CN111253132A - 一种非开挖井室箱涵管道离心喷涂用聚合物环氧树脂组合砂浆专用材料 - Google Patents

一种非开挖井室箱涵管道离心喷涂用聚合物环氧树脂组合砂浆专用材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种非开挖井室箱涵管道离心喷涂用聚合物环氧树脂组合砂浆专用材料。所述修复材料包括胶凝材料、骨料、纤维材料、水性环氧树脂乳液、消泡剂、胶粉、缓凝剂、憎水剂、膨胀剂、分散剂、减水剂、水性环氧树脂乳液。本申请所述配方的修复材料，强度高，抗渗，耐久性好，无渗漏，无腐蚀，无脱落，使用寿命可达到30年。

Description

一种非开挖井室箱涵管道离心喷涂用聚合物环氧树脂组合砂 浆专用材料
技术领域
本发明涉及喷涂砂浆领域，特别涉及管道喷涂修复材料、制备方法及利用该材料进行管道修复的施工工艺。
背景技术
我国以前在进行管道更换、修复时一直采用开挖的方式越来越不能适应现代城市发展要求。20世纪70年代在英国、美国及日本等国家应用的非开挖管道修复工程技术，尤其是翻转内衬法，也称原位固化法 (Cured in Place Pipe，CIPP)已在我国推广使用了多年；但是修复用内衬材料、树脂、灌浆材料长期依赖于进口。如果关键材料的价格昂贵，材料性能不能协同设备、工艺自主开发，我国CIPP技术的推广和发展必然会受到制约。此外，我国快速工业化和城镇化，带来了大量新铺管道的商机，2013年我国城市化率为53％，到2020年预计达到60％，距发达国家的80％城市化率还有不小的差距和发展空间。同时，我国城镇既有管线的维护、修复量巨大，如：北京2014年各类管道长约16.7 万km，而每年修复更换管道达到800km，修复中需要使用的树脂材料价值达到6亿元以上。
非开挖技术顾名思义，就是不用开挖地面，而进行管道修复的施工方式。通常是通过定向钻进或通过管井导入方式，敷设、更换或修复各种地下管线。这种施工技术对地表干扰小，具有较高的实用价值和社会效益。目前，非开挖管道修复技术用的管状复合材料增强体一般是一面覆盖有防水层的毛毡(或无纺毡)。使用时，先由预处理后的树脂浸透管状毛毡，再翻转入管道，与管道内壁复合而成管状复合材料。该复合材料包括毛毡、树脂、防渗膜3种成分。其中，树脂将毛毡和管内壁粘接在一起，达到加固、修复、防渗漏作用，防渗膜提供了比原有管道更好的光滑表面，提高了流体的流动性。
注浆法(Grouting)，也称灌浆法，是从旧管道内部局部缺陷处向岩土地基的裂缝或孔隙中注入能固化的浆料，依靠浆料的固化达到防渗、堵漏和加固作用。可以修复管道，恢复功能，快速处理应急事故；往往在非开挖管道修复工程之前，也需要对管道漏水处进行注浆处理。注浆材料有粒状材料和化学材料，粒状材料主要是水泥浆，化学浆材包括硅酸盐(水玻璃)和高分子材料。我国工程上常用的注浆材料是水泥浆和水玻璃浆。而在CIPP技术中，丙烯酰胺类浆液在国外已广泛使用；其低粘度、高渗透性、快速固化性能获得了许多管道修复公司的青睐。在喷涂法使用的材料中，水泥基材料已非常成熟；此外，还有聚合物基的喷涂材料。国外使用环氧和聚氨酯材料喷涂衬底方法用于管道防腐、半结构性修复、防漏比较高效。旋转喷涂，可以通过调节树脂流量和喷头前进速度来控制涂层厚度。与水泥砂浆衬底不同，它们无需抹平操作，可以重复喷涂，固化速度也比较快，环氧和聚氨酯可以分别在16h和2h 左右固化。
本申请涉及了新型固化无分解环氧树脂修复材料，是专一针对是市政检查井，管道，箱涵，方沟隧道的一种非开挖高速旋转离心机器设备修复新型材料，它可以有效的防止井壁破损、井内壁的渗漏、腐蚀等病害，还可以加固井壁，增加结构强度。主要利用砂浆搅拌机把材料，通过输料管，由砂浆输送喷涂机高压送到高速旋转的喷涂器内，在离心作用下，材料被抛甩出去，均匀喷涂到检查井井室内壁四周，从而实现检查井内壁的喷涂修复。离心喷涂被用于检查井井内壁喷涂修复，其操作简单，成本低，不仅可以用于圆井壁喷涂修复，还可以用于方井壁喷涂修复，圆形其喷涂直径可达6米。
发明内容
