CN110016115A - 一种注浆堵水材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料领域，特别是涉及一种注浆堵水材料。所述注浆堵水材料包括A组分和B组分，A组分的原料按照质量百分比包括：异氰酸酯94.7％～95.7％；塑化剂2.9～3.9％；丙三醇0.5％～1.2％；可溶盐0.9％～1.4％；B组分的原料按照质量百分比包括：纳米硅溶胶60％～62％；多元醇24％～28％；阻燃剂11.9％～15.4％；催化剂0.1％～0.3％。本发明具有高留存率，不易冲失；可注入微小裂隙；长期耐久性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，特别是涉及一种注浆堵水材料。
背景技术
隧道渗漏水是隧道修建及运营过程中面临的常见病害之一，在我国，隧道工程有“十遂九漏”之称，足见隧道渗漏水病害普遍程度。特别的，穿越富水裂隙围岩的隧道，渗漏水灾害主要是由于围岩裂隙形成渗水通道，以及结构混凝土产生裂隙所致。因此，能否有效封堵岩体裂隙及结构混凝土裂隙是此类隧道渗漏水灾害治理的关键。
传统的注浆堵水材料主要是水泥浆液或水泥-水玻璃浆液。水泥浆液凝固时间缓慢，留存率低，容易造成材料浪费。且由于水泥浆液中水泥颗粒的大小，导致其无法封堵岩体及结构混凝土中的微小裂隙。其封堵效果十分有限。水泥-水玻璃浆液虽凝固时间变短，可渗透能力增强，但仍难以应对动水条件下裂隙的注浆问题。另外，水泥浆液和水玻璃浆液均容易被水冲失，或沿着防水板背面流向隧道低处，这样不仅难以达到封堵效果，还会造成预留排水管堵塞。使用传统的聚氨酯材料注浆则会有自燃风险，且长期耐久性差。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种注浆堵水材料，能够高效的完成岩体渗水裂隙及结构体混凝土裂隙的封堵。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过如下技术方案实现的。本发明一方面提供一种注浆堵水材料，所述注浆堵水材料的原料包括A组分和B组分，
所述A组分的原料按照质量百分比包括以下组分：
所述B组分的原料按照质量百分比包括以下组分：
在本发明的一些实施方式中，所述注浆堵水材料中A组分和B组分体积比为1:1～1:1,2。
在本发明的一些实施方式中，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多甲基多异氰酸酯、二环己基甲烷－4，4－二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种的组合。
在本发明的一些实施方式中，所述塑化剂选自邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二环己酯中的一种或多种的组合。
在本发明的一些实施方式中，所述纳米硅溶胶中二氧化硅的质量百分比为15％～35％，所述纳米硅溶胶的粒径为10nm～20nm，密度为1.12g/cm3～1.21g/cm3。
在本发明的一些实施方式中，A组分中的可溶盐中的阴离子的物质的量与B组分中纳米硅溶胶中的二氧化硅的物质的量之比为1:6～1:15。
在本发明的一些实施方式中，所述多元醇选自聚合物多元醇，优选选自蓖麻油多元醇、苯酐聚酯多元醇、聚醚多元醇中的一种或多种的组合。
在本发明的一些实施方式中，所述注浆堵水材料还包括以下条件的任一项或多项：
A1)所述可溶盐选自氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、氯化铝、氯化铁中的一种或多种的组合；
A2)所述多元醇的组分按重量份包括：蓖麻油多元醇15～40份；苯酐聚酯多元醇15～30份；聚醚多元醇15～30份；
A3)所述聚合物多元醇的分子量为2000～15000，官能度为3～8，羟值为160mgKOH/g～360mgKOH/g；
A4)所述聚醚多元醇选自PPG类聚醚多元醇、POP类聚醚多元醇、PTMEG类聚四氢呋喃型多元醇中的一种或多种的组合。
A5)所述阻燃剂选自四溴双酚A、甲基膦酸二甲酯、磷酸三(2-氯丙基)酯的一种或多种的组合。
A6)所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二甲基乙醇胺中的一种或多种的组合。
