桥梁地基加固用化学灌浆料及其制备方法.pdf

1、10申请公布号CN103030577A43申请公布日20130410CN103030577ACN103030577A21申请号201310001293022申请日20130105C07C271/28200601C07C269/02200601E02D3/1220060171申请人中国铁道科学研究院铁道建筑研究所地址100081北京市海淀区西外大柳树路2号72发明人牛斌胡所亭王乐然唐功庆郭晨74专利代理机构北京金言诚信知识产权代理有限公司11229代理人姚惠清54发明名称桥梁地基加固用化学灌浆料及其制备方法57摘要一种桥梁地基加固用化学灌浆料的制备方法，包括以下步骤环氧氯丙烷与双酚A进行加成反应

2、，得到中间产物中间产物与多异氰酸酯进行加成反应，得到最终产物即所述化学灌浆料，其中，环氧氯丙烷占最终产物的重量百分数为530，双酚A占最终产物的重量百分数为1050，多异氰酸酯占最终产物的重量百分数为2085。还提供了采用该制备方法制备的桥梁地基加固用化学灌浆料，该化学灌浆料具有以下一个或多个优点高粘结力；高强度；耐老化；长寿命；高反应活性；高土壤渗透性。通过向桥墩下面和周围土壤基础中灌注化学灌浆材料，可提高土壤的抗压能力，从而有效提高桥梁承载重量。51INTCL权利要求书2页说明书7页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图2页1/2页21一种桥梁

3、地基加固用化学灌浆料的制备方法，其特征在于包括以下步骤环氧氯丙烷与双酚A进行加成反应，得到中间产物中间产物与多异氰酸酯进行加成反应，得到最终产物即所述化学灌浆料，其中，环氧氯丙烷占最终产物的重量百分数为530，双酚A占最终产物的重量百分数为1050，多异氰酸酯占最终产物的重量百分数为2085，所述中间产物的化学式为所述最终产物的化学式为2根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述多异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多次甲基多异氰酸酯、己二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、或异弗尔酮二异氰酸酯（简称IPDI），或者上述多异氰酸酯的混合物、多聚体或者聚合物。3根据权利要求1所述的制备

4、方法，其特征在于所述的双酚A和环氧氯丙烷包括二者的纯净物、混合物和/或二者的化学反应产物。4根据权利要求13任一项所述的制备方法，其特征在于环氧氯丙烷与双酚A采用催化剂进行加成反应，该催化剂包括NAOH、KOH或者LIOH。5根据权利要求13任一项所述的制备方法，其特征在于中间产物与多异氰酸酯采用催化剂进行加成反应，该催化剂包括二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三乙烯二胺、醋酸苯汞、或者异辛酸铅。6根据权利要求13任一项所述的制备方法，其特征在于其中多异氰酸酯摩尔数过量，在加成反应中封端得到含有异氰酸酯基团的聚氨酯预聚物，异氰酸酯基团红外特征峰位于22402275CM1。7一种桥梁地基加固用化学灌浆

5、料，其特征在于采用权利要求16任一项所述的制备方法制备。8一种桥梁地基加固用化学灌浆料的合成工艺，包括以下步骤按照配方添加量向反应釜添加二甲苯，启动搅拌，缓慢加入环氧氯丙烷；升高温度至7080，加入双酚A，使其熔化、混合，其中所述配方添加量具体为环氧氯丙烷占最终产物的重量百分数为530，双酚A占最终产物的重量百分数为1050，多异氰酸酯占最终产物的重量百分数为2085；向反应釜中滴加催化剂NAOH、KOH或者LIOH，混合均匀，保持温度8090，进行反应；降低温度，加入纯水混合搅拌，放出反应釜水相，重复洗涤；反应釜加热蒸馏二甲苯，从反应釜的分水器中除去残余水分，检测反应釜中原料水分含量，小于权

6、利要求书CN103030577A2/2页3002时，进入下一步反应；加入多异氰酸酯原料，进行反应；启动真空泵，逐步升高温度至130，真空度大于0095MPA；充入氮气，停止真空泵；添加适当溶剂，降低反应釜温度至室温，得到所述化学灌浆料。9一种桥梁地基加固用化学灌浆料，其特征在于采用权利要求8所述的合成工艺制备。10根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述最终产物的分子结构中同时含有双酚A加成反应产物、环氧氯丙烷链节加成反应产物和异氰酸酯反应基团。权利要求书CN103030577A1/7页4桥梁地基加固用化学灌浆料及其制备方法技术领域0001本发明涉及现有桥梁加固工程，用以恢复或提高桥梁地基