本发明公开了一种新型固化无分解环氧树脂修复材料及其制备方法和用途。新型离心喷涂修复材料是一种以环保乳液与矿物质聚合物混合可循环无机材料制成。属于韧性材料，可水下固化，可适用同类产品无法应对的状况与纯粹的单组分砂浆相比，这款产品有着更优越的耐腐蚀、耐酸碱、抗渗、粘接力强等性。
本发明的目的之一提供了一种固化无分解环氧树脂修复材料。
本发明的另一目的在提供了制备所述固化无分解环氧树脂修复材料的方法。
本发明的另一目的在提供了一种含有该材料的组合物。
本发明还有一目的是提供了所述固化无分解环氧树脂修复材料的用途。
本发明还有一目的是提供了上述固化无分解环氧树脂修复材料的使用方法。
为实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：
一种修复材料，其包含下述重量份的组成：胶凝材料400-600重量份，骨料450-650重量份，纤维材料5-20重量份，水性环氧树脂乳液 100-200重量份，消泡剂5-10重量份，胶粉5-10重量份，缓凝剂0.5-15 重量份，憎水剂1-3重量份，膨胀剂0.3-1重量份，分散剂2-8重量份，减水剂1-5重量份，性环氧树脂乳液100-200重量份。
优选地，还包括淀粉醚0.5-2重量份；碳酸锂0.5-2.5重量份。
优选地，所述胶凝材料选自硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、双快水泥中的一种或几种；当选多种时，其重量比依此为4～8∶1～2∶1～5∶1～2。其中，硅酸盐水泥与快硬硫铝酸盐水泥重量比可为 4～8∶1～2；快硬硫铝酸盐水泥与铝酸盐水泥重量比可为1～2∶1～5；铝酸盐水泥与双快水泥重量比可为1～5∶1～2。
优选地，所述骨料选自石英砂、金刚砂、铁矿砂、刚玉中的一种或几种；当选多种时，其重量比依此为4～8∶1～3∶1～3∶1～2。其中，石英砂与金刚砂的重量比可为4～8∶1～3；金刚砂与铁矿砂的重量比可为1～3∶ 1～3；铁矿砂与刚玉的重量比可为1～3∶1～2。
优选地，所述纤维材料选自玻璃纤维、碳纤维、低粘度纤维素、木质纤维中的一种或几种；当选多种时，其重量比依此为1～2∶1～2∶1～2∶ 1～4。优选地，玻璃纤维为3mm，碳纤维为3mm；其中玻璃纤维与碳纤维重量比可为1～2∶1～2；碳纤维与低粘度纤维素重量比可为1～2∶1～2；低粘度纤维与木质纤维重量比可为1～2∶1～4。其中所述低粘度纤维素的粘度100～300mPa.s，选自低粘度羟乙基纤维素或低粘度羟丙基纤维素。
优选地，所述缓凝剂选自石膏、硼酸、硼砂或三聚磷酸钠；所述憎水剂选自有机硅类憎水剂，优选道康宁SHP-50或SHP-60；膨胀剂选自硫铝酸钙类和/或氧化钙类，优选硫铝酸钙CSA混凝土膨胀剂；分散剂选自缩二乙二醇或一缩二丙二醇；减水剂选为聚羧酸型；所述消泡剂选自聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚。
本申请还提供了所述修复材料的制备方法，其包括下述步骤：
1)按比例称取所需原料备用；
2)将胶凝材料、骨料和水性环氧树脂乳液搅拌均匀，加入纤维材料和分散剂继续搅拌均匀；
3)依此加入其它组分搅拌均匀即可。
本申请还提供了所述修复材料的使用方法，其包括下述步骤：使用离心喷涂机，在离心作用下，材料被抛甩出去，均匀喷涂到检查井井室内壁四周。
所述修复材料可用于工程领域，优选在管道修复方面的应用。
本申请所述修复材料具有以下技术优点：
1、用于混凝土管、金属管、砖砌管道及各类管涵的结构性修复，内衬可承担各种荷载的作用，无需人员下井，安全性好，修复了最深的检查井——30米深，无检查井口管道长度可达到180米，中间无接缝，不受弯曲段制约，一次性厚度可达到2mm，适用管径为0.3-4.0m，材料喷涂施工完成1-2小时就可以正常通水使用。
2、全自动双向离心浇筑、内衬致密、均匀，厚度可任意调节；本申请所述配方的修复材料，强度高，抗渗，耐久性好，使用寿命可达到 30年，无渗漏，无腐蚀，无脱落，可在潮湿基底浇筑，内衬与基底紧密粘合为整体，对旧检查井加固、箱涵，管道，隧道修复效果好结构性的加固修复的理想解决方案。
