一种膨胀型高分子聚合物注浆加固材料及制备方法
阅读说明：本技术 一种膨胀型高分子聚合物注浆加固材料及制备方法 (Expansive type high-molecular polymer grouting reinforcement material and preparation method thereof ) 是由 张振兴 郝培文 王春 高仲 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明专利属于工程材料领域,具体涉及一种路面养护的膨胀型高分子聚合物注浆加固材料及其制备方法,一种膨胀型高分子聚合物注浆加固材料,包括A、B两种组分,A组分由下述原料制得聚醚多元醇、精炼蓖麻油、扩链剂、发泡剂、消泡剂、匀泡剂、除水剂、催化剂、黑色油性色浆；B组分由下述原料制得异氰酸酯、分子筛活化粉、聚醚多元醇、阻聚剂、消泡剂；膨胀型高分子聚合物注浆加固材料中A组分和B组分的工程应用质量比为A:B＝0.8:1～1.2:1。本发明提供的膨胀型高分子聚合物注浆加固材料具有流动性好,渗透性强,快速反应,力学性能优良,耐久性好的优点。(The invention belongs to the field of engineering materials, and particularly relates to an expanded high-molecular polymer grouting reinforcement material for pavement maintenance and a preparation method thereof, wherein the expanded high-molecular polymer grouting reinforcement material comprises A, B components, wherein the component A is prepared from polyether polyol, refined castor oil, a chain extender, a foaming agent, a defoaming agent, a foam stabilizer, a water scavenger, a catalyst and black oily color paste; the component B is prepared from isocyanate, molecular sieve activated powder, polyether polyol, a polymerization inhibitor and a defoaming agent; the engineering application mass ratio of the component A to the component B in the expanded high-molecular polymer grouting reinforcement material is 0.8: 1-1.2: 1. The expansive type high molecular polymer grouting reinforcement material provided by the invention has the advantages of good fluidity, strong permeability, fast reaction, excellent mechanical property and good durability.)
技术领域
本发明专利属于工程材料领域，具体涉及一种路面养护的膨胀型高分子聚合物注浆加固材料及其制备方法。
背景技术
