CN114591028A - 一种混凝土裂缝用快速修补材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于混凝土裂缝填充材料技术领域，具体涉及一种混凝土裂缝用快速修补材料，其包括甲组分和乙组分；甲组分包含液体双酚A型环氧树脂、填料、增韧剂和防沉降剂；所述乙组分包括固化剂和稀释剂；其中，所述的固化剂的制备过程为：将多元胺、环氧化合物、苯甲醇预先进行反应，随后再和异氰酸酯混合得到。本发明研究发现，基于所述的甲组分和乙组分协同，可以显著改善混凝土裂缝用快速修补材料的性能。研究发现，该快速修补材料具有低温时强度增长迅速，凝胶时间快、2h抗压强度大于50MPa、24h抗折强度大于12Mpa、粘接强度大于3.0Mpa、2h即可开放交通，后期强度还会缓慢增长等特点。

Description

一种混凝土裂缝用快速修补材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于混凝土裂缝填充材料技术领域，具体涉及一种混凝土裂缝用低温快速修补材料及其制备方法。
背景技术
近年来，我国高速铁路建设发展迅速，无砟轨道是我国高速铁路轨道结构的主流轨道结构，高铁无砟轨道在运行过程中由于受外力长期作用影响，以及自然气侯条件的侵蚀影响，会出现多种病害，如混凝土容易出现松动、破碎、掉角、风化、离缝、裂缝等现象，如果不及时进行修补，各种病害会日益加剧，将带来重大安全隐患和经济损失。如何在不影响列车正常运行的情况下快速修补此类病害成为高铁管理部门比较重视的问题。
目前我国高铁无砟轨道修补材料较新的处理方式是采用高分子聚合物砂浆对此类病害进行处理，但是存在低温强度增长缓慢、粘接强度小、开放交通时间长等问题，不能满足高速铁路工程早强、高强、粘接强度大、开放时间短的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温时强度增长迅速，凝胶时间快、2h抗压强度大于50MPa、24h抗折强度大于12Mpa、粘接强度大于3.0Mpa、2h即可开放交通，后期强度还会缓慢增长的低温快速修补材料。
本发明第二目的在于，提供所述的混凝土裂缝用快速修补材料的应用。
为达到上述技术参数，本发明采用以下技术方案：
一种混凝土裂缝用快速修补材料，包括甲组分和乙组分；
甲组分包含液体双酚A型环氧树脂、填料、增韧剂和防沉降剂；
所述乙组分包括固化剂和稀释剂；
其中，所述的固化剂的制备过程为：将多元胺、环氧化合物、苯甲醇预先进行反应，随后再和异氰酸酯混合得到。
本发明研究发现，基于所述的甲组分和乙组分协同，可以显著改善混凝土裂缝用快速修补材料的性能。研究发现，该快速修补材料具有低温时强度增长迅速，凝胶时间快、2h抗压强度大于50MPa、24h抗折强度大于12Mpa、粘接强度大于3.0Mpa、2h即可开放交通，后期强度还会缓慢增长等特点。
本发明中，按所述的成分以及特殊制备思路得到的固化剂，及其与甲组分成分的协同配合是改善裂缝修补材料的低温强度增长速率、缩短凝胶时间并改善强度的关键。
本发明中，双酚A型环氧树脂为具有式1结构式的聚合物：
Figure BDA0002815010540000021
优选地，双酚A型液体环氧树脂的环氧当量为185-190eq/mol。数均分子量为381-390g/mol；
优选地，所述的双酚A型液体环氧树脂的牌号为CYD-128。
优选地，填料为硅烷处理硅微粉；进一步优选地，硅微粉的粒径为200-600目。
