【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及混凝土添加剂制备，尤其是涉及一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料及其制备方法。
技术介绍
1、开挖隧道后需将混凝土喷射于破裂后的岩壁上，喷射于岩壁上的混凝土凝固后对隧道形成初期支护。常用的混凝土喷射方法主要以湿喷法为主，混凝土湿喷法的具体操作如下：先混凝土的配置，将预先配好的混凝土输入相应的喷射设备中，喷射设备通过利用高压空气将混凝土输送至喷头，喷头以高喷速将混凝土喷向于破裂的岩石表面，混凝土凝固后对隧道形成初期支护。
2、目前，混凝土湿喷法遇到的技术难题如下：在混凝土的喷射过程中，有部分混凝土未能粘附于岩壁表面，在喷向于岩壁表面过程中，部分混凝土被岩壁表面弹回，必不可免的造成混凝土材料浪费，回落的混凝土也增加了路面清理难度，同时也可能会对隧道结构的质量和安全造成不利影响。现有技术中，为了降低混凝土喷射过程中的回弹率，通常在配置的混凝土中掺入适量的增粘剂，改善混凝土增韧的粘附能力，进而便于所制备的混凝土期与岩壁表面具有较好的粘附强度，降低因粒子碰撞和反弹造成的混凝土回弹损失。
3、实际应用隧道建设中的混凝土增粘剂主要以硅灰为主，通过添加适量的硅灰改善混凝土整体的粘附能力，进而降低湿喷法过程中混凝土回弹损失。但是，硅灰的添加避免不了的是会引起混凝土早期收缩增加，导致破裂后的岩壁表面起到初期支护作用的混凝土层的开裂、渗水等风险上升，不利于隧道结构的质量和安全的提升。为此，当前亟需一款降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料。
技术实现思路
1、为了解决
2、本专利技术提供的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料，是通过以下技术方案得以实现的：
3、一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料为埃洛石纳米管改性@纤维素，埃洛石纳米管改性@纤维素是由以下原料制成：纤维素、碱性催化剂、表面改性剂、埃洛石纳米管、溶剂；所述纤维素由纤维素湿浆制取，所述纤维素湿浆中的纤维素为棉纤维素、马铃薯纤维素、甘蔗纤维素、秸秆纤维素中的至少一种；所述碱性催化剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠中的至少一种；所述表面改性剂包括水性聚氨酯乳液，所述水性聚氨酯乳液中的聚氨酯胶乳以丙烯酸羟乙酯封端；所述埃洛石纳米管经过表面氨基酸处理或氨基硅烷处理。
4、优选地，所述表面改性剂是由水性聚氨酯乳液、悬浮剂、分散剂、阻聚剂组成，所述悬浮剂质量占表面改性剂总质量的0.04-0.12wt％；所述悬浮剂为植物胶，所述植物胶为黄原胶、刺槐豆胶、魔芋胶中的至少一种；所述分散剂为去离子水或者去离子水与强极性有机溶剂形成的混合分散剂，所述强极性有机溶剂为丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯中的至少一种；所述水性聚氨酯乳液中聚氨酯胶乳占表面改性剂总质量的0.1-5.0wt％；所述阻聚剂为醌类阻聚剂，所述醌类阻聚剂占表面改性剂总质量的0.05-0.2wt％。
5、优选地，所述水性聚氨酯乳液中聚氨酯胶乳的平均粒径为100-250nm；所述水性聚氨酯乳液中聚氨酯胶乳的转化温度tg低于-30℃。
6、优选地，所述水性聚氨酯乳液是由以下原料制成：二异氰酸酯、多元醇、扩链剂、封端剂、去离子水、丙酮、流平剂、抗氧化剂、阻聚剂、催化剂；所述阻聚剂为醌类阻聚剂，所述醌类阻聚剂占水性聚氨酯乳液总质量的0.15-0.50wt％；所述扩链剂为小分子二醇和二羟甲基丙酸；所述多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇中的至少一种；所述二异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯或者芳香族二异氰酸酯和脂肪族异氰酸酯形成的混合物；所述封端剂为丙烯酸羟乙酯；所述二异氰酸酯中-nco的摩尔量与所述多元醇和所述扩链剂中-oh总摩尔量之比为(1.05-1.20):1；所述丙烯酸羟乙酯的摩尔量是所述二异氰酸酯中-nco的摩尔量与多元醇和扩链剂中-oh总摩尔量之差的1.04-1.15倍。
7、优选地，所述二异氰酸酯中-nco的摩尔量与所述多元醇和所述扩链剂中-oh总摩尔量之比为(1.08-1.12):1；所述丙烯酸羟乙酯的摩尔量是二异氰酸酯中-nco的摩尔量与所述多元醇和扩链剂中-oh总摩尔量之差的1.06-1.10倍。
8、优选地，所述多元醇为分子量1000-2000的聚碳酸酯二醇搭配分子量为1000-3000的聚醚二元醇组成，所述聚碳酸酯二醇和聚醚二元醇的摩尔量之比为(0.8-1.5):1；所述聚碳酸酯二醇为聚碳酸己内酯亚己酯二醇；所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃二醇ptmeg或者含支链的聚四氢呋喃二醇。
