CN114621644A - 一种暗挖隧道防水材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种暗挖隧道防水材料，包括以下组分：丙烯酸镁单体溶液80‑120份；改性玄武岩纤维6‑10份；聚乙二醇二丙烯酸酯2‑4份；325目轻质碳酸钙2‑8份；1250目煅烧高岭土5‑15份；氧化剂1‑2份；还原剂1‑2份。此外，还公开了暗挖隧道防水材料的制备方法。该暗挖隧道防水材料同时改善了机械强度和不透水性。

Description

一种暗挖隧道防水材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域；涉及一种暗挖隧道防水材料及其制备方法。

背景技术

随着地下工程建设的不断发展，我国已成为世界上隧道工程最多、最复杂、总里程最长的国家。由于工程地质环境复杂，隧道设计和施工难度日趋加大，加上隧道运营管理不到位，隧道普遍存在渗漏水、衬砌结构开裂、围岩破损等现象。大量地下水沿着陷部位汇集至隧道衬砌周围，增大了衬砌和围岩之间的水压，提升了衬砌裂损的风险；并且导致隧道缺陷程度进一步加重，影响隧道结构及围岩的稳定性，造成隧道渗漏水几率大大提高。同时，隧道围岩周围地下水的可能导致隧道内的机电设备受到严重的腐蚀，引起电线短路等故障，带来极大的安全隐患。此外，公路隧道在运营期间，隧道中渗漏出来的水会使路面湿滑，形成积水，容易降低公路的路面质量，影响交通安全，导致隧道行车效率的降低。

目前国内外隧道防水技术“防、截、排、堵相结合，因地制宜，综合治理”和坚持“多道设防，多种材料复合使用”的原则。其中的“防”，是指衬砌抗渗和衬砌外围防水；“排”，是指衬砌背后空隙及围岩不积水，减少衬砌背后的渗水压力和渗入量；“截”，是指在地下采取导坑、泄水孔、井点降水等截水措施，将水从地面截走，减少地面水下渗；“堵”，采用防水材料堵住渗水裂缝、空隙。

我国目前使用的隧道防水材料主要有：防水卷材，防水板，防水涂料。然而，防水卷材和防水板不能紧贴隧道壁面，且焊缝较多，容易破损等问题。防水涂料主要有聚氨酯防水涂料，聚脲防水材料、聚丙烯酸酯防水材料等。但这些防水涂料大多具有挥发性、易燃性、力学性能差、产生有毒和环保问题，同时在隧道防水系统施工和使用过程中存在安全隐患。

近年来，暗挖隧道丙烯酸盐喷膜防水涂料逐渐得到人们的广泛关注。丙烯酸盐喷膜防水涂料是通过丙烯酸和金属氧化物反应生成的丙烯酸盐聚合而成的防水涂膜，该涂膜是采用喷涂的形式喷涂在初支和二衬之间的防水膜，具有整体性好，施工方便等优点。

中国专利申请公开CN109422516A公开了一种隧道喷膜防水材料，属于隧道工程助剂技术领域。本发明隧道喷膜防水材料，包括主剂、辅剂和填充料，主剂是由以下重量份数的原料组成：80～100份丙烯酸盐单体混合液，30～50份硅酸盐水溶液，8～10份氧化天然橡胶，1～3份乳化剂；辅剂是由过硫酸钾和水按质量比为1：40～1：50混合而成；填充料是由以下重量份数的原料组成：30～50份改性炭化纤维，10～15份球形纳米二氧化硅，8～10份纳米膨胀石墨。所得隧道喷膜防水材料可在隧道混凝土表面形成致密防水层，且防水层力学性能优异，可与隧道基体混凝土形成有机整体，在挤压、拉伸及剪切状态下仍具有良好的耐久性和耐腐蚀性能。

中国专利申请公开CN108587266A公开了一种改性丙烯酸盐喷膜防水材料及其制备方法，以重量份数计，制备该防水材料的原料包括：丙烯酸盐水溶液、水性乳液、氧化剂、还原剂、颜料和助剂，其中，相对于100份的丙烯酸盐水溶液，所述水性乳液为10-100份、氧化剂为0.5-10份、还原剂为0.5-10份、颜料为0-100份、助剂为0-10份，可有效解决丙烯酸盐喷膜防水材料在较低湿度下涂膜易开裂的问题，采用专业设备施工，形成可在较长时间内保持丙烯酸盐喷膜材料的韧性，适用于地铁、城市地下综合管廊、隧道及地下工程等防水工程。