7、承载能力。更具体地，本发明涉及一种桥梁地基加固用化学灌浆料及其制备方法，其中该化学灌浆材料属于功能高分子领域。背景技术0002在桥梁加固过程中，基础和地基加固是其中重要内容。目前加固措施一般采用加大墩台和基础面积和体积以提高基础承载能力。存在工程大、工期长、对桥梁影响大、成本高等问题。0003化学灌浆是将化学材料配制的浆液用输送设备将其灌入到需要处理的部位，修补裂纹、粘结碎块、隔断渗水通道，与被灌物形成密实核体，以达到提高工程质量的目的。所灌注材料称为化学灌浆料。化学灌浆料种类繁多，包括水玻璃、环氧树脂、丙烯酸树脂、纤维素、三聚氰胺甲醛树脂、不饱和聚酯树脂和聚氨酯等。0004中国专利ZL200

8、680032276提供了一种灌浆用水泥组合物及使用该组合物的灌浆材料，含有水泥、膨胀剂、火山灰微粉末、发泡剂和减水剂组成。虽然成本较低，但强度低、渗透性差，不适合在桥梁基础加固中使用。0005中国专利ZL200810301292公开了一种丙烯酸盐灌浆液，包括液和液。液，丙烯酸盐水溶液4050份，丙烯酸酯交联剂57份，促进剂055份，碱金属氢氧化物添加剂0405份，水153份。液，引发剂0306份，碱金属氢氧化物添加剂115份，水4050份。在土壤加固中试用发现耐水解性差、寿命短、加强效果不理想。0006中国专利ZL03118712公开了一种环氧树脂灌浆材料，按重量以100份环氧值为051054

9、的液态环氧树脂为主剂，以550份丙酮和1060份糠醛为灌浆施工过程中的降粘剂及固化过程中的反应剂，通过加入1060份苯酚甲醛己二胺缩合物或苯酚甲醛间苯二胺缩合物和055份硅烷类表面湿润、渗透、粘接增强剂而组成。加固强度大、耐水解性能好，但粘度大、土壤浸润性差、韧性差，且不耐冲击。0007中国专利ZL201010599615、ZL200910101210、ZL200810052170和ZL201010617806都涉及聚氨酯化学灌浆材料，与本发明紧密相关。但是，它们都采用通常的聚氨酯原材料进行合成，产品应用于桥梁基础加固时，存在一个或多个以下的缺点/问题强度低；土壤浸透性差；操作时间短；固化慢；

10、不耐水解。发明内容0008考虑到至少一个上述问题/缺点而完成了本发明，并且本发明的一个目的在于提供一种桥梁地基加固用化学灌浆料的制备方法。本发明采用分子设计技术，合成了具有高粘结力、高强度、耐老化、长寿命、高反应活性、高土壤渗透性的化学灌浆料。可通过向桥墩下面和周围土壤基础中灌注化学灌浆材料，提高土壤的抗压能力，从而可有效提高桥梁承说明书CN103030577A2/7页5载重量。0009一种桥梁地基加固用化学灌浆料的制备方法，其特征在于包括以下步骤环氧氯丙烷与双酚A进行加成反应，得到中间产物中间产物与多异氰酸酯进行加成反应，得到最终产物即所述化学灌浆料，其中，环氧氯丙烷占最终产物的重量百分数为

11、530，双酚A占最终产物的重量百分数为1050，多异氰酸酯占最终产物的重量百分数为2085，所述中间产物的化学式为00100011所述最终产物的化学式为00120013根据本发明另一方面，所述多异氰酸酯包括但不限于以下原料甲苯二异氰酸酯（简称TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（简称MDI）、多苯基多次甲基多异氰酸酯（PAPI或者简称粗MDI）、己二异氰酸酯（简称HDI）、萘二异氰酸酯（简称NDI）、或异弗尔酮二异氰酸酯（简称IPDI），或者上述多异氰酸酯的混合物、多聚体或者聚合物。0014根据本发明另一方面，所述的双酚A和环氧氯丙烷包括二者的纯净物、混合物和/或二者的化学反应产物。0015根据本发

