一种无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料的灌浆方法

摘要

本发明公开一种无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料的灌浆方法，包括以下步骤：1)清理裂缝表面污垢使裂缝贯通2)灌浆孔布设3)裂缝表面进行封闭处理4)制备无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆浆液5)自下而上逐孔依次低压注浆直至所有灌浆孔灌满6)结束后用丙酮清洗注浆仪器。本发明对于结构混凝土受力开裂缝，大体积混凝土温度裂缝，洞衬混凝土不均匀沉降裂缝都有良好的适用性，且灌浆材料组份无毒，初始粘度低，固化物强度高，固化时间可调。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种灌浆材料的灌浆方法，具体涉及一种无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料的灌浆方法。

背景技术：

灌浆是通过堵塞开敞的地质缺陷来减少渗漏或加固地层、地基或建筑物的一项工程。一般是把浆液压送到地层或建筑物地基的裂隙、断层破碎带或建筑物本身的接缝、裂缝中，从而提高被灌地层或建筑物的抗渗性和整体性。目前用于灌浆堵漏加固技术的材料有两大类型：一类是以有机高分子材料为基础的化学灌浆材料；另一种是以水泥为主的无机灌浆材料。由于水泥灌浆具有结实体强度高、材料来源广、价格低廉、储运方便、以及灌浆工艺简单等有点，迄今为止，水泥仍是灌浆工程中应用最广泛的基本灌浆材料。但因水泥属颗粒材料，对裂缝较小的处理对象无法灌入，同时对于重要建筑物的大体积混凝土构件裂缝，不仅其开度细小，面积大，而且还要求具有很高的力学强度合良好的粘结性能，水泥灌浆材料由于作为其载体的水部分析出，不可能达到粘结密实、强度高、恢复建筑整体性的目的。

化学灌浆是将一定的化学材料配制成真溶液，用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内，使其扩散、胶凝或固化，以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补的一项地基处理和混凝土修补技术，即化学灌浆是化学与工程相结合，应用化学科学和化学浆材解决地基和混凝土缺陷处理(加固补强、防渗堵漏)，保证工程的顺利进行或借以提高工程质量的一项工程技术。随着化学灌浆技术的发展和进步，现己成为现代工程中颇具特色且不可或缺的一项先进技术，化学灌浆技术已在国内水电(大坝、堤防、水库、电站)、建筑(地上、地下、人防)、交通(公路、铁路、隧道、桥梁、港口、机场)和采矿等四大部门得到推广应用，化学灌浆技术应用已解决了许多工程难题，并取得良好的效益。而作为目前应用最为广泛的化学灌浆材料——环氧树脂灌浆材料与混凝土材料相比，具有强度高、粘接力强、耐化学腐蚀的特点，经过科研单位的不断探索与配方改良，弥补了其耐寒耐热性、耐冲击震动、耐疲劳等短板指标，被广泛应用于混凝土构筑物的裂缝补强加固及机械设备的底座或平台的缝隙填充浇灌。因此，非颗粒且粘强度高的环氧树脂真溶液化学灌浆材料的使用就成为必然。

现有技术中也存在相关的有关环氧树脂应用于灌浆材料的技术，如美国的LPL、德国的sika等产品。这主要是因为环氧树脂具有牢固的粘结力，在常温下可以固化，反应收率小，有较高的力学强度合优良的耐老化性能。因而其在水利水电工程及其它大体积混凝土结构中得到了广泛应用，特别是在发达国家中。但是环氧树脂的粘度很大，在环氧树脂灌浆材料的发展过程中，大家都不约而同地将降低灌浆材料的粘度，增加其可灌性作为优化灌浆材料的首要课题。随着材料科技的日益发展，行业内涌现出很多降低环氧灌浆材料粘度的技术路线，例如微乳化技术、水性环氧树脂等，但目前应用最为广泛的仍然是利用活性稀释剂降低环氧树脂的粘度，从而使灌浆液获得良好的可灌性。传统的活性稀释剂，例如糠醛—丙酮系列，由于其环保性的限制，已逐渐退出市场。以牺牲灌浆材料力学性质为代价的缩水甘油醚作为稀释剂，虽然解决了环保问题，但由于其掺量的限制导致初始粘度难以到达理想状态。

因此，在化学材料的海洋中寻求合理的环氧基化学灌浆材料组份就成为迫切需要，可以推动化学灌浆技术在工程建设领域发挥更大的效用。

发明内容：

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供了一种无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料的灌浆方法，包括以下步骤：