中国专利申请公开CN105315737A公开了一种含有连续玄武岩纤维的丙烯酸镁喷膜防水材料及其制备方法，按重量份包括以下组分：丙烯酸镁单体液100份、沉淀白炭黑325目3～10份、轻质碳酸钙325目5～10份、煅烧高岭土1000目5～10份、玄武岩纤维0.5～8份。该喷膜防水材料能够克服在某些施工环境中所存在的防水材料韧性低，易开裂的现象，有阻裂增韧的作用，以保证防水材料的防水功能。

但现有技术的防水材料所得到的防水喷膜仍然存在机械强度和不透水性不够理想的缺陷。

因此，迫切需要提供一种改善的机械强度和不透水性的暗挖隧道防水材料及其制备方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明目的是提供改善的机械强度和不透水性的暗挖隧道防水材料及其制备方法。

为了实现上述目的，一方面，本发明所采取的技术方案如下：一种暗挖隧道防水材料，其特征在于，包括以下组分：

丙烯酸镁单体溶液 80-120份；

改性玄武岩纤维 6-10份；

聚乙二醇二丙烯酸酯 2-4份；

325目轻质碳酸钙 2-8份；

1250目煅烧高岭土 5-15份；

氧化剂 1-2份；

还原剂 1-2份。

根据本发明所述的暗挖隧道防水材料，其中，所述丙烯酸镁单体溶液的浓度为30-50wt%。

根据本发明所述的暗挖隧道防水材料，其中，所述改性玄武岩纤维选自乙烯基三乙氧基硅烷接枝的玄武岩纤维原料。

根据本发明所述的暗挖隧道防水材料，其中，所述玄武岩纤维原料的性能参数为：直径13μm，长度3mm，拉伸强度2300MPa，断裂伸长率2.5%，弹性模量89.4GPa。

根据本发明所述的暗挖隧道防水材料，其中，所述改性玄武岩纤维的接枝率为3-8wt%。

根据本发明所述的暗挖隧道防水材料，其中，所述改性玄武岩纤维由重量比为1：(0.5-2)的玄武岩纤维原料和乙烯基三乙氧基硅烷在30-60℃和pH=8-11的条件反应得到。

根据本发明所述的暗挖隧道防水材料，其中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯选自PEG400二丙烯酸酯。

根据本发明所述的暗挖隧道防水材料，其中，所述氧化剂选自过硫酸钠；所述还原剂选自亚硫酸氢钠。

根据本发明所述的暗挖隧道防水材料，由以下组分组成：

丙烯酸镁单体溶液 80-120份；

改性玄武岩纤维 6-10份；

PEG400二丙烯酸酯 2-4份；

325目轻质碳酸钙 2-8份；

1250目煅烧高岭土 5-15份；

过硫酸钠 1-2份；

亚硫酸氢钠 1-2份。

另一方面，本发明提供了一种根据本发明所述暗挖隧道防水材料的制备方法，包括如下步骤：

(1) 将配方量的丙烯酸镁单体溶液和改性玄武岩纤维混合均匀；

(2) 将配方量的轻质碳酸钙和煅烧高岭土加入其中，搅拌使其混合均匀；

(3) 将混合料分为两等份，在一份中加入聚乙二醇二丙烯酸酯和氧化剂，在另一份中加入还原剂，得到暗挖隧道防水材料。

与现有技术相比，根据本发明所述的暗挖隧道防水材料同时改善了机械强度和不透水性。不希望局限于任何理论，本发明特定的改性玄武岩纤维和聚乙二醇二丙烯酸酯起到了上述作用。

具体实施方式

必须指出的是，除非上下文另外明确规定，否则如本说明书及所附权利要求中所用，单数形式“一”、“一个/种”和“该/所述”既可包括一个指代物，又可包括多个指代物(即两个以上，包括两个)。

