CN106927719B - 一种丙烯酸盐复合注浆填充材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种丙烯酸盐复合注浆填充材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种丙烯酸盐复合注浆填充材料及其制备方法与应用，包括以下组分：主剂和交联剂，其中，所述主剂为丙烯酸盐的混合物，所述交联剂为聚乙二醇二烯丙基醚和乙氧化双酚A双烯丙基醚中的一种或两种的混合物。本发明采用无毒的聚乙二醇二烯丙基醚和/或乙氧化双酚A双烯丙基醚作为交联剂，该注浆材料大鼠经口的半数致死量≧6500mg/kg，实际为无毒，给施工人员提供一个安全的操作环境，确保对环境的影响降到最低。

Description

一种丙烯酸盐复合注浆填充材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于地下工程加固用注浆材料领域，具体涉及一种丙烯酸盐复合注浆填充材料及其制备方法与应用。
背景技术
注浆作为地下工程中的一项填充手段，在地下工程施工中受到越来越高的重视，丙烯酸盐注浆材料以其粘度低、工作环境温度低、固化后凝胶体强度稳定性好以及价格低廉的优点而广泛应用于地下工程填充中，其相关研究也正受到越来越多的关注。但市面上现有丙烯酸盐注浆材料往往采用N，N’-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，含有酰胺基团的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为中等毒性化合物，大鼠经口的半数致死量(LD50)＝390mg/kg，虽然含量低，但考虑到酰胺基团毒性的积累性，长期使用会对环境造成一定的影响，应该避免使用。且现有的丙烯酸盐注浆材料的固砂体抗压强度较低，大部分维持在0.3MPa左右，且现有不同品牌种类丙烯酸盐注浆材料胶凝时间的差距较大，并且胶凝时间固定不可改变，无法根据实际工程需要进行调节，难以满足工程需要。
发明内容
针对现有技术中存在的以上问题，本发明的一个目的是提供一种聚乙二醇二烯丙基醚或/和乙氧化双酚A双烯丙基醚作为交联剂在制备丙烯酸盐复合注浆填充材料中的应用。将聚乙二醇二烯丙基醚或/和乙氧化双酚A双烯丙基醚替换现有丙烯酸盐注浆材料中的交联剂-N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，使制备得到的注浆材料基本无毒。
本发明的第二个目的是提供一种丙烯酸盐复合注浆填充材料，该材料采用聚乙二醇二烯丙基醚或/和乙氧化双酚A双烯丙基醚作为交联剂，配合其他的组分制备出一种基本无毒的丙烯酸盐注浆材料。
本发明的第三个目的是提供上述丙烯酸盐复合注浆填充材料的制备方法。
本发明的第四个目的是提供上述丙烯酸盐复合注浆填充材料在注浆中的应用。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
聚乙二醇二烯丙基醚或/和乙氧化双酚A双烯丙基醚作为交联剂在制备丙烯酸盐复合注浆填充材料中的应用。
一种丙烯酸盐复合注浆填充材料，包括以下组分：主剂和交联剂，其中，所述主剂为丙烯酸盐的混合物，所述交联剂为聚乙二醇二烯丙基醚和乙氧化双酚A双烯丙基醚中的一种或两种的混合物。
丙烯酸盐为金属氢氧化物(或氧化物)和丙烯酸(AA)发生中和反应合成。
交联剂是一种能在线型分子间起架桥作用，从而使多个线型分子相互键合交联成网状结构的物质。
聚乙二醇二烯丙基醚具有两个端位烯丙基，可以和丙烯酸盐发生聚合反应，使丙烯酸盐相互键合交联成网状结构，提高注浆填充材料的填充强度，是聚合反应的理想交联剂，具有亲水、生物降解和低毒性的优势。
