一种丙烯酸改性复合注浆材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于注浆技术领域，具体地，涉及一种丙烯酸改性复合注浆材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.传统注浆材料中，有机类的注浆材料虽然有弹性，但是强度低、耐久性差，因此这类注浆材料只能“治标”不能“治本”，达不到长期防水堵漏的效果。无机类的注浆材料虽然有一定强度、耐久性好，但存在没有弹性、吸水性和膨胀性，以及密度大、流动性差等问题，是一种完全刚性的材料，容易产生收缩裂缝。这类注浆材料不能抵抗工程的不均匀沉降和振动，一旦有沉降和振动，其随之也会受到破坏从而断裂，因此只能用于堵漏加固，而起不到防水抗渗的作用。
3.此外，目前市场上常用的注浆材料有：硅酸钠类、水泥基类、聚氨酯类、环氧树脂类等。但这些类的产品性能单一、应用范围小、耐久性差，聚氨酯、环氧树脂类产品气味大、有毒、有害、达不到绿色环保的技术要求。
4.因此，亟待提出一种既具有防水堵漏功能又具有堵水加固地层功能的注浆材料。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种丙烯酸改性复合注浆材料及其制备方法和应用。本发明的注浆材料既具有防水堵漏功能又具有堵水加固地层功能。本发明的注浆材料是一种功能性材料，功能性强，应用范围广，即可用于工程结构防水堵漏，同时也适用于含水粉细砂、砂卵石等岩土地层堵水加固。
6.为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种丙烯酸改性复合注浆材料，该复合注浆材料包括独立包装的a组分和b组分以及任选地包括c组分；
7.所述a组分为液体材料，包括丙烯酸80
‑
120重量份、水800
‑
1200重量份、第一交联剂5
‑
10重量份、第一促进剂200
‑
300重量份、第一引发剂30
‑
50重量份、中和剂80
‑
100重量份和聚合物乳液50
‑
150重量份；
8.所述b组分为粉体材料，包括第二促进剂15
‑
25重量份、第二引发剂10
‑
20重量份和第二交联剂60
‑
70重量份；
9.所述c组分为氧化镁、碳酸钙、水泥、膨润土、粉煤灰和水玻璃中的至少一种。
10.本发明第二方面提供了所述的丙烯酸改性复合注浆材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
11.s1：将所述丙烯酸、水、第一交联剂、第一促进剂、第一引发剂、中和剂和聚合物乳液混合均匀，得到所述a组分；将所述第二促进剂、第二引发剂和第二交联剂混合均匀，得到所述b组分；
12.s2：将所述b组分与水混合，得到b组分混合液，并将所述b组分混合液与a组分混合均匀，得到所述丙烯酸改性复合注浆材料。
13.本发明第三方面提供了所述的丙烯酸改性复合注浆材料在结构裂缝的尺寸小于3.5mm以及任选地包括孔洞的渗漏工程中的应用。
14.本发明第四方面提供了所述的丙烯酸改性复合注浆材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
15.s1：将所述丙烯酸、水、第一交联剂、第一促进剂、第一引发剂、中和剂和聚合物乳液混合均匀，得到所述a组分；将所述第二促进剂、第二引发剂和第二交联剂混合均匀，得到所述b组分；
16.s2：将所述b组分与水混合，得到b组分混合液，并将所述b组分混合液、a组分和c组分混合均匀，得到所述丙烯酸改性复合注浆材料。
17.本发明第五方面提供了所述的丙烯酸改性复合注浆材料在结构裂缝的尺寸大于等于3.5mm以及任选地包括孔洞的渗漏工程中的应用。
18.本发明的技术方案具有如下有益效果：
