CN103922642B

CN103922642B - 用于低温施工的大掺量钢渣环氧灌浆材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN103922642B
Application number: CN201410130801.XA
Authority: CN
Inventors: 任恩平; 杨晓光; 高汉青; 陈夙
Original assignee: Beijing New Vision Building Construction Technology Co Ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group; China Jingye Engineering Corp Ltd
Current assignee: Beijing New Vision Building Construction Technology Co Ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group; China Jingye Engineering Corp Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: CN103922642A

Abstract

本发明提供一种用于低温施工的大掺量钢渣环氧灌浆材料，适用于有振动要求的设备基础灌浆，尤其是低温环境下灌浆。按质量份计，其原料包括：粘结剂2～4份；固化组分1份；粉料15～20份，其中，粘结剂由环氧树脂、稀释剂、增韧剂和偶联剂组成，固化组分由固化剂和催化剂组成，粉料由钢渣粉和钢渣骨料组成。本发明的有益效果在于：（1）0～5℃的低温环境下可以使用；（2）流动性好、热稳定性好和体积稳定性好等性能优点；（3）本发明不需振捣就可以达到灌浆饱满密实；（4）本发明灌浆材料采用大量工业废弃物—钢渣，节能环保。

Description

用于低温施工的大掺量钢渣环氧灌浆材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于建筑材料技术应用领域，涉及一种用于低温施工的大掺量钢渣环氧灌浆材料及其制备方法和应用，与普通环氧灌浆材料相比，该材料具有钢渣掺量大，适用于有振动要求的设备基础灌浆，尤其是低温环境下补强加固灌浆。

背景技术

灌浆材料自20世纪90年代在国内推广应用以来，被广泛应用于众多大中型企业的设备安装、螺栓锚固，以及建筑结构的加固改造工程中，其使用范围也逐渐从单一的冶金行业全面拓展到市政、环保、电力、港口等行业。

环氧树脂具有粘结强度高、在常温可以固化、力学性能高以及耐腐蚀性能好等特点，因此作为粘合剂、涂料、灌浆材料等被广泛应用于电子、机械、建筑等多个领域。环氧树脂类灌浆材料是目前使用比较广泛、用量比较大的化学类灌浆材料。该类材料具有抗冲击韧性好，能够吸收振动能量，因而广泛应用于电子料设备基础灌浆和补强加固。但是环氧树脂在低温施工环境下的固化比较慢，严重影响了施工效率，进而在低温施工环境下限制了环氧类化学灌浆材料的应用。

由于环氧树脂自身粘度比较大，用作灌浆材料的粘结剂一般需要加入活性稀释剂。糠醛-丙酮体系稀释效果好，是较为常用的稀释剂。中国专利文献87105255.5、01107590.2以及201010598220.0等公开了一系列以糠醛-丙酮体系为活性稀释剂的环氧树脂类灌浆材料，这些材料具有优良的力学性能，但是糠醛-丙酮类活性稀释剂挥发性强，毒性较大，使用日益受到严格的限制。中国专利文献CN102070873A使用了缩水甘油醚类化合物作为稀释剂研制了一种环保柔性的环氧树脂灌浆材料，该材料毒性小、力学性能优异、材料柔韧性好，但是缩水甘油醚类化合物价格昂贵，大大提高了环氧灌浆材料的使用成本。中国专利文献CN102898075A公开了一种高强快固环氧树脂类灌浆材料，该材料在实验室环境下强度比较高、发展快、与基材的粘结强度高、耐久性好、制备简易等特点，但是均为常温性能，低温施工环境下的效果并不理想。

进入二十一世纪以来，我国钢铁业迅猛发展，产生了大量的废弃钢渣，给环境造成了巨大的压力，并仍以每年上亿吨的速度增长。如何有效的解决废弃物的综合利用，减少环境压力，使其变废为宝是循环经济和可持续发展重要课题。

综上所述，开发用于低温施工环境下环氧灌浆材料现在尤为重要，该材料可以充分吸收振动能量，提高灌浆层的抗冲击能力；同时，又能大量应用工业废渣，例如钢渣粉及颗粒，变废为宝，可广泛应用于石油、化工、造纸、电子等行业的基础设施灌浆以及补强加固。

