CN113308198A - 一种复合凝胶堵水剂、制备方法及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合凝胶堵水剂、制备方法及其使用方法，属于灌浆堵漏材料技术领域。本发明的一种复合凝胶堵水剂，包括A液和B液，其中A液由以下质量分数百分比的各组分组成：硅前驱体10.0‑15.0%、环氧胶粘剂1.0‑4.0%、丙烯酸盐20.0‑30.0%、交联剂0.1‑0.5%、促进剂4.0‑8.0%、缓凝剂0.0‑0.02%和水42.48‑64.9%；其中B液由以下质量分数百分比的各组分组成：引发剂1.0‑8.0%、催化剂0.01‑0.06%和水91.94‑98.99%。本发明通过使用环氧胶粘剂来改性丙烯酸盐的粘结性，可使灌浆材料的粘结强度升高，提高了灌浆材料与建筑物表面的粘结力，不会因失水干缩脱离建筑物的表面，且柔韧性好，能适应后期裂缝变形，起到长久堵漏的作用。

Description

一种复合凝胶堵水剂、制备方法及其使用方法

技术领域

本发明属于灌浆堵漏材料技术领域，更具体地说，是涉及一种复合凝胶堵水剂、制备方法及其使用方法。

背景技术

化学灌浆是把由单体或低聚体、溶剂、固化剂或交联剂等组成的浆液灌入混凝土工程所需修复的部位，浆液经交联聚合反应形成凝胶或固结体，使被修复的部位胶结并形成一个整体，从而达到防渗、堵漏和加固的目的。目前，化学灌浆材料已被广泛的应用于大坝、水库、涵闸等基础防渗帷幕和地基加固、桥基加固以及桥体裂缝补强、地下建筑物(如地铁、隧道等)的防渗堵漏等领域。

灌浆材料是注入裂缝或空洞以获得土体加固或防结构渗漏水效果的材料。该灌浆材料利用重力或泵来填充，并且用于增强建筑物的轴部或基座部分的支撑力或修补建筑物的裂缝。

如果对建筑物的裂缝留置不管，则会损坏建筑物的外观，并且裂缝蔓延恶化会导致漏水或者腐蚀其中放置的钢制增强物，因此缩短了建筑物的使用寿命并导致建筑物倒塌。因此，需要加固地层和修补裂缝。

化学灌浆材料的种类很多，丙烯酸盐灌浆材料是使用很广泛的一大类。丙烯酸盐盐灌浆材料以水为溶剂，环保性好，价格低廉，浆液粘度低，可灌性好，凝胶时间从数秒到数十分钟可调，凝胶体包水性好，堵漏效果可立竿见影，但是也存在缺点，如凝胶体强度很低，与混凝土粘接差，在干燥的环境下凝胶体会慢慢失水而干缩，干缩后的凝胶体遇水之后又会吸水膨胀，在这个干缩-膨胀的循环过程，容易发生脱粘甚至凝胶体的破坏，导致复漏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合凝胶堵水剂、制备方法及其使用方法，旨在解决现有技术中利用丙烯酸盐灌浆材料进行化学灌浆时，凝胶体与混凝土粘接差以及柔韧性差，无法适应后期裂缝变形的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种复合凝胶堵水剂，包括：A液和B液，其中A液由以下质量分数百分比的各组分组成：硅前驱体10.0-15.0%、环氧胶粘剂1.0-4.0%、丙烯酸盐20.0-30.0%、交联剂0.1-0.5%、促进剂4.0-8.0%、缓凝剂0.0-0.02%和水42.48-64.9%；其中B液由以下质量分数百分比的各组分组成：引发剂1.0-8.0%、催化剂0.01-0.06%和水91.94-98.99%。

优选的，所述B液由以下质量分数百分比的各组分组成：引发剂1.0-2.0%、催化剂0.01-0.06%和水97.94-98.99%。

优选的，所述环氧胶粘剂包括：双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂和环氧化烯烃化合物任意一种或多种。

优选的，所述硅前驱体包括：硅酸钠、正硅酸乙酯、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、正硅酸甲酯、三甲氧基[2-(7-氧杂二环[4.1.0]庚-3-基)乙基]硅烷、四（羟乙基）硅烷任意一种或多种。

优选的，所述交联剂包括：二乙烯基苯、二异氰酸酯、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯和N,N-二甲撑双丙烯酰胺任意一种或多种。

