一種早強微膨脹注漿材料的製備方法與流程

2023-10-25 19:12:12

本發明屬於建築材料的技術領域，具體涉及一種早強微膨脹注漿材料的製備方法。

背景技術：

注漿技術已經廣泛用於滲漏水治理、壩基的加固及防滲、地下構築物的止水及加固、井巷工程中的加固及止水、裂隙巖體的止水和破碎巖體的補強以及已有建築混凝土裂縫缺陷的修補中，而用於充填和防滲為主的工程對注漿材料的要求不同於巖體加固，變形控制、房屋下沉控制以及各種地基加固工程，以充填和防滲為目的的漿液材料對強度的要求不高，只要起到填充止水的作用就能夠滿足工程的需要。

目前，在現場配製注漿材料過程中，超細礦物載體容易結團，很難攪拌均勻，達不到預期的效果，而且注漿材料漿體容易出現沉澱、離析、泌水等現象，不利於注漿作業的順利進行；注漿漿體的流動性能難以滿足注漿工藝的要求，表現為流動度經時損失大；為控制流動度損失，常常採用超摻緩凝組分來實現，這樣又出現了注漿漿體超緩凝現象，起不到注漿的應有效果；同時由於水膠比大，漿體嚴重收縮，起不到注漿封堵的作用。

現如今使用的注漿材料的凝結時間不可調，在早期達不到足夠的強度，達不到施工的要求，同時在應用過程中易出現收縮開裂的現象，耐久性及安全穩定性差，粘結強度低，抗水分散性能差，使用壽命短。因此，研究開發一種早期可達到較高的強度，耐久性及穩定性佳，且不易收縮開裂的注漿材料具有重要的現實意義。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題：針對現如今使用的注漿材料在早期達不到足夠的強度，漿體嚴重收縮，同時在應用過程中易出現收縮開裂的現象，粘結強度及穩定性差的缺陷，提供了一種早強微膨脹注漿材料的製備方法。

為解決上述技術問題，本發明採用如下所述的技術方案是：

（1）按質量比5:2:2:1分別稱取高爐礦渣、赤泥、高嶺土和水滑石，加入粉碎機中粉碎後過篩得混合粉末，按重量份數計，分別選取40～50份混合粉末、5～7份發泡劑、3～5份羥丙基甲基纖維素和100～120份水混合，攪拌混合後得發泡漿料，即為組分1，備用；

（2）按質量比3:2，分別稱取馬鈴薯澱粉和去離子水加入三口燒瓶中，將三口燒瓶放入水浴鍋中，升溫後攪拌，向三口燒瓶中滴加質量分數30%雙氧水，控制滴加速度為2～3g/min，滴完後保溫攪拌反應1～2h，反應後向三口燒瓶中依次加入硼砂和質量分數8%聚乙烯醇溶液，攪拌混合後冷卻至室溫出料，得混合物；

（3）將混合物冷凍乾燥後過篩，得乾燥物，按質量比1:10，將乾燥物加入二甲基亞碸中，超聲分散後得分散液；

（4）稱取異佛爾酮二異氰酸酯裝入四口燒瓶中，將四口燒瓶放入水浴中，升溫至70～80℃後向四口燒瓶中加入聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇，保溫攪拌反應100～120min後加入2,2-二羥甲基丙酸，繼續攪拌反應2～4h，反應結束後用滴管滴加2～3滴辛酸亞錫，攪拌後向四口燒瓶中滴加分散液，滴加速度為2～4g/min，滴加後攪拌反應2～3h，得反應物；

（5）向反應物中分別加入三乙胺和丙酮，攪拌後加入去離子水，快速攪拌乳化後即可得到改性水性聚氨酯乳液，即為組分2；

（6）使用時，按質量比2:1將步驟（1）的組分1和組分2混合，並加入乙酸乙酯，攪拌混合後即可得到早強微膨脹注漿材料。

步驟（1）中所述的發泡劑為炭黑、膨脹珍珠巖、碳酸鋇、碳酸氫鈉中的一種。

步驟（2）中所述的水浴升溫溫度為80～90℃，所述降低水浴溫度至50～60℃。

步驟（2）中所述的質量分數30%雙氧水的質量為馬鈴薯澱粉質量5～7%，所述的硼砂質量為馬鈴薯澱粉質量0.5～0.8%，質量分數8%聚乙烯醇溶液的質量為馬鈴薯澱粉質量30～50%。

