CN107501666B - 复合阻尼材料、阻尼防水填充材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合阻尼材料、阻尼防水填充材料及其制备方法，涉及防水材料技术领域。本发明的复合阻尼材料，包括阻尼材料、表面改性剂、絮凝剂及丙烯酸聚合物乳液；其中，所述丙烯酸聚合物乳液包覆于所述阻尼材料的表面形成复合阻尼材料。本发明的阻尼材料在填充材料中直接外掺与水泥浆体的界面易黏接，具有优异的分散性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及防水材料领域，尤其涉及一种复合阻尼材料、阻尼防水填充材料及其制备方法。
背景技术
地铁、隧道等地下工程正随着国家经济的高速发展日益增多，列车在运行过程中各种机械部件都会产生振动和由此产生强弱不同的噪音，将会影响乘坐的舒适性，特别整车的振动和噪音对地面及周边建筑及构建物产生的巨大影响显得尤为重要，以及人民生活条件的改善问题会显得更加突出。
盾构隧道施工中的一项关键技术同步注浆填充材料已经越来越受到重视，现行的同步注浆填充材料对于控制隧道管片的成型与稳定，抵抗周围土体变形，提高隧道的防水性能等方面起到十分重要的作用，但此同步注浆填充材料都为同步注浆专用砂浆，原材料构成为水泥、粉煤灰、石英砂、膨润土及混凝土外加剂等，水化成型后填充体为刚性，没有阻尼功效。
常用的阻尼材料材料直接外掺与水泥浆体的界面黏接存在较大问题，对水泥填充材料力学性能产生很大影响；或者有些阻尼材料本身很难在填充材料中分散、稳定或与其它粘结成分形成有效粘接；或者有些轻质阻尼材料也很难在填充材料分散稳定、方便注浆/填充时中流动，不能起到阻尼功效。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种复合阻尼材料、阻尼防水填充材料及其制备方法，主要目的是解决阻尼材料在填充材料中直接外掺与水泥浆体的界面难黏接、分散性差或稳定性差的技术问题。
为达到上述目的，本发明主要提供了如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种复合阻尼材料，所述复合阻尼材料包括阻尼材料、表面改性剂、絮凝剂及丙烯酸聚合物乳液；其中，所述丙烯酸聚合物乳液包覆于所述阻尼材料的表面形成复合阻尼材料。
作为优选，以重量份计，所述阻尼材料为50-90份，所述表面改性剂为0.1-5份，所述絮凝剂为0.5-5份，所述丙烯酸聚合物乳液为20-100份；其中，所述阻尼材料包括硫化橡胶粉、塑料粉、炭黑、氧化石墨烯、玻化微珠及聚苯颗粒中的至少一种。
作为优选，所述丙烯酸聚合物乳液的玻璃化转变温度为零下15℃-零上60℃；
作为优选，所述表面改性剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、马来酸酐、马来酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲脂、甲基丙烯酸羟乙酯、2-巯基丙酸及3-巯基丙酸中的至少一种；
所述絮凝剂为氯化铁、硫酸铁、硫酸镁、硫酸铝及氢氧化钙中的至少一种。
作为优选，所述硫化橡胶包括磨碎轮胎胶粉，其粒径为10微米-150微米；
所述塑料粉包括乙烯-乙酸乙烯共聚物、聚苯乙烯及低密度聚乙烯中的至少一种。
另一方面，本发明实施例提供了上述种复合阻尼材料的制备方法，包括步骤：
将阻尼材料、表面改性剂及絮凝剂混合形成第一混合物；
在搅拌状态下将丙烯酸聚合物乳液加入到所述第一混合物中，得到潮湿易分散颗粒；
