CN107200806A - 丙烯酸盐灌浆材料及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑防渗、堵漏用的灌浆材料领域，公开了灌浆材料及其使用方法。该丙烯酸盐灌浆材料包括A组分和B组分，其中，A组分由30‑50重量份的丙烯酸盐、0.1‑5重量份的含三烯基官能团的醚类交联剂、0.5‑30重量份的促进剂和50‑380重量份的水组成，B组分由1‑5重量份的引发剂和80‑150重量份的水组成。本发明提供的灌浆材料毒性降低，抗压强度增强，同时在施工过程中无需在浆液中添加缓凝剂铁氰化钾，提高了施工过程的简便性。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑防渗、堵漏用的灌浆材料，特别是一种环保型以及高强度的丙烯酸灌浆材料及其使用方法。
背景技术
丙烯酰胺化学灌浆材料的研究和应用始于20世纪40年代,最早是由美国海军与马萨诸塞工科大学试用于加固军事地基并取得了成功。1963年日本将丙烯酰胺灌浆用于土壤加固和隧道防渗。但由于当时丙烯酸及丙烯酰胺的产能较低，在较长的时间内，丙烯酸盐化学灌浆材料的研究进展缓慢，应用也较少，只是在永久工程防渗灌浆领域，丙烯酰胺灌浆材料占主导地位。1974年日本应用丙烯酰胺化学灌浆引起环境污染后，采用安全环保的丙烯酸衍生物如丙烯酸盐化学灌浆的研究和应用重新受到重视。我国广州化学研究所参照日本60年代阿隆A的资料,对高浓度丙烯酸盐作为地基加固材料进行了室内试验并取得了成功。美国在它过去工作的基础上，1980年推出了丙烯酸盐化学灌浆材料A C-4 0 0,毒性比丙烯酰胺浆液低，我国水利水电科学研究院和长江科学院先后于80年代中后期,在前人工作的基础上研发丙烯酸盐化学灌浆材料；并在长江三峡等工程上得到应用。2005年以后,比利时、德国等外国公司的中国代理在地铁等部门推销他们的丙烯酸盐化学灌浆材料，由此足见丙烯酸盐化学灌浆材料是一种国际上通用的化学灌浆材料。
上述工业上应用的灌浆材料虽然采用毒性较大的N，N-次甲基双丙烯酰胺作为交联剂，但通过对聚合后灌浆材料的毒性检测，其毒性值LD50大于5000mg/Kg，按毒性分类标准，其实际是无毒的。虽然采用N，N-次甲基双丙烯酰胺作为交联剂所得的凝胶材料本身无毒，但随着环保意识的不断加强，灌浆材料原料的环保性也日益受到关注，N，N-次甲基双丙烯酰胺的使用所存在的其它方面的潜在风险也日益受到重视，已经陆续有专利采用丙烯酸酯等低毒或无毒的交联剂进行替代。例如公开号为CN101265048的专利采用丙烯酸酯替代N，N-次甲基双丙烯酰胺作为交联剂，降低了丙烯酸盐灌浆的毒性，其所得浆料的固体砂浆抗压强度较低，分别为10％浓度时为0.22Mpa，20％浓度时为0.47Mpa；公开号为CN104262544A的中国专利公开了一种环保型高强丙烯酸盐灌浆材料及其使用方法，采用双烯丙基醚亲水化合物为交联剂替代丙烯酸酯类交联剂，使产品耐酸碱性有所提高，为了提高材料的强度，在原料中加入了丙烯酸铜等昂贵且不环保的原料，这些尝试虽然在材料原材料毒性方面以及耐久性方面有所改善，但是其材料的强度较低的问题一直没有解决，原料中添加了丙烯酸铜后，所得灌浆材料强度仍然较低，分别为10％浓度0.35Mpa和20％浓度0.65Mpa，同时丙烯酸铜的引入增加了成本和对环境水体造成了污染。综上所述，该类灌浆材料虽然已经广泛使用，但仍然存在以下不足：1)灌浆材料中用到的促进剂均为有机促进剂如二甲胺基丙腈毒性较大，2)现有灌浆材料抗挤出和固砂体强度均很低，在堵漏中会出现效果不佳等缺陷。