现有道路注浆加固材料中，以水泥材料或水泥基改性材料为主。由于水泥类注浆材料需要用水拌合，不可避免会产生泌水和收缩问题，导致道路结构空洞未能填充密实。水泥类材料为脆性材料，难以抵抗车轮荷载作用下的道路弯拉变形，其加固作用并不理想。水泥类材料的共性缺点是需要很长的养护时间，这对于道路通行尤其是高速公路要求快速开放交通来说，是难以满足需求的。
近年来，有机类材料越来越多地应用于道路注浆加固领域，主要分为乳化沥青类、聚氨酯类和环氧树脂类。乳化沥青中含有40-50％的水，水分蒸发后必然会出现收缩问题，且沥青类材料本身属于柔性材料，加固作用非常有限。聚氨酯材料具有高膨胀和快速反应特性，但是对于路面基层含水的情况下，水份会与注浆材料发生反应，导致生产固体物偏脆，韧性不足，耐久性差。环氧树脂类材料固化速度过慢，难以满足道路快速开放交通的需求。
因此，对于道路注浆加固来说，良好的注浆加固材料需满足：1.流动性好，渗透性强；2.快速反应；3.力学性能优良，耐久性好。
发明内容
本发明的目的在于解决现有道路注浆加固材料存在的会出现收缩问题、加固作用差、固体物偏脆、韧性不足、耐久性差、固化速度慢的问题，而提供具有流动性好，渗透性强，快速反应，力学性能优良，耐久性好的一种膨胀型高分子聚合物注浆加固材料及其制备方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种膨胀型高分子聚合物注浆加固材料，包括A、B两种组分，其中A组分为主剂，由下述质量份数的原料制得：聚醚多元醇50～60份、精炼蓖麻油10～30份、扩链剂10～15份、发泡剂5～7份、消泡剂1～2份、匀泡剂1～3份、除水剂1～2份、催化剂0.5～1份、黑色油性色浆0.5～1份；B组分为固化剂，由下述质量份数的原料制得：异氰酸酯30～60份、分子筛活化粉10～30份、聚醚多元醇20～30份、阻聚剂7～9份、消泡剂1～3份；所述膨胀型高分子聚合物注浆加固材料A组分和B组分的工程应用的质量比为A:B＝0.8:1～1.2:1。
其中，所述聚醚多元醇由以下按一下质量份比例的原料组成：220型12056E聚醚多元醇40份～60份，330型16075聚醚多元醇30～50份；
所述精炼蓖麻油化学式C57H104O9,羟值160-168mgKOH/g，蓖麻酸含量85％；
所述扩链剂由以下质量份的原料组成：1，4-丁二醇40份-50份，1，6-己二醇30-40份，3，3，-二氯-4，4，二氨基二苯基甲烷10-20份；
所述发泡剂为水合无机物Na2SO4.10H2O或CaCl2.6H2O中的至少一种；
所述消泡剂为聚醚型聚氨酯专用消泡剂，分子量3000-3600，羟值50±5mgKOH/g；
所述匀泡剂为聚二甲基硅氧烷，化学式(C2H6OSi)n；
所述除水剂为3-乙基-2-甲基-2-(3-甲基丁基)-1,3-噁唑烷,分子量185，凝固点-35℃，沸点209℃，粘度＜100mPa.s；
所述催化剂为金属类催化剂和胺类催化剂的混合物，体积比1：1，
其中，金属类催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡，胺类催化剂为环己胺、三乙胺、固胺或吡啶；
所述黑色油性色浆为树脂类通用色浆；
所述异氰酸酯由以下质量份的原料组成：二苯基甲烷二异氰酸酯70份～90份，六亚甲基二异氰酸酯10～30份；
所述分子筛活化粉为3A型或4A型分子筛活化粉的一种；
所述阻聚剂为正磷酸或对苯甲磺酸的一种。
一种膨胀型高分子聚合物注浆加固材料的制备方法，如下：
步骤1)、制备A组分：
将质量份数分别为40份～60份的220型聚醚多元醇和30～50份330型聚醚多元醇混合均匀，得到所需聚醚多元醇，备用；
将质量份数分别为40份～50份的1，4-丁二醇，30～40份的1，6-己二醇，10～20份的3，3，-二氯-4，4，二氨基二苯基甲烷混合均匀，得到所需扩链剂，备用；
