一种环保型丙烯酸酯灌浆材料及其制备方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种环保型丙烯酸酯灌浆材料及其制备方法与应用，该材料主要由以下组分按质量配比组成：主剂：甲基丙烯酸-β-羟乙酯100份，交联剂：含双烯丙基醚官能团的亲水性化合物5～30份，引发剂1～5份，促进剂0.5～3份，助剂：0～20份，溶剂：水2～1000份。使用时先将主剂、交联剂、促进剂、助剂、部分溶剂混合均匀形成甲液；然后将引发剂溶于剩余溶剂形成乙液，最后将甲液、乙液混合均匀，常温即可固化。本发明的灌浆材料解决了现有有机灌浆材料不能与无机灌浆材料相混合后，进行一次灌浆的技术难题，以及现有灌浆材料存在的耐久性不好，强度低、水溶性不好、遇水膨胀率不高，毒性高的技术问题。
【专利说明】一种环保型丙烯酸酯灌浆材料及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种岩土工程中防渗、堵漏用的灌浆材料，具体涉及一种适用于地基基础处理工程防渗与加固、变形缝漏水的止水与加固的环保型丙烯酸酯灌浆材料及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]在地基基础处理工程防渗与加固处理中，常采用丙烯酸盐灌浆材料和改性环氧树脂灌浆材料作为灌浆材料进行防渗与加固处理。但是有机灌浆材料价格较高，造成施工成本高。为此，施工单位希望将有机灌浆材料和常规的无机灌浆材料如水泥浆、粘土水泥浆、膨润土水泥浆等混合一起进行灌浆，以部分无机灌浆材料代替有机化学灌浆材料进行灌浆，可以大幅度降低施工材料成本，提高材料的耐久性，简化施工工艺。但是目前的有机灌浆材料不能与无机灌浆材料相混合，一同进行化学灌浆，例如丙烯酸盐灌浆材料与水泥浆液混合时，丙烯酸盐灌浆材料遇水泥中的硅酸根离子，迅速产生沉淀，失去可灌性；聚氨酯灌浆材料遇水泥浆中的水，迅速发泡，失去可灌性；改性环氧树脂灌浆材料遇水泥浆中的水，可能出现不固化等情况。
[0003]同时，地下空间结构中的变形缝漏水也是目前施工一大难点，现有的有机灌浆材料也不能有效解决变形缝的漏水问题。丙烯酸盐灌浆材料胶凝时间难以调控，受温度、引发剂量、杂质等因素影响较大，准确的胶凝时间难以控制；丙烯酸盐浆液的固含量有限，不能超过40%，导致其胶凝体强度低，类似果冻胶体，吸水膨胀之后，胶凝体强度很低，非常脆，易从裂隙中挤出，不适用于变形缝的灌浆止水处理。聚氨酯灌浆材料分为油溶性和水溶性灌浆材料两种，用于混凝土裂隙裂缝的聚氨酯灌浆材料主要为水溶性聚氨酯灌浆材料。该材料遇水发泡，发泡后进入裂缝的细微孔隙中，但发泡后泡沫体非常柔软，导致泡沫中孔洞较多且相互连通。工程实践证明:采用聚氨酯灌浆材料进行止水后，一般有效时长为半年左右，在半年之后又会出现漏水的情况。因此，深圳地铁、广州地铁已经规定不许采用聚氨酯灌浆材料对混凝土裂缝进行止水、防渗处理。改性环氧树脂灌浆材料是一种黏度低、固化后强度高的灌浆材料，广泛应用于各种干混凝土病害的治理。但由于改性环氧树脂灌浆材料是油性的，而漏水的变形缝的界面被水浸润，油水两相不能粘接，导致改性环氧树脂灌浆材料对漏水变形缝的修补作用有限，处理效果不好。
【发明内容】
[0004]本发明所解决的技术问题在于提供一种环保型丙烯酸酯灌浆材料及其制备方法与应用，以解决现有有机灌浆材料不能与无机灌浆材料混合进行灌浆，以及现有灌浆材料存在的耐久性不好，强度低、水溶性不好、遇水膨胀率不高，毒性高的技术难题。
