CN115612024B - 一种混凝土注浆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种混凝土注浆材料，由丙烯酸盐单体溶液和乙烯‑醋酸乙烯共聚物乳液混合得到A液和B液；A液加入聚乙二醇二丙烯酸酯，聚乙二醇单烯丙基醚，还原剂和改性二氧化硅；B液加入氧化剂和水。此外，还公开了上述混凝土注浆材料的制备方法。与现有技术相比，本发明的丙烯酸盐注浆材料抗压强度和拉伸性能更好。

Description

一种混凝土注浆材料及其制备方法

技术领域

本发明属于土木工程注浆材料技术领域；涉及一种混凝土注浆材料及其制备方法。

背景技术

在各类混凝土建筑工程中，各种裂缝普遍存在，导致混凝土强度降低。在地下工程中，裂缝存在导致渗漏水长期存在，进而导致混凝土工程的使用寿命减少。因此治理渗漏水就成了一个特别重要的问题。除了物理加固以外，化学注浆也被广泛用于治理渗漏水。这种技术能够有效治理混凝土结构裂缝、变形缝渗而产生的结构渗水、漏水、泅水等问题，同时能够有效适应结构一定程度的变形。

化学注浆技术的关键在于将具有自凝固能力的防水材料配置成浆液通过压力注浆方式的注入到渗漏水通道内，凝胶或固化物将阻断渗水通道。最为常用的混凝土注浆材料是丙烯酸盐。丙烯酸盐溶液的表面张力低于水的的表面张力，与土粒润湿程度更为容易；而且还能与土粒起反应，进一步提高固结强度。

丙烯酸盐混凝土注浆材料是双组分或多组分的均质液体材料。它是以丙烯酸盐单体水溶液为主剂，加入适量氧化剂、还原剂、交联剂和填料制成的一种混凝土注浆材料。它具有粘度低、可注入细微裂缝、凝胶时间可控、凝胶体伸缩性可根据实际工程现状控制，渗透系数低和抗挤压能力强，抗压强度高，耐腐蚀性强，稳定性好等优点。最突出的优点是丙烯酸盐溶液毒性非常小，凝胶体实际上无毒，是目前最好的混凝土注浆材料之一。

中国专利CN108299599B公开了一种丙烯酸盐水溶液灌浆材料及其制备方法，该灌浆材料包括：A组份和B组份；其中，以重量份数计，所述A组份包括：丙烯酸盐水溶液60-90份，交联剂5-40份和促进剂0.5-10份；以重量份数计，所述B组份包括：水0-50份，水性高分子乳液50-100份和引发剂0.5-5份。丙烯酸盐水溶液灌浆材料具有注浆粘度低，强度高，干燥环境收缩率低等特点，显著提高堵漏风险。

中国专利申请CN114605859A提供了一种耐水、耐高温材料及其制备方法，先将丙烯酸镁水溶液、经循环冻融处理的改性聚乙烯醇水溶液混合均匀，得到预混料，然后将预混料平均分为两份，即预混料A和预混料B，接着分别向预混料A和预混料B加入过硫酸铵和亚硫酸钠，得到A剂和B剂，即得。在使用时，将A剂和B剂通过喷枪同时喷出，进行混合喷涂即可，过硫酸铵与亚硫酸钠迅速反应，促进丙烯酸镁聚合，在聚合过程中改性聚乙烯醇穿插其中，大大改善了成膜性能，具有良好的耐水性能和耐高温效果。

然而，现有技术的混凝土注浆材料仍然存在固砂体抗压强度和拉伸性能不能令人满意的缺陷。

发明内容

本发明目的是提供一种抗压强度和拉伸性能更好的丙烯酸盐混凝土注浆材料及其制备方法。

为了实现上述目的，一方面，本发明所采取的技术方案如下：一种混凝土注浆材料，由100重量份的丙烯酸盐单体溶液和10-30重量份的乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液混合均匀，等质量分为2份，分别作为A液和B液；其中，基于A液或B液的质量，A液加入1-3wt%的聚乙二醇二丙烯酸酯，0.5-1.5wt%的聚乙二醇单烯丙基醚，0.5-1.5wt%的还原剂和2-8wt%的改性二氧化硅；B液加入1-5wt%的氧化剂和3-9wt%水。