本发明的另一方面提供本发明所述的注浆堵水材料的制备方法，包括将异氰酸酯、塑化剂、丙三醇和可溶盐混合即得A组分，将纳米硅溶胶、多元醇、阻燃剂和催化剂混合即得B组分，使用时将A组分和B组分混合。
本发明另一方面提供本发明所述的注浆堵水材料在隧道修建领域的应用。
具体实施方式
本发明发明人经过大量探索实验，提供了一种注浆堵水材料，所述注浆堵水材料是一种高分子聚氨酯与硅溶胶联合注浆堵水材料，具有高留存率、可注入微小裂隙、不易冲失的优点。
下面详细说明根据本发明的注浆堵水材料、制备方法及在隧道修建中的用途。
本发明第一方面提供一种注浆堵水材料，所述注浆堵水材料的原料包括A组分和B组分，
所述A组分的原料按照质量百分比包括以下组分：
所述B组分的原料按照质量百分比包括以下组分：
作为本发明的优选方式，所述注浆堵水材料的原料包括A组分和B组分，
所述A组分的原料按照质量百分比包括：
所述B组分的原料按照质量百分比包括：
本发明所提供的注浆堵水材料中，所述A组分和B组分的体积比为1:1。
本发明所提供的注浆堵水材料中，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多甲基多异氰酸酯、二环己基甲烷－4，4－二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯等中的一种或多种的组合。
本发明所提供的注浆堵水材料中，所述塑化剂选自邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二环己酯等中的一种或多种的组合。
本发明所提供的注浆堵水材料中，所述可溶盐选自氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、氯化铝、氯化铁等中的一种或多种的组合。
本发明所提供的注浆堵水材料中，所述纳米硅溶胶中二氧化硅的质量百分比为15％～35％，所述纳米硅溶胶的粒径为10nm～20nm，密度为1.12g/cm3～1.21g/cm3。
本发明所提供的注浆堵水材料中，A组分中的可溶盐中的阴离子的物质的量与B组分中纳米硅溶胶中的二氧化硅的物质的量之比为1:6～15。因为注浆堵水材料中A组分和B组分混合时，控制其反应速率及力学参数的因素为阳离子的数量，通常情况下，如果可溶盐为氯化钙，则氯化钙与纳米硅溶胶中的二氧化硅的物质的量之比为1：12～30，如果是其他盐类，例如氯化钠，则氯化钠与纳米硅溶胶中的二氧化硅的物质的量之比为之比为1：6～15，即不管可溶盐中阳离子是几价的，A组分中可溶盐中的阴离子数量是可以直接反应出来的。因此按照可溶盐中的阴离子计算A组分中的可溶盐中的阴离子的物质的量与B组分中纳米硅溶胶中的二氧化硅的物质的量之比为1:6～1:15。
本发明所提供的注浆堵水材料中，所述多元醇选自聚合物多元醇，优选选自蓖麻油多元醇、苯酐聚酯多元醇、聚醚多元醇中的一种或多种的组合。
本发明所提供的注浆堵水材料中，所述多元醇的组份按重量份包括：
蓖麻油多元醇 15～40份；
苯酐聚酯多元醇 15～30份；
聚醚多元醇 15～30份。
本发明所提供的注浆堵水材料中，所述聚合物多元醇的分子量为2000～15000，官能度为3～8，羟值为160mgKOH/g～360mgKOH/g；
本发明所提供的注浆堵水材料中，所述聚醚多元醇选自PPG类聚醚多元醇、POP类聚醚多元醇、PTMEG类聚四氢呋喃型多元醇等中的一种或多种的组合。
本发明所提供的注浆堵水材料中，所述阻燃剂选自四溴双酚A、甲基膦酸二甲酯、磷酸三(2-氯丙基)酯等中的一种或多种的组合。优选为磷酸三(2-氯丙基)酯。
本发明所提供的注浆堵水材料中，所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡、二甲基乙醇胺等中的一种或多种的组合。优选选自二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡与二甲基乙醇胺的混合物，所述二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡与二甲基乙醇胺的体积比为0.5:1～1:1。
本发明的第二方面提供前述注浆堵水材料的制备方法，包括将异氰酸酯、塑化剂、丙三醇和可溶盐混合即得A组分，将纳米硅溶胶、多元醇、阻燃剂和催化剂混合即得B组分，使用时将A组分和B组分混合。