优选的，所述促进剂包括：2，4，6—三（二甲胺基甲基）苯酚、N,N-二甲基苄胺、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯和三乙醇胺任意一种或多种。

优选的，所述缓凝剂包括：葡萄糖酸钠、柠檬酸、酒石酸、木质磺酸盐、磷酸氢二钠、铁氰化钾和糖钙任意一种或多种。

优选的，所述引发剂包括：过氧化月桂酰、过硫酸钾、异丙苯过氧化氢、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮和过氧化二碳酸二异丙酯任意一种或多种；或/和

所述催化剂包括：硫酸亚铁、硝酸银、氯化亚铁、硫醇和亚硫酸氢钠任意一种或多种。

本发明还提供了一种复合凝胶堵水剂制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将环氧胶粘剂、丙烯酸盐、交联剂、促进剂和缓凝剂加入到水中，充分搅拌后生成凝胶混合溶液；

步骤2：将硅前驱体滴加到所述凝胶混合溶液中，充分搅拌均匀后生成A液；其中所述A液的pH值为5~7；

步骤3：将引发剂和催化剂加入到水中，充分搅拌后生成B液；其中所述B液pH值为7~8。

本发明还提供了一种复合凝胶堵水剂使用方法，包括：

将等体积的A液和B液同时注入到混凝土裂缝。

本发明提供的一种复合凝胶堵水剂、制备方法及其使用方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的一种复合凝胶堵水剂，包括A液和B液，其中A液由以下质量分数百分比的各组分组成：硅前驱体10.0-15.0%、环氧胶粘剂1.0-4.0%、丙烯酸盐20.0-30.0%、交联剂0.1-0.5%、促进剂4.0-8.0%、缓凝剂0.0-0.02%和水42.48-64.9%；其中B液由以下质量分数百分比的各组分组成：引发剂1.0-8.0%、催化剂0.01-0.06%和水91.94-98.99%。本发明通过使用环氧胶粘剂来改性丙烯酸盐的粘结性，可使灌浆材料的粘结强度升高，提高了灌浆材料与建筑物表面的粘结程度，不会因失水干缩脱离建筑物的表面，且柔韧性好，能适应后期裂缝变形，起到长久堵漏的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例2提供的粘结强度及断裂伸长率测试效果图。

图2 采用实施例1和实施例2制备浆液进行注浆堵水的渗漏水墙面注浆孔布置图。

图3 实施例1和实施例2制备浆液注浆堵漏效果图。

图4 采用实施例3制备浆液进行注浆堵水的渗漏水墙面注浆孔布置图。

图5 实施例3制备浆液注浆堵漏效果图。

图6 采用实施例4制备浆液进行注浆堵水的渗漏水地面注浆孔布置图。

图7 实施例4制备浆液注浆堵漏效果图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的目的在于提供一种复合凝胶堵水剂、制备方法及其使用方法，旨在解决现有利用丙烯酸盐灌浆材料进行化学灌浆时，凝胶体与混凝土粘接差以及柔韧性差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种复合凝胶堵水剂，包括：A液和B液，其中A液由以下质量分数百分比的各组分组成：硅前驱体10.0-15.0%、环氧胶粘剂1.0-4.0%、丙烯酸盐20.0-30.0%、交联剂0.1-0.5%、促进剂4.0-8.0%、缓凝剂0.0-0.02%和水42.48-64.9%；其中B液由以下质量分数百分比的各组分组成：引发剂1.0-8.0%、催化剂0.01-0.06%和水91.94-98.99%。

作为本发明另一种实施方式，B液由以下质量分数百分比的各组分组成：引发剂1.0-2.0%、催化剂0.01-0.06%和水97.94-98.99%。

在本发明中，丙烯酸盐、促进剂、交联剂可与硅前驱体可通过自由基聚合反应得到纳米层面的复合凝胶,其复合凝胶由纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，因此所得的复合凝胶表现优异的力学和热性能，其凝胶体的强度和韧性很高，不易被外界的环境腐蚀。在本发明中，丙烯酸盐可选自丙烯酸钙或丙烯酸镁任意一种。硅前驱体可选自：硅酸钠、正硅酸乙酯、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、正硅酸甲酯、三甲氧基[2-(7-氧杂二环[4.1.0]庚-3-基)乙基]硅烷和四（羟乙基）硅烷任意一种或多种。交联剂可选自：二乙烯基苯、二异氰酸酯、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯和N,N-二甲撑双丙烯酰胺任意一种或多种。促进剂可选自：2，4，6—三（二甲胺基甲基）苯酚、N,N-二甲基苄胺、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯和三乙醇胺任意一种或多种。在本发明中，硅前驱体也可以是直接加入二氧化硅粉体,使二氧化硅粉体与聚合物复合成杂化凝集，也可提升凝胶的强度。