优选地，增韧剂为丁二醇缩水甘油醚、聚丙二醇缩水甘油醚、聚乙二醇缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、C12-C14烷基缩水甘油醚、苯甲醇中的至少一种。
优选地，所述的增韧剂为丁二醇缩水甘油醚、苯甲醇、苄基缩水甘油醚中的一种或组合。
优选地，防沉降剂为纳米二氧化硅。
优选地，按重量份计，甲组分的各成分的含量为：
液体双酚A型环氧树脂80-90份；优选为85-90份；
填料160-250份
增韧剂10-20份
防沉降剂0.5-1份。
本发明中，所述的固化剂的成分以及所述的特殊的预先将环氧化合物、多元胺和苯甲醇反应，随后再与异氰酸酯混合的制备思路是实现和甲组分协同，改善混凝土修补效果的关键。
作为优选，所述的多元胺优选为脂环肪族多元胺；进一步优选为聚醚胺、异氟尔酮二胺、1，3-二氨基甲基环已烷、4,4′-二氨基二环己基甲烷的一种或几种。
作为优选，环氧化合物可以选择环氧树脂、环氧丙烷、环氧乙烷、缩水甘油醚稀释剂中的一种或几种。
作为优选，固化剂的合成过程中，多元胺、环氧化合物、苯甲醇的质量比为多元胺、环氧化合物、苯甲醇的质量比为55-45：5-15：40；进一步优选为50-55：10-15：40。
作为优选，反应的温度为40-90℃。
作为优选，异氰酸酯与反应前的多元胺的重量比为15-40：50；进一步优选为25～35：50。本发明意外地发现，优选比例下，配合所述的特殊的处理方式，有助于意外地进一步在较短的时间内达到更优的强度效果。
作为优选，稀释剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、苯甲醇中的一种或组合。
按重量份计，乙组分的各成分的含量为：
固化剂30-45质量份；进一步优选为40～45质量份；
稀释剂5-10质量份。
作为优选，所述的混凝土裂缝用快速修补材料，甲组分和乙组分的质量比为3～10:1；优选为5～8:1。
本发明还提供了所述的混凝土裂缝用快速修补材料的制备方法，包括以下步骤：
A、按配方要求称取环氧树脂，升温至50～70℃，边搅拌边加入增韧剂，填料、防沉剂，混合均匀后，静置(5～15min)，得到组分A(甲组分)；
B、按配方要求称取固化剂、稀释剂，混合均匀后静置(5～15min)，得到组分B(乙组分)；
C、在室温下将组分A和B混合，搅拌混合均匀，得到混凝土裂缝用低温快速修补材料。
本发明还提供了所述的混凝土裂缝用快速修补材料的应用，将甲组分和乙组分混合，用于混凝土裂缝的修补。
优选的应用步骤为：
A、按配方要求称取环氧树脂，升温至50～70℃，边搅拌边加入增韧剂，填料、防沉剂，混合均匀后，静置(5～15min)，得到组分A(甲组分)；
B、按配方要求称取固化剂、稀释剂，混合均匀后静置(5～15min)，得到组分B(乙组分)；
C、在室温下将组分A和B混合，搅拌混合均匀，得到混凝土裂缝用低温快速修补材料，将获得的材料进行混凝土裂缝修补。
本发明所述的应用中，将A(甲组分)和B(乙组分)混合后的10min内，优选为5min内对裂缝进行修补。
作为优选，所述的应用，将其用于高铁无砟轨道混凝土裂缝的修补。
本发明具有以下突出的有益效果：
本发明的混凝土裂缝用低温快速修补材料由于固化反应释放的高热量不仅使修补材料粘度低，具有优异的低温渗透性，而且促使材料低温条件下快速固化。
本发明的混凝土裂缝用低温快速修补材料低温时强度增长迅速，2h抗压强度大于50MPa、24h抗折强度大于12Mpa、粘接强度大于3.0Mpa、后期强度还会缓慢增长。
本发明的混凝土裂缝用低温快速修补材料可以缩短开放交通时间，2h即可开放交通。