发明内容
为了解决现有技术中的灌浆材料毒性大以及强度低的问题，本发明提供了丙烯酸盐灌浆材料。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了丙烯酸盐灌浆材料，该灌浆材料包括A组分和B组分，其中，A组分由30-50重量份的丙烯酸盐、0.1-5重量份的含三烯基官能团的醚类交联剂、0.5-30重量份的促进剂和50-380重量份的水组成，B组分由1-5重量份的引发剂和80-150重量份的水组成；
所述丙烯酸盐为丙烯酸镁、丙烯酸钙、甲基丙烯酸镁和甲基丙烯酸钙的混合物，所述丙烯酸镁、丙烯酸钙、甲基丙烯酸镁和甲基丙烯酸钙的质量比10-25:1-5:0-5:0-1；
本发明提供的丙烯酸盐灌浆材料中，以丙烯酸镁和丙烯酸钙为主剂，少量的甲基丙烯酸镁和甲基丙烯酸钙，协同本发明所述的交联剂和其他原辅料，能够提高丙烯酸灌浆材料的胶凝体的抗压强度。
所述交联剂选自三烯丙基醚或三乙烯基醚类化合物的一种或两种。所述三烯丙基醚类交联剂选自丙三醇三烯丙基醚、间苯三酚三烯丙基醚、三聚氰酸三烯丙酯或三羟基丙烷三烯丙基醚；所述三乙烯基醚类交联剂选自丙三醇三乙烯基醚、间苯三酚三乙烯基醚、三聚氰酸三乙烯酯或三羟基丙烷三乙烯基醚。
本发明针对现有灌浆材料中有机促进剂如二甲胺基丙腈毒性较大以及现有灌浆材料抗挤出和固砂体强度均很低，在堵漏中会出现效果不佳等缺陷，本发明采用安全环保的三烯基官能团的醚类交联剂，采用无毒的亚硫酸盐作为促进剂替代毒性较大的二甲胺基丙腈，大大提高了操作过程中的安全性，所得到的灌浆材料较现有的灌浆材料不仅无毒而且由于其交联剂较多的双键官能团使产品有较均匀致密的网状结构，最终产品的对附着物的粘度大大增加，成型后材料的抗挤出强度和固砂体抗压强度大大增强。而且在施工过程中也无需在浆液中添加缓凝剂铁氰化钾，也提高施工过程的简便性。
本发明所述促进剂为无机亚硫酸盐；所述无机亚硫酸盐为亚硫酸铵、亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁或亚硫酸钙中的一种或几种。
所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠的一种或几种。
同时，本发明还提供了丙烯酸盐灌浆材料的使用方法，即分别制备A组分溶液和B组分溶液，然后将A组分溶液和B组分溶液按1：0.1-2.0的质量比混合，最后将混合液灌注到待处理位置中。
本发明提供了丙烯酸盐灌浆材料及其使用方法，该A组分和B组分，其中，A组分由30-50重量份的丙烯酸盐、0.1-5重量份的含三烯基官能团的醚类交联剂、0.5-30重量份的促进剂和50-380重量份的水组成，B组分由1-5重量份的引发剂和80-150重量份的水组成。本发明提供的丙烯酸盐灌浆材料采用安全环保的三烯基官能团的醚类交联剂，所得灌浆材料的凝胶体具有均匀致密的空间网状结构，大大提高了凝胶体的力学性能，其抗挤出强度和固砂体的耐压强度都大大增强，提高了材料的耐候性和耐久性；用无毒的亚硫酸盐作为促进剂替代毒性较大的二甲胺基丙腈，同时避免使用缓凝剂铁氰化钾，采用环保安全的三官能团的交联剂替代常用的双官能的毒性较大的交联剂N，N-双甲基丙烯酰胺，降低了材料尤其是原材料的毒性。试验结果表明，本发明提供的灌浆材料对附着物的粘度大大增加，成型后材料的抗挤出强度和固砂体抗压强度大大增强；灌浆材料抗挤出强度是现有同浓度灌浆材料的1.5-2倍，尤其是其固沙强度更比现有材料提高了50％以上。本发明提供的灌浆材料毒性降低，抗压强度增强，同时在施工过程中无需在浆液中添加缓凝剂铁氰化钾，提高了施工过程的简便性。
