CN117384477A - 适用于动水快速堵漏的水工隧洞伸缩缝灌浆材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及灌浆材料技术领域，具体提供了适用于动水快速堵漏的水工隧洞伸缩缝灌浆材料及其制备方法。其中，所述灌浆材料包括重量比为1:0.4‑2.5的水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料；其中，所述水性聚氨酯灌浆料10s黏度大于等于5000mPa·s；灌浆材料2min抗压强度不小于1MPa、膨胀率不小于300％。本申请提供的灌浆材料既具有很强的亲水性，能够与水反应形成具有较佳柔弹性的固结体，同时形成的固结体又具有较高的强度，适用于高水压环境下水工隧洞伸缩缝的灌浆堵漏。

Description

适用于动水快速堵漏的水工隧洞伸缩缝灌浆材料及其制备 方法

技术领域

本发明涉及灌浆材料技术领域，尤其涉及适用于动水快速堵漏的水工隧洞伸缩缝灌浆材料及其制备方法。

背景技术

水工隧洞是一种专门用于通过水体或潜水路段的隧道结构，其主要目的是在地下或水下环境中，提供一个安全、稳定、连续的通道，以便将水流引导、输送或控制到目标位置。例如，用于引水的水工隧洞将水从水库输送到发电厂以发电，或将水从水源引入城市供水系统。在排水系统中，水工隧洞可以用于污水和雨水的集中排放。此外，水工隧洞还可用于建设海底隧道、海底隧道桥和地铁隧道等项目。

在水工隧洞的设计和建设中，伸缩缝是为了应对隧洞结构受到温度变化、地震或地表沉降等因素产生的收缩、膨胀或位移而设置的。伸缩缝可以减少结构应力的集中和破坏，从而保证隧洞的安全性和稳定性。在水工隧洞伸缩缝施工过程中，由于水的存在，需要采取措施来防止水流对施工造成干扰，同时保证隧洞的结构安全和防止水渗透。动水快速堵漏就是一种常用的方法，动水快速堵漏指的是在水工隧洞施工中，通过使用特殊的材料或方法，在水流存在的条件下进行固化处理，以实现隧洞结构的稳定和防水效果。

目前水工隧洞伸缩缝动水快速堵漏施工中，聚氨酯材料是应用种类最多、用量最大的一类灌浆材料，聚氨酯灌浆材料按照特性可以分为两种：水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料。其中，水性聚氨酯灌浆材料能够自乳化于水并可与水一起迅速胶凝形成柔弹性的聚氨酯固结体，达到以水止水的目，又因其包水量大，渗透半径大，适合动水地层水工隧洞伸缩缝的防渗堵漏，但因水性聚氨酯灌浆材料的抗压强度较低，不适合高水压环境下的灌浆堵漏。而油性聚氨酯灌浆材料不具有亲水性，遇水后发泡所形成的固结体强度大，防渗透性好，适用于加固地基、防护林水堵漏兼备的工程。但油性聚氨酯化学灌浆材料形成的固结体弹性小，而且在低温的动水条件下施工容易流失，造成施工困难。

发明内容

为了解决上述的问题，本申请的实施例中提供了适用于动水快速堵漏的水工隧洞伸缩缝灌浆材料及其制备方法，本申请提供的灌浆材料既具有很强的亲水性，能够与水反应形成具有较佳柔弹性的固结体，同时形成的固结体又具有较高的强度，适用于高水压环境下水工隧洞伸缩缝的灌浆堵漏。

为此，本申请的实施例中采用如下技术方案：

第一方面，本申请提供适用于动水快速堵漏的水工隧洞伸缩缝灌浆材料，包括重量比为1:0.4-2.5的水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料；其中，所述水性聚氨酯灌浆料10s黏度大于等于5000mPa·s；灌浆材料2min抗压强度不小于1MPa、膨胀率不小于300％。

在该实施方式中，本申请的灌浆材料采用重量比为1:0.4-2.5的水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料混合而成，水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料都具有独特的特性。水性聚氨酯灌浆料具有很强的亲水性，能够与水反应形成柔弹性固结体。油性聚氨酯灌浆料则具有较高的强度。通过将两种材料混合使用以对制备的灌浆材料进行改性，可以充分发挥水性聚氨酯灌浆料的亲水性和油性聚氨酯灌浆料的高强度特性，达到综合性能的最佳效果。同时，选择10s黏度大于等于5000mPa·s的水性聚氨酯灌浆料，并通过调整水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料之间的配比，使得灌浆材料2min抗压强度不小于1MPa、膨胀率不小于300％，以便能够充分发挥水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料的优点，使得本申请提供的灌浆材料既具有很强的亲水性，能够与水反应形成具有较佳柔弹性的固结体，同时形成的固结体又具有较高的强度，适用于高水压环境下水工隧洞伸缩缝的灌浆堵漏。