将所述潮湿易分散颗粒在温度为40℃-80℃条件下干燥8-15分钟，得到干燥分散颗粒；
将所述干燥分散颗粒过10微米-200微米的筛网后即得到所述复合阻尼材料。
再一方面，本发明实施例提供了一种阻尼防水填充材料，所述填充材料由以下重量份的组分组成：
阻尼材料1-60份，无机粘结剂1-50份，有机粘结剂1-50份，粉煤灰和/或石英砂1-50份，膨润土0.5-10份，填料1-10份，其他助剂0.3-20份；其中，所述阻尼材料为上述复合阻尼材料。
作为优选，所述无机粘结剂为普通硅酸盐水泥和/或早强水泥；
所述有机粘结剂为聚合物乳液和/或可分散胶粉；其中，所述聚合物乳液为丙烯酸乳液、乙烯-乙酸乙烯共聚物或丁苯乳液，所述聚合物乳液的玻璃化转变温度为零下40℃-零上60℃；所述可分散胶粉为丙烯酸类物质和/或乙烯-乙酸乙烯共聚物。
作为优选，所述粉煤灰包括符合国家标准的I级或Ⅱ级的粉煤灰，所述石英砂为粒度是40目-70目的河沙；
所述填料为片状，所述填料包括蒙脱石、云母粉、滑石粉及高岭土中的至少一种。
所述膨润土包括钙基膨润土和/或钠基膨润土；
所述其他助剂包括消泡剂、分散剂、防腐剂、纤维素醚及减水剂中的至少一种；其中，
所述消泡剂包括矿物油消泡剂、有机硅消泡剂及聚醚类消泡剂中的至少一种。
所述分散剂包括聚羧酸盐、烷基胺及聚醚中的至少一种。
所述防腐剂包括苯甲酸、异噻唑啉酮及苯并异噻唑啉酮中的至少一种；
所述减水剂包括奈系减水剂、聚羧酸减水剂及脂肪族减水剂中的至少一种。
又一方面，本发明实施例提供了上述阻尼防水填充材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：将复合阻尼材料、无机粘结剂、有机粘结剂、粉煤灰和/或石英砂、膨润土、填料及其他助剂混合搅拌形成混合料，向所述混合料中加入适量水搅拌至粉料均匀成浆即得到所述阻尼防水填充材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用丙烯酸聚合物乳液对各阻尼材料进行包覆处理的技术手段，各阻尼材料与丙烯酸聚合物乳液具有更好的粘结效果，丙烯酸聚合物乳液通过絮凝剂牢固包覆在阻尼材料表面，提高了阻尼材料在填充材料中的分散性和稳定性，方便注浆或填充时物料流动。
本发明的阻尼原料中选用了磨碎轮胎胶粉，解决了废旧轮胎“黑色污染”无害化、资源化、高值化利用难题，且生产工艺简单易控，贮存稳定性好。
本发明的复合阻尼材料具有较好的阻尼效果，阻尼因子大于0.3。
本发明的阻尼防水填充材料水化成型后填充体为柔性，阻尼防水一体化。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下以较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、技术方案、特征及其功效，详细说明如后。下述说明中的多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
实施例1(制备复合阻尼材料)
按配方准备各原料：粒径为40-80微米的磨碎轮胎胶粉70份，γ-巯丙基三甲氧基硅烷0.1份，氯化铁0.5份，玻璃化转变温度为10℃的丙烯酸聚合物乳液为60份；
将上述磨碎轮胎胶粉、上述γ-巯丙基三甲氧基硅烷及上述氯化铁混合均匀形成第一混合物，在搅拌状态下将上述丙烯酸聚合物乳液加入到上述第一混合物中，得到潮湿易分散颗粒；将上述潮湿易分散颗粒转到流化床干燥器中，控制干燥温度为50℃，干燥8分钟，得到干燥分散颗粒；将上述干燥分散颗粒过200微米筛网后即得到复合阻尼材料。
实施例2(制备复合阻尼材料)