附图说明
图1为实施例1所述的修补材料在高铁无砟轨道混凝土修复中的应用图片，其中，左图为修补前离缝情况图，中间图为离缝封闭图，右图为修补后的图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更佳，下面结合具体的实施例对本发明作进一步的解释和说明。
本实施例的产品应用实施例采用粘接强度测试，抗折强度测试、抗压强度测试进行性能评价。
粘接强测试：按照《聚合物改性水砂浆试验规程》(DL/T 5126)进行性能测试，试验结果结果见表1。
抗折强度、抗压强度测试：按照《混凝土粘接修补技术规程》(JTJ/T 271)进行性能测试，试验结果见表1。
实施例1
自制改性固化剂的制备步骤：将质量比为50：10：40的1，3-二氨基甲基环已烷、聚丙二醇缩水甘油醚、苯甲醇混合在60℃的温度下反应2h，随后和异氰酸酯(异氰酸酯和1，3-二氨基甲基环已烷的质量比为15：50)混匀，得到所述的自制改性固化剂：
一种混凝土裂缝用快速修补材料，包括以下组分(按照质量份数计)
A料：
Figure BDA0002815010540000051
B料：
自制改性固化剂 35份
邻苯二甲酸二丁酯 5份
步骤如下：
A、按配方要求称取环氧树脂，升温至60℃，边搅拌边加入增韧剂，填料、防沉剂，混合均匀后，静置10min，得到组分A；
B、按配方要求称取固化剂、稀释剂，混合均匀后静置10min，得到组分B；
C、在室温下将组分A和B混合(质量比为6.5：1)，搅拌混合均匀，得到混凝土裂缝用低温快速修补材料。将其在混合后的5分钟内对混凝土裂缝进行填充。
实施例2
记载自制改性固化剂的制备步骤：例如，将质量比为50：10：40的1，3-二氨基甲基环已烷、聚丙二醇缩水甘油醚、苯甲醇混合在40℃的温度下反应2h，随后和异氰酸酯(异氰酸酯和1，3-二氨基甲基环已烷的质量比为25：50)混匀，得到所述的自制改性固化剂：
一种混凝土裂缝用快速修补材料，包括以下组分(按照质量份数计)
A料：
Figure BDA0002815010540000052
Figure BDA0002815010540000061
B料：
自制改性固化剂 45份
邻苯二甲酸二丁酯 5份
步骤如下：
A、按配方要求称取环氧树脂，升温至60℃，边搅拌边加入增韧剂，填料、防沉剂，混合均匀后，静置10min，得到组分A；
B、按配方要求称取固化剂、稀释剂，混合均匀后静置10min，得到组分B；
C、在室温下将组分A和B混合(质量比为7：1)，搅拌混合均匀，得到混凝土裂缝用低温快速修补材料。将其在混合后的5分钟内对混凝土裂缝进行填充。
实施例3
记载自制改性固化剂的制备步骤：例如，将质量比为50：10：40的1，3-二氨基甲基环已烷、聚丙二醇缩水甘油醚、苯甲醇混合在40℃的温度下反应2h，随后和异氰酸酯(异氰酸酯和1，3-二氨基甲基环已烷的质量比为35：50)混匀，得到所述的自制改性固化剂：
一种混凝土裂缝用快速修补材料，包括以下组分(按照质量份数计)
A料：
Figure BDA0002815010540000062
B料：
自制改性固化剂 42份
邻苯二甲酸二丁酯 5份
步骤如下：
A、按配方要求称取环氧树脂，升温至60℃，边搅拌边加入增韧剂，填料、防沉剂，混合均匀后，静置10min，得到组分A；
B、按配方要求称取固化剂、稀释剂，混合均匀后静置10min，得到组分B；
C、在室温下将组分A和B混合(质量比为5.54：1)，搅拌混合均匀，得到混凝土裂缝用低温快速修补材料。将其在混合后的5分钟内对混凝土裂缝进行填充。
