CN106280277A - 一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：1)将50～80份环氧树脂和20～50份交联稀释剂混合得到A液；2)将5～10份固化剂和1～5份促进剂混合得到B液；3)1～10份引发剂单独构成C组份；4)使用时先将A液与B液混合搅拌均匀，然后加入C组份，搅拌均匀后获得环保低粘度高强型环氧基灌浆材料。该灌材组份无毒，对人体及环境友好；初始浆液的粘度低，可灌性优良，具有排水性，可在水中固化；浆液在胶凝固化时收缩率小，固化体积稳定，且固化物力学性能优秀；浆液配比简单，易于掌握，且原材料易于购买。该灌浆材料可应用于板、梁或柱结构混凝土裂缝的补强加固及水工混凝土裂缝的防渗补强。

Description

一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备方法及应用

技术领域：

本发明涉及一种基于环氧树脂的环保低粘度高强型环氧基灌浆材料，特别涉及用于板、梁、柱等结构混凝土裂缝补强加固以及水工混凝土裂缝防渗补强的环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备方法。

背景技术：

环氧树脂灌浆材料是将粘稠的环氧树脂用稀释剂降低粘度后，辅以固化剂、增韧剂及表面活性剂等助剂而得到多组分溶液灌浆材料。在化学灌浆材料家族中，环氧树脂灌浆材料以其良好的基层适应性、优异的力学强度而成为地基基础加固和结构修复等工程中主导的化学灌浆材料。

该浆材是由A、B两组分组成，A组分由环氧树脂和稀释剂组成，B组分一般为固化体系。环氧树脂作为灌浆材料首先要求其浆液具有较小的粘度和适宜的操作时间，常用的环氧树脂本身粘度较大，因此关键问题是尽可能的降低其粘度，同时又必须使固化物具有所需的各种性能，通常，按环氧树脂灌浆材料所用稀释剂的不同将其分为三大类：(1)非活性稀释剂体系的环氧灌浆材料，这种环氧灌浆材料的组分简单，一般由丙酮、二甲苯等非活性稀释剂和环氧树脂混合组成。这类浆液配制简单，而且粘度较低，但是加入了大量不参与反应的溶剂，造成物理性能下降，固化物收缩大，当前已很少使用；(2)糠醛-丙酮稀释体系的环氧树脂灌浆材料，目前在我国采用的比较广泛，它是根据糠醛-丙酮能在碱性环境下固化形成呋喃树脂，后者以互穿网络结构与环氧树脂固化物形成整体，由此极大地减少了丙酮的挥发，其兼具环氧树脂和呋喃树脂的优良性能，机械强度高，与岩石和混凝土粘结牢固，耐水、耐酸、耐碱、耐盐腐蚀，耐老化性能特优，随着我国高分子化学工业的发展，环氧固化剂的种类不断增多，目前所研究的环氧树脂灌浆材料具有更优良的物理性能和高的渗透性，即使在水下(含有压流动水)裂缝中灌注，在适宜的工艺条件下也能获得良好的力学性能和粘结粘度，但这类灌浆材料不足之处在于使用了高毒性的糠醛、浆液环保性欠佳，加上溶剂挥发，经常导致施工现场空气环境恶劣，浆液固化放热量大，容易出现“爆聚”等问题。(3)活性稀释剂体系(无溶剂型)的环氧灌浆材料，这种环氧灌浆材料一般以低分子量缩水甘油醚或缩水甘油酯类化合物为稀释剂，由于这类化合物本身粘度很低，加之结构中含有能参与固化剂反应的环氧基团，通常被称为活性稀释剂。用活性稀释剂代替非活性稀释剂，由于克服了溶剂的挥发，浆材具有良好的性能，现有活性稀释剂本身的粘度一般都比非活性稀释剂大，稀释效果不太理想，故浆液的可灌性受到一定限制，且加量太多将影响固化物的交联密度。

因此，在化学材料的海洋中寻求合理的组份，解决现有技术的环氧基灌浆材料存在的问题成为迫切需要，可以推动化学灌浆技术在工程建设领域发挥更大的效用。

发明内容：

本发明的首要目的在于克服现有的环氧树脂灌浆材料在环保性及力学性能的不足，提供了一种环保型初始粘度低、固化物强度高、可灌性好且能在水下固化并保持良好的力学性能的环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备方法。

