一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及建材领域，具体是指一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料及其制备方法。


背景技术：

2.引水隧洞等地下工程经常遭遇不良地质体，如围岩破碎、土体颗粒松散和节理裂隙发育等，极易发生围岩失稳和突涌水事故，造成人员伤亡和财产损失，严重影响工期。因此，对地下工程破碎松散围岩进行防渗加固处理必要且关键。
3.围岩防渗加固通常采用灌浆材料进行处理。目前常用的灌浆材料主要包括水泥、水玻璃、环氧树脂、丙烯酸盐和聚氨酯等，其中水玻璃灌浆材料具有价格低廉、阻燃性良好、无毒等优点，但力学强度偏低；聚氨酯灌浆材料力学性能较好，但反应温度和成本较高，两种灌浆材料的缺点限制了其进一步应用。因此，有必要克服水玻璃和聚氨酯的缺点，提高灌浆材料的综合性能和适用性，研制一种兼具高强度、低放热量、低成本的灌浆材料。


技术实现要素：

4.本发明的第一目的是为了克服上述背景技术中聚氨酯和水玻璃灌浆材料的不足之处，结合聚氨酯和水玻璃各自优点，研制一种力学强度高、放热量小、成本低的水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，用于引水隧洞破碎围岩防渗加固处理。
5.本发明的第二目的是提供水玻璃改性聚氨酯灌浆材料的制备方法。
6.为了实现本发明的第一目的，本发明的技术方案为：一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，由a组分和b组分按质量比1:1.5-1.7混合得到；所述a组分为模数3.0-3.5、波美度40
°
或50
°bé
的水玻璃；所述b组分按重量份数组成如下：55-75份异氰酸酯，25-35份增塑剂，2-7份催化剂。
7.在上述技术方案中，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯中的一种或几种的混合。
8.在上述技术方案中，所述增塑剂为邻苯二甲酸二异壬酯、二异丙基萘、羧甲基纤维素钠、三聚磷酸钠中的一种或几种的混合。
9.在上述技术方案中，所述催化剂为苯丙醇胺、三异丙醇胺、三乙烯二胺中的一种或几种的混合。
10.为了实现本发明的第二目的，本发明的技术方案为：一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：
11.(1)选取模数3.0-3.5、波美度40
°
或50
°bé
的水玻璃，经硅藻土过滤除杂，得到a组分，密封保存；
12.(2)按照重量份选取55-75份的异氰酸酯、25-35份的增塑剂和25-35份的催化剂，加入反应釜中，在恒温40℃、120-240r/min转速条件下搅拌4-6h，得到b组分，密封保存；
13.(3)常温下将a、b组分按质量比1:1.5-1.7混合，250-400r/min转速机械搅拌1-2min，得到水玻璃改性聚氨酯灌浆材料。
14.在上述技术方案中，所述增塑剂为邻苯二甲酸二异壬酯、二异丙基萘、羧甲基纤维素钠、三聚磷酸钠中的一种或几种的混合。
15.在上述技术方案中，所述催化剂为苯丙醇胺、三异丙醇胺、三乙烯二胺中的一种或几种的混合。
16.本发明的优点如下：
17.(1)将水玻璃中si-o键引入聚氨酯链段，形成交联密度高的网络结构，提高了聚氨酯的力学强度；
18.(2)引入催化剂可以提高异氰酸酯的亲水性，增加与水玻璃混合后溶液的相容性与各向同性；
19.(3)反应过程中无毒害物质产生，环境友好性较好；
20.(4)最高反应温度低于90℃，阻燃性能得到增强；
21.(5)材料成本相对于传统聚氨酯灌浆材料大幅度下降。
具体实施方式
22.以下结合具体实施例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作为举例而已，以使本发明的优点更为清晰易懂。
23.实施例1
24.一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，包括a组分和b组分，a组分为模数3.4、波美度40
°bé
的水玻璃；所述b组分按重量份数组成如下：59份多苯基多亚甲基多异氰酸酯，17份邻苯二甲酸二异壬酯，17份三聚磷酸钠，7份三异丙醇胺。
25.一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
26.(1)选取模数3.4、波美度40
°bé
的水玻璃，经硅藻土过滤除杂，得到a组分，密封保存；
27.(2)选取59份多苯基多亚甲基多异氰酸酯，17份邻苯二甲酸二异壬酯，17份三聚磷酸钠，7份三异丙醇胺，将上述材料加入反应釜中，在恒温40℃、240r/min转速条件下搅拌6h，得到b组分，密封保存；
28.(3)常温下将a、b组分按质量比1:1.7混合，250r/min转速机械搅拌2min，得到水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，进行灌浆。
29.实施例2
30.一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，包括a组分和b组分，a组分为模数3.4、波美度40
°bé
的水玻璃；所述b组分按重量份数组成如下：65份多苯基多亚甲基多异氰酸酯，16份羧甲基纤维素钠，16份三聚磷酸钠，2份三异丙醇胺，1份三乙烯二胺。
31.一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
32.(1)选取模数3.4、波美度40
°bé
的水玻璃，经硅藻土过滤除杂，得到a组分，密封保存；
33.(2)选取65份多苯基多亚甲基多异氰酸酯，16份羧甲基纤维素钠，16份三聚磷酸钠，2份三异丙醇胺，1份三乙烯二胺，将所述材料加入反应釜中，在恒温40℃、180r/min转速条件下搅拌5h，得到b组分，密封保存；
34.(3)常温下将a、b组分按质量比1:1.7混合，250-400r/min转速机械搅拌2min，得到
水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，进行灌浆。
35.实施例3
36.一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，包括a组分和b组分，a组分为模数3.3、波美度40
°bé
的水玻璃；所述b组分按重量份数组成如下：68份多苯基多亚甲基多异氰酸酯，28份二异丙基萘，1份苯丙醇胺，1份三异丙醇胺，2份三乙烯二胺。
37.一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
38.(1)选取模数3.3、波美度40
°bé
的水玻璃，经硅藻土过滤除杂，得到a组分，密封保存；
39.(2)选取68份多苯基多亚甲基多异氰酸酯，28份二异丙基萘，1份苯丙醇胺，1份三异丙醇胺，2份三乙烯二胺，将所述材料加入反应釜中，在恒温40℃、180r/min转速条件下搅拌4h，得到b组分，密封保存；
40.(3)常温下将a、b组分按质量比1:1.6混合，300r/min转速机械搅拌1.5min，得到水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，进行灌浆。
41.实施例4
42.一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，包括a组分和b组分，a组分为模数3.2、波美度40
°bé
的水玻璃；所述b组分按重量份数组成如下：69份多苯基多亚甲基多异氰酸酯，14份邻苯二甲酸二异壬酯，14份二异丙基萘，1份苯丙醇胺，1份三异丙醇胺，1份三乙烯二胺。
43.一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
44.(1)选取模数3.2、波美度40
°bé
的水玻璃，经硅藻土过滤除杂，得到a组分，密封保存；
45.(2)选取69份多苯基多亚甲基多异氰酸酯，14份邻苯二甲酸二异壬酯，14份二异丙基萘，1份苯丙醇胺，1份三异丙醇胺，1份三乙烯二胺，将所述材料加入反应釜中，在恒温40℃、150r/min转速条件下搅拌4h，得到b组分，密封保存；
46.(3)常温下将a、b组分按质量比1:1.5混合，350r/min转速机械搅拌1.5min，得到水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，进行灌浆。
47.实施例5
48.一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，包括a组分和b组分，a组分为模数3.2、波美度40
°bé
的水玻璃；所述b组分按重量份数组成如下：70份多苯基多亚甲基多异氰酸酯，13份邻苯二甲酸二异壬酯，13份二异丙基萘，2份三异丙醇胺，2份三乙烯二胺。
49.一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
50.(1)选取模数3.2、波美度40
°bé
的水玻璃，经硅藻土过滤除杂，得到a组分，密封保存；
51.(2)选取70份多苯基多亚甲基多异氰酸酯，13份邻苯二甲酸二异壬酯，13份二异丙基萘，2份三异丙醇胺，2份三乙烯二胺，将所述材料加入反应釜中，在恒温40℃、150r/min转速条件下搅拌5h，得到b组分，密封保存；
52.(3)常温下将a、b组分按质量比1:1.5混合，400r/min转速机械搅拌1min，得到水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，进行灌浆。
53.通过对比试验来说明本发明实施例1～5制备的水玻璃改性聚氨酯灌浆材料的性能，测试结果如表1所示：
54.表1水玻璃改性聚氨酯灌浆材料主要性能结果
[0055][0056]
由表1可知，与传统聚氨酯灌浆材料相比，本发明实施例1-5制备的水玻璃改性聚氨酯灌浆材料抗压强度显著增强，均大于40mpa，满足jc/t 2041-2020《聚氨酯灌浆材料》对力学性能的要求；且最高反应温度和成本大大降低，各项性能明显优于传统聚氨酯灌浆材料。综合比较表1性能结果可知：实例2和实例4为本发明的优选。
[0057]
本发明可用于水利水电、建筑、交通等领域中混凝土结构堵漏、围岩加固及帷幕防渗等工程。
[0058]
其它未说明的部分均属于现有技术。