作为一个可以实现的实施方式，所述水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料的重量比为1:0.75-1.5。

在一些具体的实施方式中，所述性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料的重量比还可以为1:0.5-1.5、1:0.5-1、1:0.5-0.75、1:0.75-1、1:0.75-2、1:1-1.5、1:1-2、1:1.5-2。

作为一个可以实现的实施方式，所述性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料的重量比为1:1。

在一个具体的实施方式中，所述性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料的重量比还可以为1：0.5、1：0.75、1:1.5、1:2。

在该实施方式中，申请人经过探究，采用上述配比的水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料制备的灌浆材料，能够充分发挥出水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料的优势。油性聚氨酯灌浆料的比例含量超过2.5可能导致灌浆材料具有过强的抗水压能力，但在渗透性和填充性能方面可能会受到一定的影响，使得细小裂缝和孔隙无法得到良好的填充，而且过高含量的油性聚氨酯灌浆料也会增加凝固时间，对于具有低温动水条件下的伸缩缝，无法很快的进行堵漏固化。油性聚氨酯灌浆料配比含量低于0.4时，则可能导致抗水压能力不足，不能有效封堵高水压环境下水工隧洞伸缩缝。

作为一个可以实现的实施方式，所述水性聚氨酯灌浆料包括以下重量份的原料：聚丁二醇(PTMG)100份、甲苯二异氰酸酯(TDI)100份-120份、稀释剂20份-40份、增韧剂1份-5份、催化剂0.1份-0.2份。

在该实施方式中，水性聚氨酯灌浆料中各组分的作用相互配合，聚丁二醇提供基体的柔韧性，甲苯二异氰酸酯进行聚合反应形成网络结构，稀释剂调节粘度，增韧剂提高韧性，催化剂促进反应进行。这些组分的协同作用使得水性聚氨酯灌浆料具有良好的流动性、抗压能力、耐磨性和耐冲击性等优势。

作为一个可以实现的实施方式，所述稀释剂为混合二元酸二甲酯(DBE)。

在该实施方式中，混合二元酸二甲酯(DBE)可以有效地降低水性聚氨酯灌浆料的粘度，使得材料更易于搅拌和灌注。

作为一个可以实现的实施方式，所述增韧剂为邻苯二甲酸二辛酯(DOP)。

在该实施方式中，DOP作为增韧剂可以增加水性聚氨酯灌浆料的柔韧性和延展性，它能够在聚氨酯中形成可移动的链段，从而增加材料的弯曲性和抗冲击性。而且，DOP可以还可以改善水性聚氨酯灌浆料与基材之间的黏附性能，它通过提供良好的相容性和表面张力来增强涂层或灌浆料与基材的结合力，有助于提高粘接强度和耐久性。同时，DOP作为增韧剂可以提高水性聚氨酯灌浆料的耐寒性，它能够保持高柔性和韧性，在低温环境下不易变脆或失去性能，适用于寒冷地区或低温应用场景。

作为一个可以实现的实施方式，所述催化剂为双吗啉基二乙基醚(DMDEE)。

在该实施方式中，DMDEE是一种高效的催化剂，可以促进水性聚氨酯灌浆料中的反应速率，它能够加速异氰酸酯和聚醚之间的反应，使体系在较短的时间内达到所需的固化程度。

作为一个可以实现的实施方式，所述水性聚氨酯灌浆料中的异氰酸酯基(NCO)含量为5.5％-6.5％。

在该实施方式中，甲苯二异氰酸酯(TDI)中的异氰酸酯基(NCO)含量为5.5％-6.5％具有反应性能良好、粘度调节能力强和力学性能平衡等优势，有利于水性聚氨酯灌浆料的制备和性能调控。具体的，甲苯二异氰酸酯是聚氨酯制备中常用的异氰酸酯类原料，其中的异氰酸酯基(NCO)是与其他反应物(如聚醚、聚酯等)反应的活性部分。适中的NCO含量可以提供较高的反应活性，有利于聚合物的形成和固化过程，缩短生产周期。同时，NCO含量的增加会导致甲苯二异氰酸酯的粘度增加。而在某些应用情况下，需要调节水性聚氨酯灌浆料的粘度和施工性能。通过控制NCO含量在5.5％-6.5％之间，可以使得甲苯二异氰酸酯的粘度适中，便于施工操作。适中的NCO含量可实现聚氨酯材料的力学性能平衡。过高的NCO含量可能导致聚氨酯硬度过高，脆性增加；而过低的NCO含量则可能导致聚氨酯的强度和刚度降低。在5.5％-6.5％的范围内选择合适的NCO含量，可以获得较好的力学性能，同时满足使用要求。