本发明的目的之二在于提供所述的环保低粘度高强型环氧灌浆材料的应用范围。

本发明的上述目的可以通过以下技术方案实现：

一种环保高强型环氧基化学灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将50～80份的环氧树脂和20～50份的交联稀释剂混合得到A液；

2)将5～10份的固化剂和1～5份的促进剂混合得到B液；

3)1～10份的引发剂单独构成C组份；

4)使用时先将A液与B液混合搅拌均匀，然后加入C组份，搅拌均匀后获得环保高强型环氧基化学灌浆材料。

步骤一所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂。

步骤一所述的双酚A型环氧树脂为E-35型环氧树脂、E-44型环氧树脂或E-51型环氧树脂中的一种或至少两种。

步骤一所述的交联稀释剂为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸羟丁酯的一种或至少两种。

步骤二所述的固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种或至少两种。

步骤二所述的促进剂为N,N二甲基苯胺、乙基咪唑或二甲基咪唑中的一种。

步骤三所述的引发剂通过以下步骤制备：将过氧化物与惰性溶剂按照质量比(50～80)：(20～50)的配比混合，静置24小时后，经充分脱水获得引发剂。

所述的过氧化物为过氧化苯甲酰、过氧化环己酮、过氧化二月桂酰、过氧化叔丁酯中的一种或至少两种；所述的惰性溶液为邻苯二甲酸二丁酯。

上述的环保低粘度高强型环氧基灌浆材料在板、梁或柱结构混凝土裂缝的补强加固及水工混凝土裂缝的防渗补强中的应用。

所上述的环保低粘度高强型环氧基灌浆材料可作为混凝土与金属材料间的接触灌浆材料。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明所述的环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备方法，其浆液配比简单，易于掌握，且原材料易于购买，便于储运。

2、本发明选用交联稀释剂取代了糠醛—丙酮系列的活性稀释剂及以牺牲灌浆材料力学性质为代价的缩水甘油醚稀释剂，其组份不包含甲醛、丙酮等易挥发材料，对人体及环境友好，符合绿色发展理念。

3、本发明所述环氧基灌浆材料的初始浆液的粘度低，可灌性优良，具有排水性，可在水中固化；在胶凝固化时收缩率小，固化体积稳定，且固化物力学性能优秀。

4、本发明所述的环保低粘度高强型环氧基化学灌浆材料可应用于板、梁或柱结构混凝土裂缝的补强加固及水工混凝土裂缝的防渗补强；也可作为混凝土与金属材料间的接触灌浆材料。

具体实施方式：

以下以实例方式对本发明作进一步详细描述，但本发明的应用方式不限于此。

实施例1：

本发明提供了一种环保高强型环氧基化学灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将50～80份的环氧树脂和20～50份的交联稀释剂混合得到A液；

2)将5～10份的固化剂和1～5份的促进剂混合得到B液；

3)1～10份的引发剂单独构成C组份；

4)使用时将A液与B液混合搅拌均匀，然后加入C组份，搅拌均匀后获得环保高强型环氧基化学灌浆材料。

实施例2：

在实施例1的基础上，步骤一所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，所述的双酚A型环氧树脂为E-35型环氧树脂、E-44型环氧树脂或E-51型环氧树脂中的一种或至少两种。

步骤一所述的交联稀释剂为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸羟丁酯的一种或至少两种。

步骤二所述的固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种或至少两种。

步骤二所述的促进剂为N,N二甲基苯胺、乙基咪唑或二甲基咪唑中的一种。

步骤三所述的引发剂通过以下步骤制备：将过氧化物与惰性溶剂按照质量比(50～80)：(20～50)的配比混合，静置24小时后，经充分脱水获得引发剂。

所述的过氧化物为有机过氧化物中的一种或至少两种；所述的过氧化物更优选为过氧化苯甲酰、过氧化环己酮、过氧化二月桂酰、过氧化叔丁酯中的一种或至少两种。所述的惰性溶液为芳香脂中的一种或两种；所述的惰性溶液更优选为邻苯二甲酸二丁酯。