除非另外指明，否则本发明中的数值范围为大约的，并且因此可以包括在所述范围外的值。所述数值范围可在本发明表述为从“约”一个特定值和/或至“约”另一个特定值。当表述这样的范围时，另一个方面包括从所述一个特定值和/或至另一个特定值。相似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应当理解，所述特定值形成另一个方面。还应当理解，数值范围中每一个的端点在与另一个端点的关系中均是重要的并独立于另一个端点。

在说明书和最后的权利要求书中提及组合物或制品中特定元素或组分的重量份是指组合物或制品中该元素或组分与任何其它元素或组分之间以重量份表述的重量关系。

在本发明中，除非具体指出有相反含义，或基于上下文的语境或所属技术领域内惯用方式的暗示，否则本发明中提及的溶液均为水溶液；当水溶液的溶质为液体时，所有分数以及百分比均按体积计，且组分的体积百分比基于包含该组分的组合物或产品的总体积；当水溶液的溶质为固体时，所有分数以及百分比均按重量计，且组分的重量百分比基于包含该组分的组合物或产品的总重量。

本发明中提及的“包含”、“包括”、“具有”以及类似术语并不意欲排除任何可选组分、步骤或程序的存在，而无论是否具体公开任何可选组分、步骤或程序。为了避免任何疑问，除非存在相反陈述，否则通过使用术语“包含”要求的所有方法可以包括一个或多个额外步骤、设备零件或组成部分以及/或物质。相比之下，术语“由……组成”排除未具体叙述或列举的任何组分、步骤或程序。除非另外说明，否则术语“或”是指单独以及以任何组合形式列举的成员。

此外，本发明中任何所参考的专利文献或非专利文献的内容都以其全文引用的方式并入本发明，尤其关于所属领域中公开的定义(在并未与本发明具体提供的任何定义不一致的情况下)和常识。

在本发明中，除非另外指明，否则份数均为重量份，温度均以℃表示或处于环境温度下，并且压力为大气压或接近大气压。室温表示20-30℃。存在反应条件(例如组分浓度、所需的溶剂、溶剂混合物、温度、压力和其它反应范围)以及可用于优化通过所述方法得到的产物纯度和收率的条件的多种变型形式和组合。将只需要合理的常规实验来优化此类方法条件。

合成例

将2份玄武岩纤维（直径13μm，长度3mm，拉伸强度2300MPa，断裂伸长率2.5%，弹性模量89.4GPa）分散于50份无水乙醇中，超声使其分散均匀，使用NH₃·H₂O调节pH=9.5，得到玄武岩纤维分散液。将2份乙烯基三乙氧基硅烷溶解于50份无水乙醇中，使用NH₃·H₂O调节pH=9.5；在45℃条件下反应8h。在保温条件下，将玄武岩纤维分散液加入其中，搅拌条件下继续反应4h。离心，倒掉上清液；使用无水乙醇洗涤沉淀2次，真空干燥，得到改性玄武岩纤维。改性玄武岩纤维的接枝率为5.38wt%。改性前后，FT-IR图谱上显示出改性玄武岩纤维在3060cm^-1、2950cm^-1、1600cm^-1、1420cm^-1等处的吸收峰表明改性成功。

