一种在役排水管道非开挖喷塑修复材料及制备方法
阅读说明：本技术 一种在役排水管道非开挖喷塑修复材料及制备方法 (Non-excavation plastic spraying repair material for in-service drainage pipeline and preparation method ) 是由 董家晏 田旭 孙即梁 于 2020-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种在役排水管道非开挖喷塑修复材料及制备方法,将胶凝材料、石英砂、改性沸石粉、乳胶粉、聚乙烯醇、纤维材料、保水剂、环氧树脂、缓凝剂混合后再与润湿剂和固化剂、水的混合物混合,得到在役排水管道非开挖喷塑修复材料。本发明喷塑修复材料可在管道正常排水情况下使用,确保了修复效率,提高了施工质量,确保在役缺陷排水管道非开挖修复的有效性和可靠性。能够高效的解决地下管线渗漏、腐蚀破损问题,并且不会带来管道停运的情况。有效降低了排水管道修复中的工程造价。修复后管道表面光滑平整、厚度均匀,抗渗性和耐腐蚀性得到了有效提高,能满足地下管道实际运行。(The invention relates to an in-service drainage pipeline trenchless plastic-spraying repair material and a preparation method thereof. The plastic-sprayed repair material can be used under the condition of normal drainage of a pipeline, ensures the repair efficiency, improves the construction quality, and ensures the effectiveness and reliability of trenchless repair of in-service defective drainage pipelines. The problems of leakage and corrosion damage of the underground pipeline can be efficiently solved, and the condition of pipeline outage cannot be brought. Effectively reduces the construction cost in the drainage pipeline repair. The repaired pipeline has smooth and flat surface and uniform thickness, effectively improves the impermeability and the corrosion resistance, and can meet the actual operation of the underground pipeline.)
技术领域
本发明为排水管道修复补强及防腐领域，涉及一种在役排水管道非开挖喷塑修复材料及制备方法。
背景技术
城镇排水管道是市政设施的重要组成部分，排水管道腐烛、渗漏严重，管道破坏、变形、不均勾沉降等情况时有发生。因此排水管道的修复工作十分必要，并且势在必行。目前我国城镇排水管道喷涂修复方式主要包括紫外光固化CIPP修复技术，是在不改变待修复管道位置的条件下，先将浸透树脂的软管通过牵拉压缩空气压紧等方式或过程，使软管与待修复管道内壁紧密贴合，然后利用软管内树脂遇紫外线固化的特性，将紫外线灯放入充气的软管内并控制紫外线灯在软管内以一定速度行走，使软管由一端至另一端逐步固化，紧贴待修复管道内壁，形成一层坚硬的“管中管”结构，从而使已发生破损或失去输送功能的地下管道在原位得到修复；还有局部树脂固化法（毡筒气囊局部成型法），是指在管道局部裂缝、渗漏、破损的情况下，因管道局部破损而需要紧急抢修时，把涂抹有树脂混合液的玻璃纤维毡布用气囊紧压于管道内壁，通过常温、加热或紫外线照射等方式实现固化，在修复点管内形成新内衬管的一种非开挖修复方法。