12、明另一方面，环氧氯丙烷与双酚A采用催化剂进行加成反应，该催化剂包括NAOH、KOH或者LIOH。0016根据本发明另一方面，中间产物与多异氰酸酯采用催化剂进行加成反应，该催化剂包括二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三乙烯二胺、醋酸苯汞、或者异辛酸铅。0017根据本发明另一方面，所述最终产物的分子结构中同时含有双酚A加成反应产物、环氧氯丙烷链节加成反应产物和异氰酸酯反应基团。0018根据本发明另一方面，其中多异氰酸酯摩尔数过量，在加成反应中封端得到含有异氰酸酯基团的聚氨酯预聚物，异氰酸酯基团红外特征峰位于22402275CM1。0019根据本发明另一方面，本发明还提供了一种利用上述制备方法制备的桥梁地

13、基加固用化学灌浆料。0020根据本发明另一方面，提供了一种桥梁地基加固用化学灌浆料的合成工艺及其产品，包括以下步骤按照配方添加量向反应釜添加二甲苯，启动搅拌，缓慢加入环氧氯丙烷；升高温度至7080，加入双酚A，使其熔化、混合，其中所述配方添加量具体为环氧氯丙烷占最终产物的重量百分数为530，双酚A占最终产物的重量百分数为10说明书CN103030577A3/7页650，多异氰酸酯占最终产物的重量百分数为2085；向反应釜中滴加催化剂NAOH、KOH或者LIOH，混合均匀，保持温度8090，进行反应；降低温度，加入纯水混合搅拌，放出反应釜水相，重复洗涤；反应釜加热蒸馏二甲苯，从反应釜的分水器中除

14、去残余水分，检测反应釜中原料水分含量，小于002时，进入下一步反应；加入多异氰酸酯原料，进行反应；启动真空泵，逐步升高温度至130，真空度大于0095MPA；充入氮气，停止真空泵；添加适当溶剂，降低反应釜温度至室温，得到发明产品（化学灌浆料）。0021与现有技术相比，本发明采用溶液法逐步加成聚合工艺合成制备，具有全新的分子结构，表现出了优异的性能。本发明具有以下一个或多个优点含有双酚A链节，可耐水解，化学灌浆后形成的固结体强度寿命长。含有异氰酸酯反应基团，可与土壤中的羟基和水分反应，具有高粘结力，可大幅度提高桥梁基础的承载力。含有碳氯键，与土壤极性相近，因此具有高渗透性。0022与现有施工工艺

15、相比，本发明具有效率高、成本低的特点。采用以下现场施工工艺为，首先桥梁地基的地质情况。按照设计要求划定灌浆范围。划定灌浆部位。钻孔形成灌浆孔。连接好灌浆泵和灌浆管。配置灌浆液体。通过灌浆泵加压把灌浆料注入土壤中。固化72小时。15天后检查承压强度。现场清理，达到完工标准。由于灌胶量粘度小、与土壤浸润性好，因此地面分布灌胶孔少，施工简便，效率高。形成的土壤固结体强度高。达到同样设计强度所需材料少，成本低。附图说明0023图1是根据本发明优选实施例的环氧氯丙烷与双酚A进行加成反应的方程式；0024图2是根据本发明优选实施例的中间产物与多异氰酸酯进行加成反应（多异氰酸酯封端预聚反应）的方程式。具体实

16、施方式0025下面结合附图，通过优选实施例来描述本发明的最佳实施方式，这里的具体实施方式在于详细地说明本发明，而不应理解为对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。0026实施例10027本发明由双酚A（分子结构式见后文）、环氧氯丙烷、多异氰酸酯通过反应得到化学灌浆料。其中多异氰酸酯摩尔数过量，在反应中封端得到含有异氰酸酯基团的聚氨酯预聚物。双酚A、环氧氯丙烷和甲苯二异氰酸酯的分子结构式同样参见后文。（1）反应原理0028灌浆材料制备过程中化学反应原理如附图1和附图2所示。合成反应分为二步。第一步反应（参见附图1），环氧

17、氯丙烷与双酚A的加成反应，得到中间产物（ZINGER树脂），第二步反应（参见附图2），中间产物（ZINGER树脂）与异氰酸酯加成反应，得到本发明树脂。（2）材料组成0029合成原料中，双酚A通常占产物重量百分数为1050，优选2535，特别优说明书CN103030577A4/7页7选2830。环氧氯丙烷通常占产物重量百分数为530，优选2030，特别优选2225。多异氰酸酯占2085。多异氰酸酯通常选用，甲苯二异氰酸酯（简称TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（简称MDI）、多苯基多次甲基多异氰酸酯（PAPI或者简称粗MDI）、己二异氰酸酯（简称HDI）、萘二异氰酸酯（简称NDI）、异弗尔酮二异氰酸