技术特征：
1.一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，其特征在于：由a组分和b组分按质量比1:1.5-1.7混合得到；所述a组分材料为模数3.0-3.5、波美度40
°
或50
°
b
é
的水玻璃；所述b组分按重量份数组成如下：异氰酸酯
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55-75份增塑剂
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25-35份催化剂
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2-7份。2.根据权利要求1所述的水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，其特征在于：所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯中的一种或几种的混合。3.根据权利要求1所述的水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二异壬酯、二异丙基萘、羧甲基纤维素钠、三聚磷酸钠中的一种或几种的混合。4.根据权利要求1所述的水玻璃改性聚氨酯灌浆材料，其特征在于：所述催化剂为苯丙醇胺、三异丙醇胺、三乙烯二胺中的一种或几种的混合。5.一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)选取模数3.0-3.5、波美度40
°
或50
°
b
é
的水玻璃，经硅藻土过滤除杂，得到a组分，密封保存；(2)按照重量份选取55-75份的异氰酸酯、25-35份的增塑剂和2-7份的催化剂，加入反应釜中，在恒温40℃、120-240r/min转速条件下搅拌4-6h，得到b组分，密封保存；(3)常温下将a、b组分按质量比1:1.5-1.7混合，250-400r/min转速机械搅拌1-2min，得到水玻璃改性聚氨酯灌浆材料。6.根据权利要求5所述的水玻璃改性聚氨酯灌浆材料的制备方法，其特征在于：所述增塑剂为邻苯二甲酸二异壬酯、二异丙基萘、羧甲基纤维素钠、三聚磷酸钠中的一种或几种的混合。7.根据权利要求5所述的水玻璃改性聚氨酯灌浆材料的制备方法，其特征在于：所述催化剂为苯丙醇胺、三异丙醇胺、三乙烯二胺中的一种或几种的混合。

技术总结
本发明公开了一种水玻璃改性聚氨酯灌浆材料及其制备方法。所述水玻璃改性聚氨酯灌浆材料由A组分和B组分按质量比1:1.5-1.7混合得到；所述A组分为模数3.0-3.5、波美度40


技术研发人员：陈亮 王雷雨 邵晓妹
受保护的技术使用者：武汉长江科创科技发展有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/31