[发明专利]一种聚合物型水玻璃固化剂及在水玻璃类化学灌浆材料中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及水玻璃类化学灌浆材料，主要应用于基坑、隧洞及煤矿开挖等领域的固沙和防渗堵漏工程。

技术背景

高层建筑物在建设时一般都要开挖较深的基坑，地铁、公路在建设的过程中要开挖隧洞、隧道，而煤矿、油田等工程也要开挖深洞，这类建筑施工工程中都会遇到渗水、及流沙。尤其是在多雨地区，这些渗水及流沙不仅影响工程的进度，给施工过程带来危险，且会危害筑成后的工程质量。因此必须用化学灌浆材料对这些流沙进行加固，做成帷幕，来止水防渗，从而实现固定流沙，稳定加固基坑、隧洞的效果。

水玻璃是化学灌浆中使用最早，也是非常廉价和基本无毒的一种固沙材料，为世界各国所重视。水玻璃化学灌浆材料的优点主要表现在：(1)水玻璃浆液是真溶液，起始粘度低，可灌性好；(2)水玻璃浆材来源广，造价低，经济效益大；(3)水玻璃浆材主剂毒副作用小，不会污染环境，使用安全；(4)水玻璃类化学灌浆材料是指，可以针对不同施工、水文、地质、土壤条件，选用相应种类水玻璃化固化剂与其发生化学反应，产生凝胶、固结而成的一种化学灌浆材料。过去常用水玻璃灌浆材料的固化剂分为有机类和无机类。

水玻璃的无机类固化剂，主要分为无机酸和无机酸盐，其中无机酸主要为硫酸和磷酸，这两种酸在使用的过程中易腐蚀施工设备，也会危害施工人员的健康，且固化速度太快，不利于浆液的渗透，同时固结体的强度很低、性能较脆、抗水性差、耐久性也低，还会造成环境的二次碱污染，虽然目前大量的水玻璃灌浆工程中都是使用无机酸，但考虑到上述缺点，可以说这种无机酸还不是水玻璃的理想固化剂。而无机盐类固化剂，如氯化钙、磷酸盐等物质，存在固化时间很快、固结体强度不均一、固结体性能较脆等缺点，其他的无机盐也存在类似的缺陷。

相对于无机固化剂来讲，有机类水玻璃固化剂具有固化时间可控性强，且固结体韧性较好的优点。它能慢慢释放出使水玻璃产生凝胶的物质，实现浆材粘度低、渗透性好、凝胶固砂体强度高、凝胶时间可控，且固结后的固结体的韧性较好。

目前常用的有机类固化剂主要有：醛类，有机酸类，酯类等物质。其中醛类，主要是乙二醛，虽然乙二醛一水玻璃化学灌浆材料，其渗透性好、固砂强度高、耐水性能好，但该物质毒性太大，且有一定的疏水性和挥发性，因此不适合作为防渗堵漏工程中灌浆材料。

而有机酸(如丙烯酸，聚丙烯酸，醋酸乙烯等)，虽相对于酯类物质来讲，其固化速度较快，但是存在腐蚀性强，且固结体强度不够大的缺点。而酯类物质，如乙酸乙酯，丙烯酸酯，甘油酯等物质虽然广泛使用与水玻璃铸造领域，且取得了良好的固结强度，但是酯类的水溶性不好，作为化学灌浆材料使用时，需要先用乳化剂将其乳化，这些缺点也限制了酯类固化剂在水玻璃灌浆材料的应用。

随着我国经济的发展，地下空间变得越来越重要，从而使得这种需要固沙、防渗、加固的工程越来越多，因此对与高效水玻璃灌浆材料的需求量也较大，鉴于当前水玻璃类化学灌浆材料的缺点，开发出一种能够综合无机类和有机类固化剂的优点又避免其缺点，如：固化时间不宜控制、固结体强度差、力学性能较脆等缺点的水玻璃固化剂成为水玻璃类化学灌浆材料的研究热点之一。

发明内容

本发明是针对当前无机类和有机类水玻璃固化剂的缺点，开发出一种新的聚合物型水玻璃化学灌浆材料，该固化剂综合了有机酸类和酯类水玻璃固化剂的优点，且固结体还避免了无机固化剂固结体强度较低、固化时间不易控制、性能较脆的缺点。

本发明是利用这种新型的聚合物型水玻璃固化剂制备出一种新型的水玻璃化学灌浆材料，该化学灌浆材料主要用于建筑基坑、地铁隧道、煤矿等工程领域的固沙防渗堵漏工程。

本发明涉及的聚合物型水玻璃固化剂是通过含有双键的酸与含有双键的酯在一定条件下通过乳液聚合共聚制备的。该水玻璃固化剂是低分子量、具有一定柔性，且含有羧基和酯基的聚合物。

本发明涉及的聚合物型水玻璃固化剂是通过以下的技术方案制备得到：

在添加单体质量1～2倍的水中，再加入单体总质量的0.1％～15％的水溶性氧化还原引发剂和0.1％～5％的乳化剂、缓冲剂、分子量控制剂，在反应温度为50℃～90℃下，将含有双键的酸与含有双键的酯类物质按质量比1∶9～9∶1一次性或者分批多次加入反应瓶中，进行乳液共聚。

所述含有双键的酸为：丙烯酸，甲基丙烯酸，醋酸乙烯，4-癸烯酸，5-癸烯酸，6-癸烯酸，十一烯酸，二十烯酸，10-羟基-2-癸烯酸，丁烯酸和DL-2-氨基-4-戊烯酸。