19.本发明的注浆材料与现有技术的不同之处在于本发明的注浆材料既具有防水堵漏功能又具有堵水加固地层功能。本发明的注浆材料是一种功能性材料，功能性强，应用范围广，即可用于工程结构防水堵漏，同时也适用于含水粉细砂、砂卵石等岩土地层堵水加固，同时具备了以下功能特性：
20.1、本发明的注浆材料可以仅包括a组分和b组分，也可以包括a组分、b组分和c组分；
21.2、固化时间可调整，从数秒到几十分钟；
22.3、凝胶固结体强度可调整，可以根据不同工程渗漏情况调整；
23.4、耐久性好：耐酸、耐碱、耐冻融；
24.5、高弹性：断裂伸长率达200％以上，弹性恢复率97％以上；
25.6、固结力强：能将水、砂石、粘土等粘结固化，24h的固结强度达1.5mpa以上；
26.7、吸水率大：达自身体积的200％以上；
27.基于以上功能特性，本发明的注浆材料能满足各类工程防水堵漏的要求，可达到永久防水、稳固粉细砂类地层的技术效果。
28.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
29.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
30.本发明第一方面提供了一种丙烯酸改性复合注浆材料，该复合注浆材料包括独立包装的a组分和b组分以及任选地包括c组分；
31.所述a组分为液体材料，包括丙烯酸80
‑
120重量份、水800
‑
1200重量份、第一交联剂5
‑
10重量份、第一促进剂200
‑
300重量份、第一引发剂30
‑
50重量份、中和剂80
‑
100重量份和聚合物乳液50
‑
150重量份；
32.所述b组分为粉体材料，包括第二促进剂15
‑
25重量份、第二引发剂10
‑
20重量份和
第二交联剂60
‑
70重量份；
33.所述c组分为氧化镁、碳酸钙、水泥、膨润土、粉煤灰和水玻璃中的至少一种。
34.根据本发明，优选地，
35.所述b组分与所述c组分的重量的比为1：(0.1
‑
1)；
36.所述b组分与所述a组分的重量比为1：(0.9
‑
1.1)。
37.根据本发明，优选地，所述第一交联剂为亚甲基双丙烯酰胺。
38.根据本发明，优选地，所述第一促进剂为丙烯酰胺。
39.根据本发明，优选地，所述第一引发剂为三乙醇胺。
40.根据本发明，优选地，所述中和剂为烧碱。
41.根据本发明，优选地，所述聚合物乳液为苯丙乳液、硅丙乳液和丙烯酸乳液中的至少一种。
42.根据本发明，优选地，所述第二促进剂为铝酸钠、铝酸钾和铝酸镁中的至少一种。
43.根据本发明，优选地，所述第二引发剂为过硫酸钠、过硫酸胺和过硫酸钾中的至少一种。
44.根据本发明，优选地，所述第二交联剂为氧化镁和/或颗粒尺寸大于800目的氢氧化镁。
45.根据本发明，优选地，所述注浆材料的断裂伸长率为100％
‑
250％，弹性恢复率大于97％，吸水率为200％
‑
300％，固结体强度大于1.5mpa。
46.本发明第二方面提供了所述的丙烯酸改性复合注浆材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
47.s1：将所述丙烯酸、水、第一交联剂、第一促进剂、第一引发剂、中和剂和聚合物乳液混合均匀，得到所述a组分；将所述第二促进剂、第二引发剂和第二交联剂混合均匀，得到所述b组分；
48.s2：将所述b组分与水混合，得到b组分混合液，并将所述b组分混合液与a组分混合均匀，得到所述丙烯酸改性复合注浆材料。
49.根据本发明，优选地，水与b组分的重量比为(8
‑
12)：1。
50.本发明第三方面提供了所述的丙烯酸改性复合注浆材料在结构裂缝的尺寸小于3.5mm以及任选地包括孔洞的渗漏工程中的应用。
51.本发明中，所述在结构裂缝的尺寸小于3.5mm以及任选地包括孔洞的渗漏工程指的是本领域技术人员认为的一般的裂缝、施工缝、孔洞等渗漏工程项目，且其中的结构裂缝的尺寸小于3.5mm。