但是现有修复砂浆与原管壁粘结性较差，且施工后容易出现微缩裂缝，从而影响修复效果，并且修复过程中易出现空鼓、脱落；施工中管壁必须完全干燥，无法对在役管道进行修复，而且施工工艺复杂，成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种在役排水管道非开挖喷塑修复材料及制备方法，目的在于解决目前在役排水管道结构性修复带水作业施工困难、施工周期长、成本高和修复后易出现空鼓、脱落、开裂、粘结性差以及耐腐蚀、抗渗效果不理想的难题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种在役排水管道非开挖喷塑修复材料，由如下重量份的成份组成：胶凝材料33～40份、石英砂35～40份、改性沸石粉1～3份、乳胶粉1～3份、聚乙烯醇0.5～1.5份、纤维材料0.5～2份、保水剂0.05～0.2份、缓凝剂0.2～0.8份、润湿剂0.1～0.5份、固化剂1～2份、环氧树脂1～2份、水余量；所述胶凝材料由水泥、粉煤灰、净水污泥、偏高岭土组成。
一种在役排水管道非开挖喷塑修复材料的制备方法，包括如下步骤：将胶凝材料、石英砂、改性沸石粉、乳胶粉、聚乙烯醇、纤维材料、保水剂、缓凝剂、环氧树脂、水混合得到A组分；将润湿剂、固化剂、水混合得到B组分；混合A组分与B组分，得到在役排水管道非开挖喷塑修复材料。
本发明中，将自来水厂的净水污泥在100℃下干燥24小时后粉碎得到粉碎净水污泥；所述粉碎净水污泥的粒径为800目～1000目。净水污泥为自来水厂常规产物，直接从自来水厂取得，为废弃物，本发明利用废弃物作为原料，既实现了废弃物再次利用，又改善了修复材料的抗酸腐蚀能力。
优选的，粉煤灰、净水污泥、偏高岭土球磨后与水泥混合，得到胶凝材料；进一步优选的，水泥、粉煤灰、净水污泥、偏高岭土重量比为31∶2∶3∶1。胶凝材料与石英砂为修复剂的主体成分，为性能发挥的基础，尤其胶凝材料是力学性能、防腐性能的关键，其对各组分界面效应有影响。
本发明中，所述石英砂的细度为20目～50目；所述纤维材料由木质纤维和聚丙烯纤维组成，优选的，木质纤维和聚丙烯纤维的质量比为1∶1；所述乳胶粉为遇水可分散的醋酸乙烯酯胶粉；所述聚乙烯醇的醇解度为85～90mol%，优选87～89mol%；所述润湿剂为2,2-二甲基-1,3-丙二醇；所述保水剂为羟甲基纤维素醚、羟丙基甲基纤维素醚、羟乙基纤维素醚、羧甲基淀粉醚、羟丙基淀粉醚中的两种或以上；所述缓凝剂由氧化铝、酒石酸和聚羧酸减水剂复配而成，优选的，氧化铝、酒石酸和聚羧酸减水剂的重量比1∶2∶2。
本发明公开了利用上述在役排水管道非开挖喷塑修复材料非开挖修复在役排水管道的方法，包括以下步骤：
（1）将胶凝材料、石英砂、改性沸石粉、乳胶粉、聚乙烯醇、纤维材料、保水剂、缓凝剂、环氧树脂、水混合得到A组分；将润湿剂、固化剂、水混合得到B组分；混合A组分与B组分，得到在役排水管道非开挖喷塑修复材料；
（2）将在役排水管道非开挖喷塑修复材料喷涂在在役排水管道的损坏面，完成在役排水管道的非开挖修复。
本发明非开挖修复在役排水管道的时候，无需开挖，减少维修障碍，修复剂可在潮湿环境或带水环境下施工，减少修复步骤以及造价。根据损坏面的实际情况，可先进行修复面清洁，再喷涂在役排水管道非开挖喷塑修复材料，如果损坏面满足施工要求，则直接喷涂在役排水管道非开挖喷塑修复材料；具体施工方法为常规技术，比如采用离心喷涂机。
本发明的有益效果体现在：
本发明提供的在役排水管道非开挖喷塑修复材料具有微膨胀性，用于补偿后期材料反应产生的收缩，防止由于材料自身收缩导致微开裂。
本发明提供的在役排水管道非开挖喷塑修复材料具有优异的体积稳定性、与原管壁具有良好的粘结性，形成连续一体的结构，防止空鼓、脱落，并且具备早强、高强的力学性能和抗腐蚀、抗渗性能，确保修复结构的稳定性和耐久性。
