[发明专利]丙烯酸盐/偏高岭土复合灌浆材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及灌浆材料领域，特别是涉及一种丙烯酸盐/偏高岭土(metakaolin，简称mk)复合灌浆材料及其制备方法。

背景技术

随着我国经济建设的发展和西部战略的实施，以水力资源为主的能源开发建设正处在一个高速发展时期。长江流域的金沙江、乌江、大渡河、雅砻江等正在有计划地兴建大量的巨型水电工程，而根据目前勘测资料分析，上述干支流地质条件复杂，大多存在岩石断层、泥化夹层等不良地质条件。基于上述原因，为了做好水利水电工程基础及混凝土岩石边界的防渗帷幕，研究用于防渗帷幕的化学灌浆材料具有重要的意义。

丙烯酸盐用作灌浆材料，始于上世纪40年代美国，当时研究使用的是丙烯酸钠、丙烯酸钙。现在使用的AC-400是由丙烯酸钙、丙烯酸镁单体的混合物和少量的次甲基双丙烯酰胺以及三乙醇胺、过硫酸铵、水组成的。从20世纪60年代中期开始，我国应用丙烯酰胺类化学灌浆材料，首先解决了丹江口水利枢纽工程水泥灌浆不能解决的部位的帷幕问题，随后又解决了葛洲坝、陈村等许多水电工程中的帷幕灌浆问题。但丙烯酰胺是一种具有中等毒性的化合物，1974年在日本应用时发生过一次污染施工部位的井水，日本当即限制了丙烯酰胺化学灌浆的应用范围。1978年美国也停止了丙烯酰胺浆材的销售。经过2年的时间，1980年美国在过去工作的基础上，经过研究开始用丙烯酸盐聚合物(AC-400)浆液来代替丙烯酰胺浆液。

我国研究丙烯酸盐作为灌浆材料始于上世纪70年代，首先是广州化学研究所对高浓度的丙烯酸盐浆液作了一些室内试验。上世纪80年代中期水利水电科学研究院用丙烯酸镁作灌浆材料进行过室内和现场试验，称之为AC-MS灌浆材料。上世纪90年代前后长江科学院开展了丙烯酰胺无毒替代品的研究，开发出毒性更低的丙烯酸钙镁混合盐，并在万安水电站和三峡工程坝基防渗中成功应用。

目前，丙烯酸盐类化学灌浆材料已被广泛应用于水利水电工程的基础的防渗帷幕。但是现有的丙烯酸盐类化学灌浆材料存在不足之处：(1)浆液中使用了N，N’-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂。N，N’-亚甲基双丙烯酰胺是一种中等毒性的化合物，大鼠经口的半数致死量(LD50)＝390m份/k份，虽然含量较低，但是酰胺基团的毒性具有积累性，应避免使用。(2)固砂体抗压强度不高。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种丙烯酸盐/偏高岭土复合灌浆材料及其制备方法，制备的复合灌浆材料不仅无毒环保，而且引入无机纳米材料，形成有机/无机复合体系，改善丙烯酸盐灌浆材料的力学性能，提高固砂体的抗压强度和耐久性能。

本发明提供的丙烯酸盐/偏高岭土复合灌浆材料的制备方法，包括以下步骤：A、按质量份数计，将5份氢氧化钠、27份水玻璃溶于43份水中，待溶液温度降至室温后，缓慢加入5～20份无机纳米材料偏高岭土，高速分散10min后，在低速搅拌下加入50份第一溶液混合均匀，得第二溶液；所述第一溶液由10～20份丙烯酸盐、1～5份乙二醇二丙烯酸酯、1～3份三乙醇胺、0.05～0.1份十二烷基苯磺酸钠混合而成；B、将1～2份过硫酸铵和81.95～49.9份蒸馏水混合形成第三溶液；按5∶1比例混合第二溶液和第三溶液，制得丙烯酸盐/偏高岭土复合灌浆材料。

在上述技术方案中，步骤A中所述丙烯酸盐为浓度不大于40％的丙烯酸镁溶液或者浓度不大于35％的丙烯酸钙溶液。

在上述技术方案中，所述三乙醇胺、十二烷基苯磺酸钠、过硫酸铵均为分析纯。

在上述技术方案中，步骤A中所述乙二醇二丙烯酸酯的合成步骤如下：在装有回流冷凝管、分水器、搅拌器和温度计的反应瓶中依次加入一定量的乙二醇、丙烯酸、甲苯搅拌15min；加入一定量的对甲苯磺酸和对苯二酚，在油浴中加热升温且控制温度在90℃～100℃之间，加热回流5h；产物冷却至室温，用饱和碳酸氢钠溶液进行洗涤，至无气泡产生为止；再用饱和碳酸氢钠和氯化钠混合溶液进行洗涤，使pH＝7；然后再用饱和氯化钠溶液洗涤3次，用分液漏斗分出产物，向其加入无水硫酸镁干燥过夜；过滤后，于40℃～50℃下减压蒸馏除去甲苯，得到无色透明稍带粘性的液体。

在上述技术方案中，步骤A中所述高速为2000r/min，低速为1000r/min。

在上述技术方案中，步骤A中加入8～18份无机纳米材料偏高岭土，所述第一溶液由12～18份丙烯酸盐、1.5～4.5份乙二醇二丙烯酸酯、1.4～2.6份三乙醇胺、0.06～0.09份十二烷基苯磺酸钠混合而成；步骤B中所述第三溶液由1.2～1.8份过硫酸铵和75.84～55.01份蒸馏水混合形成。