发明内容

为了解决上述技术问题缺陷，本发明的目的是提供用于低温施工的大掺量钢渣环氧灌浆材料及其制备方法和应用，该材料在0～5℃的低温环境下使用，施工方便，固化速度快，后期强度稳定，与基础的粘结强度高，钢渣掺量大，低毒环保，制备简单易行。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一方面，提供了一种用于低温施工的大掺量钢渣环氧灌浆材料，按质量份计，其原料包括：

粘结剂 2～4份

固化组分 1份

粉料 15～20份

其中，所述粘结剂由环氧树脂、稀释剂、增韧剂和偶联剂组成，且组成如下：

所述固化组分由固化剂和催化剂组成，且组成如下：

固化剂 20～40份

催化剂 1～3份

所述粉料由钢渣粉和钢渣骨料组成，且组成如下：

钢渣粉 150～250份

钢渣骨料 300～400份。

在本发明优选的实施方案中，本发明的用于低温施工的大掺量环氧灌浆材料，其特征在于，按质量份计，其原料包括：

粘结剂 2～4份

固化组分 1份

粉料 15～20份

所述固化组分由固化剂和催化剂组成，且组成如下：

固化剂 25～32份

催化剂 1.5～2.5份

所述粉料由钢渣粉和钢渣骨料组成，且组成如下：

钢渣粉 150～250份

钢渣骨料 300～400份。

环氧树脂粘结剂的热固性较高，自身的粘度较高，不易于灌浆施工，通过添加上述适量的活性稀释剂，可以降低环氧树脂的粘度，便于提高施工和易性；设备投入运行后，产生的的振动比较大，因而也就要求基础灌浆材料有较高的冲击韧性，通过添加上述适量的增韧剂，可以进一步改善环氧材料的疲劳韧性；普通的环氧树脂的固化速率较慢，受温度影响较高，特别是低温环境下，固化更慢，通过添加上述适量的催化剂，可以加快环氧树脂的硬化，便于低温施工。

如上所述的大掺量钢渣低温环氧灌浆材料，其特征在于：所述环氧树脂为25℃时粘度不超过20000mPa·s且环氧值在0.32～0.55mol/100g之间的双酚A型环氧树脂（例如E41、E44和E51）、双酚F型环氧树脂（例如F51、F44）和双酚AD型脂肪族缩水甘油醚环氧树脂中的一种或多种；

如上所述的大掺量钢渣低温环氧灌浆材料，其特征在于：所述稀释剂为25℃时粘度不超过25mPa·s的活性稀释剂，并且选自丁基缩水甘油醚、1,4-丁二醇双缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚和聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种或多种；

如上所述的大掺量钢渣低温环氧灌浆材料，其特征在于：所述增韧剂为非环氧型的聚硫橡胶、氨基甲酸酯预先聚物和改性聚醚中的一种或多种，其中，聚硫橡胶可以为JLY-121、JLY-124、JLG-200、JLY155和JLY215中的一种或多种，改性聚醚可以为甲基丙烯醇聚氧乙烯醚、丙烯醇聚氧乙烯醚和甲氧基聚氧乙烯醚中的一种或多种。

如上所述的大掺量钢渣低温环氧灌浆材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂，例如选自SI133、SI143、SI151和SI171中的一种或多种；

如上所述的大掺量钢渣低温环氧灌浆材料，其特征在于：所述固化剂为胺值在300～600mg KOH/g的脂肪族酰胺、含芳香环的脂肪胺和含芳香环的酰胺中的一种或多种，其中，脂肪族酰胺可以为聚庚酰胺、聚辛内酰胺、聚壬酰胺、聚十一酰胺和聚十二内酰胺中的一种或多种，含芳香环的脂肪胺可以为十二烷基苯胺、对正丁基苯胺、2-甲基-5异丙基苯胺中的一种或多种，含芳香环的酰胺可以为苯甲酰胺、苯丙烯酰胺、对甲氧基苯甲酰胺、邻甲基乙酰胺、对羟基苯乙酰胺中的一种或多种。

如上所述的大掺量钢渣低温环氧灌浆材料，其特征在于：所述催化剂包含碱金属氢氧化物和选自含有二元羧基季铵盐和磺酰胺中的一种或多种。

如上所述的大掺量钢渣低温环氧灌浆材料，其特征在于：所述粉料为钢渣金属铁含量≤2％，钢渣粉的比表面积≥200m²/kg，钢渣骨料为粒径为0.001～3mm连续级配的钢渣颗粒；