在本发明中，采用引发剂和催化剂即B液，来使丙烯酸盐、促进剂、交联剂、硅前驱体和引发剂进行聚合反应形成纳米多孔网络结构的复合凝胶，其中引发剂可选自：过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢、过硫酸钾、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮和过氧化二碳酸二异丙酯任意一种或多种，催化剂可选自：硫酸亚铁、硝酸银、氯化亚铁、硫醇和亚硫酸氢钠任意一种或多种。

在本发明中，还加入了环氧胶粘剂，来增加复合凝胶的粘结力，可使复合凝胶与建筑物表面的粘结程度大大提高，不会因复合凝胶失水干缩脱离建筑物的表面；其中，环氧胶粘剂可选自：双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂和环氧化烯烃化合物任意一种或多种。在本发明中，催化剂还可以与环氧胶粘剂发生固化交联聚合反应，生成粘结力更强的粘结剂，进一步增加了复合凝胶的粘结力。

本发明还添加了缓凝剂来延长复合凝胶的形成时间，可以使复合凝胶在成型时呈现更加立体的纳米多孔网络结构，进一步增加了复合凝胶的强度，其中缓凝剂可选自：葡萄糖酸钠、柠檬酸、酒石酸、磷酸氢二钠、铁氰化钾、木质磺酸盐和糖钙任意一种或多种。

本发明通过使用环氧胶粘剂来改性凝胶的粘结性，可使灌浆材料的粘结强度升高，提高了灌浆材料与建筑物表面的粘结程度，不会因失水干缩脱离建筑物的表面，起到永久堵漏的作用。此外，在本发明中，环氧胶粘剂还可以提高凝胶体的柔韧性，使其能适应裂缝后期变形。

本发明还提供了一种复合凝胶堵水剂制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将环氧胶粘剂、丙烯酸盐、交联剂、促进剂和缓凝剂加入到水中，充分搅拌后生成凝胶混合溶液；

步骤2：将硅前驱体滴加到凝胶混合溶液中，充分搅拌均匀后生成A液；其中A液的pH值为5~7；

步骤3：将引发剂和催化剂加入到水中，充分搅拌后生成B液；其中B液pH值为7~8。

下面结合具体的实施例对此制备方法进行进一步说明：

实施例1：

将1g环氧胶粘剂、20g丙烯酸盐、0.1g交联剂、4g促进剂和0.01g缓凝剂加入到100g水中，充分搅拌后生成凝胶混合溶液；

将10g硅前驱体滴加到凝胶混合溶液中，充分搅拌均匀后生成A液；

将1g引发剂和0.01g催化剂加入到100g水中，充分搅拌后生成B液。

实施例2：

将4g环氧胶粘剂、30g丙烯酸盐、0.5g交联剂、8g促进剂和0.02g缓凝剂加入到100g水中，充分搅拌后生成凝胶混合溶液。

将15g硅前驱体滴加到凝胶混合溶液中，充分搅拌均匀后生成A液；

将2g引发剂和0.06g催化剂加入到100g水中，充分搅拌后生成B液。

实施例3：

将4g环氧胶粘剂、30g丙烯酸盐、0.2g交联剂、4g促进剂加入到100g水中，充分搅拌后生成凝胶混合溶液。

将10g硅前驱体滴加到凝胶混合溶液中，充分搅拌均匀后生成A液；

将4g引发剂和0.05g催化剂加入到100g水中，充分搅拌后生成B液。

实施例4：

将2g环氧胶粘剂、30g丙烯酸盐、0.1g交联剂、8g促进剂加入到100g水中，充分搅拌后生成凝胶混合溶液。

将10g硅前驱体滴加到凝胶混合溶液中，充分搅拌均匀后生成A液；

将8g引发剂和0.06g催化剂加入到100g水中，充分搅拌后生成B液。

本发明通过利用硅前驱体、环氧胶粘剂、丙烯酸盐、交联剂、促进剂、缓凝剂、引发剂和催化剂生成复合凝胶堵水剂，可以在遇水后重新膨胀，在环氧胶粘剂的作用下，可以使胶体与裂缝牢牢粘合，使在裂缝干缩、膨胀循环后，仍不会出现渗漏，且大大提高凝胶体的断裂伸长率来适应裂缝变形。