52.本发明第四方面提供了所述的丙烯酸改性复合注浆材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
53.s1：将所述丙烯酸、水、第一交联剂、第一促进剂、第一引发剂、中和剂和聚合物乳液混合均匀，得到所述a组分；将所述第二促进剂、第二引发剂和第二交联剂混合均匀，得到所述b组分；
54.s2：将所述b组分与水混合，得到b组分混合液，并将所述b组分混合液、a组分和c组分混合均匀，得到所述丙烯酸改性复合注浆材料。
55.根据本发明，优选地，水与b组分的重量比为(8
‑
12)：1。
56.本发明第五方面提供了所述的丙烯酸改性复合注浆材料在结构裂缝的尺寸大于等于3.5mm以及任选地包括孔洞的渗漏工程中的应用。
57.本发明中，所述结构裂缝的尺寸大于等于3.5mm以及任选地包括孔洞的渗漏工程指的是本领域技术人员认为的大的裂缝、变形缝、孔洞、涌砂、涌水和需要加固的渗漏工程项目，且其中的裂缝的尺寸大于等于3.5mm。
58.以下通过实施例具体说明本发明。
59.实施例1
60.本实施例提供了一种丙烯酸改性复合注浆材料，该复合注浆材料包括独立包装的a组分和b组分；
61.所述a组分为液体材料，包括丙烯酸100kg、去离子水1000kg、亚甲基双丙烯酰胺5kg、丙烯酰胺200kg、三乙醇胺40kg、烧碱90kg和苯丙乳液60kg；
62.所述b组分为粉体材料，包括铝酸钠15kg、过硫酸钠15kg和氧化镁70kg。
63.所述的丙烯酸改性复合注浆材料的制备方法包括如下步骤：
64.s1：将所述丙烯酸、去离子水、亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰胺、三乙醇胺、烧碱和苯丙乳液混合均匀，得到所述a组分；将所述铝酸钠、过硫酸钠和氧化镁混合均匀，得到所述b组分；
65.s2：将所述b组分与去离子水混合，得到b组分混合液，并将所述b组分混合液与a组分混合均匀，得到所述丙烯酸改性复合注浆材料。
66.在步骤s2中：去离子水为1000kg；所述b组分与所述a组分的重量比为1：1。
67.实施例2
68.本实施例提供了一种丙烯酸改性复合注浆材料，该复合注浆材料包括独立包装的a组分、b组分和c组分；
69.所述a组分为液体材料，包括丙烯酸100kg、去离子水1000kg、亚甲基双丙烯酰胺5kg、丙烯酰胺200kg、三乙醇胺40kg、烧碱90kg和苯丙乳液100kg；
70.所述b组分为粉体材料，包括铝酸钾15kg、过硫酸胺15kg和颗粒尺寸大于800目的氢氧化镁60kg。
71.所述c组分为氧化镁45kg。
72.所述的丙烯酸改性复合注浆材料的制备方法包括如下步骤：
73.s1：将所述丙烯酸、去离子水、亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰胺、三乙醇胺、烧碱和硅丙乳液混合均匀，得到所述a组分；将所述铝酸钾、过硫酸胺和颗粒尺寸大于800目的氢氧化镁混合均匀，得到所述b组分；
74.s2：将所述b组分与去离子水混合，得到b组分混合液，并将所述b组分混合液、a组分和c组分混合均匀，得到所述丙烯酸改性复合注浆材料。
75.在步骤s2中：去离子水为1000kg；所述b组分与所述a组分的重量比为1：1；所述b组分和所述c组分的重量比为1：0.5。
76.实施例3
77.本实施例提供了一种丙烯酸改性复合注浆材料，该复合注浆材料包括独立包装的a组分、b组分和c组分；
78.所述a组分为液体材料，包括丙烯酸100kg、去离子水1000kg、亚甲基双丙烯酰胺
10kg、丙烯酰胺200kg、三乙醇胺40kg、烧碱90kg和丙烯酸乳液150kg；