本发明提供的在役排水管道非开挖喷塑修复材料及制备方法，其制备工艺简单，能耗低、制备周期短，成本较低，且本发明提供的喷塑修复材料制备完成后可以立即使用，经过一定时间放置后也不会影响使用效果；该喷塑修复材料无毒无污染，环境友好。
本发明提供的在役排水管道非开挖喷塑修复材料应用于城镇排水管道非开挖结构修复技术中，不需要开挖，工期短，造价低，能够高效的解决地下管线渗漏问题，并且不会带来交通拥堵的情况。修补管道的效果理想，减轻分流管线长时间分流压力，降低突发水量带来的风险，具有较好的环保效益。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书、权利要求书中所特别指出的方案来实现和获得。
附图说明
图1为应用实施例一示意图；
图2为应用实施例二示意图。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅仅是示例性的，仅用于解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为对本发明技术方案的限制。在役排水管道非开挖修复是管道运行状态下的带水作业，对喷塑修复材料的要求较高，本发明喷塑修复材料不仅要满足带水作业的要求，还与原管壁粘结性好，同时高强、耐腐蚀、抗渗和快速凝固，无需特殊养护，因此，可以满足工程要求，实现在役排水管道非开挖快速修复。本发明提供的在役排水管道非开挖喷塑修复材料可在管道运行或带水环境下施工，大大减少了管道修复中的工程造价；在管道内有水情况下依旧可以进行修复，受环境干扰小。
本发明提供的一种在役排水管道非开挖喷塑修复材料及制备方法，所涉及的原料都是建筑领域市售常规产品，符合修复砂浆的要求；其中，水泥为CA60水泥，粉煤灰粒度为1000～1600目，偏高岭土粒度为800目～1000目；石英砂细度为20目-50目；聚乙烯醇购自aladdin（PVA-205）；润湿剂为2,2-二甲基-1,3-丙二醇；乳胶粉为醋酸乙烯酯胶粉，遇水可分散；缓凝剂由氧化铝（5～10μm）、酒石酸和聚羧酸缓凝型减水剂（兆佳科技）按照重量比1∶2∶2混合而成；木质纤维和聚丙烯纤维按重量比1∶1混合得到纤维材料。涉及的具体制备方法以及测试方法为本领域常规方法。
合成例
苏州高新区自来水厂的净水污泥在100℃下干燥24小时后粉碎，取800目～1000目作为以下实施例、对比例的净水污泥。
将市售沸石粉（华清沸石）经过0.1mol/L的盐酸和0.2mol/L的硫酸钠混合水溶液室温浸泡24小时，然后用清水冲洗后在350℃温度下空气煅烧2小时后，用研磨机磨细至200目，得到改性沸石粉；浸泡为常规方法，液体没过固体即可。
实施例
将粉煤灰、净水污泥、偏高岭土常规混合球磨30分钟后，再与水泥常规混合得到胶凝材料。
将胶凝材料、石英砂、改性沸石粉、乳胶粉、聚乙烯醇、纤维材料、保水剂、缓凝剂、环氧树脂、水（总量的一半）混合得到A组分，将润湿剂、固化剂、水（剩余量）混合得到B组分；混合A组分与B组分，得到在役排水管道非开挖喷塑修复材料；混合为常规方法。
本发明提供如下实施例1-6用于具体举例说明在役排水管道非开挖喷塑修复材料的组分，参见下表1所示。
对比例
将实施例一的净水污泥、偏高岭土全部更换为硅灰（800目～1000目），其余不变，得到对比修复剂1。
将实施例一的粉煤灰、净水污泥、偏高岭土的重量份更换为3份、1份、2份，其余不变，得到对比修复剂2。
将实施例一的改性沸石粉更换为市售沸石粉（200目），其余不变，得到对比修复剂3。
将实施例一的缓凝剂更换为单独的聚羧酸缓凝型减水剂，其余不变，得到对比修复剂4。
以市售现有非开挖管道修复剂为对比修复剂5。
本发明所用原材料均为市售工业级材料或当地大宗固废材料经改性资源化利用。
上述实施例管道喷塑修复材料的具体制备方法，包括如下步骤：
将石英砂、胶凝材料、一半的水按比例称取并依次加入搅拌机中，混合搅拌；再称取并一次性加入改性沸石粉、乳胶粉、聚乙烯醇、纤维材料、保水剂和缓凝剂、环氧树脂，继续搅拌，得A组分；