乙氧化双酚A双烯丙基醚与聚乙二醇二烯丙基醚一样，是一种交联剂，基本作用原理和聚乙二醇二烯丙基醚基本相同。
优选的，按重量份计，上述注浆复合材料中，主剂30-40份，交联剂6-10份。
优选的，所述主剂为丙烯酸镁、丙烯酸钙和丙烯酸铜的混合物。
其中，丙烯酸铜作为强度增强剂，可以大大提高注浆材料的固砂体的强度。
丙烯酸盐为注浆材料主剂，其中丙烯酸镁具有轻微的毒性，添加丙烯酸钙后可以对其毒性进行一定程度的抑制，添加丙烯酸铜后确实可以提高注浆材料的强度。
进一步优选的，按重量份计，所述主剂的三种组分的含量分别为：丙烯酸镁6～8份，丙烯酸钙8～10份，丙烯酸铜16～22份。
优选的，所述交联剂为聚乙二醇二烯丙基醚和乙氧化双酚A双烯丙基醚的混合物。两者之间会发生协同作用，使注浆材料凝固而成的固砂体的抗压强度大大提高。
进一步优选的，聚乙二醇二烯丙基醚和乙氧化双酚A双烯丙基醚的重量比为3-4:0.8-1.2。
进一步优选的，上述复合注浆填充材料还包括复合增强剂，复合增强剂为纳米级二氧化硅。
纳米级二氧化硅作为复合增强剂，可以充分分散到注浆材料中，随着注浆材料的凝固，可以有效提高固结材料强度。
优选的，上述丙烯酸盐复合注浆填充材料还包括促进剂和引发剂。
进一步优选的，上述丙烯酸盐复合注浆填充材料还包括缓凝剂。通过调节缓凝剂的用量来调节材料的凝结时间。
促进剂为可以提高反应速率的一种用量较少的物质。
引发剂为一类容易受热分解成自由基(即初级自由基)的化合物，可用于引发烯类、双烯类单体自由基聚合和共聚合反应，也可以用于不饱和聚酯的交联固化和高分子交联反应。
促进剂可以提高反应速率，引发剂可以引发聚合反应，缓凝剂延缓凝结时间，通过合理控制三者的使用比例，来调节凝结时间，根据不同的施工环境，选择不同的凝结时间。
优选的，上述丙稀酸盐复合注浆填充材料，由A材料和B材料混合制备而成，其中，A材料由以下重量份的组分组成：主剂30-40份，交联剂6-10份，水50-64份，主剂为丙烯酸镁、丙烯酸钙和丙烯酸铜的混合物，交联剂为聚乙二醇二烯丙基醚和乙氧化双酚A双烯丙基醚中的一种或两种的混合物；
B材料由以下重量份的组分组成：促进剂3～6份，引发剂1～4份，复合增强剂3～7份，助剂0.04～0.3份，缓凝剂0～0.1份，水82.6～92.96份。
进一步优选的，A材料和B材料的用量为1:0.9-1.1。
进一步优选的，所述促进剂为三乙烯二胺。加快反应速率，与其他助剂一起协同控制材料凝结时间。
进一步优选的，所述引发剂过硫酸胺或过硫酸钾，优选为过硫酸胺。过硫酸胺的溶解度高、成本低，可有效降低注浆材料的成本。
进一步优选的，所述助剂为α-烯基磺酸钠、α-磺基脂肪酸甲酯及烷基多苷中的一种或多种的混合物。
更进一步优选的，所述助剂为α-烯基磺酸钠和烷基多苷的混合物。优选的，两者的质量比为1:0.9-1.1。两者发生了协同作用，增强作用效果。
进一步优选的，所述缓凝剂为铁氯化钾。
可以降低注浆填充材料的水化速度和水化热，延长凝结时间，达到更好的填充效果。缓凝剂的用量可以根据工程实际来进行调节，其变化范围为0-0.05％，与引发剂和促进剂协同作用，可使丙烯酸盐复合材料的固化时间在1～23min的范围内进行调节，以满足不同工程对于固化时间的需求。
上述丙烯酸盐复合注浆填充材料的制备方法，包括如下步骤：在使用前将各种物质按设定比例混合均匀。
上述丙烯酸盐复合注浆填充材料的制备方法，包括如下步骤：在使用前将A材料和B材料混合均匀，即可。
上述丙烯酸盐复合注浆填充材料在注浆中的应用。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用无毒的聚乙二醇二烯丙基醚和/或乙氧化双酚A双烯丙基醚作为交联剂，该注浆材料大鼠经口的半数致死量≧6500mg/kg，实际为无毒，给施工人员提供一个安全的操作环境，确保对环境的影响降到最低；