3、内衬一次成型，整体性好、具有极好的水密性，设备投入低、操作简单、人员要求低、施工效率高，完全非开挖，抗H2S气体腐蚀，可在管段任意部位增加或减少内衬厚度，最大限度节约工程成本，可在管段任意部位修复，增加或减少内衬厚度，最大限度节约工程成本，可以在注马路上不需要开挖，从检查井机械设备下去一次性成型。
实施例
下面通过实施例对本发明作进一步说明。应该理解的是，本发明实施例所述方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。实施例中用到的所有原料和溶剂均为市售产品。
修复材料的制备：
1)按比例称取所需原料备用；
2)将胶凝材料、骨料和水性环氧树脂乳液搅拌均匀，加入纤维材料和分散剂继续搅拌均匀；
3)依此加入其它组分搅拌均匀即可。
按照上述通用方法，选用不同原料分别制备下述修复材料，下表列出了实施例1-4的各组分明细(单位：重量份)。
Figure BSA0000202695760000061
Figure BSA0000202695760000071
性能测试实施例：
将上述实施例1-3的修复材料送交北京建筑材料检验研究有限公司进行性能测试，测试结果如下所示：
按照GB/T 17219-1998《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》，对所述修复材料的各项性能进行检测，其中实施例1修复材料的性能如报告1所示。
报告1(北京建筑材料检验研究有限公司报告编号：HJ2019WJ0294)：
Figure BSA0000202695760000072
Figure BSA0000202695760000081
Figure BSA0000202695760000091
报告2(北京建筑材料检验研究有限公司报告编号： FH2018WB0957)：
按照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》、GB/T 7897-2008《钢丝网水泥用砂浆力学性能试验方法》、GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性试验方法》和JC/T984-2011《聚合物水泥防水砂浆》，对所述实施例1的修复材料的各项力学性能进行检测。
序号 检验项目 标准要求 检验结果
1 抗渗性能(7d)，MPa ＞1.0 1.2
2 拉伸粘结强度(28d)，Mpa ＞1.0 1.17
3 凝结时间(终凝4h)，min ≤240 195
4 抗压强度(24h)，Mpa ＞20.0 23.5
5 耐酸性 无开裂、无剥落 无开裂、无剥落
6 抗折强度(24h)，Mpa ＞3.0 3.5
7 抗折强度(28)，Mpa ＞10.0 11.9
8 弹性模量(28d)，Gpa ＞25.0 28.0
9 抗压强度(28d)，Mpa ＞65.0 67.3
报告3(北京建筑材料检验研究有限公司报告编号：FH2019WB1389)
按照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》、GB/T 7897-2008《钢丝网水泥用砂浆力学性能试验方法》、GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性试验方法》和JC/T984-2011《聚合物水泥防水砂浆》，对所述实施例2的修复材料的各项力学性能进行检测。
Figure BSA0000202695760000092
Figure BSA0000202695760000101
制备现有技术中常用的喷涂修复材料，并进行性能测试：
对比实施例1：
将E-44树脂20KG，工艺水250KG，651固化剂151KG，DMP-30 3KG，707乳液50kg，42.5水泥500KG，高铝水泥200KG，快硬水泥 100KG，聚羧酸减水剂3KG，纤维素1.5KG，20-40目砂400KG，40-70 目砂500KG按照上述通用方法或本领域技术人员熟知的其它方法混合形成修复材料。
按照JC/T 984-2011《聚合物水泥防水砂浆》和GB 50224-2010《建筑防腐蚀工程施工质量验收规范》，送交国家建筑材料工业建筑围护材料及管道产品质量监督检验测试中心，对所述修复材料的抗冻性性能、耐碱性、抗压强度、抗折强度、胶泥粘结强度性能进行检测。