具体实施方式
本发明公开了丙烯酸盐灌浆材料及其使用方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明当中。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
实施例1
取30重量份的丙烯酸盐(由质量比为10:1的丙烯酸镁、丙烯酸钙组成)、0.1重量份的含三烯基官能团的醚类交联剂丙三醇三烯丙基醚、0.5重量份的促进剂亚硫酸铵和50重量份的水制备A组分溶液，取1重量份的引发剂过硫酸钾和80重量份的水制备B组分溶液，将A组分溶液和B组分溶液按1：0.1的质量比混合，将混合液灌注到待处理位置中。
实施例2
取50重量份的丙烯酸盐(由质量比为25:5:5:1的丙烯酸镁、丙烯酸钙、甲基丙烯酸镁和甲基丙烯酸钙的混合物组成)、5重量份的含三烯基官能团的醚类交联剂丙三醇三乙烯基醚、30重量份的促进剂亚硫酸钠和380重量份的水制备A组分溶液，取5重量份的引发剂过硫酸铵和150重量份的水制备B组分溶液，将A组分溶液和B组分溶液按1：2的质量比混合，将混合液灌注到待处理位置中。
实施例3
取40重量份的丙烯酸盐(由质量比为17.5:3:2.5:0.5的丙烯酸镁、丙烯酸钙、甲基丙烯酸镁和甲基丙烯酸钙的混合物组成)、2.55重量份的含三烯基官能团的醚类交联剂间苯三酚三乙烯基醚和间苯三酚三烯丙基醚、15.25重量份的促进剂亚硫酸钠和亚硫酸钙和215重量份的水制备A组分溶液，取3重量份的引发剂过硫酸钠和115重量份的水制备B组分溶液，将A组分溶液和B组分溶液按1：1.05的质量比混合，将混合液灌注到待处理位置中。
实施例4
取40重量份的丙烯酸盐(由质量比为18:3:3的丙烯酸镁、丙烯酸钙和甲基丙烯酸镁的混合物组成)、2.55重量份的含三烯基官能团的醚类交联剂三聚氰酸三烯丙基醚、15.25重量份的促进剂亚硫酸钾和215重量份的水制备A组分溶液，取3重量份的引发剂过硫酸钠和过硫酸铵和115重量份的水制备B组分溶液，将A组分溶液和B组分溶液按1：1.05的质量比混合，将混合液灌注到待处理位置中。
实施例5
取40重量份的丙烯酸盐(由质量比为12:4:4:1的丙烯酸镁、丙烯酸钙、甲基丙烯酸镁和甲基丙烯酸钙的混合物组成)、2.55重量份的含三烯基官能团的醚类交联剂三羟基丙烷三乙烯基醚和三羟基丙烷三乙烯基醚、15.25重量份的促进剂亚硫酸镁和215重量份的水制备A组分溶液，取3重量份的引发剂过硫酸钾和115重量份的水制备B组分溶液，将A组分溶液和B组分溶液按1：2的质量比混合，将混合液灌注到待处理位置中。
实施例6
取40重量份的丙烯酸盐(由质量比为12:4:4:1的丙烯酸镁、丙烯酸钙、甲基丙烯酸镁和甲基丙烯酸钙的混合物组成)、2.55重量份的含三烯基官能团的醚类交联剂三聚氰酸三乙烯酯、15.25重量份的促进剂亚硫酸镁和215重量份的水制备A组分溶液，取3重量份的引发剂过硫酸钾和115重量份的水制备B组分溶液，将A组分溶液和B组分溶液按1：2的质量比混合，将混合液灌注到待处理位置中。