18、酯（简称IPDI），及上述多异氰酸酯的混合物、多聚体、聚合物。优选TDI、MDI和PAPI，特备优选TDI。TDI占产物重量百分数为2085，优选4060，特别优选4247。0030第一步反应的催化剂通常可选NAOH、KOH、LIOH等，优选NAOH。催化剂添加量占产品重量百分数为0013，优选052，特别优选0815。第二部反应的催化剂通常选二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、三乙烯二胺、醋酸苯汞和异辛酸铅等，优选醋酸苯汞。催化剂添加量占产物重量百分数为小于5，优选小于07，特别优选00101。0031如图12所示，其中示出了本发明的桥梁地基加固用化学灌浆料的制备方法，该方法包括以下步骤环氧氯丙烷与

19、双酚A进行加成反应，得到中间产物中间产物与多异氰酸酯进行加成反应，得到最终产物即所述化学灌浆料，其中，环氧氯丙烷占最终产物的重量百分数为530，双酚A占最终产物的重量百分数为1050，多异氰酸酯占最终产物的重量百分数为2085，所述中间产物的化学式为00320033所述最终产物的化学式为00340035优选地，所述多异氰酸酯包括但不限于以下原料甲苯二异氰酸酯（简称TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（简称MDI）、多苯基多次甲基多异氰酸酯（PAPI或者简称粗MDI）、己二异氰酸酯（简称HDI）、萘二异氰酸酯（简称NDI）、或异弗尔酮二异氰酸酯（简称IPDI），或者上述多异氰酸酯的混合物、多聚体或者聚

20、合物。0036优选地，所述最终产物的分子结构中同时含有双酚A加成反应产物、环氧氯丙烷链节加成反应产物和异氰酸酯反应基团。0037优选地，所述的双酚A和环氧氯丙烷包括二者的纯净物、混合物和/或二者的化学反应产物。0038优选地，环氧氯丙烷与双酚A采用催化剂进行加成反应，该催化剂可包括NAOH、KOH或者LIOH等。0039优选地，中间产物与多异氰酸酯采用催化剂进行加成反应，该催化剂包括二月桂说明书CN103030577A5/7页8酸二丁基锡、辛酸亚锡、三乙烯二胺、醋酸苯汞、或者异辛酸铅。0040优选地，其中多异氰酸酯摩尔数过量，在加成反应中封端得到含有异氰酸酯基团的聚氨酯预聚物，异氰酸酯基团红外

21、特征峰位于22402275CM1。0041优选地，本发明还提供了利用上述制备方法制备的桥梁地基加固用化学灌浆料。0042（3）合成工艺0043按照配方添加量环氧氯丙烷占最终产物的重量百分数为530，双酚A占最终产物的重量百分数为1050，多异氰酸酯占最终产物的重量百分数为2085向反应釜添加二甲苯，启动搅拌，缓慢加入环氧氯丙烷。升高温度至7080，加入双酚A，使其熔化、混合。0044向反应釜中滴加催化剂NAOH、KOH或者LIOH，混合均匀。保持温度8090，进行反应。0045降低温度，加入纯水混合搅拌。放出反应釜水相。重复洗涤。0046反应釜加热蒸馏二甲苯，从反应釜的分水器中除去残余水分。检

22、测反应釜中原料水分含量，小于002，进入下一步反应。0047加入多异氰酸酯原料，进行反应。0048启动真空泵，逐步升高温度至130，真空度大于0095MPA。0049充入氮气，停止真空泵。0050添加适当溶剂，降低反应釜温度至室温，得到发明产品（化学灌浆料）。0051实施例20052选用2000升反应釜，带有真空泵和分水器。向反应釜中加入二甲苯（北京化工原料公司，工业一级）761KG。启动搅拌，缓慢加入环氧氯丙烷（山东海力化工股份有限公司，工业一级）185KG。升高温度至7080，加入双酚（青岛海博化工有限公司，工业一级）A228KG，使其熔化、混合。向反应附中滴加10NAOH水溶液185KG