[0005]本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
一种环保型丙烯酸酯灌浆材料，主要由以下组分与配比组成:
主剂:甲基丙烯酸-β -羟乙酯100份交联剂:含双烯丙基醚官能团的亲水性化合物5~30份引发剂I~5份促进剂0.5~3份溶剂冰2~1000份助剂O~20份。
[0006]上述的环保型丙烯酸酯灌浆材料中，优选的，所述交联剂为聚乙二醇二烯丙基醚。
[0007]上述的环保型丙烯酸酯灌浆材料中，优选的，所述交联剂为聚乙二醇二烯丙基醚与乙氧化双酚A双烯丙基醚按质量比100:1~50的混合物。
[0008]上述的环保型丙烯酸酯灌浆材料中，优选的，所述聚乙二醇二烯丙基醚中聚乙二醇的分子量在40~2000之间。
[0009]上述的环保型丙烯酸酯灌浆材料中，优选的，所述乙氧化双酚A双烯丙基醚中乙氧化官能团的个数为5~15。
[0010]其中聚乙二醇二烯丙基醚为无毒材料，与水互溶，同时带有两个烯丙基官能团，SP作为交联剂，促使甲基丙烯酸-β-羟乙酯形成不溶于水的立体网络状胶凝体；同时分子中含有较长的柔性链，可提高灌浆材料胶凝体的韧性和弹性；乙氧化双酚A双烯丙基醚除具有聚乙二醇二烯丙基醚的性能优点以外，分子结构中还含有双酚A官能团，具有良好的耐候、耐腐蚀性、粘接性，同时提高灌浆材料胶凝体的刚性。
[0011]上述的环保型丙烯酸酯灌浆材料中，优选的，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、过氧化甲乙酮或过氧化二碳酸二环己酯中一种或几种的混合物。
[0012]上述的环保型丙烯酸酯灌浆材料中，优选的，所述促进剂为碳酸氢钠、三乙醇胺、氯化亚锡、硫代硫酸钠、连二硫酸钠、硫酸亚铁、环烷酸钴或二甲氨基丙腈中一种或几种的混合物。
[0013]上述的环保型丙烯酸酯灌浆材料中，优选的，所述助剂为丙烯酸钠、丙烯酸钙、丙烯酸镁、铁氰化钾中一种或几种的混合物，加入的目的是进一步提高浆液的遇水膨胀性和调节浆液的凝胶时间。
[0014]作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的环保型丙烯酸酯灌浆材料的制备方法:首先将主剂、交联剂、促进剂混合均匀，其中也可添加助剂或溶剂，形成甲液；然后将引发剂和溶剂混合均匀后形成乙液，使用时将甲液、乙液混合形成环保型丙烯酸酯灌浆浆液，最终交联固化。
[0015]作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的环保型丙烯酸酯灌浆材料的应用:在所述环保型丙烯酸酯灌浆材料中加入等体积比的水固比为0.5~5:1水泥浆、粘土水泥浆或膨润土水泥浆液，混合搅拌均匀后即可形成有机-无机灌浆材料。
[0016]本发明的有益效果为:
O采用与水互溶的主剂单体，带双烯丙基醚官能团的亲水性化合物为交联剂，以水为溶剂，原材料可以溶于大量水中并包裹大量自由水固化。
[0017]2)浆液交联固化后，交联网络中的主链为碳-碳键，交联链为碳-碳键和醚键，具有很好的耐水解性及耐老化性。
[0018]3)衆液为主剂甲基丙烯酸_β -轻乙酯,LD50为11200mg/kg,为微毒；而主剂仅占浆液的50%以内，配制成水溶液后，为实际无毒型，具有施工环保性。
[0019]4)采用氧化-还原体系引发固化，固化时间受外界温度、水质环境影响较少，凝胶时间容易控制。
[0020]5)浆液在固化之前粘度很低，固化时由液体先变为橡胶态，完成收缩，再转为固体，因此在灌入裂缝中后，收缩率很小。