对比例1
分别采用表1中列举的交联剂，其他原辅料以及制备方法均和实施例4相同，制备本发明所述的灌浆材料，对制备的灌浆材料其性能进行对比试验，不同的交联剂对灌浆材料的凝胶性能有着很大的影响，具体见表1。
表1交联剂对凝胶性能的影响
表1试验数据显示，采用三烯基官能团的交联剂所制备的灌浆材料其遇水膨胀率以及渗透系数与使用其它交联剂相当，但是其力学性能大大增强，尤其是抗挤出性能和固砂体抗压强度，抗挤出强度是现有同浓度灌浆材料的1.5-2倍，尤其是其固沙强度更比现有材料提高了50％以上。因此，本发明采用三官能团的醚类交联剂对所得凝胶体的性能尤其是力学性能有明显的改善，同时本发明提供的灌浆材料还可带水作业，瞬间堵漏。
三烯基官能团的交联剂替代现有的双烯基官能团交联剂，所得凝胶材料的固砂体抗压性能都有增强，但三烯基官能团的醚类交联剂比三丙烯酸酯类交联剂的强度更好。另外，由于酯基官能团易水解，耐酸碱性差，所以采用酯类交联剂所制备的材料在耐候性和稳定性方面均有一定的不足，而采用三烯基官能团的醚类交联剂，所得材料无论是在固砂体抗压强度还是耐候性方面都具有明显的优势。
并且本发明还对该灌浆材料进行了急性毒性实验，大鼠经口的半数致死量(LD50)>10000mg/kg，证明该灌浆材料基本无毒；该灌浆液的粘度在8.0mpa.s～9.0mpa.s之间；渗透系数达10-8数量级；综上所述，本发明解决了现有灌浆材料中灌浆材料抗挤出强度低、固砂体抗压强度低、不环保以及促进剂毒性大等现有技术问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.丙烯酸盐灌浆材料，其特征在于：包括A组分和B组分，其中，A组分由30-50重量份的丙烯酸盐、0.1-5重量份的含三烯基官能团的醚类交联剂、0.5-30重量份的促进剂和50-380重量份的水组成，B组分由1-5重量份的引发剂和80-150重量份的水组成；
所述丙烯酸盐为丙烯酸镁、丙烯酸钙、甲基丙烯酸镁和甲基丙烯酸钙的混合物，所述丙烯酸镁、丙烯酸钙、甲基丙烯酸镁和甲基丙烯酸钙的质量比10-25:1-5:0-5:0-1；
所述交联剂为三烯丙基醚或三乙烯基醚类化合物的一种或两种。
2.如权利要求1所述的丙烯酸盐灌浆材料，其特征在于：所述促进剂为无机亚硫酸盐；所述无机亚硫酸盐选自亚硫酸铵、亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁或亚硫酸钙中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的丙烯酸盐灌浆材料，其特征在于：所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵或过硫酸钠的一种或几种。
4.如权利要求1所述的丙烯酸盐灌浆材料，其特征在于：所述三烯丙基醚类交联剂选自丙三醇三烯丙基醚、间苯三酚三烯丙基醚、三聚氰酸三烯丙酯或三羟基丙烷三烯丙基醚；所述三乙烯基醚类交联剂选自丙三醇三乙烯基醚、间苯三酚三乙烯基醚、三聚氰酸三乙烯酯或三羟基丙烷三乙烯基醚。
5.丙烯酸盐灌浆材料的使用方法，其特征在于：分别制备A组分溶液和B组分溶液，然后将A组分溶液和B组分溶液按1：0.1-2.0的质量比混合，最后将混合液灌注到待处理位置中。
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