本发明选用交联稀释剂取代了糠醛—丙酮系列的活性稀释剂及以牺牲灌浆材料力学性质为代价的缩水甘油醚稀释剂，其组份不包含甲醛、丙酮等易挥发材料，对人体及环境友好，符合绿色发展理念；且初始浆液的粘度低，固化物力学性能优秀，浆液配比简单，易于掌握，浆液组份货源广，价格低，储运方便。本材料的组成成分均参与固化反应，由液态至固态的反应过程没有质量损失，体积稳定性优良，所以该材料对所填充空间的充实效果优于其他同类产品。

实施例3：

一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料由以下方法制备得到：

1)引发剂(C组份)的制备：将65质量份过氧化苯甲酰与50质量份邻苯二甲酸二丁酯均匀混合，静置24小时后，充分脱水得到引发剂。

2)环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备：

A液：75质量份E-51型环氧树脂与25质量份甲基丙烯酸甲酯混合均匀得到；

B液：10质量份二乙烯三胺与4质量份N,N二甲基苯胺混合均匀得到；

使用时将A液、B液与8质量份引发剂(C组份)混合均匀得到无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料。

实施例4：

一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料由以下方法制备得到：

1)引发剂(C组份)的制备：将55质量份过氧化环己酮与45质量份邻苯二甲酸二丁酯均匀混合，静置24小时后，充分脱水得到引发剂。

2)环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备：

A液：65质量份E-51型环氧树脂与35质量份丙烯酸丁酯混合均匀得到；

B液：9质量份三乙烯四胺与2质量份二甲基咪唑混合均匀得到；

使用时将A液、B液与4质量份引发剂(C组份)混合均匀得到无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料。

实施例5：

一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料由以下方法制备得到：

1)引发剂(C组份)的制备：同实例3步骤(1)。

2)环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备：

A液：55质量份E-44型环氧树脂与45质量份甲基丙烯酸甲酯混合均匀得到；

B液：8质量份二乙烯三胺与3质量份N,N二甲基苯胺混合均匀得到；

使用时将A液、B液与6质量份引发剂(C组份)混合均匀得到无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料。

实施例6：

一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料由以下方法制备得到：

1)引发剂(C组份)的制备：同实例3步骤(1)。

2)环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备：

A液：65质量份E-44型环氧树脂与35质量份甲基丙烯酸甲酯混合均匀得到；

B液：9质量份三乙烯四胺与2质量份二甲基咪唑混合均匀得到；

使用时将A液、B液与4质量份引发剂(C组份)混合均匀得到无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料。

实施例7：

一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料由以下方法制备得到：

1)引发剂(C组份)的制备：同实例4步骤(1)。

2)环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备：

A液：55质量份E-51型环氧树脂与45质量份甲基丙烯酸甲酯混合均匀得到；

B液：8质量份二乙烯三胺与1.5质量份N,N二甲基苯胺混合均匀得到；

使用时将A液、B液与3质量份引发剂(C组份)混合均匀得到无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料。

实施例效果

将实例3～7制备的环氧基灌浆材料进行物理、力学指标测定，该指标包括：浆液初始粘度、适用期、灌注能力、体积收缩率、抗压强度、粘接强度。其中：初始粘度是指灌浆材料混合均匀后立即使用旋转粘度计测定的粘度，参照GB/T2794-2013标准测定；适用期是指灌浆材料粘度从初始粘度到达200mPa·s所经历的时间，参照GB/T7123.1-2002标准测定；灌注能力及体积收缩率参照JG/T333-2011标准测定，抗压强度参照GB/T2567-2008标准测定，粘接强度参照JG/T1041-2007标准测定。

环氧基灌浆材料主要性能指标如表1所示：

表1环氧基灌浆材料主要性能指标

项目	指标	备注
			浆液粘度(mPa·S)	≤200	20℃±3℃
浆液密度(g/cm3)	1.05±0.05	20℃±3℃
			固化时间(h)	1～6	20℃±3℃(可调节)
固化体抗压强度(MPa)	≥70
			固化体抗拉强度(MPa)	≥20
固化体抗剪强度(MPa)	≥5.0	与钢材粘接
			固化体弹性模量(GPa)	1.1～1.2

