CN113278123B - 一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及工程施工技术领域，具体公开了一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料及其制备方法。用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料包括以下质量份数的组分：聚醚多元醇20‑40份；异氰酸酯60‑80份；催化剂0.3‑2份；稳泡剂4‑8份；乙酸乙酯10‑20份；纳米碳酸钙0.5‑1份；纳米硅酸铝0.5‑1份；纳米碳化锆0.5‑1.5份。其制备方法为：步骤1）将聚醚多元醇升温至100‑130℃，负压脱水脱气处理1.5‑3.5h，冷却至20‑40℃，加入异氰酸酯，置于75‑85℃条件下，反应2‑3h，得到预聚体反应液；步骤2）降温至40‑50℃，加入稳泡剂，混合，再加入乙酸乙酯、催化剂、纳米碳酸钙、纳米硅酸铝、纳米碳化锆，混合均匀，得到用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料。本申请用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料具有较好的强度和堵水效果。

Description

一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料及其制备方法
技术领域
本申请涉及过程施工技术领域，更具体地说，它涉及一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料及其制备方法。
背景技术
由于降雨导致基坑水位升高或止水帷幕止水效果不理想，存在基坑点状渗水的情况，基坑漏水会造成基坑四周建筑物不均匀沉降、墙面开裂、路面塌陷、水管断裂、基坑倒塌等后续反应，从而引起较大的经济损失，因此及时堵住漏水点显得极为重要。
因基坑止水帷幕为地下隐蔽工程，在基坑开挖后才能发现漏水部位，为避免基坑漏水所造成的危害，对漏水点及时进行处理，目前最常用的方法在漏水处塞入遇水膨胀的材料或注入化学浆料，使其渗透、扩散、胶凝或固化，以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形，一般应用于大坝、水库、涵闸等基础防渗帷幕和地基或地基断层破碎带泥化夹层的加固，大堤、渠道、渡槽等的防渗堵漏及加固等工程领域。
目前最常用的化学灌浆材料有水玻璃、丙烯酸盐、聚氨酯。聚氨酯灌浆材料是聚氨酯与一些添加剂组成的化学灌浆材料，遇水以后能立即与水发生扩链、支化及交联反应，产生二氧化碳气体，造成体积膨胀并最终生成一种不溶于水的，有一定强度的胶凝状固结体。聚氨酯灌浆材料分为加固型材料和堵水型材料，加固型材料多采用分子量较小的聚醚多元醇与官能度较大的多异氰酸酯反应，以获得较大的强度，但是遇到大量的流动水时，堵水效果较差；堵水型材料多采用分子量较大的聚醚多元醇，但强度不如加固型材料，最终容易导致形成的固结体回缩，与漏水点粘接的部分脱离，失去堵水效果。
针对上述中的相关技术，发明人认为加固型聚氨酯材料的强度大但是堵水效果欠佳，堵水型聚氨酯材料堵水效果好但是强度不如加固型堵水材料，对此有待进一步提升。
发明内容
为了使聚氨酯灌浆材料保持堵水效果的同时具有较好的强度，本申请提供一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料，采用如下的技术方案：
一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料，包括以下质量份数的组分：
聚醚多元醇20-40份；
异氰酸酯60-80份；
催化剂0.3-2份；
稳泡剂4-8份；
乙酸乙酯10-20份；
纳米碳酸钙0.5-1份；
纳米硅酸铝0.5-1份；
纳米碳化锆0.5-1.5份。
优选的，包括以下质量份数的组分：
聚醚多元醇30-35份；
异氰酸酯70-75份；
催化剂0.8-1份；
稳泡剂5-6份；
乙酸乙酯12-15份；
纳米碳酸钙0.7-0.8份；
纳米硅酸铝0.7-0.8份；
纳米碳化锆0.8-1.2份。
通过采用上述技术方案，纳米碳酸钙、纳米硅酸铝、纳米碳化锆相互配合，在制备用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料时，对用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料进行改性，使得制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料在水中扩散固化，与水发生反应，生成不溶于水且具有一定强度的泡沫体，并包容一定的水分子，弹性好，使得制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料固化后具有较高的强度，同时固化后的粘合强度大，有较强的亲和力，发泡率大，从而堵塞了缝隙，具有较好的堵水效果，同时反应过程及产物较为环保，能耗低，满足环保要求。
采用乙酸乙酯作为溶剂时，制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料具有较好的发泡率，能有效提高用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的堵水效果，同时乙酸乙酯无毒，较为环保。
异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯中的一种或多种。
优选的，所述用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料还包括以下质量份数的组分：
缓凝剂1-3份。
通过采用上述技术方案，为了使用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的固化时间可控，在制备用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料时通过添有缓凝剂来延长凝固时间，如果固化速度太快，会影响用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料浸入缝隙的深度，从而对堵水效果产生影响，如果速度太慢会达不到快速堵水的目的，添加缓凝剂延长凝固时间使得用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料容易达到施工要求。