作为一个可以实现的实施方式，所述油性聚氨酯灌浆料由组分A、B构成；其中，

A组分按重量份数构成为：聚醚多元醇1000(PPG1000)100份、三乙醇胺(TEA)4-10份、混合二元酸二甲酯(DBE)5-20份；

B组成为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)80-120份。

在该实施方式中，A组分中的聚醚多元醇(PPG1000)作为主要的聚合物基体，负责提供聚氨酯灌浆料的强度、弹性和柔韧性。PPG1000具有良好的耐热性和耐化学品性能，可增加灌浆材料的耐久性。三乙醇胺(TEA)作为交联剂，促进聚氨酯的反应和固化过程。TEA可以与异氰酸酯发生反应生成尿素结构，从而实现固化和交联，提高聚氨酯的机械性能和化学稳定性。混合二元酸二甲酯(DBE)作为稀释剂，调节聚氨酯灌浆料的粘度和流动性，便于施工过程中的灌浆操作。B组分中的多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)作为异氰酸酯类原料，与A组分中的聚醚多元醇反应形成聚氨酯聚合物。PAPI具有多个异氰酸酯基团，可以与聚醚多元醇中的羟基反应生成封闭环节，从而实现聚氨酯的固化和交联，形成坚固耐用的灌浆材料。总之，油性聚氨酯灌浆料中的A组分提供了基体聚合物、催化剂和稀释剂，其中聚醚多元醇提供强度和柔韧性，三乙醇胺促进反应和固化，混合二元酸二甲酯调节粘度和流动性。B组分中的多亚甲基多苯基多异氰酸酯是聚醚多元醇的反应物，通过反应与聚醚多元醇形成聚氨酯聚合物，实现灌浆材料的固化和交联。这些组分的协同作用使得油性聚氨酯灌浆料具备优异的力学性能、良好的止水效果以及较佳的柔弹性。

第二方面，本申请提供适用于动水快速堵漏的水工隧洞伸缩缝灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、水性聚氨酯灌浆料的制备：

(1)、按照原料所需配比，将聚丁二醇(PTMG)100份加入装有搅拌器、温度计的500ml三口烧瓶中加热并抽真空，在110～120℃、真空条件下脱水3h，然后冷却至50℃以下，得到脱水后的聚丁二醇并放入干燥的容器内密闭保存备用；

(2)、在干燥的三口瓶中加入脱水后的聚丁二醇，并加入1份-5份邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，开动搅拌，升温到50℃，开始缓慢地滴加计量的甲苯二异氰酸酯(TDI)100份-120份，使滴加在30min内完成，滴加完毕，搅拌均匀，得到聚氨酯预聚体；

(3)、然后降温至40℃左右，加入20份-40份的混合二元酸二甲酯(DBE)将聚氨酯预聚体稀释至适当粘度，继续搅拌30min左右出料后再加入催化剂0.1份-0.2份，即完成水性聚氨酯灌浆料的配制；

步骤二、油性聚氨酯灌浆料的制备：按重量份数将聚醚多元醇1000(PPG1000)100份、三乙醇胺(TEA)4-10份和多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)80-120份依次加入三口烧瓶中，在搅拌下加热至75-85℃，反应2-3小时，降温至60℃以下，加入混合二元酸二甲酯(DBE)5-20份、搅拌0.5-1小时出料即得油性聚氨酯灌浆料；

步骤三、将水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料混合均匀即得水工隧洞伸缩缝灌浆材料。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

较强的亲水性：水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料的特定混合配比，选择10s黏度大于等于5000mPa·s的水性聚氨酯灌浆料，使得灌注材料在水中能够自乳化并形成柔弹性的固结体。这种亲水性能够有效地封堵水工隧洞伸缩缝，阻止水的渗漏。