按配方准备各原料：粒径为60-120微米的磨碎轮胎胶粉60份、炭黑10份，玻化微珠10份，马来酸酐2份，硫酸镁1份，玻璃化转变温度为20℃的丙烯酸聚合物乳液为40份；
将上述磨碎轮胎胶粉，炭黑，玻化微珠，马来酸酐以及硫酸镁混合均匀形成第一混合物，在搅拌状态下将上述丙烯酸聚合物乳液加入到上述第一混合物中，得到潮湿易分散颗粒；将上述潮湿易分散颗粒转到流化床干燥器中，控制干燥温度为55℃，干燥10分钟，得到干燥分散颗粒；将上述干燥分散颗粒过200微米筛网后即得到复合阻尼材料。
实施例3(制备复合阻尼材料)
按配方准备各原料：粒径为60-100微米的磨碎轮胎胶粉65份，聚苯颗粒2份，甲基丙烯酸3份，氢氧化钙1.5份，玻璃化转变温度为40℃的丙烯酸聚合物乳液为70份；
将上述磨碎轮胎胶粉、聚苯颗粒，甲基丙烯酸以及氢氧化钙混合均匀形成第一混合物，在搅拌状态下将上述丙烯酸聚合物乳液加入到上述第一混合物中，得到潮湿易分散颗粒；将上述潮湿易分散颗粒转到流化床干燥器中，控制干燥温度为60℃，干燥12分钟，得到干燥分散颗粒；将上述干燥分散颗粒过200微米筛网后即得到复合阻尼材料。
实施例4(制备复合阻尼材料)
按配方准备各原料：粒径为70-140微米的磨碎轮胎胶粉45份、低密度聚乙烯5份，玻化微珠20份，甲基丙烯酸甲脂5份，硫酸铝2份，玻璃化转变温度为55℃的丙烯酸聚合物乳液为60份；
将上述磨碎轮胎胶粉、低密度聚乙烯，玻化微珠，甲基丙烯酸甲脂以及硫酸铝混合均匀形成第一混合物，在搅拌状态下将上述丙烯酸聚合物乳液加入到上述第一混合物中，得到潮湿易分散颗粒；将上述潮湿易分散颗粒转到流化床干燥器中，控制干燥温度为60℃，干燥15分钟，得到干燥分散颗粒；将上述干燥分散颗粒过200微米筛网后即得到复合阻尼材料。
实施例5(制备阻尼防水填充材料)
将200份丙烯酸聚合物乳液加入反应釜，在搅拌的状态下分别加入200份实施例2制备的复合阻尼材料、4份消泡剂、2份防腐剂、6份分散剂，分散搅拌均匀后加入400份早强水泥、100份普通硅酸盐水泥、150份河沙、50份云母粉、5份钠基膨润土，加快搅拌速度直至粉料均匀成浆状，降低搅拌速度，再分别依次加入2份减水剂、1份纤维素醚，添加适量水搅拌均匀即得到阻尼防水填充材料。
实施例6(制备阻尼防水填充材料)
将100份丙烯酸聚合物乳液加入反应釜，在搅拌的状态下分别加入4份消泡剂、2份防腐剂、6份分散剂，分散搅拌均匀成第一组分，加入300份上述实施例3制备的复合阻尼材料、450份普通硅酸盐水泥、200份河沙、40份云母粉、10份钠基膨润土、2份减水剂及2份纤维素醚搅拌混合均匀成第二组分，将第一组分和第二组分混合在一起，并添加适量水搅拌直至粉料均匀成浆状即得到阻尼防水填充材料。
实施例7(制备阻尼防水填充材料)
向反应釜中加入350份上述实施例4制备的复合阻尼材料、450份普通硅酸盐水泥、150份河沙、50份云母粉、8份钠基膨润土、2份减水剂、1份纤维素醚搅拌及35份聚合物可分散胶粉混合均匀，再添加适量水搅拌直至粉料均匀成浆状即得到阻尼防水填充材料。
作为上述实施例5-实施例7的优选，上述无机粘结剂为普通硅酸盐水泥和/或早强水泥；上述有机粘结剂为聚合物乳液和/或可分散胶粉；其中，上述聚合物乳液为丙烯酸乳液、乙烯-乙酸乙烯共聚物或丁苯乳液，上述聚合物乳液的玻璃化转变温度为零下40℃-零上60℃；上述可分散胶粉为丙烯酸类物质和/或乙烯-乙酸乙烯共聚物。
作为上述实施例5-实施例7的优选，上述粉煤灰包括符合国家标准的I级或Ⅱ级的粉煤灰，上述石英砂为粒度是40目-70目的河沙；
上述填料为片状，上述填料包括蒙脱石、云母粉、滑石粉及高岭土中的至少一种。
