CN110668759A - 一种水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水泥‑改性脲醛树脂复合浆液材料及制备方法，该材料包括如下重量份的原料：0~50重量份水、60重量份水泥、9.4~56.7重量份改性脲醛树脂浆液、0.4~2.4重量份聚酯树脂、0.2~0.9重量份聚乙烯醇。本发明的材料具有可注性好、凝胶时间短、凝胶时间可调、固结体强度高等特点，可以用于线状工程岩溶病害（灾害）整治及破碎地层加固等领域。

Description

一种水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合浆液材料，尤其是一种水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料，还涉及其制备方法，属于建筑材料领域。

背景技术

中国岩溶区面积总约3.4×10⁶km²。以云、贵、桂为主体，包括川、渝、鄂、湘部分地区。已建、在建或新建线状工程穿越的岩溶地区较多，岩溶问题较为突出。由可溶岩引发的灾害严重影响了线状工程的安全施工及运营。注浆是治理岩溶病害及破碎岩体加固的重要技术方法，而影响注浆效果好坏的决定因素是注浆材料。实际工程中最常用的注浆材料是水泥浆液，因其价格便宜、来源广泛、强度较高、工艺简单、操作方便等优点而得以广泛的推广应用。但受控于可注性差、凝固时间较长、早期强度低、抗变形能力差等因素，使得水泥浆液的应用受到了一定的限制。与水泥浆液相比，改性脲醛树脂化学注浆材料具有可注性好、浆液粘度低、凝胶时间可调等优势，但是改性脲醛树脂化学浆液价格较水泥浆液昂贵，且结石体强度比水泥浆液的结石强度低，因此其应用范围受到限制。此外，现有技术的环氧改性聚氨酯-水玻璃复合注浆材料，该材料固化物有较好抗压强度、粘结强度和抗剪强度，但抗冲刷能力较弱。

现有技术的粘土水泥-骨料混合注浆材料，该材料能有效降低煤层底板加固的成本且不易产生污染，但加固体强度较低。

现有技术的用于微裂隙及粉细砂土注浆治理的高性能超细水泥基注浆材料，该材料可注性高、粘度小及流动扩散性大、在富水或动水条件下的抗水分散性及结石体留存率较高，但胶凝时间较长。

现有技术的经济型高强快硬注浆材料，该材料制备简单、强度高，但初凝时间较长。由此可见，水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的研发，能够弥补目前市场上浆液材料的一些不足之处，对于线状工程岩溶病害（灾害）整治及破碎地层加固等具有较好的效果。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种水泥—改性脲醛树脂复合浆液材料及制备方法。该浆液具有可注性好、凝胶时间短、凝胶时间可调、固结体强度高等特点。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料，包括如下重量份的原料：0~50重量份水、60重量份水泥、9.4~56.7重量份改性脲醛树脂浆液、0.4~2.4重量份聚酯树脂、0.2~0.9重量份聚乙烯醇。

进一步地，所述的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料结石强度为1.9MPa~6.4MPa、凝胶时间最短控制到54s。

进一步地，水泥为P•O32.5#普通硅酸盐水泥。

本发明还涉及的上述的浆液材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤（1）、制备混合浆液

按配比将水泥、水、减水剂、饱合剂及添加剂倒入搅拌桶内，均匀搅拌，形成甲液混合浆液；

步骤（2）、制备复合浆液

在室内，将浓度为16.7~33.3%的草酸缓慢加入步骤（1）的混合浆液中，搅拌均匀后形成水泥-改性脲醛树脂复合浆液；

混合浆液与所述草酸混合的体积比为5:1~5:3；

采用双液注浆泵将混合浆液与所述草酸分别输送至注浆孔口，通过三通阀门在钻孔空口位置混合之后，再注入待注体中。

采用水泥浆液与改性脲醛树脂化学浆液结合，配制具有新组分、新特点的多组分体系的“复合浆液”，能较好的融合水泥浆材和改性脲醛树脂化学浆材的优缺点，解决该类浆液在工程应用中的矛盾。此类“复合浆液”中，每种组分都不同程度地发挥作用（浆液整体性能随两者比例的不同而异），并影响其他组分的作用，从而对浆液性能产生影响。正因如此，在此类浆液体系中，浆液表现出的性能既非此也非彼，而是各组分“合力”的叠加和复合。

脲醛树脂浆液为水溶性溶液，与水泥或水泥浆混合不会出现物性排斥反应，一部分脲醛树脂浆液中的羟甲基－CH2OH会和水泥的水化产物Ca(OH)2发生下述反应：

以及－NHCH2OH与水泥中含有的多价金属化合物及其盐类发生类似上述配位反应。这些多价金属主要是Fe3+、Fe2+、Mg2+、Al3+等。这些反应均使树脂与水泥在硬化过程中能形成无数张纵横交错的网，结成一个强度很高的整体。

因此，从工程造价和工程应用方面讲，本浆液对线状工程岩溶病害（灾害）及破碎地层加固的具有重要的应用价值。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

本发明提供的水泥—改性脲醛树脂复合浆液材料，吸取了水泥浆液固化岩土体有较好的力学性能的优点，在此类复合浆液中，水泥作为粒状浆液材料，可以作为补强注浆材料，提高复合浆液的强度；脲醛树脂浆液作为有机化学浆液材料，可以减少复合浆液的用水量，增加固结体的韧性。使此种水泥基复合浆液具有固结体强度高、凝胶时间可调、能够快速封堵等特点。用于治理线状工程岩溶病害（灾害）及破碎地层加固效果良好。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，50重量份水，9.4重量份改性脲醛树脂浆液，0.4重量份聚酯树脂，0.2重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的混合浆液和1体积份草酸，缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为16.7%。