高强度：灌浆材料具有较高的强度，适用于高水压环境下的水工隧洞伸缩缝灌浆堵漏。它能够有效填充细小裂缝和孔隙，提供持久的封堵效果。

良好的流动性：水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料的配比和组分选择使得灌注材料具备良好的流动性，便于施工操作和灌注过程。

耐久性和耐磨性：灌注材料采用的组分具有耐热性、耐化学品性能，能够提高材料的耐久性和抗磨性，延长使用寿命。

良好的止水效果：灌注材料能够有效封堵高水压环境下的水工隧洞伸缩缝，防止水的渗漏和漏水导致的问题。

附图说明

图1示出了本申请实施例中PTMG型预聚体的合成；

图2示出了某水库导流兼泄洪冲砂洞的无压段的伸缩缝漏水状态图；

图3示出了某水库导流兼泄洪冲砂洞的无压段的侧墙产生漏水状态图；

图4为某水库导流兼泄洪冲砂洞的无压段的裂缝渗水结冰示意图；

图5示出了采用本申请实施例中制备的灌浆材料修复伸缩缝的过程示意图；

图6为伸缩缝修复完成后的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

予以特别说明的是：除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的实验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；以下实施例中所用的原材料、仪器和设备等，均可通过市场购买获得或者可通过现有方法获得；所述实验试剂用量，如无特殊说明，均为常规实验操作中试剂用量；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1

一种适用于动水快速堵漏的水工隧洞伸缩缝灌浆材料，包括重量比为1:0.5的水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料。按重量份计，水性聚氨酯灌浆料包括以下重量份的原料：聚丁二醇(PTMG)100份、甲苯二异氰酸酯(TDI)100份、混合二元酸二甲酯(DBE)20份、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)1份、双吗啉基二乙基醚(DMDEE)0.1份。且水性聚氨酯灌浆料中的异氰酸酯基(NCO)含量为5.5％。油性聚氨酯灌浆料由组分A、B构成；其中，A组分按重量份数构成为：聚醚多元醇1000(PPG1000)100份、三乙醇胺(TEA)4份、混合二元酸二甲酯(DBE)5份；B组成为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)80份。

上述灌浆材料采用以下方法制备：

步骤一、水性聚氨酯灌浆料的制备：

(1)、按照原料所需配比，将聚丁二醇(PTMG)100份加入装有搅拌器、温度计的500ml三口烧瓶中加热并抽真空，在115℃、真空条件下脱水3h，然后冷却至50℃以下，得到脱水后的聚丁二醇并放入干燥的容器内密闭保存备用；

(2)、在干燥的三口瓶中加入脱水后的聚丁二醇，并加入1份邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，开动搅拌，升温到50℃，开始缓慢地滴加计量的甲苯二异氰酸酯(TDI)100份，使滴加在30min内完成，滴加完毕，搅拌均匀，得到聚氨酯预聚体(见图1)；

(3)、然后降温至40℃左右，加入20份的混合二元酸二甲酯(DBE)将聚氨酯预聚体稀释至适当粘度，继续搅拌30min左右出料后再加入双吗啉基二乙基醚(DMDEE)0.1份，即完成水性聚氨酯灌浆料的配制；

步骤二、油性聚氨酯灌浆料的制备：按重量份数将聚醚多元醇1000(PPG1000)100份、三乙醇胺(TEA)4份和多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)80份依次加入三口烧瓶中，在搅拌下加热至80℃，反应2.5小时，降温至60℃以下，加入混合二元酸二甲酯(DBE)5份、搅拌1小时出料即得油性聚氨酯灌浆料；

步骤三、将水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料混合均匀即得水工隧洞伸缩缝灌浆材料。

实施例2

一种适用于动水快速堵漏的水工隧洞伸缩缝灌浆材料，包括重量比为1:0.5的水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料。按重量份计，水性聚氨酯灌浆料包括以下重量份的原料：聚丁二醇(PTMG)100份、甲苯二异氰酸酯(TDI)110份、混合二元酸二甲酯(DBE)30份、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)3份、双吗啉基二乙基醚(DMDEE)0.2份。且水性聚氨酯灌浆料中的异氰酸酯基(NCO)含量为6.0％。油性聚氨酯灌浆料由组分A、B构成；其中，A组分按重量份数构成为：聚醚多元醇1000(PPG000)100份、三乙醇胺(TEA)7份、混合二元酸二甲酯(DBE)13份；B组成为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)100份。