1)清理裂缝表面污垢使裂缝贯通；

2)沿裂缝走向进行灌浆孔布设，并在灌浆孔内埋设单向止水灌浆针头；

3)裂缝表面进行封闭处理，对于非贯通型的混凝土表层裂缝，需要在裂缝延伸最高点留排气孔；

4)制备无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆浆液；

5)连接活塞型注浆泵将步骤四所制备的灌浆浆液进行注浆，从最底部一个灌浆孔开始，自下而上逐孔依次低压灌浆，当最上部一个灌浆孔出浆时，表明缝内已灌满，可结束灌浆，或排气孔流出浆液也可视为注浆饱满；

6)灌浆结束后用丙酮将注浆仪器清洗干净。

步骤二所述的灌浆孔布设时，混凝土裂缝采用跨缝钻孔；对于能准确把握缝内走向的结构缝，采用骑缝钻孔。

步骤三所述的裂缝表面的封闭处理可以用开槽环氧胶泥填充法，也可以用表面粘贴封闭法。

步骤四所述的无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆浆液的制备方法，包括以下步骤：1)将50～80重量份的环氧树脂和20～50重量份的交联稀释剂混合得A液；2)将5～10重量份的固化剂和1～5重量份的促进剂混合制得B液；3)1～10份的引发剂单独构成C组份；4)使用时先将A液与B液混合搅拌均匀，然后加入C组份，搅拌均匀后即可获得该灌浆浆液。

所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，双酚A型环氧树脂为E-35型环氧树脂、E-44型环氧树脂或E-51型环氧树脂中的一种或至少两种。

所述的交联稀释剂为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸羟丁酯的一种或至少两种。

所述的固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种或至少两种。

所述的促进剂为N,N二甲基苯胺、乙基咪唑或二甲基咪唑中的一种。

所述的引发剂由过氧化物与惰性溶剂按照质量比(50～80)：(20～50)的配比配制获得；所述的有机过氧化物为过氧化苯甲酰、过氧化环己酮、过氧化二月桂酰、过氧化叔丁酯中的一种或至少两种；所述的惰性溶液为邻苯二甲酸二丁酯。

根据权利要求1所述的一种无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料，其特征在于：步骤五所述的低压灌浆的灌浆压力为0.3～0.6MPa。

1)清理裂缝表面污垢使裂缝贯通；

2)沿裂缝走向进行灌浆孔布设，灌浆孔间距视缝宽而定，灌浆孔内埋设单向止水灌浆针头；

3)裂缝表面进行封闭处理，对于非贯通型的混凝土表层裂缝，需要在裂缝延伸最高点留排气孔；

4)制备灌浆浆液：将50～80重量份的环氧树脂和20～50重量份的交联稀释剂混合得A液，将5～10重量份的固化剂和1～5重量份的促进剂混合制得B液，使用时先将A液与B液混合搅拌均匀，然后再加入1～10重量份的引发剂，搅拌均匀后获得无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料；

5)连接活塞型注浆泵将步骤四所制备的灌浆浆液进行注浆，从最底部一个灌浆孔开始，自下而上逐孔依次低压注浆，当最上部一个灌浆孔出浆时，表明缝内已灌满，可结束灌浆或排气孔流出浆液也可视为注浆饱满；

6)灌浆结束后用丙酮将注浆仪器清洗干净。

步骤二所述的灌浆孔布设时，混凝土裂缝采用跨缝钻孔；对于能准确把握缝内走向的结构缝，采用骑缝钻孔。

步骤三所述的裂缝表面的封闭处理可以用开槽环氧胶泥填充法，也可以用表面粘贴封闭法。

步骤四所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，双酚A型环氧树脂为E-35型环氧树脂、E-44型环氧树脂或E-51型环氧树脂中的一种或至少两种。

步骤四所述的交联稀释剂为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸羟丁酯的一种或至少两种。

步骤四所述的固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种或至少两种。

步骤四所述的促进剂为N,N二甲基苯胺、乙基咪唑或二甲基咪唑中的一种。

步骤四所述的引发剂通过以下步骤制备：将过氧化物与惰性溶剂按照质量比(50～80)：(20～50)的配比混合，静置24小时后，经充分脱水获得引发剂；所述的有机过氧化物为过氧化苯甲酰、过氧化环己酮、过氧化二月桂酰、过氧化叔丁酯中的一种或至少两种；所述的为芳香脂中的一种或两种；所述的惰性溶液为邻苯二甲酸二丁酯。

步骤五所述的低压灌浆的灌浆压力为0.3～0.6MPa。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

1)通过灌浆钻孔的合理布置，本发明所述的环氧基化学灌浆材料的灌浆方法对于结构混凝土受力开裂缝，大体积混凝土温度裂缝，洞衬混凝土不均匀沉降裂缝，以及适于化学灌浆的混凝土接触灌浆部位都具有良好的适用性。