上述膨润土包括钙基膨润土和/或钠基膨润土；
上述其他助剂包括消泡剂、分散剂、防腐剂、纤维素醚及减水剂中的至少一种；其中，
上述消泡剂包括矿物油消泡剂、有机硅消泡剂及聚醚类消泡剂中的至少一种。
上述分散剂包括聚羧酸盐、烷基胺及聚醚中的至少一种。
上述防腐剂包括苯甲酸、异噻唑啉酮及苯并异噻唑啉酮中的至少一种；
上述减水剂包括奈系减水剂、聚羧酸减水剂及脂肪族减水剂中的至少一种。
应用测试评价标准对本发明的阻尼防水填充材料性能进行检测，检测数据见表1。
阻尼因子：动态力学分析(TA，Q800)，拉伸模式，-30℃～50℃，频率10Hz，应变0.01％；
抗渗压力：依据GB 23440-2009中6.5迎水面试验，龄期7天；
抗压强度：依据GB/T 17671规定试验。
抗折强度：依据GB/T 17671规定试验。
对比例1(普通防水填充材料)
向反应釜中加入450份磨碎轮胎胶粉、400份普通硅酸盐水泥、100份河沙、50份云母粉、8份钠基膨润土、2份减水剂、1份纤维素醚搅拌及35份聚合物可分散胶粉混合均匀，再添加适量水搅拌直至粉料均匀成浆状即得到普通防水填充材料。
通过上述检测结果可知，本发明实施例5-实施例7制备的阻尼防水填充材料的阻尼因子均远大于对比例1制备的普通防水填充材料，本发明的阻尼防水填充材料的抗渗压力略小于对比例1的抗渗压力，本发明的抗压强度、抗折强度大于对比例1的抗压强度、抗折强度。
本发明的防水填充材料因添加了复合阻尼材料，其抗渗压力小于对比例1的抗渗压力，但能满足实际需求，其抗压强度、抗折强度远高于对比例1的抗压强度、抗折强度，解决了对比例1磨碎轮胎胶粉直接外掺与水泥浆体的界面难黏接、力学性能下降严重的问题；
本发明的防水填充材料柔韧性提高，并有微孔，大大增加防水填充材料阻尼性能，而对比例1的普通防水填充材料则很低或没有阻尼功效。
本发明采用磨碎硫化橡胶、塑料粉、炭黑、氧化石墨烯、玻化微珠及聚苯颗粒材料等多种阻尼材料、表面改性剂、絮凝剂，经过丙烯酸聚合物乳液包覆处理后作为主要的复合阻尼材料，使得阻尼性能得以提高，解决了硫化胶粉直接外掺与水泥浆体的界面难黏接、炭黑(未经处理)很难在填充材料中分散/稳定或与其它粘结成分形成有效粘接，玻化微珠和聚苯颗粒(未经处理)质轻也很难在填充材料分散稳定、方便注浆/填充时中流动等问题。
本发明通过在上述复合阻尼材料中加入无机粘结料和有机粘结剂、粉煤灰、石英砂、片状填料及其它助剂等制得的阻尼防水填充材料，阻尼因子大于0.3，抗渗压力≥0.5MPa，抗折强度≥3.0MPa；本发明的生产工艺简单易控，施工简单，可直接填充或注浆；本发明的阻尼防水填料具有优异的减震、防水、隔音降噪、阻燃及环保等特点，在地铁、隧道等领域具有较高的推广应用价值。
本发明实施例中未尽之处，本领域技术人员均可从现有技术中选用。
以上公开的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种复合阻尼材料，其特征在于，所述复合阻尼材料包括阻尼材料、表面改性剂、絮凝剂及丙烯酸聚合物乳液；其中，所述丙烯酸聚合物乳液包覆于所述阻尼材料的表面形成复合阻尼材料；所述絮凝剂为氯化铁、硫酸铁、硫酸镁、硫酸铝及氢氧化钙中的至少一种；所述表面改性剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、马来酸酐、马来酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲脂、甲基丙烯酸羟乙酯、2-巯基丙酸及3-巯基丙酸中的至少一种；