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表1。

实施例2

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，40重量份水，18.9重量份改性脲醛树脂浆液，0.8重量份聚酯树脂，0.3重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的混合浆液和1体积份草酸，缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为27%。

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表1。

实施例3

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，30重量份水，28.3重量份改性脲醛树脂浆液，1.2重量份聚酯树脂，0.5重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的混合浆液和1体积份草酸，缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为20%。

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表1。

实施例4

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，20重量份水，37.8重量份改性脲醛树脂浆液，1.6重量份聚酯树脂，0.6重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到甲液混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的甲液混合浆液和1体积份乙液（草酸），缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为25%。

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表1。

实施例5

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，56.7重量份改性脲醛树脂浆液，2.4重量份聚酯树脂，0.9重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的混合浆液和1体积份草酸，缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为24%。

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表1。

实施例6

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，50重量份水，9.4重量份改性脲醛树脂浆液，0.4重量份聚酯树脂，0.2重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的混合浆液和2体积份草酸，缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为22%。

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表2。

实施例7

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，40重量份水，18.9重量份改性脲醛树脂浆液，0.8重量份聚酯树脂，0.3重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的混合浆液和2体积份草酸，缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为33%。

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表2。

实施例8

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，30重量份水，28.3重量份改性脲醛树脂浆液，1.2重量份聚酯树脂，0.5重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的混合浆液和2体积份草酸，缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为18%。

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表2。

实施例9

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，20重量份水，37.8重量份改性脲醛树脂浆液，1.6重量份聚酯树脂，0.6重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的混合浆液和2体积份草酸，缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为20%。

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表2。

实施例10

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，56.7重量份改性脲醛树脂浆液，2.4重量份聚酯树脂，0.9重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的混合浆液和2体积份草酸，缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为28%。

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表2。

实施例11

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，50重量份水，9.4重量份改性脲醛树脂浆液，0.4重量份聚酯树脂，0.2重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的混合浆液和3体积份草酸，缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为20%。

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表3。

实施例12

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，40重量份水，18.9重量份改性脲醛树脂浆液，0.8重量份聚酯树脂，0.3重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的混合浆液和3体积份草酸，缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为17%

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表3。

实施例13

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，30重量份水，28.3重量份改性脲醛树脂浆液，1.2重量份聚酯树脂，0.5重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的混合浆液和3体积份草酸，缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为18%。

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表3。

实施例14

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，20重量份水，37.8重量份改性脲醛树脂浆液，1.6重量份聚酯树脂，0.6重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的混合浆液和3体积份草酸，缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为25%。

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表3。

实施例15

本实施例的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料的制备方法，按以下进行：

称取如下比例的原材料：60重量份 P•O32.5#普通硅酸盐水泥，56.7重量份改性脲醛树脂浆液，2.4重量份聚酯树脂，0.9重量份聚乙烯醇，将上述原材料倒入搅拌桶内，均匀搅拌，得到混合浆液。

然后，量取5体积份配置好的混合浆液和3体积份草酸，缓慢搅拌桶内，均匀搅拌，得到水泥-改性脲醛树脂混合浆液。草酸的浓度为30%。

对该水泥-改性脲醛树脂混合浆液的凝胶时间、强度等进行测试，具体测试数据见表3。参考JGJ70-90《建筑浆液基本性能试验方法》中试件抗压强度方法测定其抗压强度。

表1：

表2：

表3：

由表1~表3可以看出，草酸浓度一定情况下，随着乙液与甲液体积比的增大，混合浆凝胶时间呈先减短后增长的趋势，分析其原因主要是乙液比例超过一定限度，浆液中因水的量过大而一定程度影响了浆液的聚合反应速度。另外，乙液（草酸）用量对水泥基复合浆液固化强度影响较大，随其用量提高固化强度明显降低。

综合对比认为，用于现场注浆堵水的甲乙液最佳配比体积比为5：1和5：2；脲醛树脂浆液的用量比例以1/3～2/3之间比较合适，含量低时混合浆液固化强度不高，含量高时成本相应较高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料，其特征在于：包括如下重量份的原料：

0~50份水、60份水泥、9.4~56.7份改性脲醛树脂浆液、0.4~2.4份聚酯树脂、0.2~0.9份聚乙烯醇。

2.根据权利要求1所述的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料，其特征在于：所述的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料结石强度为1.9MPa~6.4MPa、凝胶时间最短控制到54s。

3.根据权利要求1所述的水泥-改性脲醛树脂复合浆液材料，其特征在于：水泥为P•O32.5#普通硅酸盐水泥。

4.权利要求1~3任一项所述的浆液材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤（1）、制备混合浆液

按配比将水泥、水、减水剂、饱合剂及添加剂倒入搅拌桶内，均匀搅拌，形成甲液混合浆液；

步骤（2）、制备复合浆液

在室内，将浓度为16.7~33.3%的草酸缓慢加入步骤（1）的混合浆液中，搅拌均匀后形成水泥-改性脲醛树脂复合浆液；

混合浆液与所述草酸混合的体积比为5:1~5:3；

采用双液注浆泵将混合浆液与所述草酸分别输送至注浆孔口，通过三通阀门在钻孔空口位置混合之后，再注入待注体中。