2)本发明所述灌浆浆液所用原材料均为常规工程材料，无毒无副作用，绿色环保，且浆液配比简单，在工程施工现场现配现用，易于掌握，原材料易于购买，成本低廉，适于大规模应用；

3)本发明所述的无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料的初始浆液的粘度低，可灌性优良，具有排水性，可在水中固化；在胶凝固化时收缩率小，固化体积稳定，且固化物力学性能优秀。

具体实施方式：

以下以实例方式对本发明作进一步详细描述，但本发明的应用方式不限于此。

实施例1：

本发明所述的一种无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料的灌浆方法，包括以下步骤：

1)清理裂缝表面污垢使裂缝贯通；

2)沿裂缝走向进行灌浆孔布设，并在灌浆孔内埋设单向止水灌浆针头；

3)裂缝表面进行封闭处理，对于非贯通型的混凝土表层裂缝，需要在裂缝延伸最高点留排气孔；

4)制备无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆浆液；

5)连接活塞型注浆泵将步骤四所制备的灌浆浆液进行注浆，从最底部一个灌浆孔开始，自下而上逐孔依次低压灌浆，当最上部一个灌浆孔出浆时，表明缝内已灌满，可结束灌浆，或排气孔流出浆液也可视为注浆饱满；

6)灌浆结束后用丙酮将注浆仪器清洗干净。

通过灌浆钻孔的合理布置，本发明所述灌浆方法能够适应于不同裂隙宽度和扩散距离的灌浆需求，对于结构混凝土受力开裂缝，大体积混凝土温度裂缝，洞衬混凝土不均匀沉降裂缝都有良好的适用性。

实施例2：

在实施例1的基础上，步骤二所述的灌浆孔布设时，混凝土裂缝尽量采用跨缝钻孔，对于能准确把握缝内走向的结构缝，采用骑缝钻孔，灌浆孔间距视缝宽而定，一般采用30cm±10cm，灌浆孔内埋设单向止水灌浆针头。

跨缝钻孔以孔深最浅和最有利于浆液的扩散为原则进行布置，可根据裂缝的产状布置在裂缝的同侧或两侧，且底部应加密孔距，无论同侧或两侧，与缝面相交孔位必须在裂缝面上呈梅花型分布孔排距，跨缝钻孔孔距宜在50cm以内，孔径以14mm为宜，配合使用自膨胀式灌浆咀；钻孔角度与混凝土表面成65°夹角，钻孔深度以穿透裂缝10cm为宜，钻孔采用手持式冲击钻。

骑缝钻孔顺沿裂缝走向裂缝底部，根据灌浆材料的渗透性和浆液密度大于水的特点，使浆液在压力的作用下，呈射线状态沿注浆嘴指定的方向和范围，快速注入裂缝的底部，在压力的推动下浆液向两边扩散、堆积并抬升，敞开左右相邻的孔口获取换出缝内的水和空气。骑缝钻孔孔距宜在30cm以内，孔径以不大于3.0cm为宜；孔角度垂直于混凝土面，钻孔深度5cm左右；钻孔采用手持式钻孔取芯机，成孔后，混凝土裂缝应穿过钻孔中部，并且孔内裂缝走向清晰可见；将孔内清理并待干燥后，采用环氧胶泥将灌浆咀固定于孔内，注意切勿使环氧胶泥堵塞灌浆液通道。

实施例3：

在实施例1的基础上，步骤三所述的裂缝表面的封闭处理可以用开槽环氧胶泥填充法，也可以用表面粘贴封闭法。

开槽环氧胶泥填充法的操作步骤如下：

1)沿裂缝走向开凿U型槽，槽宽5cm，槽深3cm，并向裂缝的两端各延伸10cm以上；

2)采用高压清洁空气对成槽部位进行清理，并采用钢丝毛刷对松动颗粒清除；

3)在清洁的槽内表面涂刷环氧基界面剂，以保证填充材料与混凝土的结合力；

4)待界面剂达到初凝状态后(用手指触碰表面留痕不拉丝)，将配制好的环氧胶泥材料均匀填充至槽内，并做好表面的压实抹光。

表面粘贴封闭法是一种无损封缝，即采用手工或机械喷涂方法，在表面涂抹封缝材料，起到表面封闭作用，涂膜厚度在0.3～2.5mm之间，厚度大者适应裂缝变化能力强，表面粘贴封闭法的操作步骤如下：