[0021]6)该材料固含量可以根据需要调至98%以上，固砂体强度较高，可达IMPa以上，大幅度提高了材料的抗挤强度，解决了材料强度问题，可以实现对地层加固。
[0022]7)胶凝体弹性非常好，拉抻伸长率可达500%以上，非常适合变形裂缝的弹性变形。
[0023]8)浆液固化后，遇水膨胀率达30%以上，最高可达300%，在达到300 %时，仍具有一定的弹性和力学性能，是一种兼具一定强度与较好弹性，遇水膨胀率大的止水材料。
[0024]9)浆液可以与水泥浆、膨润土浆、水泥粘土浆等无机灌浆液直接混合，搅拌均匀后一同进行灌浆，解决了化学浆液不能与无机颗粒注浆材料共混灌浆的技术问题，降低了灌浆材料的成本，简化了灌浆施工工艺流程。
【具体实施方式】
[0025]为了便于理解本发明，下文将结合说明书较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述。
[0026]实施例1
一种环保型丙烯酸酯灌浆材料由以下组分按质量配比组成:
主剂:甲基丙烯酸-β -羟乙酯100份；
交联剂--聚乙二醇二烯丙基醚30份；
引发剂:过硫酸铵2份；
促进剂:三乙醇胺1份；
溶剂:水30份。
[0027]将甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙二醇二烯丙基醚、三乙醇胺混合均匀之后，形成甲液；然后将过硫酸铵和水混合均匀后形成乙液，使用时将甲液、乙液混合形成环保型丙烯酸酯灌浆浆液，最终交联固化。
[0028]聚乙二醇二烯丙基醚中聚乙二醇的平均分子量为160。
[0029]浆液的物理性能如下:
1)浆液外观:无色或浅黄色透明均相液体；浆液终凝后为白色固体；
2)粘度:7cP;
3)密度:1.03g/cm3 ；
3)初凝时间13min,终凝时间16min。
[0030]浆液的力学性能如下:
O纯胶体的遇水膨胀率30% (7天)；
2)拉伸伸长率大于350% ；
3)固砂体抗压强度0.6MPa ；
4)渗透系数小于l(T7cm/s。
[0031]实施例2
一种环保型丙烯酸酯灌浆材料由以下组分按质量配比组成:
主剂:甲基丙烯酸-β -羟乙酯100份；
交联剂:聚乙二醇二烯丙基醚10份；
乙氧化双酚A双烯丙基醚4份；
引发剂:过硫酸钾3份；
促进剂:硫代硫酸钠0.5份；
助剂:丙烯酸钠15份
助剂:铁氰化钾0.02份溶剂:水25份。
[0032]其中，聚乙二醇二烯丙基醚中聚乙二醇的平均分子量为480，乙氧化双酚A双烯丙基醚中乙氧化官能团个数为8。
[0033]将甲基丙烯酸-羟乙酯、聚乙二醇二烯丙基醚、乙氧化双酚A双烯丙基醚、硫代硫酸钠、水、丙烯酸钠、铁氰化钾混合均匀之后，形成甲液；然后将过硫酸钾和剩下的水混合均匀后形成乙液，使用时将甲液、乙液混合形成环保型丙烯酸酯灌浆浆液，最终交联固化。
[0034]浆液的物理性能如下:
1)浆液外观:无色或浅黄色透明单相液体；浆液终凝后为白色固体；
2)粘度:12cP ；
3)密度:1.04 g/cm3 ；
3)初凝时间34 min,终凝时间47 min。
[0035]浆液的力学性能如下:
O纯胶体的遇水膨胀率230 % (7天)；
2)拉伸伸长率大于30% ；
3)固砂体抗压强度1.7 MPa ;
4)渗透系数小于1(T7cm/s。
[0036]实施例3
一种环保型丙烯酸酯灌浆材料由以下组分按质量配比组成:
主剂:甲基丙烯酸β羟乙酯100份；
交联剂--聚乙二醇二烯丙基醚20份；
乙氧化双酚A双烯丙基醚4份；
引发剂:过硫酸钾、过硫酸铵2份；