混合润湿剂、固化剂、剩余的水，搅拌得B组分；
将A组分加入B组分中，搅拌即得到在役排水管道非开挖喷塑修复材料。
对比例的制备方法参照实施例。针对对比例的修复材料进一步进行性能测试，测试结果参见下表2所示：
测试说明：
抗压和抗折强度测试：制备尺寸为40mm*40mm*160mm的长方体试块测试抗折强度和抗压强度，按照GB/T17671标准方法进行抗折强度及抗压强度试验，分别记录破坏荷载，并换算为抗压强度和抗折强度；
竖向膨胀率测试：制备尺寸为100mm*100mm*100mm的正方体试块，按照GB 50119标准方法测试竖向膨胀率；
抗渗透压力测试：制备70mm*80mm*30mm的圆台形试块，按照SL 352标准方法测试抗渗透压力。
本发明实施例1至实施例3的修复剂其余性能都优于铝酸盐防腐砂浆性能要求，比如粘结抗拉强度、28天抗压强度。
由上表可知：
本发明提供的管道喷塑修复材料1天抗压强度均在15MPa以上，说明该管道喷塑修复材料具有良好的早期强度性能，能够快速修复在役管道并恢复正常运行，无需养护，大大缩短了施工周期；
本发明提供的管道喷塑修复材料经测试抗渗透压力均能达到1.0MPa及以上，说明该管道喷塑修复材料具有良好的抗渗透性能，可以有效防止管道渗漏对环境造成二次污染；
对于在役排水管道非开挖喷塑修，现有存在较多产品，但是关键的耐酸腐蚀、抗渗压力以及膨胀性能都不佳，现有技术都以污水作为腐蚀液，基本不涉及抗渗压力以及膨胀性能，这三种性能正是在役排水管道非开挖喷塑修工程应用的关键。本发明提供的管道喷塑修复材料按配比搅拌成型制备尺寸为40mm*40mm*160mm的长方体试块，标准养护28天后，经10%硫酸浸泡24h或者10%柠檬酸、10%乳酸和10%醋酸分别浸泡48小时的耐腐蚀性能测试后，试件无松散、起泡、开裂、剥落和坑蚀现象，说明该材料修复管道后可以具备优异的耐腐蚀性能，保证管道在长期高硫化氢气体状态运行下运行的耐久性；而且抗渗压力大于2MPa，更贴近实际工程应用。
本发明提供的管道喷塑修复材料具有良好的力学性能，对管道修复起到一定的结构补强作用；且具备良好的粘结性，与原管壁基材可以紧密粘结，防止修复后出现空鼓和脱落现象。
市政排水管道健康状况分为功能性缺陷和结构性缺陷，管道10种结构性缺陷：破裂、变形、腐蚀、错口、起伏、脱节、接口材料脱落、支管暗接、异物穿入、渗漏，管道6种功能性缺陷：沉积、结垢、障碍物、残墙坝根、树根、浮渣；城市管道的功能发挥问题，无论出现功能性缺陷还是结构性缺陷，都会导致城市内涝：暴雨造成“城市看海”，道路塌陷，渗漏造成土层脱空、疏松而诱发道路塌陷；水土污染：地表黑臭水体、土壤和地下水污染、地面环境污染、供水污染等。本发明提供的一种在役排水管道非开挖喷塑修复材料及制备方法，能够在地下管道带水运行的情况下对管道进行功能修复，减少排水管道因断水施工造成的无法正常运转的影响，具有较高的推广价值。
实际应用一
利用离心喷涂机将实施例1的修复剂喷涂在管道损坏面，如图1，24小时后，进行常规探伤、层厚、裂缝检测，都符合工程要求。
实际应用二
一处年代久远的排水管道，大面积、超长损坏；在清理污泥后，利用离心喷涂机将实施例1的修复剂喷涂在管道损坏面（排水道一直使用），24小时后，进行常规探伤、层厚、裂缝检测，都符合工程要求，且运行3个月，无渗水、脱落等不良；修复前（左）后（右）如图2。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选具体的实施例，若依本发明的构想所作变动，其产生的功能作用，仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的范围内。在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
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