优选的，所述缓凝剂包括磷酸、柠檬酸、苯甲酰氯、乙酸中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，选用的缓凝剂为磷酸、柠檬酸、苯甲酰氯、乙酸中的一种或多种，在采用较少用量的上述缓凝剂时就能具有较为显著的缓凝作用，而且凝结后生成的固结体强度较好，凝结时间适宜，满足施工需求。
优选的，所述缓凝剂由磷酸、柠檬酸按照1：(1.5-4)的质量比混合而成。
通过采用上述技术方案，采用磷酸、柠檬酸以特定比例复配形成缓凝剂，复配后的缓凝效果更明显，制备所得的聚氨酯灌浆材料的黏度适宜，凝结时间适宜，有利于提高用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料固化后固结体的强度，而且其发泡率较好，具有较好的堵水效果，同时磷酸、柠檬酸更满足环保要求。
优选的，所述用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料还包括以下质量份数的组分：
纳米二氧化硅0.8-1份。
通过采用上述技术方案，在制备用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料时还添加纳米二氧化硅，有利于促进纳米碳酸钙、纳米硅酸铝、纳米碳化锆的协同配合，使得制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的强度更佳，遇水膨胀率高、发泡率大，堵水效果更明显。
第二方面，本申请提供一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)将聚醚多元醇升温至100-130℃，负压脱水脱气处理1.5-3.5h，冷却至20-40℃，加入异氰酸酯，置于75-85℃条件下，进行聚合反应，反应时间为2-3h，得到预聚体反应液；
步骤2)降温至40-50℃，加入稳泡剂，混合，再加入乙酸乙酯、催化剂、纳米碳酸钙、纳米硅酸铝、纳米碳化锆，混合均匀，得到用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料。
通过采用上述技术方案，将聚醚多元醇与异氰酸酯进行聚合反应，生成预聚体反应液，利用纳米碳酸钙、纳米硅酸铝、纳米碳化锆对其改性，使得生成的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料具有更显著的强度和堵水效果，同时产品为单组份，配制浆液时操作简单，不需要复配浆液，直接将浆液倒入单液泵，即可灌浆。
优选的，所述步骤1)中，还添加1-3质量份的缓凝剂，步骤2)中，还添加0.8-1质量份的纳米二氧化硅。
通过采用上述技术方案，由于在步骤1)中添加缓凝剂，使得缓凝剂在聚合反应时，对预聚体反应液进行缓凝，使得制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的凝结时间适宜，满足施工要求，纳米二氧化硅有利于促进纳米碳酸钙、纳米硅酸铝、纳米碳化锆的协同配合，使得制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的强度更佳而且堵水效果更明显。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用纳米碳酸钙、纳米硅酸铝、纳米碳化锆相互配合，在制备用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料时，对用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料进行改性，使得制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料固化后具有较高的强度的同时堵水效果较显著，而且满足环保要求。
2、本申请中优选采用采用磷酸、柠檬酸以特定比例复配形成缓凝剂，复配后的缓凝效果更明显，制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的黏度适宜，有利于提高用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料固化后固结体的强度，而且其发泡率大，具有较好的堵水效果，同时磷酸、柠檬酸更满足环保要求。
3、本申请中优选采用在制备用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料时还添加纳米二氧化硅，有利于促进纳米碳酸钙、纳米硅酸铝、纳米碳化锆的协同配合，使得制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的强度更佳，遇水膨胀率高、发泡率大，堵水效果更明显。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
以下实施例及对比例中所用到的各组分的来源信息详见表1。
表1
Figure BDA0003073849140000061
Figure BDA0003073849140000071
实施例1
一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料，包括20kg的聚醚多元醇、60kg的异氰酸酯、0.3kg的催化剂、4kg的稳泡剂、10kg的乙酸乙酯、0.5kg的纳米碳酸钙、0.5kg的纳米硅酸铝、0.5kg的纳米碳化锆。
本实施例中，聚醚多元醇为聚醚二元醇；
异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯；
催化剂为三乙醇胺；
稳泡剂为水溶性硅油。
本实施例还公开一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)将聚醚多元醇投入反应釜中，升温至100℃，负压脱水脱气处理3.5h，冷却至20℃，加入异氰酸酯，置于75℃条件下，进行聚合反应，反应时间为3h，得到预聚体反应液；
