一种高渗透型纳米改性丙烯酸盐注浆材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于隧道与地下工程地层加固灌浆材料的领域，提供了一种高渗透型纳米改性丙烯酸盐注浆材料及其制备方法，上述的纳米改性丙烯酸盐复合注浆材料由A组分与B组分混合而成，A组分包括：50

【技术实现步骤摘要】
一种高渗透型纳米改性丙烯酸盐注浆材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于隧道与地下工程地层加固灌浆材料的
，尤其涉及一种高渗透型纳米改性丙烯酸盐注浆材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]近年隧道与地下工程的建设规模与速度不断提升，所面临的地质条件也日趋复杂。隧道与地下工程建设经常遭遇断层破碎带、富水软岩等不良地质体，极易诱发突水突泥、围岩垮塌等重大地质灾害。在众多不良地质类型中，以碎粉岩、粉细砂为代表的致密软弱地层分布广泛、致灾性强、治理难度大，给交通隧道、引水隧洞的安全建设带来极大挑战。
[0004]以某引水工程为例，在施工过程中揭露了大范围分布的富水碎粉岩地层，先后发生数十次突水突泥、围岩大变形、塌方灾害，施工安全风险极高。该碎粉岩地层是在断层挤压研磨作用下形成的细粉末状介质，具有颗粒粒径小、致密性强、粘聚力低、承载性能弱、遇水软化严重等特点，在地下水作用下极易发生渗透破坏，进而导致灾害发生。
[0005]超前固结注浆是对碎粉岩等致密软弱地层进行加固抗渗处理的主要手段。然而，由于该类地层的颗粒粒径小、渗透性差，采用常规注浆材料进行治理时通常难以达到预期效果。目前工程中常用的注浆主要包括无机注浆材料(如水泥、水玻璃等)和有机化学注浆材料(如聚氨酯、丙烯酰胺、木质素等)。水泥单液浆、水泥
‑
水玻璃双液浆等最常用的无机注浆材料在该类致密软弱地层中难以发生渗透扩散，当采用高压劈裂注浆时又会引发围岩变形、应力积聚等问题；而水玻璃类注浆材料虽然具有一定的渗透性，但其固结体强度低，在富水环境下的固结性能较差。常用的有机注浆材料，如丙烯酰胺、络木素注浆材料具有环保性差的特点，而聚氨酯类材料黏度高、可注性差，对致密软弱地层的适用性不强。相对于其他有机注浆材料，丙烯酸盐类材料在致密地层内的可注性强，具有很大的改性潜力，但存在强度和粘结性较低的问题，例如：专利CN106927719A公开了一种丙烯酸盐复合注浆填充材料及其制备方法与应用，由A材料和B材料混合制备而成，其中，A材料由以下重量份的组分组成：主剂30
‑
40份，交联剂6
‑
10份，水50
‑
64份，主剂为丙烯酸镁、丙烯酸钙和丙烯酸铜的混合物，交联剂为聚乙二醇二烯丙基醚和乙氧化双酚A双烯丙基醚中的一种或两种的混合物；B材料由以下重量份的组分组成：促进剂3～6份，引发剂1～4份，复合增强剂(纳米二氧化硅)3～7份，助剂0.04～0.3份，缓凝剂0～0.1份，水82.6～92.96份。但专利技术人发现：采用该材料制备的固结体强度仍有待增强。