2、本发明的丙烯酸盐复合注浆材料采用丙烯酸铜和纳米级二氧化硅作为强度增强剂，提高了填充固化强度，使其满足工程需求；
3、通过促进剂、引发剂及缓凝剂三者的协同作用控制固化速度，使本注浆填充材料的固化时间控制在1～23min，满足实际工程对于注浆加固材料固化时间的要求；
4、本发明的丙烯酸盐复合填充材料填充后得到的凝胶体具有较好的韧性及耐化学腐蚀性，适用于化学腐蚀性环境；
5、本发明的丙烯酸盐复合注浆填充材料粘度低，可注性好；且对破碎岩体和混凝土有很好的粘结强度，固砂强度可达1.12MPa，对潮湿环境的适用性较好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
按照以下比例配制环保型丙烯酸盐复合注浆材料：
A组分(按重量分数计)：丙烯酸镁6份，丙烯酸钙8份，丙烯酸铜16份，聚乙二醇二烯丙基醚4.8份，乙氧化双酚A双烯丙基醚1.2份，水50份；
B组分(按重量分数计)：三乙烯二胺3份，过硫酸铵1份，纳米二氧化硅3份，α-烯基磺酸钠0.02份，烷基多苷0.02份，铁氯化钾0份，水90份。
实施例2
按照以下比例配制环保型丙烯酸盐复合注浆材料：
A组分(按重量分数计)：丙烯酸镁8份，丙烯酸钙10份，丙烯酸铜22份，聚乙二醇二烯丙基醚4.8份，乙氧化双酚A双烯丙基醚1.2份，水50份；
B组分(按重量分数计)：三乙烯二胺3份，过硫酸铵1份，纳米二氧化硅3份，α-烯基磺酸钠0.02份，烷基多苷0.02份，铁氯化钾0份，水90份。
实施例3
按照以下比例配制环保型丙烯酸盐复合注浆材料：
A组分(按重量分数计)：丙烯酸镁6份，丙烯酸钙8份，丙烯酸铜16份，聚乙二醇二烯丙基醚8份，乙氧化双酚A双烯丙基醚2份，水50份；
B组分(按重量分数计)：三乙烯二胺3份，过硫酸铵1份，纳米二氧化硅3份，α-烯基磺酸钠0.02份，烷基多苷0.02份，铁氯化钾0份，水90份。
实施例4
按照以下比例配制环保型丙烯酸盐复合注浆材料：
A组分(按重量分数计)：丙烯酸镁6份，丙烯酸钙8份，丙烯酸铜16份，聚乙二醇二烯丙基醚4.8份，乙氧化双酚A双烯丙基醚1.2份，水50份；
B组分(按重量分数计)：三乙烯二胺6份，过硫酸铵1份，纳米二氧化硅3份，α-烯基磺酸钠0.02份，烷基多苷0.02份，铁氯化钾0份，水90份。
实施例5
按照以下比例配制环保型丙烯酸盐复合注浆材料：
A组分(按重量分数计)：丙烯酸镁6份，丙烯酸钙8份，丙烯酸铜16份，聚乙二醇二烯丙基醚4.8份，乙氧化双酚A双烯丙基醚1.2份，水50份；
B组分(按重量分数计)：三乙烯二胺3份，过硫酸铵4份，纳米二氧化硅3份，α-烯基磺酸钠0.02份，烷基多苷0.02份，铁氯化钾0份，水90份。
实施例6
按照以下比例配制环保型丙烯酸盐复合注浆材料：
A组分(按重量分数计)：丙烯酸镁6份，丙烯酸钙8份，丙烯酸铜16份，聚乙二醇二烯丙基醚4.8份，乙氧化双酚A双烯丙基醚1.2份，水50份；
B组分(按重量分数计)：三乙烯二胺3份，过硫酸铵1份，纳米二氧化硅7份，α-烯基磺酸钠0.02份，烷基多苷0.02份，铁氯化钾0份，水90份。
实施例7
按照以下比例配制环保型丙烯酸盐复合注浆材料：
A组分(按重量分数计)：丙烯酸镁6份，丙烯酸钙8份，丙烯酸铜16份，聚乙二醇二烯丙基醚4.8份，乙氧化双酚A双烯丙基醚1.2份，水50份；
B组分(按重量分数计)：三乙烯二胺3份，过硫酸铵1份，纳米二氧化硅3份，α-烯基磺酸钠0.02份，烷基多苷0.02份，铁氯化钾0.1份，水90份。
实施例8
按照以下比例配制环保型丙烯酸盐复合注浆材料：