1)首先确保粘贴范围内基面应处理平整、清洁，粘贴范围宜扩展至裂缝两侧各10cm至15cm范围内，并向裂缝两端各延伸20cm至40cm；

2)粘贴片采用高强度柔性材料，如碳纤维布、高分子聚合物材料等；

3)粘贴剂采用与粘贴材料配套的材料，并保证基面涂刷均匀；

4)粘贴片走向应基本顺滑，必要的接头部位采用搭接形式处理，搭接长度不小于10cm，如存在高速水流工况，还应考虑搭接层次顺序；

5)柔性贴片周边采用专用材料进行封边处理，亦可采用不锈钢压条进行外表面的保护。

实施例4：

在实施例1的基础上，步骤四所述的灌浆浆液可根据无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料的原料配比在工程现场完成生产配制。

所述的无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆浆液的制备方法，包括以下步骤：1)将50～80重量份的环氧树脂和20～50重量份的交联稀释剂混合得A液；2)将5～10重量份的固化剂和1～5重量份的促进剂混合制得B液；3)1～10份的引发剂单独构成C组份；4)使用时先将A液与B液混合搅拌均匀，然后加入C组份，搅拌均匀后即可获得该灌浆浆液。

所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，双酚A型环氧树脂为E-35型环氧树脂、E-44型环氧树脂或E-51型环氧树脂中的一种或至少两种。

所述的交联稀释剂为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸羟丁酯的一种或至少两种。

所述的固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺或四乙烯五胺中的一种或至少两种。

所述的促进剂为N,N二甲基苯胺、乙基咪唑或二甲基咪唑中的一种。

所述的引发剂由过氧化物与惰性溶剂按照质量比(50～80)：(20～50)的配比混合，静置24小时后，经充分脱水获得；其中所述的过氧化物为有机过氧化物中的一种或至少两种；所述的过氧化物更优选为过氧化苯甲酰、过氧化环己酮、过氧化二月桂酰、过氧化叔丁酯中的一种或至少两种。所述的惰性溶液为芳香脂中的一种或两种；所述的惰性溶液更优选为邻苯二甲酸二丁酯。

本发明所述灌浆浆液所用原材料均为常规工程材料，无毒无副作用，绿色环保，且浆液配比简单，在工程施工现场现配现用，易于掌握，原材料易于购买，成本低廉，适于大规模应用。

实施例5：

在实施例1的基础上，制备无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料，其中本实施例中各组分的配比为：

A液：75质量份E-51型环氧树脂与25质量份甲基丙烯酸甲酯混合均匀得到；

B液：10质量份二乙烯三胺与4质量份N,N二甲基苯胺混合均匀得到；

C液的制备：将65质量份过氧化苯甲酰与50质量份邻苯二甲酸二丁酯均匀混合，静置24小时后，充分脱水得到引发剂。

使用时将A液、B液与8质量份的C液混合均匀得到无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料。

实施例6：

在实施例1的基础上，制备无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料，其中本实施例中各组分的配比为：

A液：65质量份E-51型环氧树脂与35质量份丙烯酸丁酯混合均匀得到；

B液：9质量份三乙烯四胺与2质量份二甲基咪唑混合均匀得到；

C液的制备：将55质量份过氧化环己酮与45质量份邻苯二甲酸二丁酯均匀混合，静置24小时后，充分脱水得到引发剂。

使用时将A液、B液与4质量份的C液混合均匀得到无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料。

实施例7：

在实施例1的基础上，制备无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料，其中本实施例中各组分的配比为：

A液：55质量份E-44型环氧树脂与45质量份甲基丙烯酸甲酯混合均匀得到；

B液：8质量份二乙烯三胺与3质量份N,N二甲基苯胺混合均匀得到；

C液的制备：将65质量份过氧化苯甲酰与50质量份邻苯二甲酸二丁酯均匀混合，静置24小时后，充分脱水得到引发剂。

使用时将A液、B液与6质量份的C液混合均匀得到无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料。

实施例8：

在实施例1的基础上，制备无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料，其中本实施例中各组分的配比为：

A液：65质量份E-44型环氧树脂与35质量份甲基丙烯酸甲酯混合均匀得到；

B液：9质量份三乙烯四胺与2质量份二甲基咪唑混合均匀得到；

C液的制备：将65质量份过氧化苯甲酰与50质量份邻苯二甲酸二丁酯均匀混合，静置24小时后，充分脱水得到引发剂。

使用时将A液、B液与4质量份的C液混合均匀得到无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料。

实施例9：

在实施例1的基础上，制备无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料，其中本实施例中各组分的配比为：