上述灌浆材料采用以下方法制备：

步骤一、水性聚氨酯灌浆料的制备：

(1)、按照原料所需配比，将聚丁二醇(PTMG)100份加入装有搅拌器、温度计的500ml三口烧瓶中加热并抽真空，在115℃、真空条件下脱水3h，然后冷却至50℃以下，得到脱水后的聚丁二醇并放入干燥的容器内密闭保存备用；

(2)、在干燥的三口瓶中加入脱水后的聚丁二醇，并加入3份邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，开动搅拌，升温到50℃，开始缓慢地滴加计量的甲苯二异氰酸酯(TDI)110份，使滴加在30min内完成，滴加完毕，搅拌均匀，得到聚氨酯预聚体；

(3)、然后降温至40℃左右，加入30份的混合二元酸二甲酯(DBE)将聚氨酯预聚体稀释至适当粘度，继续搅拌30min左右出料后再加入双吗啉基二乙基醚(DMDEE)0.2份，即完成水性聚氨酯灌浆料的配制；

步骤二、油性聚氨酯灌浆料的制备：按重量份数将聚醚多元醇1000(PPG1000)100份、三乙醇胺(TEA)7份和多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)100份依次加入三口烧瓶中，在搅拌下加热至80℃，反应2.5小时，降温至60℃以下，加入混合二元酸二甲酯(DBE)13份、搅拌1小时出料即得油性聚氨酯灌浆料；

步骤三、将水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料混合均匀即得水工隧洞伸缩缝灌浆材料。

实施例3

一种适用于动水快速堵漏的水工隧洞伸缩缝灌浆材料，包括重量比为1:0.4的水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料。按重量份计，水性聚氨酯灌浆料包括以下重量份的原料：聚丁二醇(PTMG)100份、甲苯二异氰酸酯(TDI)120份、混合二元酸二甲酯(DBE)40份、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)5份、双吗啉基二乙基醚(DMDEE)0.2份。且水性聚氨酯灌浆料中的异氰酸酯基(NCO)含量为6.5％。油性聚氨酯灌浆料由组分A、B构成；其中，A组分按重量份数构成为：聚醚多元醇1000(PPG000)100份、三乙醇胺(TEA)10份、混合二元酸二甲酯(DBE)20份；B组成为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)120份。

上述灌浆材料采用以下方法制备：

步骤一、水性聚氨酯灌浆料的制备：

(1)、按照原料所需配比，将聚丁二醇(PTMG)100份加入装有搅拌器、温度计的500ml三口烧瓶中加热并抽真空，在115℃、真空条件下脱水3h，然后冷却至50℃以下，得到脱水后的聚丁二醇并放入干燥的容器内密闭保存备用；

(2)、在干燥的三口瓶中加入脱水后的聚丁二醇，并加入5份邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，开动搅拌，升温到50℃，开始缓慢地滴加计量的甲苯二异氰酸酯(TDI)120份，使滴加在30min内完成，滴加完毕，搅拌均匀，得到聚氨酯预聚体；

(3)、然后降温至40℃左右，加入40份的混合二元酸二甲酯(DBE)将聚氨酯预聚体稀释至适当粘度，继续搅拌30min左右出料后再加入双吗啉基二乙基醚(DMDEE)0.2份，即完成水性聚氨酯灌浆料的配制；

步骤二、油性聚氨酯灌浆料的制备：按重量份数将聚醚多元醇1000(PPG1000)100份、三乙醇胺(TEA)13份和多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)120份依次加入三口烧瓶中，在搅拌下加热至80℃，反应2.5小时，降温至60℃以下，加入混合二元酸二甲酯(DBE)13份、搅拌1小时出料即得油性聚氨酯灌浆料；

步骤三、将水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料混合均匀即得水工隧洞伸缩缝灌浆材料。

对以上实施例获得的灌浆材料进行了检测，检测方法参考标准JC/T2041-2010，检测主要技术指标如表1所示：

表1实施例1-3各项技术指标检测结果

由表1可以看出，实施例2中获得的灌浆材料具有较佳的抗压强度，以实施例2为基准，进行灌浆材料中水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料重量比的探究。

需要说明的是，对实施例1-3中所制备的水性聚氨酯灌浆料进行单独检测10s黏度，检测结果如表2所示：

表2实施例1-3中所制备的水性聚氨酯灌浆料10s黏度

实施例	1	2	3
				10s黏度(mPa·s)	7988	6270	5041

由表2可以看出，实施例1-3中的所制备的水性聚氨酯灌浆料10s黏度皆大于5000mPa·s，进而使得采用上述水性聚氨酯灌浆料所制备的灌注材料能够在低温的情境下注入后依旧能够在极短时间内初凝，满足初步阻水要求，避免灌浆液被动水挤出。