促进剂:硫代硫酸钠、碳酸氢钠0.9份；
溶剂:水00份。
[0037]聚乙二醇二烯丙基醚中聚乙二醇的平均分子量为1600，乙氧化双酚A双烯丙基醚中乙氧化官能团个数为12。
[0038]将甲基丙烯酸-羟乙酯、聚乙二醇二烯丙基醚、乙氧化双酚A双烯丙基醚、硫代硫酸钠、碳酸氢钠、水混合均匀之后，形成甲液；然后将过硫酸钾、过硫酸铵和剩下的水混合均匀后形成乙液。使用时将甲液、乙液混合形成环保型丙烯酸酯灌浆材料。
[0039]在环保型丙烯酸酯灌浆材料中加入等体积比的水灰比为1:1水泥浆液，混合搅拌均匀后即可形成有机-无机灌浆材料。
[0040]衆液的物理性能如下:初凝时间24 min,终凝时间33 min。
[0041]浆液的力学性能如下:
1)有机-无机混合型灌浆材料胶凝体抗压强度2.5 MPa (28天强度)；
2)渗透系数小于1(T6cm/s。
[0042]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种环保型丙烯酸酯灌浆材料，其特征在于，主要由以下组分按质量配比组成: 主剂:甲基丙烯酸-β-羟乙酯100份 交联剂:含双烯丙基醚官能团的亲水性化合物5~30份引发剂1~5份促进剂0.5~3份助剂O~20份溶^[J冰2~1000份。
2.如权利要求1所述的一种环保型丙烯酸酯灌浆材料，其特征在于，所述交联剂为聚乙二醇二烯丙基醚。
3.如权利要求1所述的一种环保型丙烯酸酯灌浆材料，其特征在于，所述交联剂为聚乙二醇二烯丙基醚与乙氧化双酚A双烯丙基醚按质量比100:1~50混合的混合物。
4.如权利要求2或3所述的一种环保型丙烯酸酯灌浆材料，其特征在于，所述聚乙二醇二烯丙基醚中聚乙二醇的分子量在40~2000之间。
5.如权利要求3所述的一种环保型丙烯酸酯灌浆材料，其特征在于，所述乙氧化双酚A双烯丙基醚中乙氧化官能团的个数为5~15。
6.如权利要求1所述的一种环保型丙烯酸酯灌浆材料，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、过氧化甲乙酮或过氧化二碳酸二环己酯中一种或几种的混合物。
7.如权利要求1所述的一种环保型丙烯酸酯灌浆材料，其特征在于，所述促进剂为氯化亚锡、碳酸氢钠、三乙醇胺、硫代硫酸钠、连二硫酸钠、硫酸亚铁、环烷酸钴或二甲氨基丙腈中一种或几种的混合物。
8.如权利要求1所述的一种环保型丙烯酸酯灌浆材料，其特征在于，所述助剂为丙烯酸钠、丙烯酸钙、丙烯酸镁、铁氰化钾中一种或几种的混合物。
9.一种如权利要求1~8中任意一项所述的环保型丙烯酸酯灌浆材料的制备方法，其特征在于，首先将主剂、交联剂、促进剂混合均匀，其中也可添加助剂或溶剂，形成甲液；然后将引发剂和溶剂混合均匀后形成乙液，使用时将甲液、乙液混合形成环保型丙烯酸酯灌浆浆液，最终交联固化。
10.一种如权利要求1~8中任意一项所述的环保型丙烯酸酯灌浆材料的应用，其特征在于，在所述环保型丙烯酸酯灌浆材料中加入等体积比的水固比为0.5~5:1水泥浆、粘土水泥浆或膨润土水泥浆液，混合搅拌均匀后即形成有机-无机灌浆材料。
【文档编号】C08F216/12GK104177554SQ201410388009
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】宾斌, 彭春雷, 贺茉莉, 王雪龙, 周林, 丁剑波, 舒友良, 刘军 申请人:湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司