其中，丙烯酸盐单体溶液由丙烯酸单体与金属氧化物和/或金属氢氧化物通过中和反应制得。金属，包括但不限于，钠、钾、镁、钙、铜。优选地，金属选自镁和/或钙。

在一个实施方式中，丙烯酸盐单体溶液选自丙烯酸镁单体溶液。丙烯酸镁由丙烯酸单体与氢氧化镁按照摩尔比约2:1通过中和反应制得。

有利地，丙烯酸盐单体溶液的固含量为20-40wt%，优选为25-35wt%。

根据需要，针对不同的固含量，通过在水中加入不同比例的丙烯酸与金属氧化物和/或金属氢氧化物中和反应制得。

在前述丙烯酸镁的实例中，对于30wt%的固含量，在100份水中加入40.9份丙烯酸和16.55份氢氧化镁中和反应制得。

丙烯酸盐单体溶液的固含量过高，容易导致丙烯酸盐自聚或者从溶液中析出沉淀；丙烯酸盐单体溶液的固含量过低，所得混凝土注浆材料的抗压强度难以满足要求。

EVA乳液的化学名称为乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液。EVA乳液的固含量为40-70wt%，优选为50-60wt%；乙烯含量为12-20%，优选为14-18%。

EVA乳液的固含量过高，容易导致混凝土注浆材料的拉伸性能不能令人满意；EVA乳液的固含量过低，所得混凝土注浆材料的抗压强度较差。

在一个具体实施方式中，EVA乳液的固含量为54.5wt%；乙烯含量为16%。这种EVA乳液来自湖北鑫润德化工有限公司，商品名为BJ-707。

聚乙二醇二丙烯酸酯PEGDA的平均分子量M_w为200-1000道尔顿，优选为400-800道尔顿。PEGDA作为交联剂，主要在聚丙烯酸镁线型分子之间起到架桥作用，使得多个聚丙烯酸盐线型分子互相键合，交联成网状结构。

在一个具体实施方式中，聚乙二醇二丙烯酸酯PEGDA的平均分子量M_w=600道尔顿。

亚硫酸盐和过硫酸盐分别作为水溶性还原剂和氧化剂，均可溶于丙烯酸盐单体溶液中，在单体溶液中均匀分布，无毒，不危害健康，不对环境产生负面影响。

八缩水甘油醚氧丙基笼形聚倍半硅氧烷（POSS）改性二氧化硅通过将八缩水甘油醚氧丙基POSS与二氧化硅在水中搅拌均匀，再经高压匀质和真空干燥得到。

八缩水甘油醚氧丙基POSS的CAS物质号为68611-45-0，化学结构式如下所示：

八缩水甘油醚氧丙基POSS与二氧化硅按照重量比1：(8-10)搅拌均匀。高压匀质的工艺条件为8-12MPa和10-60min。

在一个具体实施方式中，八缩水甘油醚氧丙基POSS与二氧化硅按照重量比1：9搅拌均匀。高压匀质的工艺条件为10MPa和25min。

二氧化硅的平均粒径为1-3μm，优选为1.5-2.5μm。

在一个具体实施方式中，二氧化硅的平均粒径为2μm。

另一方面，本发明还提供了一种根据本发明所述的混凝土注浆材料的制备方法，包括如下步骤：由丙烯酸盐单体溶液和乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液混合得到A液和B液；A液加入聚乙二醇二丙烯酸酯，聚乙二醇单烯丙基醚，还原剂和改性二氧化硅；B液加入氧化剂和水。

与现有技术相比，本发明的丙烯酸盐混凝土注浆材料抗压强度和拉伸性能更好。

不希望局限于任何理论，本发明的混凝土注浆材料中特定改性二氧化硅和乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液起到了关键作用。

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。

在本发明中，八缩水甘油醚氧丙基POSS改性二氧化硅的制备方法如下：八缩水甘油醚氧丙基POSS与二氧化硅（平均粒径为2μm）按照重量比1：9在水中搅拌均匀，再经高压匀质，和真空干燥得到。高压匀质的工艺条件为10MPa和25min。产品IR图谱在3400cm^-1、1630cm^-1、1421cm^-1、1070 cm^-1、812cm^-1和495cm^-1具有特征吸收峰。

实施例1

将100重量份的丙烯酸镁单体溶液（固含量为30wt%）和20重量份的BJ-707 EVA乳液混合均匀，等质量分为2份，分别作为A液和B液。A液加入2wt%的聚乙二醇二丙烯酸酯PEGDA（平均分子量M_w=600道尔顿），1wt%聚乙二醇单烯丙基醚（APEG 2400）（平均分子量M_w=2400道尔顿），1wt%的亚硫酸铵和5wt%的八缩水甘油醚氧丙基POSS改性二氧化硅。B液加入3wt%的过硫酸钠和6wt%水。