本发明测试了实施例1~4的凝胶时间、与混凝土的粘结强度和断裂伸长率。其中凝胶时间采用倒杯法。粘结强度和断裂伸长：试件以水泥胶砂试块为基材，试块的尺寸为160mm×40mm×40mm，将两个试块采用胶带缠绕到一起，中间留出7mm的裂缝间隙，并在顶部预留灌浆口。将砂浆基材置于平整的桌面上，按照正交试验设计配比混合搅拌均匀的材料灌入试块裂缝中，浆液表面高于胶带表面，然后用滴管调整表面的高度，确保浆液饱满平整，静置等待浆液固化，密封养护24h后将胶带撕开。将试件固定于万能电子试验机的夹具中，安装过程要确保试件的垂直度。其中每个样品设置3~5个试件，用试件的平均值作为试件代表值。测试数据如表1和图1所示。

表1 实施例1~4制备浆液的凝胶时间、粘结强度和断裂伸长率

实施例	凝胶时间(s)	粘结强度（KPa）	断裂伸长率（%）
				1	109	108	1008
2	75	105	1120
				3	30	74	1753
4	20	86	1605

本发明还提供了一种复合凝胶堵水剂使用方法，包括：

查找渗漏点后，布置注浆嘴。

将等体积的A液和B液采用双液注浆机同时通过注浆嘴注入到混凝土裂缝。且浆液注入过程应从结构里面由下向上进行，当浆液从裂缝处冒出时应立即停止，依次向前进行。如果浆液已经注满相邻针头位置，此针头可跳过不注；如果注浆后发现两端仍有延伸，或有裂缝与其交叉，应该在该处补孔，重新注入浆液。为使裂缝完全注满浆液，应在浆液凝固前进行二次注浆。

下面结合具体的实施例1~4制备的浆液，对其使用方法进一步说明：

实施例5：

选取渗漏水部位为长3米，高2.3米的墙面，注浆嘴布置如图2所示，间隔50cm。

分别准备实施例1制备的1份A液和1份B液以及实施例2制备的1份A液和1份B液，采用双液注浆机同时通过注浆嘴注入裂缝中，且浆液注入过程应从结构里面由下向上进行，当浆液从裂缝处冒出时应立即停止，依次向前进行。如果浆液已经注满相邻针头位置，此针头可跳过不注；如果注浆后发现两端仍有延伸，或有裂缝与其交叉，应该在该处补孔，重新注入浆液。注入浆液30min后进行二次补浆。注入效果如图3所示。

实施例6：

选取渗漏水部位为长1米，宽1米的墙面，注浆嘴布置如图4所示，间隔30cm。

准备实施例3制备的1份A液和1份B液，采用双液注浆机同时通过注浆嘴注入裂缝中，且浆液注入过程应从结构里面由下向上进行，当浆液从裂缝处冒出时应立即停止，依次向前进行。如果浆液已经注满相邻针头位置，此针头可跳过不注；如果注浆后发现两端仍有延伸，或有裂缝与其交叉，应该在该处补孔，重新注入浆液。注入浆液10min后进行二次补浆。注入效果如图5所示。

实施例7：

选取渗漏水部位为长1米，宽0.5米的地面，注浆嘴布置如图6所示，间隔50cm。

准备实施例4制备的1份A液和1份B液，采用双液注浆机同时通过注浆嘴注入裂缝中，且浆液注入过程应从结构里面由下向上进行，当浆液从裂缝处冒出时应立即停止，依次向前进行。如果浆液已经注满相邻针头位置，此针头可跳过不注；如果注浆后发现两端仍有延伸，或有裂缝与其交叉，应该在该处补孔，重新注入浆液。注入浆液10min后进行二次补浆。注入效果如图7所示。