按1：1的体积比取金属类催化剂和胺类催化剂混合均匀，得到所需的催化剂，备用；
取质量份数分别为50～60份的聚醚多元醇、10～30份的精炼蓖麻油、10～15份的扩链剂、5～7份的发泡剂、1～2份的消泡剂、1～3份的匀泡剂、1～2份的除水剂，0.5～1份的催化剂、0.5～1份的黑色油性色浆加入真空合成反应釜中，在真空度0.08～0.1MPa条件下搅拌10～15min，搅拌速率为300～400转/min，然后以10℃/min的速度升温至100～110℃，保持真空度0.08～0.1MPa条件下脱水1～2h，自然降温至室温，得到A组份主剂；
步骤2)、制备B组分：
将质量份数分别为70份～90份的苯基甲烷二异氰酸酯和10～30份的六亚甲基二异氰酸酯混合均匀，得到所需异氰酸酯，备用；
将质量份数分别为30～60份的异氰酸酯、20～30份的聚醚多元醇、7～9份的阻聚剂、1～3份的消泡剂加入真空合成反应釜中，在真空度0.08～0.1MPa条件下搅拌10～15min，搅拌速率为300～400转/min，然后以10℃/min的速度升温至至120～130℃，保持真空度0.08～0.1MPa条件下反应1～2h，自然降温至室温，最后加入10～30份的分子筛活化粉，混合搅拌20～30min，搅拌速度为500～600转/min，得到B组份固化剂。
本发明的有益效果在于：
1.相较于水泥基注浆材料需要粉体材料现场加水制备，施工过程复杂，且现场制备水泥浆容易污染路面，且不易清理的情况，本发明提供的注浆材料为双组分低粘度液体材料，运输方便，施工简单；
2.真溶液材料，流动性好，渗透性强。且具有高膨胀特性，自由膨胀率能达到3-5倍，能够充分填充路面基层脱空部位；
3.混合后反应速度快，其10分钟即可达到最终强度的90％，15分钟达到最终强度；
4.反应后形成的固体材料抗压强度能够达到50MPa以上，抗弯拉强度能够达到20MPa以上，完全能够满足车辆荷载对路面的加载，非脆性材料，具有非常优良的韧性，能够车轮荷载作用下的道路弯拉变形；
5.分子筛活化粉作为填充材料能够有效增强反应后聚合物的强度，且作为吸水材料吸收路面下面自由水，消除路面结构层水份对材料化学反应的影响，避免自由水参与化学反应而造成聚合物力学性能受损，甚至可以带水作业，而不影响固结体的力学性能，环境适应性强；
6.本发明所用的发泡剂为无机物Na2SO4.10H2O或CaCl2.6H2O，为无氟环保型发泡剂。
总之，本发明提供的膨胀型高分子聚合物注浆加固材料具有流动性好，渗透性强，快速反应，力学性能优良，耐久性好的优点。
具体实施方式
现结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1：
1、材料配方：
一种膨胀型高分子聚合物注浆加固材料，由以下组分按各自质量混合而成：
其中，聚醚多元醇由40kg份的220型12056E聚醚多元醇，50kg的330型16075聚醚多元醇制备而成；
精炼蓖麻油的化学式为C57H104O9,羟值为160-168mgKOH/g，蓖麻酸含量为85％；
扩链剂由40kg的1，4-丁二醇，30kg份的1，6-己二醇，10kg份的3，3，-二氯-4，4，二氨基二苯基甲烷制备而成；
发泡剂为水合无机物Na2SO4.10H2O；
消泡剂为聚醚型聚氨酯专用消泡剂，分子量为3000-3600，羟值为50±5mgKOH/g；
匀泡剂为聚二甲基硅氧烷，化学式为(C2H6OSi)n；
除水剂为3-乙基-2-甲基-2-(3-甲基丁基)-1,3-噁唑烷,分子量185，凝固点-35℃，沸点209℃，粘度＜100mPa.s；
催化剂为金属类催化剂和胺类催化剂的混合物，体积比1：1，所用金属类催化剂为二月桂酸二丁基锡，胺类催化剂为环己胺；
黑色油性色浆为树脂类通用色浆；