而后，对灌注材料进行2min抗压强度和膨胀率进行检测，检测结果如表3所示。

表3实施例1-3中所制备的水性聚氨酯灌浆料2min抗压强度和膨胀率

实施例	1	2	3
				2min抗压强度(MPa)	1.02	1.08	1.18
2min遇水膨胀率(％)	321	365	397

由表3可以看出，实施例1-3中的所制备灌浆材料的抗压强度不小于1MPa，膨胀率不小于300％，也就是说实施例1-3中灌浆材料的凝固时间更适宜，2min抗压强度、遇水膨胀率均有所提高，使得灌浆材料浆液抗压强度和粘接强度的上升速度要大于水压力上升速度，在一定程度上有助于提高用于伸缩缝堵漏灌浆材料的抗压强度和堵水性能。

实施例4-7

实施例4-7也提供了一种适用于动水快速堵漏的水工隧洞伸缩缝灌浆材料，与实施例2的区别在于，构成灌浆材料中的水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料重量比不同，具体如表2所示。同时对实施例4-7中获得的灌浆材料按照JC/T 2041-2010《聚氨酯灌浆材料》进行各项技术指标检测，检测结果如表4所示。

表4实施例2、4-7中灌浆材料中水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料重量比及各项性能检测结果

结合实施例1-7并结合表4可知，本申请制备的灌浆材料具备抗压强度高，稳定性好，流动性好，止水效果好的优点。本申请的灌浆材料黏度在480mPa·s以下、凝固时间在273s以下,发泡率≥385％，抗压强度≥15.8MPa，粘接强度≥0.22MPa。

由于实施例4-7中的水性聚氨酯灌浆料与实施例2中的相同，故而不对实施例4-7中的水性聚氨酯灌浆料的10s黏度进行检测。

对实施例4-7中的灌浆材料的2min抗压强度和遇水膨胀率进行检测，检测结果如表5所示。

表5实施例4-7中的灌浆材料的2min抗压强度和遇水膨胀率

结合实施例2、4-7并结合表4-5可知，本申请制备的灌浆材料中水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料的配比能够影响灌浆材料中的密度、黏度、凝固时间、发泡率、抗压强度和粘接强度，施工人员可以在实际施工过程中，根据工况调整水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料的重量比，以使制备的灌浆材料能够综合水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料的优势，达到较佳的灌浆堵漏效果。

接下来，以实施例5为基准，对灌浆材料进行施工过程中所要求的性能进行探究。

如图2和图3所示，某水库导流兼泄洪冲砂洞的无压段的伸缩缝及侧墙产生漏水，若不及时检修，易导致库水易沿脱空区下行，加快围岩软化速度，长期渗水亦会将围岩内细颗粒带出，导致洞顶脱空区增大，影响洞身的结构安全。此外，考虑冬季无压段温度较低，已远低于水的结冰点，侧墙及缝内渗水会导致不同程度的冻胀破坏(见图4)，从而缩短建筑物使用寿命。因此，应尽快对无压洞洞内存在缺陷进行修复，确保导流兼泄洪冲砂洞洞身安全，为下游农田灌溉和工业用水提供保障。

经过申请人的修复处理，申请人发现，上述漏水伸缩缝对灌浆材料的阻水要求，在灌浆材料注入后需要极短时间内初凝，避免灌浆液被动水挤出，经模拟试验，水性聚氨酯灌浆料初凝指标为10s黏度达到5000mPa·s以上，此时灌浆液能初步阻水，渗水被阻后，压力升高，因此，浆液抗压强度和粘接强度的上升速度要大于水压力上升速度。可设指标2min强度指标：抗压强度不小于1MPa；膨胀率不小于300％。

根据上述指标要求，由于稀释剂对黏度的影响最大，故而对稀释剂的种类和用量进行探究：

对比例1-20

对比例1-20提供了一种水性聚氨酯灌浆料，与实施例5中的水性聚氨酯灌浆料区别在于，对比例1中水性聚氨酯灌浆料中的稀释剂的种类和用量不同，具体如表6所示。

表6对比例1-20中稀释剂的种类和用量

对比例21-40

对比例21-40提供了一种油性聚氨酯灌浆料，与实施例5中的油性聚氨酯灌浆料区别在于，对比例21-40中油性聚氨酯灌浆料中的稀释剂的种类和用量不同，具体如表7所示。