根据本发明的另一方面，本发明还提供了所述用于低温施工的大掺量钢渣环氧灌浆材料的制备方法，其特征在于：（1）按质量份，分别取100份环氧树脂、5～15份稀释剂、10～20份增韧剂和1～2份偶联剂，将各原料投入搅拌机中，连续混合搅拌5～10分钟，拌合均匀，得到粘结剂；

（2）按质量份，分别取20～40份固化剂和1～3份催化剂，将各原料投入搅拌机中，连续混合搅拌5～10分钟，拌合均匀，得到固化组分；

（3）按质量份，分别取150～250份钢渣粉和300～400份钢渣骨料，将各原料投入搅拌机中，连续混合搅拌5～10分钟，拌合均匀，得到粉料。

根据本发明的再一方面，本发明还提供了如上所述的用于低温施工的大掺量钢渣环氧灌浆材料的应用，应用该材料的施工方法包括：施工时，按质量份，将2～4份的粘结剂和1份的固化组分投入强制搅拌机中，搅拌均匀，再将15～20份的粉料投入其中，混合均匀；均匀混合后的灌浆材料利用自重法实现有振动要求的设备基础灌浆，尤其是低温环境下的设备基础灌浆。在施工时，在混合过程中，粘结剂、固化组分和粉料的具体质量份数根据环境温度和施工时的工况条件可以适当调整，以满足施工要求。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用低温催化技术，使得配制成的灌浆材料在0～5℃的低温环境下使用。

（2）本发明具有流动性好（初始流动度≥270mm、30min流动度保留值≥240mm）、早强（5℃时，10h抗压强度≥5MPa，20℃时，10h抗压强度≥60MPa）、高强（28d抗压强度≥100MPa）、热稳定性好（热膨胀系数≤4×10^-6mm/mm/℃）、体积稳定性好（线收缩率＜0.05%）等性能优点。

（3）本发明不需振捣就可以达到灌浆饱满密实。

（4）本发明灌浆材料采用大量工业废弃物——钢渣，节能环保。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步阐述本发明，下面各实施例仅用于说明本发明而非对本发明的限制。性能测试方法按现行国家标准《水泥基灌浆材料应用技术规程》GB/T50448-2008执行。

实施例1：

原料配比如下：

粘结剂 3份

固化组分 1份

粉料 18份

其中：

粘结剂组成：环氧树脂E41（岳阳石化，25℃时粘度为18000mPa·s且环氧值0.41mol/100g）100份，丁基缩水甘油醚（25℃时粘度为20mPa·s）10份，氨基甲酸酯预先聚物（上海华生化工厂）10份，SI133（岳阳石化）1份；

固化组分组成：2-甲基-5异丙基苯胺（胺值为450mg KOH/g，上海羽帆化工）22份，氢氧化钠0.5份，烷基二甲基羧乙基季铵盐（山西新天源化工，胺值为400mg KOH/g）0.5份；甲磺酰胺（上海至鑫化工，胺值为310mg KOH/g）

粉料组成：钢渣粉（铁含量1.4％，比表面积348m²/kg）150份，钢渣骨料（铁含量1.5%，粒径0.01～2.8mm连续级配）400份。

先将粘结剂、固化组分混合均匀，再加入粉料混合均匀，制得本发明的环氧灌浆材料。根据环境温度和工况条件适时调整粘结剂、固化组分和粉料三者的混合比例，用于设备基础灌浆，尤其是低温环境下的设备基础灌浆。

实施例2：

原料配比如下：

粘结剂 3.5份

固化组分 1份

粉料 17份

其中：

粘结剂组成：环氧树脂E51（岳阳石化，25℃时粘度为15000mPa·s且环氧值0.35mol/100g）40份，环氧树脂F44（岳阳石化，25℃时粘度为19500mPa·s且环氧值0.44mol/100g）60份，聚丙二醇二缩水甘油醚（25℃时粘度为25mPa·s）12份，甲基丙烯醇聚氧乙烯醚14份，SI143（岳阳石化）1.3份；

固化组分组成：聚辛内酰胺（岳阳石化，胺值为410mg KOH/g）25份，氢氧化钾0.5份，十八烷基磺酰胺（山东富斯特化工，胺值为300mg KOH/g）1.5份；