实施例4
自制固化剂，同实施例2。
一种混凝土裂缝用快速修补材料，包括以下组分(按照质量份数计)
A料：
Figure BDA0002815010540000071
B料：
自制改性固化剂 40份
邻苯二甲酸二丁酯 10份
步骤如下：
A、按配方要求称取环氧树脂，升温至60℃，边搅拌边加入增韧剂，填料、防沉剂，混合均匀后，静置10min，得到组分A；
B、按配方要求称取固化剂、稀释剂，混合均匀后静置10min，得到组分B；
C、在室温下将组分A和B混合(质量比为7：1)，搅拌混合均匀，得到混凝土裂缝用低温快速修补材料。将其在混合后的5分钟内对混凝土裂缝进行填充。
实施例5
自制固化剂，同实施例2。
一种混凝土裂缝用快速修补材料，包括以下组分(按照质量份数计)
A料：
Figure BDA0002815010540000072
B料：
自制改性固化剂 44份
邻苯二甲酸二丁酯 5份
步骤如下：
A、按配方要求称取环氧树脂，升温至60℃，边搅拌边加入增韧剂，填料、防沉剂，混合均匀后，静置10min，得到组分A；
B、按配方要求称取固化剂、稀释剂，混合均匀后静置10min，得到组分B；
C、在室温下将组分A和B混合(质量比为5.32：1)，搅拌混合均匀，得到混凝土裂缝用低温快速修补材料。将其在混合后的5分钟内对混凝土裂缝进行填充。
实施例6
记载自制改性固化剂的制备步骤：例如，将质量比为50：10：40的1，3-二氨基甲基环已烷、聚丙二醇缩水甘油醚、苯甲醇混合在40℃的温度下反应2h，随后和异氰酸酯(异氰酸酯和1，3-二氨基甲基环已烷的质量比为25：50)混匀，得到所述的自制改性固化剂：
一种混凝土裂缝用快速修补材料，包括以下组分(按照质量份数计)
A料：
Figure BDA0002815010540000081
B料：
自制改性固化剂 45份
邻苯二甲酸二丁酯 10份
步骤如下：
A、按配方要求称取环氧树脂，升温至60℃，边搅拌边加入增韧剂，填料、防沉剂，混合均匀后，静置10min，得到组分A；
B、按配方要求称取固化剂、稀释剂，混合均匀后静置10min，得到组分B；
C、在室温下将组分A和B混合(质量比为5.8：1)，搅拌混合均匀，得到混凝土裂缝用低温快速修补材料。将其在混合后的5分钟内对混凝土裂缝进行填充。
对比例1：
和实施例2相比，固化剂制备过程中，将所需量的多元胺、环氧化合物、苯甲醇一并混合反应得到，但未添加异氰酸酯，而是在B组分中加入8份DMP-30，其他条件同实施例2。
对比例2：
和实施例2相比，固化剂制备过程中，将所需量的多元胺、环氧化合物、苯甲醇一并混合反应得到，但未添加异氰酸酯，而是在B组分中加入8份BDMA，其他条件同实施例2。
对比例3：
和实施例2相比，区别仅在于，固化剂制备过程中未添加异氰酸酯。
对比例4：
和实施例2相比，固化剂制备过程中，将所需量的多元胺、环氧化合物、苯甲醇和异氰酸酯一并混合反应得到：其他条件同实施例2。
表1、各实施例以及对比例混凝土裂缝快速修补材料性能测试结果
Figure BDA0002815010540000091
从表1数据可以看出，采用所述的固化剂的制备方法，预先将多元胺、环氧化合物、苯甲醇预先进行反应，随后和异氰酸酯联合，所述的异氰酸酯不参与接枝改性反应，但其创新地添加，能够意外地改善制得的固化剂和A组分的协同作用，能够改善裂缝填充材料的性能。研究发现，该混凝土裂缝用快速修补材料低温时强度增长迅速，2h抗压强度大于50MPa、24h抗折强度大于12Mpa、粘接强度大于3.0Mp,可以快速凝胶、缩短开放交通时间，满足混凝土裂缝低温修补对2h抗压强度高及24h抗折强度大、粘接强度大、开放时间短的要求。