步骤2)降温至40℃，加入稳泡剂，转速为500r/min，搅拌10min，再加入乙酸乙酯、催化剂、纳米碳酸钙、纳米硅酸铝、纳米碳化锆，继续搅拌10min，得到用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料。
实施例2
与实施例1相比，区别仅在与：
聚醚多元醇的添加量为40kg、异氰酸酯的添加量为80kg、催化剂的添加量为2kg、稳泡剂的添加量为8kg、乙酸乙酯的添加量为20kg、纳米碳酸钙的添加量为1kg、纳米硅酸铝的添加量为1kg、纳米碳化锆的添加量为1.5kg。
本实施例中，聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇；
异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯；
催化剂为二丁基二月桂酸锡。
步骤1)中，升温至130℃，处理1.5h，冷却至40℃，置于85℃条件下，反应2h。
步骤2)中，降温至50℃。
实施例3
与实施例1相比，区别仅在与：
聚醚多元醇的添加量为32kg、异氰酸酯的添加量为72kg、催化剂的添加量为1.2kg、稳泡剂的添加量为6.2kg、乙酸乙酯的添加量为13kg、纳米碳酸钙的添加量为0.85kg、纳米硅酸铝的添加量为0.85kg、纳米碳化锆的添加量为1.1kg。
步骤1)中，升温至120℃，处理2.5h，冷却至30℃，置于80℃条件下，反应2.5h。
步骤2)中，降温至45℃。
实施例4
与实施例3相比，区别仅在于：
聚醚多元醇的添加量为30kg、异氰酸酯的添加量为70kg、催化剂的添加量为0.8kg、稳泡剂的添加量为5kg、乙酸乙酯的添加量为12份、纳米碳酸钙的添加量为0.7kg、纳米硅酸铝的添加量为0.7kg、纳米碳化锆的添加量为0.8kg。
实施例5
与实施例3相比，区别仅在于：
聚醚多元醇的添加量为35kg、异氰酸酯的添加量为75kg、催化剂的添加量为1kg、稳泡剂的添加量为6kg、乙酸乙酯的添加量为15kg、纳米碳酸钙的添加量为0.8kg、纳米硅酸铝的添加量为0.8kg、纳米碳化锆的添加量为1.2kg。
实施例6
与实施例3相比，区别仅在于：
步骤1)中，还添加1kg的缓凝剂。
本实施例中，缓凝剂为盐酸。
实施例7
与实施例6相比，区别仅在于：
缓凝剂的添加量为3kg。
实施例8
与实施例6相比，区别仅在于：
缓凝剂由0.5kg的苯甲酰氯、0.5kg的乙酸组成。
实施例9
与实施例6相比，区别仅在于：
缓凝剂由0.4kg的磷酸、0.6kg的柠檬酸组成。
实施例10
与实施例6相比，区别仅在于：
缓凝剂由0.2kg的磷酸、0.8kg的柠檬酸组成。
实施例11
与实施例6相比，区别仅在于：
缓凝剂由0.4kg的盐酸、0.6kg的柠檬酸组成。
实施例12
与实施例3相比，区别仅在于：
步骤2)中，还添加0.8kg的纳米二氧化硅。
实施例13
与实施例12相比，区别仅在于：
纳米二氧化硅的添加量为1kg。
实施例14
与实施例3相比，区别仅在于：
步骤1)中，还添加1kg的缓凝剂，缓凝剂由0.4kg的磷酸、0.6kg的柠檬酸组成。
步骤2)中，还添加0.8kg的纳米二氧化硅。
对比例1
与实施例3相比，区别仅在于：
采用等量的乙酸乙酯替换纳米碳酸钙、纳米硅酸铝、纳米碳化锆。
对比例2
与实施例3相比，区别仅在于：
采用等量的乙酸乙酯替换纳米碳化锆。
对比例3
与实施例3相比，区别仅在于：
采用等量的乙酸乙酯替换纳米碳酸钙。
对比例4
与实施例3相比，区别仅在于：
采用等量的乙酸乙酯替换纳米硅酸铝。
实验1
抗压强度测试
按照JC/T 2041-2010《聚氨酯灌浆材料》中7.12抗压强度对各实施例及对比例制备的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料进行抗压强度(MPa)的测试。
实验2
发泡率测试
按照JC/T 2041-2010《聚氨酯灌浆材料》中7.11发泡率对各实施例及对比例制备的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料进行发泡率(％)测试。
实验3
凝固时间
按照JC/T 2041-2010《聚氨酯灌浆材料》中7.7凝固时间对各实施例及对比例制备的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料进行凝固时间(s)测试。
实验4
遇水膨胀率
按照JC/T 2041-2010《聚氨酯灌浆材料》中7.8遇水膨胀率对各实施例及对比例制备的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料进行遇水膨胀率(％)测试。
实验1～4的检测数据详见表2。
表2
抗压强度(MPa) 发泡率(％) 凝固时间(s) 遇水膨胀率(％)
实施例1 33 658 25 128
实施例2 33 653 27 125
实施例3 35 688 26 132
实施例4 38 679 34 136
实施例5 39 682 33 136
实施例6 33 662 44 128
实施例7 34 665 45 131
实施例8 37 668 52 133
实施例9 40 784 58 129
实施例10 41 791 57 130
实施例11 34 661 44 129
实施例12 41 893 27 162
实施例13 40 895 29 164
实施例14 45 1078 57 178
对比例1 22 463 67 118
对比例2 23 476 66 121
对比例3 24 492 68 119
对比例4 23 487 69 120
根据表2中，对比例1～4分别与实施例3的数据对比可得，制备用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料时添加有纳米碳酸钙、纳米硅酸铝、纳米碳化锆组合，制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的抗压强度、发泡率明显提高，纳米碳酸钙、纳米硅酸铝、纳米碳化锆复配添加在用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料中，使得制备的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料具有较好的抗压强度的同时具有较好的堵水效果，缺少任一物质都没有明显的效果。
