高渗透性环氧系化学灌浆材料—YDS浆材的研究[1].pdf

第5 期 高 d 工 J,士+I Y J 料科学与工程 1 9 9 3 年 9 月P OLYMERI C M A TERL M S S CI E NCE AND ENGI N EE R1 NG No 5 S e p t 1 9 9 3 高渗透性环氧系化学灌浆材料 1 一 锕泳 生 Y D S浆材的研究 T L 、一 选 塞 张 广 照 叶 林 宏 赵 汝 俭 (中国科学院广州化学研究所，广州，5 1 0 6 5 0)擒 量 Y D S复合增强荆能迅速活化糠醛、丙酮分子 中的艘 基 其活化产帕能参 与碍=氧树脂的I 越 化反 应。用 Y D S改性的环氧系化 灌浆材可以大量加入稀释剂而保持较高的力学性能。谊浆材起姑拈度 低 与介质的亲和力太，渗透性能极为此异 力学性能优 良 耐老化性能好。关键词 垡!蕉 孳，墅 螳 活化 亲和 力，鲎 堡 化学灌浆是用压送设备将配制好的化学浆液灌入软弱地层 内，使其 散、坷结，以达到补 强 u 崮或防渗堵漏的 目的。所使用的化学浆材都是高分子材料，灌注后浆液的固结是小分子聚 合成大分子的过程。国l 自1 9 6 7 年提出应片 j 棣醛一 丙删混台稀释体系的环氧树脂灌浆材料以来【，这一类型的 浆材已大量应用于砼裂缝及破碎岩石的补强固结。在此类浆材中用增加稀释剂用量的方法来 降低浆液的牯度对提高其渗透能力极为有效。但随着稀释剂用量的增加，浆材固结体力学性能 急剧下降，这又影响了灌浆效果，因此多年来我们致力于既能大量加入稀释剂又不降低力学性 能的高渗透性、高强度、价格低的环氧系灌浆材料的研究。现已研制出的 Y I 嚣浆材，其性能均 优于处住国际领先地位的中化7 9 8 浆材，本文介绍此系列浆材的性能。1 实验部分 1 1 原料 环氟；时 脂：6 1 0 1，无锡合成材料厂生产。糠醛、丙酮：均为化学纯试剂。二乙烯三胺：日本生 产。Y D S 增强剂：为 自制试剂。I 2 仪器 月 J R P X 一 6 5 F T 一 1 R谱仪测红外光谱。用国产 S C-7 气相 邑谱仪，色谱柱 S E 一 3 0 石英毛细管柱。美国 IN C U S 一 5 0 色一 质联用仪，邑谱柱D B 5 0 毛细管柱。收毓日期：l 9 9 2 0 9 2 6 维普资讯 http:/ 高分子材料抖学与工程 1 9 9 3 正 L 3 浆材固结体力学性能测试 按 G B 1 0 1 1-7 0 标准制洋、测试。2 结果与讨论 本系列浆材成份是：环氧树脂、糠醛、丙酮、二乙烯三胺以及少量的Y D S复合增强剂 其设 计构思为：在 Y D S的催化作用下，糠醛、丙酮的羰基上氧原子的诱导效应 得以增强，使羰基迅 速活化，从而产生一系列的反应。这些反应包括加速糠醛 自身的树脂化、丙酮自身的缩合、糠醛 与丙酮的树脂化反应 这样就使椽醛丙酮由单分子逐步缔合成线型结构、环状结构甚至是网状 交联的产物。这些产物分子中含有羟基、乙烯基双键和活泼的 a-H。它们可以进一步相互作用，又能通过胺的作用结合到环氧树脂的大分子链上，形成立体网状的固结体，因而使其固结悼保 持较高的力学强度。过去找们曾报道过加入添加剂 A也能活化猿醛、丙酮，但活化作用所需时间较长 图1 a b F l I n f r a r e d r u A=28 1 6B；2 7 2 4 即测得的红 f-x l 图 图2 是对应的气相色谱。2国 h r o ma l o l c m；9 9 5 9 I B：9 9 2 I D：9 6 j E 21 F l _1 2 图中 a 为纯猿醛 为棣醛加添加剂 Ai C为椽醛加 Y D S增强剂。图l 中波数为2 8 1 6、2 7 2 4 处是一C H O吸收峰，从图上对 比可以看出此处吸收蜂是 a b c，也就是 C样中一C H O量小。从气相色谱分析(图2)亦可看出：C图与 a、b图相 比，猿醛峰含量减少并出现新的色谱峰。这说 明 y D S增强荆能在短时间内活化糠醛分子中的羰基，从而加速椽醛树脂化反应。O O I s l l O Oi l l l C l h 严 (H a C C-C C C-a 维普资讯 http:/ 第5 期 何罚=生荨 高渗透性环氟系化学准浆材料Y 浆材的研究 1 1 1 丙口 受活化后 自聚缩台产物的结构式。Ta b 1 Ac ti v a tio n o f r e I n 如憎 rYDS a n d a d d i v e A t o fl M ur a l a n d a c e t o 从图1 3 对比可看出 Y D S对糠醛、丙酮的羰基活化速度快，基本上是瞬时发生的 表l 是 棘醛、丙酮受活化后的外观变化对比。由于 Y D S 增强剂对糠醛、丙酮的活化迅速，所以受活化的糠醛、丙酮有可能以多种形式参 与：氟 对 脂固化反应，交联成网状结构的高分子产物 但添加剂 A对糠醛、丙酮的活化速度 比 胺与王 f 氧反应 的速度慢，所以这类型的浆材中能参与环氰树脂固化反应的糠醛、丙酮量较少。后来活化的镰醛、丙酮所生成的齐聚物由于分子量增大，在浆材固结体中起骨架作用 因此添 加剂 A能在一定程度上提高浆材的力学性能 但其增强效果远比不上 Y L 3 S增强剂。Ta l x 2 Th e e e c t o f YDS a n d A o n g r o tl l 5|嘲v e s t r e g t fl(S)*S i s c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f g r o u t s o l i d s a n d b o d y 2 1 D S 增强剂的增强效果 从表2 看。Y D S的增强效果 明显，而且随昔环氧树脂用量的减少，增强牢大幅度提高。