国家建筑材料工业建筑围护材料及管道产品质量监督检验测试中心报告编号FH2018WB1498。
检验项目 标准要求 检验结果 单项判定
耐碱性 无开裂，剥落 无开裂，剥落 符合
抗冻性 无开裂，剥落 无开裂，剥落 符合
抗折强度，MPa ≥4.5 7.0 符合
胶泥粘结强度(与耐酸砖)，MPa ≥3 3.5 符合
抗压强度，MPa ≥45 46.7 符合
对比实施例2：
将2.5水泥350KG，聚羧酸减水剂0.5KG，纤维素2.5KG，40-70 目砂300KG，80-120/目砂300KG，重钙50KG，树脂胶粉15KG，木素 10KG，按照上述通用方法或本领域技术人员熟知的其它方法混合形成修复材料。
按照JC/T 984-2011《聚合物水泥防水砂浆》，送交国家建筑材料工业建筑围护材料及管道产品质量监督检验测试中心，对所述修复材料的抗渗压力、抗冻性性能、耐碱性、抗压强度、28d抗渗压力、28d粘结强度性能进行检测。
国家建筑材料工业建筑围护材料及管道产品质量监督检验测试中心报告编号FH2018WB1496。
检验项目 标准要求 检验结果 单项判定
抗渗压力(涂层试件)，MPa ≥0.5 0.6 符合
抗压强度，MPa ≥24.0 25.5 符合
耐碱性 无开裂，剥落 无开裂，剥落 符合
抗冻性 无开裂，剥落 无开裂，剥落 符合
28d粘结强度，MPa ≥1.2 1.3 符合
28d抗渗压力(砂浆试件)，MPa ≥1.5 1.5 符合

Claims (9)

1.一种修复材料，其特征在于包含下述重量份的组成：胶凝材料400-600重量份，骨料450-650重量份，纤维材料5-20重量份，水性环氧树脂乳液100-200重量份，消泡剂5-10重量份，胶粉5-10重量份，缓凝剂0.5-15重量份，憎水剂1-3重量份，膨胀剂0.3-1重量份，分散剂2-8重量份，减水剂1-5重量份，水性环氧树脂乳液100-200重量份。
2.根据权利要求1所述的修复材料，其特征在于还包括：淀粉醚0.5-2重量份；碳酸锂0.5-2.5重量份。
3.根据权利要求1所述的修复材料，其特征在于：所述胶凝材料选自硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、双快水泥中的一种或几种；当选多种时，其重量比依此为4～8∶1～2∶1～5∶1～2。
4.根据权利要求1所述的修复材料，其特征在于：所述骨料选自石英砂、金刚砂、铁矿砂、刚玉中的一种或几种；当选多种时，其重量比依此为4～8∶1～3∶1～3∶1～2。
5.根据权利要求1所述的修复材料，其特征在于：所述纤维材料选自玻璃纤维、碳纤维、低粘度纤维素、木质纤维中的一种或几种；当选多种时，其重量比依此为1～2∶1～2∶1～2∶1～4。
6.根据权利要求1所述的修复材料，其特征在于：所述缓凝剂选自石膏、硼酸、硼砂或三聚磷酸钠；所述憎水剂选自有机硅类憎水剂，优选道康宁SHP-50或SHP-60；膨胀剂选自硫铝酸钙类和/或氧化钙类，优选硫铝酸钙CSA混凝土膨胀剂；分散剂选自缩二乙二醇或一缩二丙二醇；减水剂选为聚羧酸型；所述消泡剂选自干粉、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚或聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚；所述胶粉选自丁苯胶粉。
7.权利要求1-6任一所述的修复材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
1)按比例称取所需原料备用；
2)将胶凝材料、骨料和水性环氧树脂乳液搅拌均匀，加入纤维材料和分散剂继续搅拌均匀；
3)依此加入其它组分搅拌均匀即可。
8.权利要求1-6任一所述的修复材料的使用方法，其特征在于包括下述步骤：使用离心喷涂机，在离心作用下，材料被抛甩出去，均匀喷涂到检查井井室内壁四周。
9.权利-6任一所述的修复材料在工程领域方面的应用，优选在管道修复方面的应用。
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