由此可知，采用本发明实施例1-4制备的复合凝胶堵水剂，并利用双液注浆机通过注浆嘴注入建筑裂缝中，浆液经交联聚合反应形成复合凝胶，使被修复的部位胶结并形成一个整体，且本发明通过使用环氧胶粘剂来改性复合凝胶的粘结性，可提高了灌浆材料与建筑物表面的粘结程度，使灌浆材料不会因失水干缩脱离建筑物的表面，且柔韧性好，能适应后期裂缝变形，起到长久堵漏的作用。

本发明公开了一种复合凝胶堵水剂、制备方法及其使用方法，本发明的一种复合凝胶堵水剂，包括A液和B液，其中A液由以下质量分数百分比的各组分组成：硅前驱体10.0-15.0%、环氧胶粘剂1.0-4.0%、丙烯酸盐20.0-30.0%、交联剂0.1-0.5%、促进剂4.0-8.0%、缓凝剂0.0-0.02%和水42.48-64.9%；其中B液由以下质量分数百分比的各组分组成：引发剂1.0-8.0%、催化剂0.01-0.06%和水91.94-98.99%。本发明通过使用环氧胶粘剂来改性丙烯酸盐的粘结性，可使灌浆材料的粘结强度升高，提高了灌浆材料与建筑物表面的粘结程度，不会因失水干缩脱离建筑物的表面，且柔韧性好，能适应后期裂缝变形，起到长久堵漏的作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合凝胶堵水剂，其特征在于，包括：A液和B液，其中A液由以下质量分数百分比的各组分组成：硅前驱体10.0-15.0%、环氧胶粘剂1.0-4.0%、丙烯酸盐20.0-30.0%、交联剂0.1-0.5%、促进剂4.0-8.0%、缓凝剂0.0-0.02%和水42.48-64.9%；其中B液由以下质量分数百分比的各组分组成：引发剂1.0-8.0%、催化剂0.01-0.06%和水91.94-98.99%。

2.如权利要求1所述的一种复合凝胶堵水剂，其特征在于，所述B液由以下质量分数百分比的各组分组成：引发剂1.0-2.0%、催化剂0.01-0.06%和水97.94-98.99%。

3.如权利要求1所述的一种复合凝胶堵水剂，其特征在于，所述环氧胶粘剂包括：双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂和环氧化烯烃化合物任意一种或多种。

4.如权利要求1所述的一种复合凝胶堵水剂，其特征在于，所述硅前驱体包括：硅酸钠、正硅酸乙酯、3-缩水甘油醚氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、正硅酸甲酯和三甲氧基[2-(7-氧杂二环[4.1.0]庚-3-基)乙基]硅烷、四（羟乙基）硅烷任意一种或多种。

5.如权利要求1所述的一种复合凝胶堵水剂，其特征在于，所述交联剂包括：二乙烯基苯、二异氰酸酯、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯和N,N-二甲撑双丙烯酰胺任意一种或多种。

6.如权利要求1所述的一种复合凝胶堵水剂，其特征在于，所述促进剂包括：2，4，6—三（二甲胺基甲基）苯酚、N,N-二甲基苄胺、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯和三乙醇胺任意一种或多种。

7.如权利要求1所述的一种复合凝胶堵水剂，其特征在于，所述缓凝剂包括：所述缓凝剂包括：葡萄糖酸钠、柠檬酸、酒石酸、木质磺酸盐、磷酸氢二钠、铁氰化钾和糖钙任意一种或多种。

8.如权利要求1-2任一项所述的一种复合凝胶堵水剂，其特征在于，所述引发剂包括：过氧化月桂酰、过硫酸钾、异丙苯过氧化氢、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮和过氧化二碳酸二异丙酯任意一种或多种；或/和

所述催化剂包括：硫酸亚铁、硝酸银、氯化亚铁、硫醇和亚硫酸氢钠任意一种或多种。

9.一种复合凝胶堵水剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将环氧胶粘剂、丙烯酸盐、交联剂、促进剂和缓凝剂加入到水中，充分搅拌后生成凝胶混合溶液；

步骤2：将硅前驱体滴加到所述凝胶混合溶液中，充分搅拌均匀后生成A液；其中所述A液的pH值为5~7；

步骤3：将引发剂和催化剂加入到水中，充分搅拌后生成B液；其中所述B液的pH值为7~8。

10.一种复合凝胶堵水剂使用方法，其特征在于，包括：

将等体积的A液和B液同时注入到混凝土裂缝。

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