表7对比例21-40中稀释剂的种类和用量

对比例1-20中水性聚氨酯灌浆料和对比例21-40中油性聚氨酯灌浆料的10s黏度和抗压强度如表8所示。

表8对比例1-20中水性聚氨酯灌浆料和对比例21-40中油性聚氨酯灌浆料的10s黏度和抗压强度

结合对比例1-40和表8可以看出，非活性稀释剂丙酮和丁酮稀释效果好，活性稀释剂DBE略差。但对于灌浆料而言，黏度在1000以内即可。可见，DBE含量为20％-40％时，亦能满足要求。通常来讲，稀释剂的引入，会引起灌浆料强度的降低，本申请对比例实验中的DGDE、丙酮、丁酮也证实了这样的观点。但DBE的引入没有使强度剧烈降强。应该是混合二元酸二甲酯(DBE)的化学性质可能更适合与灌浆料中的成分相互作用，从而减少强度降低的影响。例如，由于活性稀释剂具有高挥发性、低闪点，大量的使用该类稀释剂将降低灌浆材料的闪点。同时，由于非活性稀释剂丙酮和丁酮容易释放挥发性气体，会对密闭条件下的施工带来巨大的安全隐患，故应尽量降低丁酮、丙酮的用量。再综合考虑活性稀释剂对灌浆料强度性能指标的严重恶化，因此，优先选择DBE。

对比例41

对比例41提供了一种灌浆材料，与实施例5的区别在于，对比例41将实施例5中的水性聚氨酯灌浆料替换为购自广州科盾防水材料有限公司水溶性KD-669聚氨酯堵漏灌浆液。

对比例42

对比例42提供了一种灌浆材料，与实施例5的区别在于，对比例41将实施例5中的油性聚氨酯灌浆料替换为购自上海固恩防水建材有限公司的WPU-025疏水性聚氨酯注浆剂。

对比例43

对比例43提供了一种灌浆材料，与实施例5的区别在于，对比例43中水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料分别为购自上海固恩防水建材有限公司的WPU-025亲水性聚氨酯注浆剂和WPU-025疏水性聚氨酯注浆剂。

对比例44

对比例44提供了一种灌浆材料，与实施例5的区别在于，对比例44中水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料分别为购自上海固恩防水建材有限公司的WPU-025亲水性聚氨酯注浆剂和广州科盾防水材料有限公司油溶性KD-668聚氨酯堵漏灌浆液。

对比例45

对比例45提供了一种灌浆材料，与实施例5的区别在于，对比例45中水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料分别为购自广州科盾防水材料有限公司水溶性KD-669聚氨酯堵漏灌浆液和油溶性KD-668聚氨酯堵漏灌浆液。

下文为了描述方便，将实施例5中的水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料分别标注为A和B，上海固恩防水建材有限公司的WPU-025亲水性聚氨酯注浆剂标注为C，广州科盾防水材料有限公司水溶性KD-669聚氨酯堵漏灌浆液标注为D，上海固恩防水建材有限公司的WPU-025疏水性聚氨酯注浆剂标注为E，广州科盾防水材料有限公司油溶性KD-668聚氨酯堵漏灌浆液标注为F。

首先对A、B、C、D、E、F的10s黏度进行检测，检测结果如表9。

表9 A、B、C、D、E、F的10s黏度

种类	A	B	C	D	E	F
							10s黏度(mPa·s)	6270	2320	5429	5831	1628	1544

由表9可知，B、E、F 10s黏度未达到5000mPa·s以上，故而接下来仅对A、C、D的2min强度指标进行检测，检测结果如表10所示。

表10 A、C、D的2min强度指标

种类

A

B

C

D

E

F

2min抗压强度(MPa)

0.81

/

0.71

0.68

/

/

2min遇水膨胀率(％)

168

/

144

137

/

/

表中“/”代表未检测。

由表9和表10的检测结果可知，水性聚氨酯灌浆料主要能够为本申请实施例中的灌浆材料提供初期的黏度性能，而灌浆材料的抗压强度由油性聚氨酯灌浆料提供。接下来对实施例5和对比例41-45中的灌浆材料的2min强度指标进行检测，检测结果如表11所示。