异氰酸酯由70kg的二苯基甲烷二异氰酸酯，10kg份的六亚甲基二异氰酸酯制备而成；
分子筛活化粉为3A型分子筛活化粉；
阻聚剂为正磷酸。
2、材料制备方法：
步骤1)、制备A组分：
将质量分别为40kg份的220型聚醚多元醇和50kg的330型聚醚多元醇混合均匀，得到所需聚醚多元醇，备用；
将质量分别为40kg的1，4-丁二醇，30kg的1，6-己二醇，10kg份的3，3，-二氯-4，4，二氨基二苯基甲烷混合均匀，得到所需扩链剂，备用；
按1：1的体积比取金属类催化剂和胺类催化剂混合均匀，得到所需的催化剂，备用；
取质量分别为50kg的聚醚多元醇、30kg的精炼蓖麻油、10kg的扩链剂、5kg的发泡剂、2kg的消泡剂、1kg的匀泡剂、1kg的除水剂，0.5kg的催化剂、0.5kg的黑色油性色浆加入真空合成反应釜中，在真空度0.08MPa条件下搅拌10min，搅拌速率为300转/min，然后以10℃/min的速度升温至100℃，保持真空度0.08MPa条件下脱水1h，自然降温至室温，得到A组份主剂；
步骤2)、制备B组分：
将质量分别为70kg的苯基甲烷二异氰酸酯和10kg的六亚甲基二异氰酸酯混合均匀，得到所需异氰酸酯，备用；
将质量分别为30kg的异氰酸酯、30kg的聚醚多元醇、7kg的阻聚剂、3kg的消泡剂加入真空合成反应釜中，在真空度0.08MPa条件下搅拌10min，搅拌速率为300转/min，然后以10℃/min的速度升温至至120℃，保持真空度0.08MPa条件下反应1h，自然降温至室温，最后加入30kg的分子筛活化粉，混合搅拌20min，搅拌速度为500转/min，得到B组份固化剂；
3、材料性能测试：
将A、B组份按照质量比0.8:1进行混合搅拌，待反应完成后进行力学性能试验，测得其性能如下：
性能指标
测试结果
试验方法
抗压强度(MPa)
60.8
GB/T 8813
抗拉强度(MPa)
28.6
GB/T 1040
抗剪强度(MPa)
13.3
GB/T 10007
粘结强度(MPa)
3.1
JG/T 24-2008
实施例2：
1、材料配方：
一种膨胀型高分子聚合物注浆加固材料，由以下组分按各自质量混合而成：
其中，聚醚多元醇由60kg的220型12056E聚醚多元醇，30kg的330型16075聚醚多元醇制备而成；
精炼蓖麻油的化学式为C57H104O9,羟值为160-168mgKOH/g，蓖麻酸含量为85％；
扩链剂由50kg的1，4-丁二醇，40kg的1，6-己二醇，20kg的3，3，-二氯-4，4，二氨基二苯基甲烷制备而成；
发泡剂为水合无机物CaCl2.6H2O；
消泡剂为聚醚型聚氨酯专用消泡剂，分子量为3000-3600，羟值为50±5mgKOH/g；
匀泡剂为聚二甲基硅氧烷，化学式为(C2H6OSi)n；
除水剂为3-乙基-2-甲基-2-(3-甲基丁基)-1,3-噁唑烷,分子量185，凝固点-35℃，沸点209℃，粘度＜100mPa.s；
催化剂为金属类催化剂和胺类催化剂的混合物，体积比1：1，所用金属类催化剂为二月桂酸二丁基锡，胺类催化剂为三乙胺；
黑色油性色浆为树脂类通用色浆；
异氰酸酯由90kg的二苯基甲烷二异氰酸酯，30kg的六亚甲基二异氰酸酯制备而成；
分子筛活化粉为4A型分子筛活化粉；
阻聚剂为苯甲磺酸。
2、材料制备方法：
步骤1)、制备A组分：
将质量分别为60kg的220型聚醚多元醇和30kg的330型聚醚多元醇混合均匀，得到所需聚醚多元醇，备用；
将质量分别为50kg的1，4-丁二醇，40kg的1，6-己二醇，20kg的3，3，-二氯-4，4，二氨基二苯基甲烷混合均匀，得到所需扩链剂，备用；
按1：1的体积比取金属类催化剂和胺类催化剂混合均匀，得到所需的催化剂，备用；