9、优选地，所述水性聚氨酯乳液的制备方法如下：将计量准确的二异氰酸酯、多元醇、抗氧化剂、催化剂混合均匀，升温至75-95℃下反应1-2h，然后加入扩链剂，在75-95℃下反应0.5-2h，调整温度为65-75℃下，加入阻聚剂，混合均匀后加入封端剂，在65-75℃下反应0.5-1.0h，加入ph调节剂搅拌混合中和1-5min，最后加入去离子水、丙酮、流平剂，高速剪切乳化后蒸馏脱除丙酮，即可得成品水性聚氨酯乳液，避光低温存储备用。
10、本专利技术提供的水性聚氨酯乳液制备方法相对简单，便于批量生产制造，降低水性聚氨酯乳液的使用成本，进而有利于优化混凝土整体的施工成本。
11、优选地，所述用于埃洛石纳米管表面处理的氨基酸为异亮氨酸、d-丙氨酸、d-蛋氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸中的至少一种；用于埃洛石纳米管表面处理的氨基硅烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。
12、通过采用上述技术方案在埃洛石纳米管表面引入活性氨基可改善埃洛石纳米管整体的亲水性能，且也便于后续其接枝于纤维素形成埃洛石改性@纤维素醚，所制备的埃洛石改性@纤维素醚不仅可改善具有混凝土整体的粘附能力，降低湿喷法过程中混凝土回弹损失的同时可延缓水化热峰值产生，提高混凝土的均质性，有效地抑制早期的塑性裂缝和干缩裂缝，而且可改善混凝土的抗腐蚀性能和最终强度，利于隧道结构的质量和安全的提升。
13、本专利技术提供的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料的制备方法，是通过以下技术方案得以实现的：
14、一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料的制备方法，包括以下步骤：
15、步骤一，对埃洛石纳米管进行表面改性处理；
16、同时进行表面改性剂的制备和纤维素的碱处理；
17、步骤二，将表面改性处理后的埃洛石纳米管、表面改性剂和溶剂混匀后，在氮气保护下，升温至70-75℃反应0.5-1.0h，冷却至室温后进行减压过滤，所得滤料采用去离子水冲洗至少三次，经过去离子水冲洗后的滤料与丙酮混合均匀形成悬浮液，所述丙酮与所述滤料的质量比为(2-4):1；
18、步骤三，向悬浮液中加入碱性催化剂，调整体系ph值≥10，加入经过碱减量处理的纤维素，调整温度为25-30℃和0.8-1.6mpa下，以30-60rpm转速下反应4-8h，反应完成后进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料，其特征在于：所述表面改性剂是由水性聚氨酯乳液、悬浮剂、分散剂、阻聚剂组成，所述悬浮剂质量占表面改性剂总质量的0.04-0.12wt％；所述悬浮剂为植物胶，所述植物胶为黄原胶、刺槐豆胶、魔芋胶中的至少一种；所述分散剂为去离子水或者去离子水与强极性有机溶剂形成的混合分散剂，所述强极性有机溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯中的至少一种；所述水性聚氨酯乳液中聚氨酯胶乳占表面改性剂总质量的0.1-5.0wt％；所述阻聚剂为醌类阻聚剂，所述醌类阻聚剂占表面改性剂总质量的0.05-0.2wt％。
3.根据权利要求2所述的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料，其特征在于：所述水性聚氨酯乳液中聚氨酯胶乳的平均粒径为100-250nm；所述水性聚氨酯乳液中聚氨酯胶乳的转化温度Tg低于-30℃。
4.根据权利要求2所述的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料，其特征在于：所述水性聚氨酯乳液是由以下原料制成：二异氰酸酯、多元醇、扩链剂
5.根据权利要求4所述的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料，其特征在于：所述二异氰酸酯中-NCO的摩尔量与所述多元醇和所述扩链剂中-OH总摩尔量之比为(1.08-1.12):1；所述丙烯酸羟乙酯的摩尔量是二异氰酸酯中-NCO的摩尔量与所述多元醇和扩链剂中-OH总摩尔量之差的1.06-1.10倍。
6.根据权利要求4所述的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料，其特征在于：所述多元醇为分子量1000-2000的聚碳酸酯二醇搭配分子量为1000-3000的聚醚二元醇组成，所述聚碳酸酯二醇和聚醚二元醇的摩尔量之比为(0.8-1.5):1；所述聚碳酸酯二醇为聚碳酸己内酯亚己酯二醇；所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃二醇PTMEG或者含支链的聚四氢呋喃二醇。