表11实施例5以及对比例41-45灌浆材料2min强度指标

结合实施例表8可以看出，实施例5中的灌浆材料的2min强度指标：抗压强度为1.26MPa，遇水膨胀率在406％，施工性能优异。另外，结合实施例5和对比例1-45以及表5-8可知，单独使用水性聚氨酯灌浆料或油性聚氨酯灌浆料的各项指标性能相较于本申请实施例5皆具有一定的缺失，本申请实施例中制备的灌浆材料，采用特定比例复配的水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料进行复配，能够结合两者的优势，针对低温环境(低于水的结冰点)下的无压段伸缩缝的堵水，能够实现初步阻水，并在渗水被阻后，压力升高的情况下，灌浆材料在适宜的时间便具有满足性能的抗压强度和膨胀率，更加容易满足施工要求。而将实施例中的水性聚氨酯灌料和油性聚氨酯灌浆料替换为任一市售产品皆没有明显的效果。

如图5和图6所示，图5为采用本申请实施例中制备的灌浆材料修复伸缩缝的过程示意图，图6为伸缩缝修复完成后的示意图。从图5可以看出，修复过程中，伸缩缝由漏水状态被初步堵住，而后由图6可以看出，修复完成后的伸缩缝已经完全没有漏水的现象。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，其依然可以对前述各实施例中所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例中技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种适用于动水快速堵漏的水工隧洞伸缩缝灌浆材料，其特征在于，包括重量比为1:0.4-2.5的水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料；其中，所述水性聚氨酯灌浆料10s黏度大于等于5000mPa·s；灌浆材料2min抗压强度不小于1MPa、膨胀率不小于300％。

2.根据权利要求1所述的灌浆材料，其特征在于，所述水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料的重量比为1:0.75-1.5。

3.根据权利要求2所述的灌浆材料，其特征在于，所述水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料的重量比为1:1。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的灌浆材料，其特征在于，所述水性聚氨酯灌浆料包括以下重量份的原料：聚丁二醇(PTMG)100份、甲苯二异氰酸酯(TDI)100份-120份、稀释剂20份-40份、增韧剂1份-5份、催化剂0.1份-0.2份。

5.根据权利要求4所述的灌浆材料，其特征在于，所述稀释剂为混合二元酸二甲酯(DBE)。

6.根据权利要求4所述的灌浆材料，其特征在于，所述增韧剂为邻苯二甲酸二辛酯(DOP)。

7.根据权利要求4所述的灌浆材料，其特征在于，所述催化剂为双吗啉基二乙基醚(DMDEE)。

8.根据权利要求4所述的灌浆材料，其特征在于，所述水性聚氨酯灌浆料中的异氰酸酯基(NCO)含量为5.5％-6.5％。

9.根据权利要求1所述的灌浆材料，其特征在于，所述油性聚氨酯灌浆料由组分A、B构成；其中，

A组分按重量份数构成为：聚醚多元醇1000(PPG1000)100份、三乙醇胺(TEA)4-10份、混合二元酸二甲酯(DBE)5-20份；

B组成为多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)80-120份。

10.一种适用于动水快速堵漏的水工隧洞伸缩缝灌浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、水性聚氨酯灌浆料的制备：

(1)、按照原料所需配比，将聚丁二醇(PTMG)100份加入装有搅拌器、温度计的500ml三口烧瓶中加热并抽真空，在110～120℃、真空条件下脱水3h，然后冷却至50℃以下，得到脱水后的聚丁二醇并放入干燥的容器内密闭保存备用；

(2)、在干燥的三口瓶中加入脱水后的聚丁二醇，并加入1份-5份邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，开动搅拌，升温到50℃，开始缓慢地滴加计量的甲苯二异氰酸酯(TDI)100份-120份，使滴加在30min内完成，滴加完毕，搅拌均匀，得到聚氨酯预聚体；

(3)、然后降温至40℃左右，加入20份-40份的混合二元酸二甲酯(DBE)将聚氨酯预聚体稀释至适当粘度，继续搅拌30min左右出料后再加入催化剂0.1份-0.2份，即完成水性聚氨酯灌浆料的配制；

步骤二、油性聚氨酯灌浆料的制备：按重量份数将聚醚多元醇1000(PPG1000)100份、三乙醇胺(TEA)4-10份和多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)80-120份依次加入三口烧瓶中，在搅拌下加热至75-85℃，反应2-3小时，降温至60℃以下，加入混合二元酸二甲酯(DBE)5-20份、搅拌0.5-1小时出料即得油性聚氨酯灌浆料；

步骤三、将水性聚氨酯灌浆料和油性聚氨酯灌浆料混合均匀即得水工隧洞伸缩缝灌浆材料。