直至 环氟村脂加入量为 H 十，经 Y D S活化后糠醛、丙酮仍能与二乙烯三胺反应 所成的固砂体抗压 强度选8 5 8 M P a。一般来说 糠醛、丙酮需在强酸性条件下才能交固结，现经 D S活化后，糠醛、维普资讯 http:/ 高分子材料抖学与工程 1 9 9 3 芷 丙酮亦可与胺产生交联，形成固结体。2 2 浆材的物量力学性能 表3 为_术系列浆材几种配方所对应的一些物理性能与中化7 9 8 用于龙l羊螓电站配方的对 比。T a b 3 P h y mt l p r 叩 e 0 l g ma l t *I t i s g r ot l t o r i g i n a l o；3 n t ac t an g l e on a r vr mc e ou s$u a r t z Ta b、T h eS e me n s t o n e s o a k e d b y g r o u T a b 5 M e c h a r tl c a l p p e o fYDs 化疆浆液能否灌入低渗透性介质中的首要条件是由浆材与被灌介质的亲和力所决定的，亲和力足化灌浆液对被灌介质的接触角余弦与浆液的表面张力的乘积。亲和力越大越有利于 渗透 。从上表数据可看出：乖系列浆材与以往渗透性能最优秀的中化7 9 8 浆材相比，其接触角 更 小而亲和力更大，围此它的渗透性能要 比中化7 9 8 好。这一点也可以从水泥结石分别浸泡 Y I)S 一 5、中化7 9 8 后的测试结果所证明(表1)。Y IY S 一 1、Y D S 一 1 固砂体老化试验跟踪测量情况如图5、图6。它 表明该浆材耐老化性能 良 好。5,2 0 i 1 0 0 89 莹6 0 1 l Y D S-I 。二 一：F ig 5 c 忡 o l耐n|te s t t C u r v e 0 t _ n|t e s t 1YDS-12 YDS 1 l1 wa 耐i r n n o n t o rs i；-2；c x x u r e c c 由于 Y D S复合增温荆改性环氧系化灌浆材渗逮 陛能极为优异，力学性能优 良，因此可望 维普资讯 http:/ 弟5 期 何株生荨：高渗遮性环 系化学灌浆材料Y D 6浆材的研究 1 I 3 用它来攻克 K 1 0 c m s 的极低渗透性软弱地层这一化灌难题。参考文献 l n l i b u t|u ad g I,Ta l S b e j i y u a n K e y a r s u o(电力部华东勘测设计院科研所)，札a 1|u a x u e C u a n fi a n g J i s h u 化学灌浆技术j t k i j i n g(匕 京j：S h u i l i D i a n l i P r e s s(水力电力出版社)1 9 8 4：1 2 4 1 弘 z Y e丑I 山 叶怍舟j e l a L t l u a x u e S h i j i (化学世界)，1 9 8 8：4 3 S b t i D i a n l i b u(水利电力部)，l o n g g u o S h u i U F a d i a n N i a n i i a J n(中国水力发电年鉴(1 9 8 4 1 9 8 8)X u e s h u S b u k a n Pre s s(学术书刊出版社)，1 9 9 0：2 8 4 I l c Y I e 鸭(何泳生)吐a L H u u e J n c a (化学建材)1 9 9 1，6：1 7 2 0 5 耻n K B(任克 昌)s h u i l i F a d l a n(水力发 电)1 9 9 1 1 0；7 7 8 0 s=)l I DY 0N M _0D甩YDs HI GH PERM EA B LE EP OXY RES 叮、GR0UTD G M A=I ERI AI 1 l e Yo n g s h e n gXi a N Ai l l-u，Z l mn g Ou a n g z b a o Ye i L i n h o n g a n d Z)l o Ru j i a n (f o f(mi s l r y，A c a w t e mi a l 妇)脚(，rJ l he c o mp o un d r e i n f or c e r a g e nt YDS c a n a c t i v at e s wift t he c ar b o n yl g r o u p s o f f u r r u r a l a n d a c e t o n e mol e c u l e s The p r o du c t s ol i d i fic a wi t h e po xy r e s i n Th e YDS grou t i n g ma t e r i al c a n k cep h i g h me c b a ni c,l pr op e r t i es wi t h l a r g e d i l u e n t a d d e d Th e ma t e r i a l h as s p e c i fic p r op e r ties：l o w i n i t i a l v i s c i t y，岫B l l a f f ini t y t o me d i u m，e x c e l l e n t per me a b i l i t y，g o o d me c h a n i ol pro p e r t i e s a nd a g i n g r esi s t t f l ce Ke ywo r d s c h e mi c a l gr o ut，e po xy r esi n，a c t i v a t i on，a f fin i t y，1 r me a b l e 维普资讯 http:/