实施例1

一种暗挖隧道防水材料，由以下组分组成：

45wt%丙烯酸镁单体溶液 100份；

改性玄武岩纤维 8份；

PEG400二丙烯酸酯 3份；

325目轻质碳酸钙 5份；

1250目煅烧高岭土 10份；

过硫酸钠 1.5份；

亚硫酸氢钠 1.5份。

一种暗挖隧道防水材料的制备方法，包括如下步骤：

(1) 将配方量的45wt%丙烯酸镁单体溶液和改性玄武岩纤维混合均匀；

(2) 将配方量的轻质碳酸钙和煅烧高岭土加入其中，搅拌使其混合均匀；

(3) 将混合料分为两等份，在一份中加入PEG400二丙烯酸酯和过硫酸钠，在另一份中加入亚硫酸氢钠，得到暗挖隧道防水材料。

应用实施例1

使用双组份喷浆设备，在20MPa压强下同步进行实施例1的暗挖隧道防水材料的混合和喷涂，喷射到初支混凝土表面，防水涂层迅速交联固化，得到防水涂膜。

应用比较例1

使用合成例1的未改性的玄武岩纤维替换改性玄武岩纤维，其余同应用实施例1。

应用比较例2

不加入PEG400二丙烯酸酯，其余同应用实施例1。

机械强度测试

将防水涂膜剪成长度为25mm的I型哑铃状试件，划好平行标线（间距25mm），用厚度仪测量试件的标线中间和两端三点的厚度D，计算出的平均值作为试样的厚度。将拉伸试验机的夹具距离调整到70mm左右，将试件夹在试验机上，使试件长度方向的中线与试验机夹具中心保持一致，按照500mm/min的速度进行拉伸至断裂，记录在试件断裂时的最大荷载P，断裂时标线间距离L₁。按照国家标准GB/T 16777-2008记载的公式计算拉伸强度和断裂伸长率。

不透水性测试

不透水性按照国家标准GB/T 16777-2008进行测试，记录相关结果。

结果参见表1。

表1

应用例	拉伸强度（MPa）	断裂伸长率（%）	不透水性
				实施例1	4.96	528	0.5MPa/120min
比较例1	3.15	360	0.4MPa/120min
				比较例2	4.07	432	0.5MPa/60min

由表1可以看出，与应用比较例1-2相比，本申请应用实施例1的双液暗挖隧道防水材料所得防水涂膜不仅机械强度更好，而且不透水性更优。

此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明的技术方案作出各种改动、替换、删减、修正或调整，这些等价技术方案同样落于本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种暗挖隧道防水材料，其特征在于，包括以下组分：

丙烯酸镁单体溶液 80-120份；

改性玄武岩纤维 6-10份；

聚乙二醇二丙烯酸酯 2-4份；

325目轻质碳酸钙 2-8份；

1250目煅烧高岭土 5-15份；

氧化剂 1-2份；

还原剂 1-2份。

2.根据权利要求1所述的暗挖隧道防水材料，其中，所述丙烯酸镁单体溶液的浓度为30-50wt%。

3.根据权利要求1所述的暗挖隧道防水材料，其中，所述改性玄武岩纤维选自乙烯基三乙氧基硅烷接枝的玄武岩纤维原料。

4.根据权利要求3所述的暗挖隧道防水材料，其中，所述玄武岩纤维原料的性能参数为：直径13μm，长度3mm，拉伸强度2300MPa，断裂伸长率2.5%，弹性模量89.4GPa。

5.根据权利要求1所述的暗挖隧道防水材料，其中，所述改性玄武岩纤维的接枝率为3-8wt%。

6.根据权利要求3所述的暗挖隧道防水材料，其中，所述改性玄武岩纤维由重量比为1：(0.5-2)的玄武岩纤维原料和乙烯基三乙氧基硅烷在30-60℃和pH=8-11的条件反应得到。

7.根据权利要求1所述的暗挖隧道防水材料，其中，所述聚乙二醇二丙烯酸酯选自PEG400二丙烯酸酯。

8.根据权利要求1所述的暗挖隧道防水材料，其中，所述氧化剂选自过硫酸钠；所述还原剂选自亚硫酸氢钠。

9.根据权利要求1-8任一项所述的暗挖隧道防水材料，由以下组分组成：

丙烯酸镁单体溶液 80-120份；

改性玄武岩纤维 6-10份；

PEG400二丙烯酸酯 2-4份；

325目轻质碳酸钙 2-8份；

1250目煅烧高岭土 5-15份；

过硫酸钠 1-2份；

亚硫酸氢钠 1-2份。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述暗挖隧道防水材料的制备方法，包括如下步骤：

(1) 将配方量的丙烯酸镁单体溶液和改性玄武岩纤维混合均匀；

(2) 将配方量的轻质碳酸钙和煅烧高岭土加入其中，搅拌使其混合均匀；

(3) 将混合料分为两等份，在一份中加入聚乙二醇二丙烯酸酯和氧化剂，在另一份中加入还原剂，得到暗挖隧道防水材料。