Claims (14)

1.一种混凝土裂缝用快速修补材料，其特征在于，包括甲组分和乙组分；
甲组分包含液体双酚A型环氧树脂、填料、增韧剂和防沉降剂；
所述乙组分包括固化剂和稀释剂；
其中，所述的固化剂的制备过程为：将多元胺、环氧化合物、苯甲醇预先进行反应，随后再和异氰酸酯混合得到。
2.如权利要求1混凝土裂缝用快速修补材料，其特征在于，双酚A型环氧树脂为具有式1结构式的聚合物：
Figure FDA0002815010530000011
优选地，双酚A型液体环氧树脂的环氧当量为185-190eq/mol；数均分子量为381-390g/mol；
优选地，所述的双酚A型液体环氧树脂的牌号为CYD-128。
3.如权利要求1混凝土裂缝用快速修补材料，其特征在于，填料为硅烷处理硅微粉；优选地，硅微粉的粒径为200-600目。
4.如权利要求1混凝土裂缝用快速修补材料，其特征在于，增韧剂为丁二醇缩水甘油醚、聚丙二醇缩水甘油醚、聚乙二醇缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、C12-C14烷基缩水甘油醚、苯甲醇中的至少一种；
优选地，所述的增韧剂为丁二醇缩水甘油醚、苯甲醇、苄基缩水甘油醚中的一种或组合。
5.如权利要求1混凝土裂缝用快速修补材料，其特征在于，防沉降剂为纳米二氧化硅。
6.如权利要求1混凝土裂缝用快速修补材料，其特征在于，固化剂的合成过程中，所述的多元胺优选为脂环肪族多元胺；进一步优选为聚醚胺、异氟尔酮二胺、1，3-二氨基甲基环已烷、4,4′-二氨基二环己基甲烷的一种或几种；
环氧化合物选择环氧树脂、环氧丙烷、环氧乙烷、缩水甘油醚稀释剂中的一种或几种。
7.如权利要求6混凝土裂缝用快速修补材料，其特征在于，固化剂的合成过程中，多元胺、环氧化合物、苯甲醇的质量比为55-45：5-15：40；
优选地，反应的温度为40-90℃。
8.如权利要求6混凝土裂缝用快速修补材料，其特征在于，异氰酸酯与反应前的多元胺的重量比为15-40：50；优选为25-35：50。
9.如权利要求6混凝土裂缝用快速修补材料，其特征在于，稀释剂为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、苯甲醇中的一种或组合。
10.如权利要求1～9任一项混凝土裂缝用快速修补材料，其特征在于，按重量份计，甲组分的各成分的含量为：
液体双酚A型环氧树脂 80-90份；
填料 160-250份
增韧剂 10-20份
防沉降剂 0.5-1份。
11.如权利要求1～9任一项混凝土裂缝用快速修补材料，其特征在于，按重量份计，乙组分的各成分的含量为：
固化剂 35-45质量份；优选为40-45质量份；
稀释剂 5-10质量份。
12.如权利要求1～11任一项混凝土裂缝用快速修补材料，其特征在于，甲组分和乙组分的质量比为3～10:1；优选为5～8:1。
13.一种权利要求1～12任一项所述的混凝土裂缝用快速修补材料的应用，其特征在于，将甲组分和乙组分混合，用于混凝土裂缝的修补；
优选地，将甲组分和乙组分混合后的10min内，优选为5min内对裂缝进行修补。
14.如权利要求13所述的混凝土裂缝用快速修补材料的应用，其特征在于，将其用于高铁无砟轨道混凝土裂缝的修补。
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