测定结果如表2所列：

表2环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的物理、力学指标

表2列出了基于本发明的无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料实例3～7的物理、力学指标测定。相应指标测定值表明：本发明所制备的无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料，其初始粘度在30mPa·s以下，且通常不超过20mPa·s，灌注能力指标远低于8min的标准指标要求，说明灌浆材料具有优良的可灌注能力；灌浆材料的适用期在145min到330min之间，并且可以通过组份变化进行调节，可满足不同工况下的灌浆时间需求；灌浆材料的体积收缩率小于0.8％，从而保障了灌浆材料对被灌体的填充效果；灌浆材料固化物的抗压强度最高达到了91MPa，并且不低于80MPa，干燥条件下粘接强度最大为5.1MPa，在浸水环境中粘接强度不低于3.0MPa，证明灌浆材料的力学性能优于一般混凝土的力学性能，从而对混凝土开裂发挥有效的补强作用。

本材料在潮湿环境中依然保持良好的固化反应，并且温度适应性较好，在-5摄氏度至55摄氏度的环境温度中材料的工作性不受影响，并且可以通过组份比例变化实现固化时间调节。本材料可灌性在环氧基灌浆材料中保持领先水平，其正常工作粘度值低于同类产品，经工程实践证明，小于0.1mm的裂缝均可以有效灌入(规程规范中规定：大于0.3mm的裂缝需要灌浆)。本材料固化强度值非常高，远大于一般性能的混凝土强度值，弹性模量为混凝土弹性模量的1/30至1/40，相对混凝土而言可近似认为具有一定的弹性。

本发明所述的环保低粘度高强型环氧基化学灌浆材料可应用于板、梁或柱结构混凝土裂缝的补强加固及水工混凝土裂缝的防渗补强；也可作为混凝土与金属材料间的接触灌浆材料。

上述实施例为本发明的典型实施方式，但本发明的实施方式并不受实施例的限制，其他任何在本发明的原理下所作的改变、修饰、代替、组合、简化等，均视为等效的置换方式，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将50～80份的环氧树脂和20～50份的交联稀释剂混合得到A液；

2)将5～10份的固化剂和1～5份的促进剂混合得到B液；

3)1～10份的引发剂单独构成C组份；

4)使用时先将A液与B液混合搅拌均匀，然后加入C组份，搅拌均匀后获得环保低粘度高强型环氧基灌浆材料。

2.如权利要求1所述的一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备方法，其特征在于：步骤一所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂。

3.如权利要求2所述的一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备方法，其特征在于：步骤一所述的双酚A型环氧树脂为E-35型环氧树脂、E-44型环氧树脂或E-51型环氧树脂中的一种或至少两种。

4.如权利要求1所述的一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备方法，其特征在于：步骤一所述的交联稀释剂为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸羟丁酯的一种或至少两种。

5.如权利要求1所述的一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备方法，其特征在于：步骤二所述的固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种或至少两种。

6.如权利要求1所述的一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备方法，其特征在于：步骤二所述的促进剂为N,N二甲基苯胺、乙基咪唑或二甲基咪唑中的一种。

7.如权利要求1所述的一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备方法，其特征在于：步骤三所述的引发剂通过以下步骤制备：将过氧化物与惰性溶剂按照质量比(50～80)：(20～50)的配比混合，静置24小时后，经充分脱水获得引发剂。

8.如权利要求7所述的一种环保低粘度高强型环氧基灌浆材料的制备方法，其特征在于：所述的过氧化物为过氧化苯甲酰、过氧化环己酮、过氧化二月桂酰、过氧化叔丁酯中的一种或至少两种；所述的惰性溶液为邻苯二甲酸二丁酯。

9.权利要求1所制备的环保低粘度高强型环氧基灌浆材料，其特征在于：该环氧灌浆材料在板、梁或柱结构混凝土裂缝的补强加固及水工混凝土裂缝的防渗补强中的应用。

10.权利要求1所制备的环保低粘度高强型环氧基灌浆材料，其特征在于：该环氧基灌浆材料可作为混凝土与金属材料间的接触灌浆材料。