79.所述b组分为粉体材料，包括铝酸镁25kg、过硫酸钾15kg和氧化镁60kg。
80.所述c组分为水泥和膨润土的混合物，其中水泥20kg，膨润土100kg。
81.所述的丙烯酸改性复合注浆材料的制备方法包括如下步骤：
82.s1：将所述丙烯酸、去离子水、亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰胺、三乙醇胺、烧碱和丙烯酸乳液混合均匀，得到所述a组分；将所述铝酸钠、过硫酸钠和氧化镁混合均匀，得到所述b组分；
83.s2：将所述b组分与去离子水混合，得到b组分混合液，并将所述b组分混合液、a组分和c组分混合均匀，得到所述丙烯酸改性复合注浆材料。
84.在步骤s2中：去离子水为1000kg；所述b组分与所述a组分的重量比为1：1；所述b组分和所述c组分的重量比为1：1.2。
85.测试例
86.本测试例对实施例1
‑
3制得的丙烯酸改性复合注浆材料进行防水堵漏各项性能测试。
87.(一)实验准备：实施例1
‑
3制得的丙烯酸改性复合注浆材料，拉伸仪1台，不透水仪1台，砂浆压力机1台，天平1架，150
㎜
*150
㎜
*10
㎜
模具盒6个，500ml锥形量筒多个，1000ml容器3个，冻融箱1台，密度仪1台，粘度仪1台，10％氢氧化钠溶液和1％盐酸溶液各500ml，70
㎜
*70
㎜
*70
㎜
试模3个，粗砂和碎石各2
㎏
。
88.(二)试样制备：将实施例1制得的丙烯酸改性复合注浆材料倒入2个模具盒中，剩余部分直接用于进行性能测试4
‑
7。待模具盒内的注浆料固化后从模具盒中取出，分别裁切成若干个50
㎜
*20
㎜
*10
㎜
的长条形试件。对实施例2～3的注浆料进行同样处理。
89.(三)性能测试：
90.1、弹性测试
91.将各实施例的待测试件两端卡入拉伸仪以200
㎜
/min的速度拉伸至断裂，测定拉伸长度，取平均值并换算为断裂伸长率，记录。
92.2、防水性测试
93.将各实施例的待测试件卡入不透水仪，打开注水阀以0.2kpa恒压30min，观察各试件是否透水，记录。
94.3、耐久性测试
95.将各实施例的待测试件分别放入10％氢氧化钠溶液和1％盐酸溶液中浸泡72h，取出，观察各试件表面是否存在粉化或裂纹现象，记录。
96.将各实施例的待测试件放入冻融箱经历15个循环，取出，观察各试件表面是否存在粉化或裂纹现象，记录。
97.4、吸水率测试
98.称取各实施例的待测注浆材料适量，等分为多份，分别和1～3倍重量的水混合后倒入锥形量筒内固化40分钟后将量筒倾斜45
°
观察是否流动，取不流动组的最大加水量记为该注浆料的吸水率。本测试可通过控制加水量进行多组测试以获得最准确吸水率测试结果。
99.5、强度测试
100.称取各实施例的待测注浆材料适量，倒入70
㎜
*70
㎜
*70
㎜
的试模内固化，将固化后的注浆材料取出放入砂浆压力机，逐渐加压直至试件破坏，记录抗压强度；
101.称取各实施例的待测注浆材料适量，倒入70
㎜
*70
㎜
*70
㎜
装满砂石的试模内固化，将固化后的注浆材料取出放入砂浆压力机，逐渐加压直至试件破坏，记录团结强度。
102.6、密度测试
103.称取各实施例的待测注浆材料适量，用密度仪测定密度，记录。
104.7、流动性测试
105.称取各实施例的待测注浆材料适量，用粘度仪测定粘度，记录。
106.(四)测试结果：
107.测试结果如表1所示。
108.表1
[0109][0110][0111]
经实际工程验证，本发明的丙烯酸改性复合注浆材料能完全封堵0.05mm以下的细微裂缝，能够在大水量、强压力下防水堵漏，可有效稳固粉细砂、砂卵石类地层，达到了既能防水堵漏又有堵水加固地层功能的技术要求。
[0112]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。