A组分(按重量分数计)：丙烯酸镁8份，丙烯酸钙10份，丙烯酸铜22份，聚乙二醇二烯丙基醚8份，乙氧化双酚A双烯丙基醚2份，水50份；
B组分(按重量分数计)：三乙烯二胺6份，过硫酸铵4份，纳米二氧化硅7份，α-烯基磺酸钠0.15份，烷基多苷0.15份，铁氯化钾0份，水90份。
实施例9
按照以下比例配制环保型丙烯酸盐复合注浆材料：
A组分(按重量分数计)：丙烯酸镁8份，丙烯酸钙10份，丙烯酸铜22份，聚乙二醇二烯丙基醚8份，水50份；
B组分(按重量分数计)：三乙烯二胺6份，过硫酸铵4份，纳米二氧化硅7份，α-烯基磺酸钠0.3份，铁氯化钾0份，水90份。
实施例10
按照以下比例配制环保型丙烯酸盐复合注浆材料：
A组分(按重量分数计)：丙烯酸镁8份，丙烯酸钙10份，丙烯酸铜22份乙氧化双酚A双烯丙基醚6份，水50份；
B组分(按重量分数计)：三乙烯二胺6份，过硫酸铵4份，纳米二氧化硅7份，α-磺基脂肪酸甲酯0.15份，铁氯化钾0份，水90份。
实施例11
按照以下比例配制环保型丙烯酸盐复合注浆材料：
A组分(按重量分数计)：丙烯酸镁8份，丙烯酸钙10份，丙烯酸铜22份乙氧化双酚A双烯丙基醚6份，水50份；
B组分(按重量分数计)：三乙烯二胺6份，过硫酸铵4份，纳米二氧化硅7份，α-磺基脂肪酸甲酯0.15份，烷基多苷0.1份，铁氯化钾0份，水90份。
在施工现场将A组分和B组分在施工现场混合均匀后即可进行注浆，两者的混合比例为1:1。
以上实施例获得的环保型丙烯酸盐复合注浆填充材料的产品性能如下表1所示(表1中实施例1-11的编号分别对应1-11)。
表1 一种环保型丙烯酸盐复合注浆填充材料性能表
由表1可知，实施例1-11制备的注浆材料的固砂体抗压强度为0.85-1.12MPa，远超于现有的丙烯酸盐注浆材料。
抗挤出破坏比降为340-1030MPa/cm；渗透系数为1.3×10-8-4.2×10-7cm/s；遇水膨胀率为32％-65％；粘度为5.4-6.4mpa·s，粘度高，在潮湿环境中的适应性较好，对破碎岩体及混凝土均有较好的粘结强度；固化时间为1′15″-15′46″，固化时间的可调节性较强，可以适用于不同的施工环境中。
实施例1-11中的注浆材料大鼠经口的半数致死量≧6500mg/kg，实际为无毒。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种丙稀酸盐复合注浆填充材料，其特征在于：由A材料和B材料混合制备而成，其中，A材料由以下重量份的组分组成：主剂30-40份，交联剂6-10份，水50-64份，主剂为丙烯酸镁、丙烯酸钙和丙烯酸铜的混合物，按重量份计，所述主剂的三种组分的含量分别为：丙烯酸镁6～8份，丙烯酸钙8～10份，丙烯酸铜22份，交联剂为聚乙二醇二烯丙基醚和乙氧化双酚A双烯丙基醚的混合物，聚乙二醇二烯丙基醚和乙氧化双酚A双烯丙基醚的重量比为4:1；
B材料由以下重量份的组分组成：促进剂3～6份，引发剂1～4份，复合增强剂3～7份，助剂0.04～0.3份，缓凝剂0～0.1份，水82.6～92.96份；
促进剂为三乙烯二胺，引发剂为硫酸铵或过硫酸钾，助剂为α-烯基磺酸钠和烷基多苷的混合物，两者的质量比为1:0.9-1.1；复合增强剂为纳米级二氧化硅；
A材料和B材料的用量为1:0.9-1.1。
2.根据权利要求1所述的丙稀酸盐复合注浆填充材料，其特征在于：所述引发剂为过硫酸钾。
3.权利要求1或2所述丙烯酸盐复合注浆填充材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：在使用前将各种物质按设定比例混合均匀。
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