脂的改性，例如用高纯度双酚A和环氧氯丙烷，用两步法合成低分子量的海因环氧树脂，特点是低粘度。

对于低温固化剂优选为聚琉醇，中温固化剂优选为改性咪唑，高温固化剂优选为芳香族多胺。

上述固化剂都是常用固化剂，其作为固化剂的属性为本领域的技术人员所熟知，在此不再赘述。

基于本发明的发明原理，各种固化剂的用量跟环境温度有关系，在此，低温固化剂在环氧树脂注浆材料中的含量与环境温度负相关，其余三种固化剂的含量与环境温度正相关。

此外，经过研究发现，环氧树脂与固化剂的配比也与环境温度有关，环氧树脂在环氧树脂注浆材料中的含量与环境温度正相关。

另提供材料配比与性能指标表（表1），用以使本领域的技术人员更加清楚的理解本发明的原理。

表1 材料配比及性能指标表

从上表可以看出，随着环境温度的提高，作为低温固化剂的聚琉醇的用量在减少，即与环境温度负相关，其余固化剂有一个大致的增加，即与环境温度正相关。

凝胶时间大致在两个小时左右，可操作时间大约在1个小时左右，能够满足较好的施工性能，并且凝胶时间短，有利于在高铁夜间天窗时间内完成维修。

Claims (3)

1.一种环氧树脂注浆材料，适用于负低温环境，其特征在于，包括A组分和B组分，且A组分与B组分的质量比为100:30~100：100，其中A组分为环氧树脂，B组分则由以下重量份数的组分混合而成：

低温固化剂 30~70；

常温固化剂，包括5~35重量份的脂肪多胺和5~35重量份的低分子聚酰胺，以及3~25重量份的DMP-30，且常温固化剂重量份总量不多于50；

中温固化剂 3~15；

高温固化剂 3~15；

低温范围是-25℃~15℃，常温范围是15℃~50℃，中温范围是50℃~100℃，高温通常是指＞100℃；

所述环氧树脂为经过化学改性或者经过稀释剂物理改性以降低粘度的环氧树脂；

其中，稀释剂为活性稀释剂；

所述低温固化剂为聚琉醇，中温固化剂为改性咪唑，高温固化剂为芳香族多胺。

2.根据权利要求1所述的环氧树脂注浆材料，其特征在于，低温固化剂在环氧树脂注浆材料中的含量与环境温度负相关，其余三种固化剂的含量与环境温度正相关。

3.根据权利要求2所述的环氧树脂注浆材料，其特征在于，固化剂总量与环境温度负相关。