粉料组成：钢渣粉（铁含量1.5％，比表面积390m²/kg）160份，钢渣骨料（铁含量1.8%，粒径0.01～2.5mm连续级配）330份。

制备与使用方法与实施例1相同。

实施例3：

原料配比如下：

粘结剂 3.2份

固化组分 1份

粉料 17份

其中：

粘结剂组成：环氧树脂E51（岳阳石化，25℃时粘度为12000mPa·s且环氧值0.36mol/100g）15份，环氧树脂E41（岳阳石化，25℃时粘度为175000mPa·s且环氧值0.55mol/100g）25份，环氧树脂F44（岳阳石化，25℃时粘度为20000mPa·s且环氧值0.32mol/100g）60份，1,4-丁二醇双缩水甘油醚（25℃时粘度为15mPa·s）12份，甲氧基聚氧乙烯醚10份，SI1511.5份；

固化组分组成：对羟基苯乙酰胺（上海羽帆化工，胺值为600mg KOH/g）33份，氢氧化锂0.8份，烷基二甲基羧乙基季铵盐（山西新天源化工，胺值为420mg KOH/g）0.4份，N-甲基甲磺酰胺（山西新天源化工，胺值为300mg KOH/g）0.8；

粉料组成：钢渣粉（铁含量1.2％，比表面积410m²/kg）200份，钢渣骨料（铁含量1.5%，粒径0.01～3.0mm连续级配）300份。

制备与使用方法与实施例1相同。

实施例4：

原料配比如下：

粘结剂 2.9份

固化组分 1份

粉料 18份

其中：

粘结剂组成：环氧树脂E41（岳阳石化，25℃时粘度为11000mPa·s且环氧值0.40mol/100g）100份，丁基缩水甘油醚（25℃时粘度为10mPa·s）9份，JLY-215（岳阳石化）12份，SI171（岳阳石化）1.5份；

固化组分组成：对正丁基苯胺（上海羽帆化工，胺值为420mg KOH/g）30份，氢氧化钠1.2份，十八烷基磺酰胺（山西新天源化工，胺值为300mg KOH/g）1.0份；

粉料组成：钢渣粉（铁含量1.5％，比表面积326m²/kg）180份，钢渣骨料（铁含量1.5%，粒径0.01～3.0mm连续级配）330份。

制备与使用方法与实施例1相同。

实施例5：

原料配比如下：

粘结剂 3.1份

固化组分 1份

粉料 16份

其中：

粘结剂组成：环氧树脂E41（岳阳石化，25℃时粘度为15500mPa·s且环氧值0.48mol/100g）100份，1,4-丁二醇双缩水甘油醚（25℃时粘度为16mPa·s）12份，JLY-124（岳阳石化）10份，SI133（岳阳石化）1份；

固化组分组成：对甲氧基苯甲酰胺（上海羽帆化工，胺值为580mg KOH/g）22份，氢氧化钠0.8份，烷基二甲基羧乙基季铵盐（山西新天源化工，胺值为480mg KOH/g）0.7份；

粉料组成：钢渣粉（铁含量1.4％，比表面积348m²/kg）190份，钢渣骨料（铁含量1.5%，粒径0.01～2.8mm连续级配）360份。

制备与使用方法与实施例1相同。

实施例6：

原料配比如下：

粘结剂 3.5份

固化组分 1份

粉料 17份

其中：

粘结剂组成：环氧树脂E41（岳阳石化，25℃时粘度为12000mPa·s且环氧值0.43mol/100g）100份，丁基缩水甘油醚（25℃时粘度为14mPa·s）13份，JLY-124（岳阳石化）14份，SI133（岳阳石化）1.6份；

固化组分组成：十二烷基苯胺（上海羽帆化工，胺值为510mg KOH/g）25份，氢氧化钠0.5份，十八烷基磺酰胺（山西新天源化工，胺值为480mg KOH/g）1.3份；

粉料组成：钢渣粉（铁含量1.8％，比表面积450m²/kg）150份，钢渣骨料（铁含量1.9%，粒径0.01～2.5mm连续级配）350份。

制备与使用方法与实施例1相同。

表1实施例1～6的性能参数

从表1的实验结果可以看出，本发明的环氧灌浆材料具有较低的热膨胀系数、较高的弹性模量和热变形温度以及适宜的流动性。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.用于低温施工的大掺量钢渣环氧灌浆材料，其特征在于：按质量份计，由如下组分组成：