取质量分别为60kg的聚醚多元醇、10kg的精炼蓖麻油、15kg的扩链剂、7kg的发泡剂、1kg的消泡剂、3kg的匀泡剂、2kg的除水剂，1kg的催化剂、1kg的黑色油性色浆加入真空合成反应釜中，在真空度0.1MPa条件下搅拌15min，搅拌速率为400转/min，然后以10℃/min的速度升温至110℃，保持真空度0.1MPa条件下脱水2h，自然降温至室温，得到A组份主剂；
步骤2)、制备B组分：
将质量分别为90kg的苯基甲烷二异氰酸酯和30kg的六亚甲基二异氰酸酯混合均匀，得到所需异氰酸酯，备用；
将质量分别为60kg的异氰酸酯、20kg的聚醚多元醇、9kg的阻聚剂、1kg的消泡剂加入真空合成反应釜中，在真空度0.1MPa条件下搅拌15min，搅拌速率为400转/min，然后以10℃/min的速度升温至130℃，保持真空度0.1MPa条件下反应2h，自然降温至室温，最后加入10kg的分子筛活化粉，混合搅拌30min，搅拌速度为600转/min，得到B组份固化剂；
3、材料性能测试：
将A、B组份按照质量比1.2:1进行混合搅拌，待反应完成后进行力学性能试验，测得其性能如下：
性能指标
测试结果
试验方法
抗压强度(MPa)
55.8
GB/T 8813
抗拉强度(MPa)
23.5
GB/T 1040
抗剪强度(MPa)
12.1
GB/T 10007
粘结强度(MPa)
2.7
JG/T 24-2008
实施例3：
1、材料配方：
一种膨胀型高分子聚合物注浆加固材料，由以下组分按各自质量混合而成：
其中，聚醚多元醇由50kg的220型12056E聚醚多元醇，40kg的330型16075聚醚多元醇制备而成；
精炼蓖麻油的化学式为C57H104O9,羟值为160-168mgKOH/g，蓖麻酸含量为85％；
扩链剂由45kg的1，4-丁二醇，35kg的1，6-己二醇，15kg的3，3，-二氯-4，4，二氨基二苯基甲烷制备而成；
发泡剂为水合无机物Na2SO4.10H2O；
消泡剂为聚醚型聚氨酯专用消泡剂，分子量为3000-3600，羟值为50±5mgKOH/g；
匀泡剂为聚二甲基硅氧烷，化学式为(C2H6OSi)n；
除水剂为3-乙基-2-甲基-2-(3-甲基丁基)-1,3-噁唑烷,分子量185，凝固点-35℃，沸点209℃，粘度＜100mPa.s；
催化剂为金属类催化剂和胺类催化剂的混合物，体积比1：1，所用金属类催化剂为辛酸亚锡，胺类催化剂为固胺；
黑色油性色浆为树脂类通用色浆；
异氰酸酯由80kg的二苯基甲烷二异氰酸酯，20kg的六亚甲基二异氰酸酯制备而成；
分子筛活化粉为3A型分子筛活化粉；
阻聚剂为正磷酸。
2、材料制备方法：
步骤1)、制备A组分：
将质量分别为50kg的220型聚醚多元醇和40kg的330型聚醚多元醇混合均匀，得到所需聚醚多元醇，备用；
将质量分别为45kg的1，4-丁二醇，35kg的1，6-己二醇，15kg的3，3，-二氯-4，4，二氨基二苯基甲烷混合均匀，得到所需扩链剂，备用；
按1：1的体积比取金属类催化剂和胺类催化剂混合均匀，得到所需的催化剂，备用；
取质量分别为55kg的聚醚多元醇、20kg的精炼蓖麻油、13kg的扩链剂、6kg的发泡剂、1.5kg的消泡剂、1.5kg的匀泡剂、1.5kg的除水剂，0.75kg的催化剂、0.75kg的黑色油性色浆加入真空合成反应釜中，在真空度0.09MPa条件下搅拌13min，搅拌速率为350转/min，然后以10℃/min的速度升温至105℃，保持真空度0.09MPa条件下脱水1.5h，自然降温至室温，得到A组份主剂；
步骤2)、制备B组分：
将质量份数分别为80kg的苯基甲烷二异氰酸酯和20kg的六亚甲基二异氰酸酯混合均匀，得到所需异氰酸酯，备用；