A液：55质量份E-51型环氧树脂与45质量份甲基丙烯酸甲酯混合均匀得到；

B液：8质量份二乙烯三胺与1.5质量份N,N二甲基苯胺混合均匀得到；

C液的制备：将55质量份过氧化环己酮与45质量份邻苯二甲酸二丁酯均匀混合，静置24小时后，充分脱水得到引发剂。

使用时将A液、B液与3质量份的C液混合均匀得到无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料。

实施例效果

将实例5～9制备的环氧基灌浆材料进行物理、力学指标测定，该指标包括：浆液初始粘度、适用期、灌注能力、体积收缩率、抗压强度、粘接强度。其中：初始粘度是指灌浆材料混合均匀后立即使用旋转粘度计测定的粘度，参照GB/T2794-2013标准测定；适用期是指灌浆材料粘度从初始粘度到达200mPa·s所经历的时间，参照GB/T7123.1-2002标准测定；灌注能力及体积收缩率参照JG/T333-2011标准测定，抗压强度参照GB/T2567-2008标准测定，粘接强度参照JG/T1041-2007标准测定。

环氧基灌浆材料主要性能指标如表1所示：

表1环氧基灌浆材料主要性能指标

项目指标备注浆液粘度(mPa·S)≤20020℃±3℃浆液密度(g/cm3)1.05±0.0520℃±3℃固化时间(h)1～620℃±3℃(可调节)固化体抗压强度(MPa)≥70固化体抗拉强度(MPa)≥20固化体抗剪强度(MPa)≥5.0与钢材粘接固化体弹性模量(GPa)1.1～1.2

测定结果如表2所列：

表2无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料的物理、力学指标

表2列出了基于本发明的无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料实例1～5的物理、力学指标测定。相应指标测定值表明：本发明所制备的无毒低粘度高强型环氧基灌浆材料，其初始粘度在30mPa·s以下，且通常不超过20mPa·s，灌注能力指标远低于8min的标准指标要求，说明灌浆材料具有优良的可灌注能力；灌浆材料的适用期在145min到330min之间，并且可以通过组份变化进行调节，可满足不同工况下的灌浆时间需求；灌浆材料的体积收缩率小于0.8％，从而保障了灌浆材料对被灌体的填充效果；灌浆材料固化物的抗压强度最高达到了91MPa，并且不低于80MPa，干燥条件下粘接强度最大为5.1MPa，在浸水环境中粘接强度不低于3.0MPa，证明灌浆材料的力学性能优于一般混凝土的力学性能，从而对混凝土开裂发挥有效的补强作用。

实施例8：

在上述是实施例的基础上，所述的低压灌浆的灌浆压力为0.3～0.6MPa。

本发明所述无毒低粘度高强型环氧基化学灌浆材料的灌浆方法，包括以下步骤：

1)清理裂缝表面污垢，对裂缝贯通情况进行调查；

2)沿裂缝走向进行灌浆孔布设，混凝土裂缝尽量采用跨缝钻孔，如果是结构缝等能准确把握缝内走向，可采用骑缝钻孔，灌浆孔间距视缝宽而定，一般采用30cm±10cm，灌浆孔内埋设单向止水灌浆针头；

3)在裂缝表面进行封闭处理，可以用开槽环氧胶泥填充法，也可以用表面粘贴封闭法；对于非贯通型的混凝土表层裂缝，需要在裂缝延伸最高点留排气孔；

4)连接活塞型注浆泵进行注浆，注浆顺序为由底至高依次注浆，注浆压力控制在0.3MPa至0.6MPa，在此压力下，注入率不大于0.01L/min时继续灌注20min，随着灌浆过程的进展，浆液在缝面内逐步上升，当最上部一个灌浆孔出浆时，表明缝已灌满，关闭灌浆管阀门，可结束灌浆；或排气孔流出浆液也可视为注浆饱满；

5)灌浆结束后用丙酮将注浆仪器清洗干净。

通过灌浆钻孔的合理布置，本发明所述的环氧基化学灌浆材料的灌浆方法可调节灌浆砂浆流动性能和粘度，适用于不同裂隙宽度(毫米级及以上宽度裂隙)和扩散距离的灌浆需求。对于结构混凝土受力开裂缝，大体积混凝土温度裂缝，洞衬混凝土不均匀沉降裂缝，以及适于化学灌浆的混凝土接触灌浆部位都具有良好的适用性。

上述实施例为本发明的典型实施方式，但本发明的实施方式并不受实施例的限制，其他任何在本发明的原理下所作的改变、修饰、代替、组合、简化等，均视为等效的置换方式，均包含在本发明的保护范围之内。