[发明专利]一种硅杂化丙烯酸盐水泥复合灌浆材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硅杂化丙烯酸盐‑水泥复合灌浆材料及其制备方法，属于市政和建筑工程新材料技术领域。本发明将无机结合料水泥和无机纳米粒子引入到丙烯酸盐预聚体中，在交联剂、引发剂和促进剂的作用下发生聚合反应，经过链引发、链增长、链终止过程，聚合形成不溶于水的网状复合杂化凝胶体。硅氧烷改性丙烯酸盐，能消除有机材料和无机材料(水泥)之间的差异，改善界面之间的相互作用，改善聚丙烯酸盐树脂与水泥之间的相容性。此类复合灌浆材料环境造成的污染较少，不会产生粉尘污染，属于环境友好型材料，能同时解决丙烯酸盐灌浆材料强度低和水泥灌浆材料抗干缩性差、耐久性差和抗分散性差的问题。

技术领域

本发明涉及市政和建筑工程新材料技术领域，具体是涉及一种硅杂化丙烯酸盐-水泥复合灌浆材料及其制备方法。

背景技术

随着国民经济的发展和科学技术的进步，超大规模地下工程、高速公路网、大型水坝、大跨度桥梁等大型工程建设，使水泥构筑物工作环境日趋复杂和苛刻。对水泥的强度、抗干缩性、抗分散性以及耐久性提出了更高的要求。水泥本身结构不致密，有很多的毛细孔道，当腐蚀性的物质侵入时，与水泥组分发生物理化学变化，导致水泥材料的耐久性下降，造成混凝土设施腐蚀破坏。据有关部门统计，我国每年的水泥腐蚀造成的损失就达到5000亿元以上。水泥基注浆材料是地下工程中最常用的非化学注浆浆液，但其抗分散能力极差，在受到高压富水地层中流水冲刷时，注浆材料极易被冲刷稀释而流失，并且水泥基浆材后期干缩性大，易开裂，无法起到长久填充和加固地层的目的。由此造成的危害和日益加剧的事态已远远超出人们的意料，鉴于工程安全以及经济因素的考虑，混凝土的抗干缩性、耐久性和抗分散性的研究越来越受到各国学术界的重视。目前，国内外大部分提高水泥抗干缩性、耐久性和抗分散性的研究集中在采用有机物来改性水泥，因为有机高分子材料具备优异的柔韧性、抗冲击性、抗腐蚀等性能，能有效弥补水泥的不均质脆性和耐腐蚀能力差等缺陷，提高水泥本身的粘结性能，提高水泥的强度，填充孔隙，增强水泥致密度来提高分散性，并且能在水泥内部成膜，包裹于水化产物表面，起到抗腐蚀作用。

丙烯酸盐类灌浆材料具有易溶于水、浆液黏度低、流动性好、凝胶时间可控等优点而被广泛用于建筑物的地下防渗和修复工程、地质勘探工程、隧道洞室工程、矿井工程、水利水电工程和城市地下工程中。聚丙烯酸盐凝胶体是溶胀水但不溶解于水的一类特殊材料，因此在动水下不容易被水稀释或冲走。但丙烯酸盐灌浆材料强度较低，无法起到很好的防渗加固作用，限制了其应用范围。

本发明将无机结合料水泥和无机纳米粒子引入到丙烯酸盐预聚体中，在交联剂、引发剂和促进剂的作用下发生聚合反应，聚合形成不溶于水的网状复合杂化凝胶体。一方面，水溶性的丙烯酸盐具有很多的极性基团，能与硅酸盐混凝土中的Ca²⁺、Si⁴⁺等形成大量氢键和分子间作用力，使丙烯酸盐凝胶体与水泥混凝土表面牢固粘结，产生物理吸附作用。丙烯酸盐与混凝土裂缝表面的Ca²⁺、Al³⁺等离子发生络合反应，形成化学吸附。硅氧烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅氧烷偶联剂-无机基体的结合层，提高无机填料与高分子聚合物之间相容性，改善无机填料在高分子聚合物中分散性及粘合力。本发明用硅氧烷改性丙烯酸盐，能消除有机材料和无机材料之间的差异，改善界面之间的相互作用。因此，该硅杂化丙烯酸盐-水泥灌浆材料能在干湿循环环境中能牢固粘附在混凝土表面，高水压下丙烯酸盐灌浆材料不会脱离混凝土裂缝面，解决了现阶段丙烯酸盐类灌浆材料抗压强度差。另一方面，丙烯酸盐双键发生自由基聚合形成的网络结构凝胶体，能填充于混凝土结构中，提高其致密度，进而大大提高水泥混凝土浆液的抗分散性，使其在动水下施工不被冲稀或冲走，并且聚丙烯酸盐网状结构能吸收大量水分，改善水泥的干缩性。本发明制得的硅杂化丙烯酸盐-水泥复合灌浆材料对环境造成的污染较少，不会产生粉尘污染，属于环境友好型材料，能同时解决丙烯酸盐灌浆材料强度低和水泥灌浆材料抗干缩性差、耐久性差和抗分散性差的问题，可广泛应用于地下工程防水、堵漏、补强和加固岩层或土层，对节约资源、能源及资金具有重大的意义。

发明内容