[發明專利]丙烯酸鹽/偏高嶺土復合灌漿材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210334564.X
• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN102826820A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 李珍;邵曉妹;魏濤;韓煒;張亮;李曉鄂;汪在芹;張健;陳亮
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: C04B28/26
• 分類號: C04B28/26;C04B111/70
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務所(普通合伙) 11221
• 代理人: 魏殿紳;龐炳良

技術領域

本發明涉及灌漿材料領域，特別是涉及一種丙烯酸鹽/偏高嶺土(metakaolin，簡稱mk)復合灌漿材料及其制備方法。

背景技術

隨著我國經濟建設的發展和西部戰略的實施，以水力資源為主的能源開發建設正處在一個高速發展時期。長江流域的金沙江、烏江、大渡河、雅礱江等正在有計劃地興建大量的巨型水電工程，而根據目前勘測資料分析，上述干支流地質條件復雜，大多存在巖石斷層、泥化夾層等不良地質條件。基于上述原因，為了做好水利水電工程基礎及混凝土巖石邊界的防滲帷幕，研究用于防滲帷幕的化學灌漿材料具有重要的意義。

丙烯酸鹽用作灌漿材料，始于上世紀40年代美國，當時研究使用的是丙烯酸鈉、丙烯酸鈣。現在使用的AC-400是由丙烯酸鈣、丙烯酸鎂單體的混合物和少量的次甲基雙丙烯酰胺以及三乙醇胺、過硫酸銨、水組成的。從20世紀60年代中期開始，我國應用丙烯酰胺類化學灌漿材料，首先解決了丹江口水利樞紐工程水泥灌漿不能解決的部位的帷幕問題，隨后又解決了葛洲壩、陳村等許多水電工程中的帷幕灌漿問題。但丙烯酰胺是一種具有中等毒性的化合物，1974年在日本應用時發生過一次污染施工部位的井水，日本當即限制了丙烯酰胺化學灌漿的應用范圍。1978年美國也停止了丙烯酰胺漿材的銷售。經過2年的時間，1980年美國在過去工作的基礎上，經過研究開始用丙烯酸鹽聚合物(AC-400)漿液來代替丙烯酰胺漿液。

我國研究丙烯酸鹽作為灌漿材料始于上世紀70年代，首先是廣州化學研究所對高濃度的丙烯酸鹽漿液作了一些室內試驗。上世紀80年代中期水利水電科學研究院用丙烯酸鎂作灌漿材料進行過室內和現場試驗，稱之為AC-MS灌漿材料。上世紀90年代前后長江科學院開展了丙烯酰胺無毒替代品的研究，開發出毒性更低的丙烯酸鈣鎂混合鹽，并在萬安水電站和三峽工程壩基防滲中成功應用。

目前，丙烯酸鹽類化學灌漿材料已被廣泛應用于水利水電工程的基礎的防滲帷幕。但是現有的丙烯酸鹽類化學灌漿材料存在不足之處：(1)漿液中使用了N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺作為交聯劑。N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺是一種中等毒性的化合物，大鼠經口的半數致死量(LD50)＝390m份/k份，雖然含量較低，但是酰胺基團的毒性具有積累性，應避免使用。(2)固砂體抗壓強度不高。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供一種丙烯酸鹽/偏高嶺土復合灌漿材料及其制備方法，制備的復合灌漿材料不僅無毒環保，而且引入無機納米材料，形成有機/無機復合體系，改善丙烯酸鹽灌漿材料的力學性能，提高固砂體的抗壓強度和耐久性能。

本發明提供的丙烯酸鹽/偏高嶺土復合灌漿材料的制備方法，包括以下步驟：A、按質量份數計，將5份氫氧化鈉、27份水玻璃溶于43份水中，待溶液溫度降至室溫后，緩慢加入5～20份無機納米材料偏高嶺土，高速分散10min后，在低速攪拌下加入50份第一溶液混合均勻，得第二溶液；所述第一溶液由10～20份丙烯酸鹽、1～5份乙二醇二丙烯酸酯、1～3份三乙醇胺、0.05～0.1份十二烷基苯磺酸鈉混合而成；B、將1～2份過硫酸銨和81.95～49.9份蒸餾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，制得丙烯酸鹽/偏高嶺土復合灌漿材料。

在上述技術方案中，步驟A中所述丙烯酸鹽為濃度不大于40％的丙烯酸鎂溶液或者濃度不大于35％的丙烯酸鈣溶液。

在上述技術方案中，所述三乙醇胺、十二烷基苯磺酸鈉、過硫酸銨均為分析純。

在上述技術方案中，步驟A中所述乙二醇二丙烯酸酯的合成步驟如下：在裝有回流冷凝管、分水器、攪拌器和溫度計的反應瓶中依次加入一定量的乙二醇、丙烯酸、甲苯攪拌15min；加入一定量的對甲苯磺酸和對苯二酚，在油浴中加熱升溫且控制溫度在90℃～100℃之間，加熱回流5h；產物冷卻至室溫，用飽和碳酸氫鈉溶液進行洗滌，至無氣泡產生為止；再用飽和碳酸氫鈉和氯化鈉混合溶液進行洗滌，使pH＝7；然后再用飽和氯化鈉溶液洗滌3次，用分液漏斗分出產物，向其加入無水硫酸鎂干燥過夜；過濾后，于40℃～50℃下減壓蒸餾除去甲苯，得到無色透明稍帶粘性的液體。

在上述技術方案中，步驟A中所述高速為2000r/min，低速為1000r/min。

在上述技術方案中，步驟A中加入8～18份無機納米材料偏高嶺土，所述第一溶液由12～18份丙烯酸鹽、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份十二烷基苯磺酸鈉混合而成；步驟B中所述第三溶液由1.2～1.8份過硫酸銨和75.84～55.01份蒸餾水混合形成。