7.根据权利要求4所述的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料，其特征在于：所述水性聚氨酯乳液的制备方法如下：将计量准确的二异氰酸酯、多元醇、抗氧化剂、催化剂混合均匀，升温至75-95℃下反应1-2h，然后加入扩链剂，在75-95℃下反应0.5-2h，调整温度为65-75℃下，加入阻聚剂，混合均匀后加入封端剂，在65-75℃下反应0.5-1.0h，加入pH调节剂搅拌混合中和1-5min，最后加入去离子水、丙酮、流平剂，高速剪切乳化后蒸馏脱除丙酮，即可得成品水性聚氨酯乳液，避光低温存储备用。
8.根据权利要求1所述的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料，其特征在于：用于表面氨基酸处理的氨基酸为异亮氨酸、D-丙氨酸、D-蛋氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸中的至少一种；用于氨基硅烷处理的氨基硅烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。
9.一种权利要求1-8中任一项所述的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一对埃洛石纳米管进行表面改性处理，具体操作如下：将埃洛石纳米管进行球磨分散处理，然后置于160-240℃下热处理活化1-2h，将球磨+活化处理的埃洛石纳米管加入浓度为0.01-0.10mol/L的氨基酸水溶液或者氨基硅烷水溶液中，先以60-120rpm转速下搅拌混合5-15min，然后进行超声波分散处理15-60min，减压过滤，所得的固体物经过真空干燥后输入行星球磨机中进行高速球磨分散处理，即得成品埃洛石纳米管。
...【技术特征摘要】
1.一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料，其特征在于：所述表面改性剂是由水性聚氨酯乳液、悬浮剂、分散剂、阻聚剂组成，所述悬浮剂质量占表面改性剂总质量的0.04-0.12wt％；所述悬浮剂为植物胶，所述植物胶为黄原胶、刺槐豆胶、魔芋胶中的至少一种；所述分散剂为去离子水或者去离子水与强极性有机溶剂形成的混合分散剂，所述强极性有机溶剂为丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯中的至少一种；所述水性聚氨酯乳液中聚氨酯胶乳占表面改性剂总质量的0.1-5.0wt％；所述阻聚剂为醌类阻聚剂，所述醌类阻聚剂占表面改性剂总质量的0.05-0.2wt％。
3.根据权利要求2所述的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料，其特征在于：所述水性聚氨酯乳液中聚氨酯胶乳的平均粒径为100-250nm；所述水性聚氨酯乳液中聚氨酯胶乳的转化温度tg低于-30℃。
4.根据权利要求2所述的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料，其特征在于：所述水性聚氨酯乳液是由以下原料制成：二异氰酸酯、多元醇、扩链剂、封端剂、去离子水、丙酮、流平剂、抗氧化剂、阻聚剂、催化剂；所述阻聚剂为醌类阻聚剂，所述醌类阻聚剂占水性聚氨酯乳液总质量的0.15-0.50wt％；所述扩链剂为小分子二醇和二羟甲基丙酸；所述多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇中的至少一种；所述二异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯或者芳香族二异氰酸酯和脂肪族异氰酸酯形成的混合物；所述封端剂为丙烯酸羟乙酯；所述二异氰酸酯中-nco的摩尔量与所述多元醇和所述扩链剂中-oh总摩尔量之比为(1.05-1.20):1；所述丙烯酸羟乙酯的摩尔量是所述二异氰酸酯中-nco的摩尔量与所述多元醇和扩链剂中-oh总摩尔量之差的1.04-1.15倍。
5.根据权利要求4所述的一种降低隧道喷射混凝土回弹的高分子材料，其特征在于：所述二异氰酸酯中-nco的摩尔量与所述多元醇和所述扩链剂中-oh总摩尔量之比为(1.08-1.12):1；所述丙烯酸羟乙酯的摩尔量是二异氰酸酯中-nco的摩尔量与所述多元醇和扩链剂中-oh总摩尔...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨博，马磊，李涛，彭嘉豪，
申请(专利权)人：西安欧瑞克路桥工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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