技术实现思路

[0006]为克服现有注浆材料对致密软弱地层适用性不强的问题，本专利技术的主要目的在于提供一种针对碎粉岩等致密软弱地层加固及防渗处理的高渗透型纳米改性丙烯酸盐注浆
材料，该材料具有黏度低、凝胶时间可控、可注性强、渗透扩散效果好、固结体强度高、韧性好的特点，能够显著改善隧道与地下工程致密软弱围岩的物理力学性能，极大降低突水突泥、塌方等重大灾害发生风险，保障工程建设安全。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术的第一个方面，提供了一种高渗透型纳米改性丙烯酸盐注浆材料，包括：A组分、B组分，A组分、B组分的体积比为1:0.2
‑
1；
[0009]所述A组分是由以下重量份的原料组成：50
‑
120份丙烯酸盐溶液、0.1
‑
10份交联剂、1
‑
60份纳米改性剂、0
‑
0.05份表面活性剂、0.1
‑
10份硅烷偶联剂、0.1
‑
4份促进剂；
[0010]所述B组分是由以下重量份的原料组成：0.1
‑
4份引发剂、1
‑
40份橡胶助剂、5
‑
120份无机增强剂、0
‑
20份水。
[0011]为满足致密地层注浆治理需求，本专利技术研发了高渗透性、强胶结性的高渗透纳米改性丙烯酸盐注浆材料。
[0012]本专利技术的第二个方面，提供了一种高渗透型纳米改性丙烯酸盐注浆材料的制备方法，包括：
[0013]在丙烯酸盐溶液中分别加入交联剂、纳米改性剂、表面活性剂、促进剂，混合均匀后，再加入硅烷偶联剂，形成A组分浆液，备用，其中，纳米改性剂分多次加入；
[0014]将引发剂、橡胶助剂、无机增强剂、水，混合均匀，形成B组分浆液，备用。
[0015]将A组份浆液和B组浆液份按照体积比1:0.2
‑
1均匀混合，形成高渗透纳米改性丙烯酸盐注浆材料。
[0016]本专利技术的第三个方面，提供了上述的高渗透型纳米改性丙烯酸盐注浆材料在致密地层注浆中的应用。
[0017]本专利技术的有益效果
[0018](1)本专利技术的材料由A、B两组分构成。其中，A组分包括丙烯酸盐溶液、绿色交联剂、纳米改性剂、表面活性剂、硅烷偶联剂和促进剂；B组分包括引发剂、无机增强剂、橡胶助剂和水。其中，丙烯酸盐为A组分的主要成分，由于其自身分子结构简单，水溶液粘度低，可保证浆液整体具有较强的可注性和渗透性。浆液材料的作用原理为：A组分中的促进剂与B组分中的引发剂接触后形成氧化还原自由基引发体系，其自由基会打破丙烯酸盐单体中双键并生成分子链，进而与绿色交联剂反应，逐步形成三维网状结构，使凝胶体表现出高弹性和高韧性特征，因此浆液注入致密软弱地层后所形成的固结体具有较高的抗拉和抗压强度；为在保证材料具有较好可注性的条件下进一步提升其固结强度，加入富含二氧化硅的纳米材料作为改性剂和增强剂，由于纳米粒子在丙烯酸盐有机基体中均匀分布，对浆液粘度几乎无影响，但纳米材料表面羟基发生相互作用，脱水缩合后形成的硅氧键(Si
‑
O
‑
Si)对固结体强度具有提升作用；有机丙烯酸盐凝胶具有较好韧性但强度较低，硅氧键形成的无机凝胶具有较高强度但韧性差，通过添加硅烷偶联剂作为有机和无机成分之间的“桥梁”，增强两种基体的相容性，实现两者性质互补，可同步提升浆液凝胶体的力学强度与韧性。
[0019](2)本专利技术中橡胶助剂用于提升材料的粘结性能和固结体的强度，无机增强剂能够较大幅度提升碎粉岩固结体的强度。
[0020](3)本专利技术制备方法简单、实用性强，易于推广。
附图说明
[0021]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示例性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0022]图1为本专利技术实施例1制备的A组分中纳米粒子分布微观照片。
[0023]图2为本专利技术实施例1制备的浆材与碎粉岩混合微观下胶结形貌。
[0024]图3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高渗透纳米改性丙烯酸盐注浆材料，其特征在于，包括：A组分、B组分，A组分、B组分的体积比为1:0.2
‑
1；所述A组分是由以下重量份的原料组成：50
‑
120份丙烯酸盐溶液、0.1
‑
10份交联剂、1
‑
60份纳米改性剂、0
‑
0.05份表面活性剂、0.1
‑
10份硅烷偶联剂、0.1
‑
4份促进剂；所述B组分是由以下重量份的原料组成：0.1
‑
4份引发剂、1
‑
40份橡胶助剂、5
‑
120份无机增强剂、0
‑
20份水。2.如权利要求1所述的高渗透纳米改性丙烯酸盐注浆材料，其特征在于，所述丙烯酸盐溶液为丙烯酸钠、丙烯酸镁、丙烯酸钙、丙烯酸锌中的至少一种。3.如权利要求1所述的高渗透纳米改性丙烯酸盐注浆材料，其特征在于，所述交联剂为聚乙二醇单烯丙基醚、聚乙二醇双烯丙基醚、聚乙二醇二丙烯酸酯和聚乙二醇二丙烯酸酯中的至少一种，其中，聚乙二醇分子量为200
‑
2000之间。4.如权利要求1所述的高渗透纳米改性丙烯酸盐注浆材料，其特征在于，所述纳米改性剂为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米钛白粉、纳米高岭土中的至少一种，其中，纳米改性剂粒径范围为4
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李术才，胡浩，杨磊，屠文锋，鹿伟，张耀磊，孙伟，王蓥森，王湃，王小龙，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：