将质量份数分别为45kg异氰酸酯、25kg的聚醚多元醇、8kg的阻聚剂、2kg的消泡剂加入真空合成反应釜中，在真空度0.09MPa条件下搅拌13min，搅拌速率为350转/min，然后以10℃/min的速度升温至125℃，保持真空度0.09MPa条件下反应1.5h，自然降温至室温，最后加入20份的分子筛活化粉，混合搅拌25min，搅拌速度为550转/min，得到B组份固化剂；
3、材料性能测试：
将A、B组份按照质量比1:1进行混合搅拌，待反应完成后进行力学性能试验，测得其性能如下：
性能指标
测试结果
试验方法
抗压强度(MPa)
58.5
GB/T 8813
抗拉强度(MPa)
26.8
GB/T 1040
抗剪强度(MPa)
12.5
GB/T 10007
粘结强度(MPa)
2.8
JG/T 24-2008
实施例4：
1、材料配方：
一种膨胀型高分子聚合物注浆加固材料，由以下组分按各自质量混合而成：
其中，聚醚多元醇由55kg的220型12056E聚醚多元醇，45kg的330型16075聚醚多元醇制备而成；
精炼蓖麻油的化学式为C57H104O9,羟值为160-168mgKOH/g，蓖麻酸含量为85％；
扩链剂由40kg的1，4-丁二醇，40kg的1，6-己二醇，15kg的3，3，-二氯-4，4，二氨基二苯基甲烷制备而成；
发泡剂为水合无机物CaCl2.6H2O；
消泡剂为聚醚型聚氨酯专用消泡剂，分子量为3000-3600，羟值为50±5mgKOH/g；
匀泡剂为聚二甲基硅氧烷，化学式为(C2H6OSi)n；
除水剂为3-乙基-2-甲基-2-(3-甲基丁基)-1,3-噁唑烷,分子量185，凝固点-35℃，沸点209℃，粘度＜100mPa.s；
催化剂为金属类催化剂和胺类催化剂的混合物，体积比1：1，所用金属类催化剂为辛酸亚锡，胺类催化剂为吡啶；
黑色油性色浆为树脂类通用色浆；
异氰酸酯由85kg的二苯基甲烷二异氰酸酯，15kg的六亚甲基二异氰酸酯制备而成；
分子筛活化粉为4A型分子筛活化粉；
阻聚剂为苯甲磺酸。
2、材料制备方法：
步骤1)、制备A组分：
将质量分别为55kg的220型聚醚多元醇和45kg的330型聚醚多元醇混合均匀，得到所需聚醚多元醇，备用；
将质量分别为40kg的1，4-丁二醇，40kg的1，6-己二醇，15kg的3，3，-二氯-4，4，二氨基二苯基甲烷混合均匀，得到所需扩链剂，备用；
按1：1的体积比取金属类催化剂和胺类催化剂混合均匀，得到所需的催化剂，备用；
取质量分别为55kg的聚醚多元醇、25kg的精炼蓖麻油、12kg的扩链剂、5kg的发泡剂、1kg的消泡剂、2kg的匀泡剂、1kg的除水剂，1kg的催化剂、0.5kg的黑色油性色浆加入真空合成反应釜中，在真空度0.08MPa条件下搅拌10min，搅拌速率为300转/min，然后以10℃/min的速度升温至100℃，保持真空度0.08MPa条件下脱水1h，自然降温至室温，得到A组份主剂；
步骤2)、制备B组分：
将质量分别为85kg的苯基甲烷二异氰酸酯和15kg的六亚甲基二异氰酸酯混合均匀，得到所需异氰酸酯，备用；
将质量分别为50kg的异氰酸酯、25kg的聚醚多元醇、7kg的阻聚剂、2kg的消泡剂加入真空合成反应釜中，在真空度0.1MPa条件下搅拌15min，搅拌速率为400转/min，然后以10℃/min的速度升温至130℃，保持真空度0.1MPa条件下反应2h，自然降温至室温，最后加入25kg的分子筛活化粉，混合搅拌30min，搅拌速度为600转/min，得到B组份固化剂；
3、材料性能测试：
将A、B组份按照质量比1:1进行混合搅拌，待反应完成后进行力学性能试验，测得其性能如下：
通过以上多个不同配比的实施例可知，本发明的膨胀型高分子聚合物注浆加固材料具有良好的力学性能，完全可以满足路面材料使用需求，是一种性能良好的道路注浆加固材料。
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