所述的复合阻尼材料的制备方法包括步骤：
将阻尼材料、表面改性剂及絮凝剂混合形成第一混合物；
在搅拌状态下将丙烯酸聚合物乳液加入到所述第一混合物中，得到潮湿易分散颗粒；
将所述潮湿易分散颗粒在温度为40℃-80℃条件下干燥8-15分钟，得到干燥分散颗粒；
将所述干燥分散颗粒过10微米-200微米的筛网后即得到所述复合阻尼材料。
2.根据权利要求1所述的一种复合阻尼材料，其特征在于，以重量份计，所述阻尼材料为50-90份，所述表面改性剂为0.1-5份，所述絮凝剂为0.5-5份，所述丙烯酸聚合物乳液为20-100份；其中，所述阻尼材料包括硫化橡胶粉、塑料粉、炭黑、氧化石墨烯、玻化微珠及聚苯颗粒中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种复合阻尼材料，其特征在于，所述丙烯酸聚合物乳液的玻璃化转变温度为零下15℃-零上60℃。
4.根据权利要求1所述的一种复合阻尼材料，其特征在于，所述硫化橡胶粉包括磨碎轮胎胶粉，其粒径为10微米-150微米；
所述塑料粉包括乙烯-乙酸乙烯共聚物、聚苯乙烯及低密度聚乙烯中的至少一种。
5.权利要求1-4任一项所述的一种复合阻尼材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将阻尼材料、表面改性剂及絮凝剂混合形成第一混合物；
在搅拌状态下将丙烯酸聚合物乳液加入到所述第一混合物中，得到潮湿易分散颗粒；
将所述潮湿易分散颗粒在温度为40℃-80℃条件下干燥8-15分钟，得到干燥分散颗粒；
将所述干燥分散颗粒过10微米-200微米的筛网后即得到所述复合阻尼材料。
6.一种阻尼防水填充材料，其特征在于，所述填充材料由以下重量份的组分组成：
阻尼材料1-60份，无机粘结剂1-50份，有机粘结剂1-50份，粉煤灰和/或石英砂1-50份，膨润土0.5-10份，填料1-10份，其他助剂0.3-20份；其中，所述阻尼材料为权利要求1-4任一项所述的复合阻尼材料。
7.根据权利要求6所述的一种阻尼防水填充材料，其特征在于，所述无机粘结剂为普通硅酸盐水泥和/或早强水泥；
所述有机粘结剂为聚合物乳液和/或可分散胶粉；其中，所述聚合物乳液为丙烯酸乳液、乙烯-乙酸乙烯共聚物或丁苯乳液，所述聚合物乳液的玻璃化转变温度为零下40℃-零上60℃；所述可分散胶粉为丙烯酸类物质和/或乙烯-乙酸乙烯共聚物。
8.根据权利要求6所述的一种阻尼防水填充材料，其特征在于，所述粉煤灰包括符合国家标准的I级或Ⅱ级的粉煤灰，所述石英砂为粒度是40目-70目的河沙；
所述填料为片状，所述填料包括蒙脱石、云母粉、滑石粉及高岭土中的至少一种；
所述膨润土包括钙基膨润土和/或钠基膨润土；
所述其他助剂包括消泡剂、分散剂、防腐剂、纤维素醚及减水剂中的至少一种；其中，
所述消泡剂包括矿物油消泡剂、有机硅消泡剂及聚醚类消泡剂中的至少一种；
所述分散剂包括聚羧酸盐、烷基胺及聚醚中的至少一种；
所述防腐剂包括苯甲酸、异噻唑啉酮及苯并异噻唑啉酮中的至少一种；
所述减水剂包括奈系减水剂、聚羧酸减水剂及脂肪族减水剂中的至少一种。
9.权利要求6-8任一项所述的一种阻尼防水填充材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将复合阻尼材料、无机粘结剂、有机粘结剂、粉煤灰和/或石英砂、膨润土、填料及其他助剂混合搅拌形成混合料，向所述混合料中加入适量水搅拌至粉料均匀成浆即得到所述阻尼防水填充材料。
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