本发明的第二方面提供前述注浆堵水材料的制备方法中，所述A组分可以是先将异氰酸酯与可溶盐搅拌均匀，再添加其他成分搅拌至均匀。B组分可以是先将多元醇与纳米硅溶胶搅拌均匀，再添加阻燃剂、催化剂等其他成分搅拌至均匀。
在使用时，将A、B按体积比为1:1～1:1.2混合搅拌均匀即可。
本发明中的A组分和B组分分别包装避光贮存。
本发明的第三方面提供前述注浆堵水材料在隧道修建领域的用途。
由于采用了以上技术方案，所述注浆堵水材料具备以下技术优势：
(1)高留存率，不易冲失
A、B组分混合后，异氰酸酯与多元醇自身反应迅速，注入裂隙或者结构体混凝土中快速发泡，在裂隙中形成立体网状结构，抵抗动水；反应产生的热量促使硅溶胶成分在空隙中快速胶凝不会造成浆液流失，节约材料。
(2)可注入微小裂隙
由于材料中最大粒径的组成成分为纳米硅溶胶，其粒径在10～20nm之间，因此在反应前材料具有极好的可渗透性，可注入宽度为10微米的微小裂隙，堵水封水效果更彻底。
(3)长期耐久性高
材料整体胶凝后，产生的是一种空间网状结构，中间充填的是稳定的二氧化硅团聚颗粒，可以有效的限制聚氨酯类材料的干缩，聚氨酯类材料与硅溶胶材料复合使用，增强了材料的长期耐久性。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在下述实施例中，所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均可商购获得。
实施例1
本实施例中注浆堵水材料的原料包括A组分和B组分，
A组分的原料按照质量百分比包括：
B组分的原料按照质量百分比包括：
所述异氰酸酯为多苯基多甲基多异氰酸酯；
所述塑化剂为邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二辛酯的混合物，其混合质量比为1:1；
所述可溶盐选自无水氯化钙；
所述纳米硅溶胶的质量百分比为25％，粒径为20nm；
所述多元醇为苯酐聚酯多元醇30份；聚醚多元醇30份，分子量为2000～15000；
所述阻燃剂为磷酸三(2-氯丙基)酯；
所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
本实施例中注浆堵水材料的制备方法为：
准备两个等体积的搅拌罐，分别用于A组分和B组分的生产。
A组分的制备方法：先将异氰酸酯与无水氯化钙搅拌均匀，然后向搅拌罐中加入塑化剂和丙三醇，至搅拌完全均匀为止。
B组分的制备方法：先将纳米硅溶胶(SiO2含量为25％)与多元醇在搅拌罐中搅拌均匀，再加入阻燃剂和催化剂，至搅拌均匀为止。
制备完成后将A组分和B组分分别装入不同颜色的塑料桶中避光贮存。
实施例2
本实施例中注浆堵水材料的原料包括A组分和B组分，
A组分的原料按照质量百分比包括：
B组分的原料按照质量百分比包括：
所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物，其混合质量比为1:1；
所述塑化剂为邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二环己酯的混合物，其混合质量比为1:1；
所述可溶盐选自无水氯化钙；
所述纳米硅溶胶的质量百分比为15％，粒径为20nm；
所述多元醇为蓖麻油多元醇15份；苯酐聚酯多元醇15份；聚醚多元醇30份，分子量为2000～15000；
所述阻燃剂为磷酸三(2-氯丙基)酯；
所述催化剂为二甲基乙醇胺。
本实施例中注浆堵水材料的制备方法为：
准备两个等体积的搅拌罐，分别用于A组分和B组分的生产。
A组分的制备方法：先将异氰酸酯与无水无水氯化钙搅拌均匀，然后向搅拌罐中加入塑化剂和丙三醇，至搅拌完全均匀为止。
B组分的制备方法：先将纳米硅溶胶(SiO2含量为15％)与多元醇在搅拌罐中搅拌均匀，再加入阻燃剂和催化剂，至搅拌均匀为止。
制备完成后将A组分和B组分分别装入不同颜色的塑料桶中避光贮存。
实施例3
本实施例中注浆堵水材料的原料包括A组分和B组分，
A组分的原料按照质量百分比包括：
B组分的原料按照质量百分比包括：
所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物，其混合质量比为1:1；
所述塑化剂为邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二环己酯的混合物，其混合质量比为1:1；