比较例1

将100重量份的丙烯酸镁单体溶液（固含量为30wt%）和20重量份的BJ-707 EVA乳液混合均匀，等质量分为2份，分别作为A液和B液。A液加入2wt%的聚乙二醇二丙烯酸酯PEGDA（平均分子量M_w=600道尔顿），1wt%聚乙二醇单烯丙基醚（APEG 2400），1wt%的亚硫酸铵和5wt%的二氧化硅。B液加入3wt%的过硫酸钠和6wt%水。

比较例2

将100重量份的丙烯酸镁单体溶液（固含量为30wt%）和20重量份的BJ-707 EVA乳液混合均匀，等质量分为2份，分别作为A液和B液。A液加入2wt%的聚乙二醇二丙烯酸酯PEGDA（平均分子量M_w=600道尔顿），1wt%聚乙二醇单烯丙基醚（APEG 2400），1wt%的亚硫酸铵和4.5wt%的二氧化硅。B液加入3wt%的过硫酸钠、0.5wt%的八缩水甘油醚氧丙基POSS和6wt%水。

在使用前，将实施例1和比较例1-2的混凝土注浆材料混合。

拉伸性能测试：按照《聚合物乳液建筑防水涂料》（JC/T 864-2008）和《建筑物防水涂料测试方法》（GB/T 16777-2008）的要求，在温度23℃和相对湿度50%的环境中养护24h，使用《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》（GB/T 528-2009）标准进行测试，主要比较拉伸强度、拉伸延伸率两个指标，拉伸速率为200mm/min。

固砂体抗压强度测试：在Φ40mm×h100mm的圆柱形模具中装入标准砂，装完标准砂后，将混合后的溶液缓慢倒入已经装满标准砂的模具中，使溶液充分填满砂子孔隙中，待表面泛浆后，沿试模边缘抹平表面，然后将表面用保鲜膜覆盖养护24h，将保鲜膜拆开并将试样取出，对其进行抗压强度测定。在测定抗压强度之前将形成的固砂体用保鲜膜包裹养护，并在拆模后4h内完成抗压强度的测定。

结果参见表1。

由表1可以看出，与比较例1-2相比，本申请实施例1的丙烯酸盐混凝土注浆材料抗压强度和拉伸性能更好。

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 (9)

1.一种混凝土注浆材料，由100重量份的丙烯酸盐单体溶液和10-30重量份的乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液混合均匀，等质量分为2份，分别作为A液和B液；其特征在于，基于A液或B液的质量，A液加入1-3wt%的聚乙二醇二丙烯酸酯，0.5-1.5wt%的聚乙二醇单烯丙基醚，0.5-1.5wt%的还原剂和2-8wt%的改性二氧化硅；B液加入1-5wt%的氧化剂和3-9wt%水；

其中，所述改性二氧化硅选自八缩水甘油醚氧丙基POSS改性二氧化硅。

2.根据权利要求1所述的混凝土注浆材料，其特征在于，所述丙烯酸盐单体溶液选自丙烯酸镁单体溶液。

3.根据权利要求1所述的混凝土注浆材料，其特征在于，所述丙烯酸盐单体溶液的固含量为20-40wt%。

4.根据权利要求1所述的混凝土注浆材料，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液的固含量为40-70wt%。

5.根据权利要求1所述的混凝土注浆材料，其特征在于，所述聚乙二醇二丙烯酸酯的平均分子量M_w为200-1000道尔顿。

6.根据权利要求1所述的混凝土注浆材料，其特征在于，所述改性二氧化硅通过将八缩水甘油醚氧丙基POSS与二氧化硅在水中搅拌均匀，再经高压匀质和真空干燥得到。

7.根据权利要求6所述的混凝土注浆材料，其特征在于，八缩水甘油醚氧丙基POSS与二氧化硅按照重量比1：(8-10)搅拌均匀；和/或，高压匀质的工艺条件为8-12MPa和10-60min。

8.根据权利要求1所述的混凝土注浆材料，其特征在于，所述二氧化硅的平均粒径为1-3μm。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的混凝土注浆材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：由丙烯酸盐单体溶液和乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液混合得到A液和B液；A液加入聚乙二醇二丙烯酸酯，聚乙二醇单烯丙基醚，还原剂和改性二氧化硅；B液加入氧化剂和水。