步驟（3）中所述的超聲分散頻率為18～20khz，超聲分散時間為1～2h。

步驟（4）中所述的聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇為異佛爾酮二異氰酸酯質量3～5倍，所述的2,2-二羥甲基丙酸質量為異佛爾酮二異氰酸酯質量10～30%。

步驟（5）中所述的三乙胺質量為反應物質量1～2%，所述的丙酮質量為反應物質量5～7%，所述的去離子水的質量為反應物質量60～70%。

步驟（5）中所述的快速攪拌轉速為1200～1500r/min，乳化時間為60～80min。

步驟（6）中所述的乙酸乙酯質量為組分1質量1～3%，所述攪拌時間40～60s。

本發明與其他方法相比，有益技術效果是：

（1）本發明首先將高爐礦渣、赤泥等粉碎並與發泡劑、羥丙基甲基纖維素和水混合得組分1，由於組分1中發泡劑的存在，可以使無機粉末進行發泡，並且羥丙基甲基纖維素具有增稠、分散、黏結的作用，使得發泡後的漿料體積穩定性好，產生較高強度的表面吸附膜，加入在改性水性聚氨酯乳液中製備得到的注漿材料，可以在較短的時間內固結並達到較高的強度，使鬆散破碎圍巖膠結成連續體；

（2）本發明將馬鈴薯澱粉和去離子水混合，升溫後加入雙氧水，降溫後再加入硼砂和聚乙烯醇溶液，冷凍乾燥後加入二甲基亞碸中，超聲反應後得分散液，本發明先利用雙氧水對馬鈴薯澱粉進行氧化改性，原澱粉中葡萄糖單元上的羥甲基氧化成羧基，再將氧化後的澱粉和聚乙烯醇反應，利用氧化澱粉上的羧基和羥基進行，反應得到的產物具有良好的粘結性，添加在水性聚氨酯乳液中，可以增強水性聚氨酯乳液的粘結強度，使得最終製得的注漿材料具有優異的粘結性能；

（3）本發明將組分1的發泡漿料和組分2的改性水性聚氨酯乳液混合，並滴加固化劑即可得微膨脹注漿材料，通過雙組分混合後得到的注漿材料注入地層後，能夠形成一種無機、有機互穿網絡的高分子結構，將破碎圍巖牢固地黏結在一起，起到加固和補強的作用，本發明所得的早強微膨脹注漿材料流動性好，在使用過程中不易收縮開裂，同時具有自身微膨脹功能，施工性能好，製備簡單，綜合性能優異。

具體實施方式

按質量比5:2:2:1分別稱取高爐礦渣、赤泥、高嶺土和水滑石，加入粉碎機中粉碎後過篩得混合粉末，按重量份數計，分別選取40～50份混合粉末、5～7份發泡劑、3～5份羥丙基甲基纖維素和100～120份水混合，以150～200r/min轉速攪拌混合2～3h，混合後得漿料，即為組分1；按質量比3:2，分別稱取馬鈴薯澱粉和去離子水加入三口燒瓶中，將三口燒瓶放入水浴鍋中，並升溫至80～90℃，攪拌混合20～30min後向三口燒瓶中滴加馬鈴薯澱粉質量5～7%質量分數30%雙氧水，控制滴加速度為2～3g/min，滴完後保溫攪拌反應1～2h，反應後降低水浴溫度為50～60℃，向三口燒瓶中依次加入馬鈴薯澱粉質量0.5～0.8%硼砂和馬鈴薯澱粉質量30～50%質量分數8%聚乙烯醇溶液，以800～1000r/min轉速攪拌混合1～2h後冷卻至室溫出料，得混合物；將混合物冷凍乾燥後過100～120目篩，得乾燥物，按質量比1:10，將乾燥物加入二甲基亞碸中，在18～20khz頻率下超聲分散1～2h，得分散液；稱取異佛爾酮二異氰酸酯裝入四口燒瓶中，將四口燒瓶放入水浴中，升溫至70～80℃後向四口燒瓶中加入異佛爾酮二異氰酸酯質量3～5倍的聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇，保溫攪拌反應100～120min後加入異佛爾酮二異氰酸酯質量10～30%2,2-二羥甲基丙酸，繼續攪拌反應2～4h，反應結束後用100mm膠頭滴管滴加2～3滴辛酸亞錫，攪拌10～15min後向四口燒瓶中滴加分散液，滴加速度為2～4g/min，滴加結束後攪拌反應2～3h，得反應物；向反應物中分別加入反應物質量1～2%三乙胺和反應物質量5～7%丙酮，攪拌15～20min後加入反應物質量60～70%去離子水，並以1200～1500r/min轉速乳化60～80min，乳化後即可得到改性水性聚氨酯乳液，即為組分2；使用時，按質量比2:1將的組分1和組分2混合，混合後加入組分1質量1～3%乙酸乙酯，以400～600r/min轉速攪拌混合40～60s後即可得到早強微膨脹注漿材料。

