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丙烯酸盐化学灌浆材料的研制

作　者: 白炼
导　师: 吴江渝
学　校: 武汉工程大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 丙烯酸盐 化学灌浆 交联剂 白炭黑 力学性能
分类号: TV44
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


丙烯酸盐灌浆材料由于具有粘度低、流动性好、能灌入细微裂缝等优点,已被广泛应用于混凝土工程中的帷幕防渗和裂缝修补。但是,目前市场上所销售的丙烯酸盐灌浆材料产品大部分都具有一定的毒性,不符合环保要求。因此,研发符合环保要求的丙烯酸盐灌浆材料必将成为一种趋势,这也是本文研究的意义所在。本文采用直接酯化法合成出两种丙烯酸酯类交联剂乙二醇二丙烯酸酯和季戊四醇二丙烯酸酯,并探讨了催化剂用量、投料比、阻聚剂用量、反应温度和反应时间对酯化反应的影响,得出最佳的合成条件。合成乙二醇二丙烯酸酯的最佳合成条件:催化剂用量为反应体系总质量1.7%,酸醇摩尔比为2.5,阻聚剂用量为0.6~0.7 g/molAA(丙烯酸),反应温度为90~100℃,反应时间为5 h;合成季戊四醇二丙烯酸酯的最佳合成条件:催化剂用量为反应体系总质量的2.0%,酸醇摩尔比为2.6,反应温度为105~115℃,反应时间为4 h。将丙烯酸酯类交联剂引入丙烯酸盐灌浆液配方制得丙烯酸盐浆液,特委托武汉大学人民医院对浆液进行急性毒性试验。急性毒性试验采用GB 15193.3-2003进行检测,结果显示:浆液实际无毒。并根据《丙烯酸盐灌浆材料》行业标准制定小组拟定的测试标准对浆液性能进行了测定,结果表明丙烯酸盐浆液具有良好的性能:粘度在5.0 mpa.s~6.0 mpa.s之间;渗透系数达10-8数量级;固砂体抗压强度达0.506 MPa;抗挤出破坏比降达930 Mpa/cm以及在水中具有膨胀性。运用DSC、FT-IR和SEM对丙烯酸盐灌浆材料的凝胶体进行表征,并研究其溶胀性能和热稳定性。结果显示:凝胶体的玻璃化转变温度Tg较低且随着交联剂含量的增加而增大;凝胶体的IR谱图中不含C=C的特征峰,说明交联剂参与了凝胶网络的形成;凝胶体具有相互连通的孔洞结构,并且随交联剂含量的增加,孔洞的数量增加而孔径减小;凝胶体的溶胀速率和溶胀度受随交联剂含量的影响;凝胶体具有温度敏感性、pH敏感性和较好的热稳定性。为了进一步提高丙烯酸盐灌浆材料的力学性能,本文还采用白炭黑作为增强剂,制备出一种基于丙烯酸盐/白炭黑的有机/无机复合灌浆材料。无机粒子的引入改善了丙烯酸盐灌浆材料的力学性能,当白炭黑添加量为2%时,该复合丙烯酸盐/白炭黑复合灌浆材料的固砂体抗压强度达到最大值0.562 MPa。不仅如此,丙烯酸盐/白炭黑复合灌浆材料亦保留了纯丙烯酸盐灌浆材料的优点。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
引言  11-12
第1章 文献综述  12-21
  1.1 化学灌浆概述  12-13
  1.2 化学灌浆材料  13-19
    1.2.1 化学灌浆材料的分类及特点  13-14
    1.2.2 常用的化学灌浆材料  14-19
  1.3 研究内容  19-21
第2章 丙烯酸盐灌浆材料原料的合成  21-38
  2.1 丙烯酸盐单体的合成  21-25
    2.1.1 合成原理  21-22
    2.1.2 主要试剂和仪器  22
    2.1.3 实验方法  22-23
    2.1.4 结果与讨论  23-25
  2.2 交联剂乙二醇二丙烯酸酯的合成  25-31
    2.2.1 合成原理  25-26
    2.2.2 主要试剂和仪器  26
    2.2.3 实验方法  26-27
    2.2.4 结果与讨论  27-31
  2.3 交联剂季戊四醇二丙烯酸酯的合成  31-36
    2.3.1 合成原理  31
    2.3.2 主要试剂和仪器  31-32
    2.3.3 实验方法  32-33
    2.3.4 结果与讨论  33-36
  2.4 本章小结  36-38
第3章 丙烯酸盐灌浆材料的制备和性能研究  38-53
  3.1 丙烯酸盐灌浆材料的制备  38-39
    3.1.1 新型交联剂的研究  38
    3.1.2 浆液的配方设计  38-39
  3.2 丙烯酸盐灌浆材料浆液的性质  39-43
    3.2.1 表征方法  39-40
    3.2.2 浆液的性质  40-43
  3.3 丙烯酸盐灌浆材料凝胶体的力学性能  43-50
    3.3.1 测试标准  43-47
    3.3.2 凝胶体的性能  47-50
  3.4 丙烯酸盐灌浆材料的贮存稳定性  50-52
  3.5 本章小结  52-53
第4章 丙烯酸盐灌浆材料凝胶体的溶胀性能、热稳定性及表征  53-64
  4.1 主要试剂和仪器  53-54
    4.1.1 原料的规格及来源  53
    4.1.2 仪器设备  53-54
  4.2 实验部分  54-56
    4.2.1 丙烯酸盐浆液的配比  54
    4.2.2 丙烯酸盐灌浆材料凝胶体的制备  54
    4.2.3 差示扫描量热法分析（DSC）  54-55
    4.2.4 红外光谱分析（FT-IR）  55
    4.2.5 扫描电镜分析（SEM）  55
    4.2.6 溶胀性能  55
    4.2.7 热稳定性  55-56
  4.3 结果与讨论  56-62
    4.3.1 DSC 分析  56-57
    4.3.2 FT-IR 分析  57
    4.3.3 SEM 分析  57-59
    4.3.4 溶胀性能  59-62
    4.3.5 热稳定性  62
  4.4 本章小结  62-64
第5章 丙烯酸盐/白炭黑复合灌浆材料的制备和性能研究  64-74
  5.1 合成原理  64-65
  5.2 主要试剂和仪器  65-66
    5.2.1 原料的规格及来源  65
    5.2.2 仪器设备  65-66
  5.3 实验部分  66-68
    5.3.1 丙烯酸盐/白炭黑复合浆液的配比  66
    5.3.2 丙烯酸盐/白炭黑复合灌浆材料的制备  66-67
    5.3.3 差示扫描量热法分析（DSC）  67
    5.3.4 红外光谱分析（FT-IR）  67
    5.3.5 扫描电镜分析（SEM）  67
    5.3.6 固砂体抗压强度  67
    5.3.7 粘度  67
    5.3.8 凝胶时间  67-68
  5.4 结果与讨论  68-73
    5.4.1 DSC 分析  68-70
    5.4.2 FT-IR 分析  70-71
    5.4.3 SEM 分析  71
    5.4.4 丙烯酸盐/白炭黑复合灌浆材料的性能  71-73
  5.5 本章小结  73-74
第6章 结论  74-75
  6.1 丙烯酸盐灌浆材料的制备及其研究  74
  6.2 丙烯酸盐/白炭黑复合灌浆材料的制备及其研究  74-75
参考文献  75-80
附录：攻读硕士学位期间发表论文  80-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水工材料 > 防渗材料和止水材料
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