23、混合均匀。保持温度8090，反应3小时。降低温度至4050，加入纯水500KG混合搅拌05小时。放出反应釜水相，重复洗涤3次。反应釜加热至120130蒸馏二甲苯，从反应釜的分水器中除去残余水分。检测反应釜中原料水分含量，小于002，进入下一步反应。降低反应釜温度至50。加入TDI（德高BASF公司，80/20）348KG，缓慢升温至80，反应5小时。启动真空泵，逐步升高温度至130，真空度大于0095MPA。充入氮气，停止真空泵。加入乙酸乙酯（青岛海博化工有限公司，工业一级）761KG，降低反应釜温度至室温，得到发明产品。0053产品性能如下固含量50，粘度80MPAS，凝胶时间25小时，土壤

24、渗透距离5M。灌浆后土壤压缩强度5MPA，拉伸强度3MPA。0054实施例30055选用2000升反应釜，带有真空泵和分水器。向反应釜中加入二甲苯（北京化工原料公司，工业一级）730KG。启动搅拌，缓慢加入环氧氯丙烷（山东海力化工股份有限公司，工业一级）148KG。升高温度至7080，加入双酚A（青岛海博化工有限公司，工业一级）182KG，使其熔化、混合。向反应附中滴加10NAOH水溶液15KG混合均匀。保持温度8090，反应3小时。降低温度至4050，加入纯水500KG混合搅拌05小时。放出反应釜水相，重复洗涤3次。反应釜加热至120130蒸馏二甲苯，从反应釜的分水器中除去残余水分。检测反应

25、釜中原料水分含量，小于002，进入下一步反应。降低反应釜说明书CN103030577A6/7页9温度至50。加入MDI（烟台万华集团，100LL）400KG，缓慢升温至80，反应5小时。启动真空泵，逐步升高温度至130，真空度大于0095MPA。充入氮气，停止真空泵。加入乙酸乙酯（青岛海博化工有限公司，工业一级）730KG，降低反应釜温度至室温，得到发明产品。0056产品性能如下固含量50，粘度93MPAS，凝胶时间16小时，土壤渗透距离4M。灌浆后土壤压缩强度6MPA，拉伸强度25MPA。0057实施例40058选用2000升反应釜，带有真空泵和分水器。向反应釜中加入二甲苯（北京化工原料公司

26、，工业一级）654KG。启动搅拌，缓慢加入环氧氯丙烷（山东海力化工股份有限公司，工业一级）111KG。升高温度至7080，加入双酚A（青岛海博化工有限公司，工业一级）1368KG，使其熔化、混合。向反应附中滴加10NAOH水溶液12KG混合均匀。保持温度8090，反应3小时。降低温度至4050，加入纯水500KG混合搅拌05小时。放出反应釜水相，重复洗涤3次。反应釜加热至120130蒸馏二甲苯，从反应釜的分水器中除去残余水分。检测反应釜中原料水分含量，小于002，进入下一步反应。降低反应釜温度至50。加入PAPI（德高BASF公司，M20S）406KG，缓慢升温至80，反应5小时。启动真空泵，

27、逐步升高温度至130，真空度大于0095MPA。充入氮气，停止真空泵。加入乙酸乙酯（青岛海博化工有限公司，工业一级）730KG，降低反应釜温度至室温，得到发明产品。0059产品性能如下固含量50，粘度107MPAS，凝胶时间1小时，土壤渗透距离3M。灌浆后土壤压缩强度5MPA，拉伸强度45MPA。0060本发明具有以下一个或多个优点高粘结力；高强度；耐老化；长寿命；高反应活性；高土壤渗透性。此外，通过向桥墩下面和周围土壤基础中灌注化学灌浆材料，可提高土壤的抗压能力，从而有效提高桥梁承载重量。本发明不限于上述具体实施例。可以理解的是，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改

28、，这些都应包含在本发明的保护范围之内。0061本发明中采用的原料分子式等相关信息如下00621双酚A006311双酚A分子结构式0064006512化学名称2,2双4羟基苯基丙烷006613CAS号19805700672环氧氯丙烷006821分子结构式0069007022化学名称3氯1,2环氧丙烷007123CAS号106898说明书CN103030577A7/7页1000723异氰酸酯类原料007331甲苯二异氰酸酯（TDI）0074311分子结构式00750076312化学名称2,4甲苯二异氰酸酯0077313CAS号584849007832二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）0079321分子结构式00800081322化学名称4,4二苯基甲烷二异氰酸酯0082323CAS号101688008333多苯基多次甲基多异氰酸酯（PAPI）0084331分子结构式00850086332化学名称多苯基多次甲基多异氰酸酯0087333CAS号9016879。说明书CN103030577A101/2页11图1说明书附图CN103030577A112/2页12图2说明书附图CN103030577A12