所述可溶盐选自无水氯化钙；
所述纳米硅溶胶的质量百分比为15％，粒径为20nm；
所述多元醇为蓖麻油多元醇15份；苯酐聚酯多元醇15份；聚醚多元醇30份，分子量为2000～15000；
所述阻燃剂为磷酸三(2-氯丙基)酯；
所述催化剂为二甲基乙醇胺。
本实施例中注浆堵水材料的制备方法为：
准备两个等体积的搅拌罐，分别用于A组分和B组分的生产。
A组分的制备方法：先将异氰酸酯与无水无水氯化钙搅拌均匀，然后向搅拌罐中加入塑化剂和丙三醇，至搅拌完全均匀为止。
B组分的制备方法：先将纳米硅溶胶(SiO2含量为15％)与多元醇在搅拌罐中搅拌均匀，再加入阻燃剂和催化剂，至搅拌均匀为止。
制备完成后将A组分和B组分分别装入不同颜色的塑料桶中避光贮存。
实施例4
本实施例中注浆堵水材料的原料包括A组分和B组分，
A组分的原料按照质量百分比包括：
B组分的原料按照质量百分比包括：
所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物，其混合质量比为1:1；
所述塑化剂为邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二环己酯的混合物，其混合质量比为1:1；
所述可溶盐选自氯化钠；
所述纳米硅溶胶的质量百分比为15％，粒径为20nm；
所述多元醇为蓖麻油多元醇15份；苯酐聚酯多元醇15份；聚醚多元醇30份，分子量为2000～15000；
所述阻燃剂为磷酸三(2-氯丙基)酯；
所述催化剂为二甲基乙醇胺。
本实施例中注浆堵水材料的制备方法为：
准备两个等体积的搅拌罐，分别用于A组分和B组分的生产。
A组分的制备方法：先将异氰酸酯与无水无水氯化钙搅拌均匀，然后向搅拌罐中加入塑化剂和丙三醇，至搅拌完全均匀为止。
B组分的制备方法：先将纳米硅溶胶(SiO2含量为15％)与多元醇在搅拌罐中搅拌均匀，再加入阻燃剂和催化剂，至搅拌均匀为止。
制备完成后将A组分和B组分分别装入不同颜色的塑料桶中避光贮存。
对比例1
传统技术方案，全部水泥注浆。
对比例2
本实施例中注浆堵水材料的原料包括A组分和B组分，
A组分的原料按照质量百分比包括：
B组分的原料按照质量百分比包括：
多元醇 62.5％；
阻燃剂 37％；
催化剂 0.5％。
所述异氰酸酯为多苯基多甲基多异氰酸酯；
所述塑化剂为邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二辛酯的混合物，其混合质量比为1:1；
所述多元醇为苯酐聚酯多元醇30份；聚醚多元醇30份，分子量为2000～15000；
所述阻燃剂为磷酸三(2-氯丙基)酯；
所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
本实施例中注浆堵水材料的制备方法为：
准备两个等体积的搅拌罐，分别用于A组分和B组分的生产。
A组分的制备方法：先将异氰酸酯与无水氯化钙搅拌均匀，然后向搅拌罐中加入塑化剂和丙三醇，至搅拌完全均匀为止。
B组分的制备方法：将多元醇、阻燃剂和催化剂在搅拌罐中搅拌均匀为止。
制备完成后将A组分和B组分分别装入不同颜色的塑料桶中避光贮存。
使用时两组分的混合体积比应为A:B＝5:2。
对比例3
本实施例中注浆堵水材料的原料包括A组分和B组分，
A组分的原料按照质量百分比包括：
塑化剂 60％；
丙三醇 20％；
无水氯化钙 20％；
B组分的原料按照质量百分比包括：
所述塑化剂为邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二辛酯的混合物，其混合质量比为1:1；
所述纳米硅溶胶的质量百分比为25％，粒径为20nm；
所述多元醇为苯酐聚酯多元醇30份；聚醚多元醇30份，分子量为2000～15000；
所述阻燃剂为磷酸三(2-氯丙基)酯；
所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
本实施例中注浆堵水材料的制备方法为：
准备两个等体积的搅拌罐，分别用于A组分和B组分的生产。
A组分的制备方法：将无水氯化钙、塑化剂和丙三醇混合，至搅拌完全均匀为止。
B组分的制备方法：先将纳米硅溶胶(SiO2含量为25％)与多元醇在搅拌罐中搅拌均匀，再加入阻燃剂和催化剂，至搅拌均匀为止。
制备完成后将A组分和B组分分别装入不同颜色的塑料桶中避光贮存。