所述的發泡劑為炭黑、膨脹珍珠巖、碳酸鋇、碳酸氫鈉中的一種。

實例1

按質量比5:2:2:1分別稱取高爐礦渣、赤泥、高嶺土和水滑石，加入粉碎機中粉碎後過篩得混合粉末，按重量份數計，分別選取40份混合粉末、5份炭黑、3份羥丙基甲基纖維素和100份水混合，以150r/min轉速攪拌混合2h，混合後得漿料，即為組分1；按質量比3:2，分別稱取馬鈴薯澱粉和去離子水加入三口燒瓶中，將三口燒瓶放入水浴鍋中，並升溫至80℃，攪拌混合20min後向三口燒瓶中滴加馬鈴薯澱粉質量5%質量分數30%雙氧水，控制滴加速度為2g/min，滴完後保溫攪拌反應1h，反應後降低水浴溫度為50℃，向三口燒瓶中依次加入馬鈴薯澱粉質量0.5%硼砂和馬鈴薯澱粉質量30%質量分數8%聚乙烯醇溶液，以800r/min轉速攪拌混合1h後冷卻至室溫出料，得混合物；將混合物冷凍乾燥後過100目篩，得乾燥物，按質量比1:10，將乾燥物加入二甲基亞碸中，在18khz頻率下超聲分散1h，得分散液；稱取異佛爾酮二異氰酸酯裝入四口燒瓶中，將四口燒瓶放入水浴中，升溫至70℃後向四口燒瓶中加入異佛爾酮二異氰酸酯質量3倍的聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇，保溫攪拌反應100min後加入異佛爾酮二異氰酸酯質量10%2,2-二羥甲基丙酸，繼續攪拌反應2h，反應結束後用100mm膠頭滴管滴加2滴辛酸亞錫，攪拌10min後向四口燒瓶中滴加分散液，滴加速度為2g/min，滴加結束後攪拌反應2h，得反應物；向反應物中分別加入反應物質量1%三乙胺和反應物質量5%丙酮，攪拌15min後加入反應物質量60%去離子水，並以1200r/min轉速乳化60min，乳化後即可得到改性水性聚氨酯乳液，即為組分2；使用時，按質量比2:1將的組分1和組分2混合，混合後加入組分1質量1%乙酸乙酯，以400r/min轉速攪拌混合40s後即可得到早強微膨脹注漿材料。

首先將路基表面鬆散物及裂縫中雜物去除乾淨，接著將本發明製備得到的早強微膨脹注漿材料攪拌40s後立即對路面進行施工，經檢測，本發明所得的早強微膨脹注漿材料在2min內可完成初凝，在5min可完成終凝，3天的抗壓強度為50mpa，粘結強度為15mpa，結石率為98%。