根据表2中，实施例4、5分别与实施例3的数据对比可得，制备用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料时优选原料配比，制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的凝固时间更适宜，抗压强度、发泡率、遇水膨胀率均有所提高，在一定程度上有助于提高用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的抗压强度和堵水性能。
根据表2中，实施例6、7分别与实施例3的数据对比可得，制备用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料时还添加有缓凝剂，制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的凝固时间有所增大，在制备用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料时还添加有缓凝剂，在一定程度上可以延长用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的凝固时间，使得制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的凝固时间更容易满足施工要求。
根据表2中，实施例8与实施例3的数据对比可得，选用的缓凝剂为磷酸、柠檬酸、苯甲酰氯、乙酸中的一种或多种，制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的抗压强度、凝结时间有所增大，选用特定的缓凝剂在一定程度上有助于提高用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的抗压强度，使得凝结时间适宜，更容易满足施工要求。
根据表2中，实施例9～11分别与实施例3的数据对比可得，采用的缓凝剂由磷酸、柠檬酸按照特定的比例复配而成，制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的抗压强度、发泡率、凝结时间有所增大，缓凝剂采用磷酸、柠檬酸按照特定的比例复配，在一定程度上有助于提高用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的抗压强度和堵水效果，同时凝结时间更适宜，更容易满足施工要求，替换任一物质都没有明显的效果。
根据表2中，实施例12、13分别与实施例3的数据对比可得，在制备用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料时还添加有纳米二氧化硅，制备所得的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的抗压强度、发泡率、遇水膨胀率有所增大，说明添加纳米二氧化硅有助于促进纳米碳酸钙、纳米硅酸铝、纳米碳化锆的协同配合，在一定程度上有助于提高用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的抗压强度和堵水效果。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料，其特征在于：包括以下质量份数的组分：
聚醚多元醇20-40份；
异氰酸酯60-80份；
催化剂0.3-2份；
稳泡剂4-8份；
乙酸乙酯10-20份；
纳米碳酸钙0.5-1份；
纳米硅酸铝0.5-1份；
纳米碳化锆0.5-1.5份；
纳米二氧化硅0.8-1份。
2.根据权利要求1所述的一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料，其特征在于：包括以下质量份数的组分：
聚醚多元醇30-35份；
异氰酸酯70-75份；
催化剂0.8-1份；
稳泡剂5-6份；
乙酸乙酯12-15份；
纳米碳酸钙0.7-0.8份；
纳米硅酸铝0.7-0.8份；
纳米碳化锆0.8-1.2份；
纳米二氧化硅0.8-1份。
3.根据权利要求1-2任一所述的一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料，其特征在于：
所述用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料还包括以下质量份数的组分：
缓凝剂1-3份。
4.根据权利要求3所述的一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料，其特征在于：所述缓凝剂包括磷酸、柠檬酸、苯甲酰氯、乙酸中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料，其特征在于：所述缓凝剂由磷酸、柠檬酸按照1：（1.5-4）的质量比混合而成。
6.一种如权利要求1-2任一所述的用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1）将聚醚多元醇升温至100-130℃，负压脱水脱气处理1.5-3.5h，冷却至20-40℃，加入异氰酸酯，置于75-85℃条件下，进行聚合反应，反应时间为2-3h，得到预聚体反应液；
步骤2）降温至40-50℃，加入稳泡剂，混合，再加入乙酸乙酯、催化剂、纳米碳酸钙、纳米硅酸铝、纳米碳化锆、纳米二氧化硅，混合均匀，得到用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料。
7.根据权利要求6所述的一种用于基坑止水的聚氨酯灌浆材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中，还添加1-3质量份的缓凝剂。
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