粘结剂 2～4份

固化组分 1份

粉料 15～20份

所述固化组分由固化剂和催化剂组成，且组成如下：

固化剂 20～40份

催化剂 1～3份

所述粉料由钢渣粉和钢渣骨料组成，且组成如下：

钢渣粉 150～250份

钢渣骨料 300～400份，

所述稀释剂为25℃时粘度不超过25mPa·s的活性稀释剂，选自丁基缩水甘油醚、1,4-丁二醇双缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚和聚丙二醇二缩水甘油醚中的一种或多种；

所述催化剂包含碱金属氢氧化物和选自含有二元羧基季铵盐和磺酰胺中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的环氧灌浆材料，其特征在于，按质量份计，其由如下组分组成：

粘结剂 2～4份

固化组分 1份

粉料 15～20份

所述固化组分由固化剂和催化剂组成，且组成如下：

固化剂 25～32份

催化剂 1.5～2.5份

所述粉料由钢渣粉和钢渣骨料组成，且组成如下：

钢渣粉 150～250份

钢渣骨料 300～400份。

3.根据权利要求1或2所述的环氧灌浆材料，其特征在于：

所述环氧树脂为25℃时粘度不超过20000mPa·s且环氧值在0.32～0.55mol/100g之间的双酚A型环氧树脂和双酚AD型脂肪族缩水甘油醚环氧树脂中的一种或多种；

所述增韧剂为非环氧型的聚硫橡胶、氨基甲酸酯预聚物和改性聚醚中的一种或多种；

所述偶联剂为硅烷偶联剂。

4.根据权利要求1或2所述的环氧灌浆材料，其特征在于：

所述固化剂为胺值在300～600mg KOH/g的脂肪族酰胺、含芳香环的脂肪胺和含芳香环的酰胺中的一种或多种。

5.根据权利要求1或2所述的环氧灌浆材料，其特征在于：

所述钢渣中金属铁含量≤2％，钢渣粉的比表面积≥200m²/kg，钢渣骨料为粒径为0.001～3mm连续级配的钢渣颗粒。

6.根据权利要求3所述的环氧灌浆材料，其特征在于：

所述环氧树脂为选自环氧树脂E41、环氧树脂E44、环氧树脂E51、环氧树脂F5和环氧树脂F44中的一种或多种；

所述聚硫橡胶为选自JLY-121、JLY-124、JLG-200、JLY155和JLY215中的一种或多种；

所述改性聚醚为选自甲基丙烯醇聚氧乙烯醚、丙烯醇聚氧乙烯醚和甲氧基聚氧乙烯醚中的一种或多种；

所述硅烷偶联剂为选自SI133、SI143、SI151、SI171中的一种或多种。

7.根据权利要求4所述的环氧灌浆材料，其特征在于：

所述脂肪族酰胺为选自聚庚酰胺、聚辛内酰胺、聚壬酰胺、聚十一酰胺和聚十二内酰胺中的一种或多种；

所述含芳香环的脂肪胺为选自十二烷基苯胺、对正丁基苯胺、2-甲基-5异丙基苯胺中的一种或多种；

所述含芳香环的酰胺为选自苯甲酰胺、苯丙烯酰胺、对甲氧基苯甲酰胺、邻甲基乙酰胺、对羟基苯乙酰胺中的一种或多种。

8.用于制备权利要求1所述的环氧灌浆材料的方法，其特征在于：所述方法包括以下几个步骤：

(1)按质量份，分别取100份环氧树脂、5～15份稀释剂、10～20份增韧剂和1～2份偶联剂，将各原料投入搅拌机中，连续混合搅拌5～10分钟，拌合均匀，得到粘结剂；

(2)按质量份，分别取20～40份固化剂和1～3份催化剂，将各原料投入搅拌机中，连续混合搅拌5～10分钟，拌合均匀，得到固化组分；

(3)按质量份，分别取150～250份钢渣粉和300～400份钢渣骨料，将各原料投入搅拌机中，连续混合搅拌5～10分钟，拌合均匀，得到粉料。

9.使用权利要求1所述的环氧灌浆材料的施工方法，其特征在于：所述方法包括以下几个步骤：

(1)按质量份，将2～4份的粘结剂和1份的固化组分投入强制搅拌机中，搅拌均匀，再将15～20份的粉料投入其中，混合均匀；

(2)均匀混合后的灌浆材料利用自重法实现有振动要求的设备基础灌浆。