實例2

按質量比5:2:2:1分別稱取高爐礦渣、赤泥、高嶺土和水滑石，加入粉碎機中粉碎後過篩得混合粉末，按重量份數計，分別選取50份混合粉末、7份碳酸鋇、5份羥丙基甲基纖維素和120份水混合，以200r/min轉速攪拌混合3h，混合後得漿料，即為組分1；按質量比3:2，分別稱取馬鈴薯澱粉和去離子水加入三口燒瓶中，將三口燒瓶放入水浴鍋中，並升溫至90℃，攪拌混合30min後向三口燒瓶中滴加馬鈴薯澱粉質量7%質量分數30%雙氧水，控制滴加速度為3g/min，滴完後保溫攪拌反應2h，反應後降低水浴溫度為60℃，向三口燒瓶中依次加入馬鈴薯澱粉質量0.8%硼砂和馬鈴薯澱粉質50%質量分數8%聚乙烯醇溶液，以1000r/min轉速攪拌混合2h後冷卻至室溫出料，得混合物；將混合物冷凍乾燥後過120目篩，得乾燥物，按質量比1:10，將乾燥物加入二甲基亞碸中，在20khz頻率下超聲分散2h，得分散液；稱取異佛爾酮二異氰酸酯裝入四口燒瓶中，將四口燒瓶放入水浴中，升溫至80℃後向四口燒瓶中加入異佛爾酮二異氰酸酯質量5倍的聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇，保溫攪拌反應120min後加入異佛爾酮二異氰酸酯質量30%2,2-二羥甲基丙酸，繼續攪拌反應4h，反應結束後用100mm膠頭滴管滴加3滴辛酸亞錫，攪拌15min後向四口燒瓶中滴加分散液，滴加速度為4g/min，滴加結束後攪拌反應3h，得反應物；向反應物中分別加入反應物質量2%三乙胺和反應物質量7%丙酮，攪拌20min後加入反應物質量70%去離子水，並以1500r/min轉速乳化80min，乳化後即可得到改性水性聚氨酯乳液，即為組分2；使用時，按質量比2:1將的組分1和組分2混合，混合後加入組分1質量3%乙酸乙酯，以600r/min轉速攪拌混合60s後即可得到早強微膨脹注漿材料。

首先將路基表面鬆散物及裂縫中雜物去除乾淨，接著將本發明製備得到的早強微膨脹注漿材料攪拌60s後立即對路面進行施工，經檢測，本發明所得的早強微膨脹注漿材料在3min內可完成初凝，在7min可完成終凝，5天的抗壓強度為70mpa，粘結強度為20mpa，結石率為99%。

實例3

按質量比5:2:2:1分別稱取高爐礦渣、赤泥、高嶺土和水滑石，加入粉碎機中粉碎後過篩得混合粉末，按重量份數計，分別選取45份混合粉末、6份碳酸氫鈉、4份羥丙基甲基纖維素和110份水混合，以175r/min轉速攪拌混合2.5h，混合後得漿料，即為組分1；按質量比3:2，分別稱取馬鈴薯澱粉和去離子水加入三口燒瓶中，將三口燒瓶放入水浴鍋中，並升溫至85℃，攪拌混合25min後向三口燒瓶中滴加馬鈴薯澱粉質量6%質量分數30%雙氧水，控制滴加速度為2g/min，滴完後保溫攪拌反應1.5h，反應後降低水浴溫度為55℃，向三口燒瓶中依次加入馬鈴薯澱粉質量0.7%硼砂和馬鈴薯澱粉質量40%質量分數8%聚乙烯醇溶液，以900r/min轉速攪拌混合2h後冷卻至室溫出料，得混合物；將混合物冷凍乾燥後過110目篩，得乾燥物，按質量比1:10，將乾燥物加入二甲基亞碸中，在19khz頻率下超聲分散1.5h，得分散液；稱取異佛爾酮二異氰酸酯裝入四口燒瓶中，將四口燒瓶放入水浴中，升溫至75℃後向四口燒瓶中加入異佛爾酮二異氰酸酯質量4倍的聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇，保溫攪拌反應110min後加入異佛爾酮二異氰酸酯質量20%2,2-二羥甲基丙酸，繼續攪拌反應3h，反應結束後用100mm膠頭滴管滴加2滴辛酸亞錫，攪拌13min後向四口燒瓶中滴加分散液，滴加速度為3g/min，滴加結束後攪拌反應2.5h，得反應物；向反應物中分別加入反應物質量1%三乙胺和反應物質量6%丙酮，攪拌18min後加入反應物質量65%去離子水，並以1350r/min轉速乳化70min，乳化後即可得到改性水性聚氨酯乳液，即為組分2；使用時，按質量比2:1將的組分1和組分2混合，混合後加入組分1質量2%乙酸乙酯，以500r/min轉速攪拌混合5s後即可得到早強微膨脹注漿材料。

首先將路基表面鬆散物及裂縫中雜物去除乾淨，接著將本發明製備得到的早強微膨脹注漿材料攪拌50s後立即對路面進行施工，經檢測，本發明所得的早強微膨脹注漿材料在2min內可完成初凝，在6min可完成終凝，4天的抗壓強度為70mpa，粘結強度為18mpa，結石率為99%。