使用时两组分的混合体积比应为A:B＝1:20。
将实施例1～4、对比例1～3中的注浆堵水材料进行留存率、渗透性以及耐久性测试。
留存率测试：
预制圆形带裂隙试块，使用本发明的注浆堵水材料进行注浆，注浆后使用CT技术取得注浆试样切片照片。利用Matlab处理照片，获得试样裂隙填充率。
渗透性测试：
使用预制圆形带裂隙试块，使用本发明的注浆堵水材料进行注浆，将注浆试样处理为岩石渗透仪标准试样后，进行渗透试验测定。
耐久性测试：
使用预制圆形带裂隙试块，使用本发明的注浆堵水材料进行注浆，将注浆后试样处理为标准岩石冻融试验试样，进行岩石冻融试验，冻融次数为50次。之后测量其力学参数。
测试结果见表1
表1本发明实施例1～4及对比例1～3的注浆堵水材料的留存率、渗透性、耐久性测试
从表1可以看出，使用本发明的注浆堵水材料进行注浆，可有效提高注浆留存率，降低被注浆体的渗透系数，并且具有良好的长期耐久性。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
Claims (10)
1.一种注浆堵水材料，所述注浆堵水材料包括A组分和B组分，
所述A组分的原料按照质量百分比包括以下组分：
所述B组分的原料按照质量百分比包括以下组分：
2.如权利要求1所述的注浆堵水材料，其特征在于，所述注浆堵水材料中A组分和B组分体积比为1:1～1:1.2。
3.如权利要求1所述的注浆堵水材料，其特征在于，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多甲基多异氰酸酯、二环己基甲烷－4，4－二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种的组合。
4.如权利要求1所述的注浆堵水材料，其特征在于，所述塑化剂选自邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二环己酯中的一种或多种的组合。
5.如权利要求1所述的注浆堵水材料，其特征在于，所述纳米硅溶胶中二氧化硅的质量百分比为15％～35％，所述纳米硅溶胶的粒径为10nm～20nm，密度为1.12g/cm3～1.21g/cm3。
6.如权利要求1和5所述的注浆堵水材料，其特征在于，A组分中的可溶盐中的阴离子的物质的量与B组分中纳米硅溶胶中的二氧化硅的物质的量之比为1:6～1:15。
7.如权利要求1所述的注浆堵水材料，其特征在于，所述多元醇选自聚合物多元醇，优选选自蓖麻油多元醇、苯酐聚酯多元醇、聚醚多元醇中的一种或多种的组合。
8.如权利要求1和7所述的注浆堵水材料，其特征在于，所述注浆堵水材料还包括以下条件的任一项或多项：
A1)所述可溶盐选自氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、氯化铝、氯化铁中的一种或多种的组合。
A2)所述多元醇的组分按重量份包括：蓖麻油多元醇15～40份；苯酐聚酯多元醇15～30份；聚醚多元醇15～30份；
A3)所述聚合物多元醇的分子量为2000～15000，官能度为3～8，羟值为160mgKOH/g～360mgKOH/g；
A4)所述聚醚多元醇选自PPG类聚醚多元醇、POP类聚醚多元醇、PTMEG类聚四氢呋喃型多元醇中的一种或多种的组合。
A5)所述阻燃剂选自四溴双酚A、甲基膦酸二甲酯、磷酸三(2-氯丙基)酯的一种或多种的组合。
A6)所述催化剂选自二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二甲基乙醇胺中的一种或多种的组合。
9.如权利要求1～8任一项所述的注浆堵水材料的制备方法，包括将异氰酸酯、塑化剂、丙三醇和可溶盐混合即得A组分，将纳米硅溶胶、多元醇、阻燃剂和催化剂混合即得B组分，使用时将A组分和B组分混合。
10.一种如权利要求1～8任一项所述的注浆堵水材料在隧道修建领域的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910172531.1A CN110016115A (zh) | 2019-03-07 | 2019-03-07 | 一种注浆堵水材料 |
Applications Claiming Priority (1)
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