膨潤土基速凝型復(fù)合堵漏劑的制備研究

吳 睿

（廣西科技經(jīng)濟(jì)開發(fā)中心，廣西 南寧 530022）

膨潤土基速凝型復(fù)合堵漏劑的制備研究

吳 睿

（廣西科技經(jīng)濟(jì)開發(fā)中心，廣西 南寧 530022）

膨潤土由于具有較強(qiáng)的親水性與膨脹性；分散性和懸浮性；粘結(jié)性和觸變性，被廣泛用于建筑、冶金、鉆井等行業(yè)中，文章研究了利用膨潤土為基體，以石棉纖維、粉煤灰等為輔料，考察了膨潤土基速凝型復(fù)合堵漏劑的制備工藝。

膨潤土；速凝；堵漏劑；制備應(yīng)用

1 前言

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，人口、住房、交通等一系列問題進(jìn)一步加劇，城市土地資源的利用遭遇了巨大的挑戰(zhàn)，積極開發(fā)地下空間、充分利用地下資源及開展地下工程成迫在眉睫，另一方面，隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展，加大了社會對石油、天然氣等資源的需求，促進(jìn)了鉆井行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

然而，在建筑工程、隧道、炭鉆探和油井鉆探過程等工程中，混凝土結(jié)構(gòu)常因?yàn)樽陨淼氖湛s、溫差變形以及設(shè)計(jì)缺陷或施工等原因而產(chǎn)生較大裂縫，使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滲漏；或者由于設(shè)計(jì)不周、凍融、凍脹、腐蝕等自然因素和外界環(huán)境破壞等因素的作用，使大量的水工工程出現(xiàn)裂縫滲透，甚至發(fā)生坍塌、井漏等事故；因而對于地下工程、水工工程等設(shè)施及勘探鉆井中的防水堵漏是必不可少的。

目前常用到的防水堵漏材料根據(jù)不同的作用機(jī)理和功能可分為惰性橋接類堵漏材料、化學(xué)類堵漏材料、無機(jī)膠凝類堵漏材料、復(fù)合型堵漏材料等。

惰性橋接堵漏材料，包括單一的惰性橋接堵漏材料和以各種惰性橋接材料、添加劑復(fù)配而生成的復(fù)合堵漏劑等。其中膨潤土類防水堵漏材料以其優(yōu)異的性能引起了人們的格外地親睞，被廣泛地用于各類地下工程 （如地下室、地鐵）防水、垃圾填埋場襯墊和封蓋、景觀水系以及水利工程、鉆井工程等方面。膨潤土（Benionite）是一種分布廣泛的非金屬礦產(chǎn)，主要成分為蒙脫石，其晶體結(jié)構(gòu)單元是由兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體構(gòu)成，這種獨(dú)特礦物組成與結(jié)構(gòu)特征使使它具有很強(qiáng)的親水性與膨脹性；粘結(jié)性和觸變性等。能夠有效地填補(bǔ)搭接縫、釘孔及混凝土的孔隙，形成致密、連續(xù)的膠凝體防水層。惰性橋接堵漏材料雖然粘性、彈性、韌性都挺好，然而剛性不強(qiáng)，抗壓強(qiáng)度較小。

無機(jī)凝膠類防水堵漏劑，無機(jī)凝膠材料以水泥為主，包括各種水泥漿、混合水泥漿等或者摻入一定比例的其他成份復(fù)合使用。水泥由于具有來源廣、無毒、使用方便、固結(jié)強(qiáng)度高、灌注中流動性、凝結(jié)時間可調(diào)等特點(diǎn)，是鉆探作業(yè)中主要堵漏方法之一。然而，水泥堵漏在封堵裂縫漏層前常發(fā)生相分離，甚至其中比重較大的水泥顆粒傾向于從水中分離出來，發(fā)生脫水現(xiàn)象，此外，由于水泥漿在地層中的駐留性欠佳，往往沒有封堵漏層就已漏入底層深處，且水泥收縮大，周邊常常漏水，水泥類堵漏劑由于快速凝結(jié)彈性不好抗折強(qiáng)度較低，也不適宜一些動縫的堵漏。因此為解決水泥堵漏的問題需將吸水材料摻入其中用于堵漏施工。

化學(xué)堵漏材料主要是指以聚合物和聚合物—無機(jī)膠凝物質(zhì)為基礎(chǔ)的堵漏處理劑?；瘜W(xué)堵漏材料利用高聚物在界面上的靜力、界面分子間作用力、化學(xué)鍵力，使聚合物在界面處形成粘接，并控制化學(xué)反應(yīng)時間，在漏層處形成所需的堵漏材料。具體又可分為凝膠、樹脂和膨脹聚合物三大類。例如聚氨酯類堵漏材料丙烯類聚合物堵漏劑等，這些堵漏材料的應(yīng)用,有效地解決了滲透性及微裂縫地層的漏失問題,但工藝復(fù)雜，成本高，且不能較好地解決天然裂縫、孔洞或洞穴地層的嚴(yán)重漏失問題。

復(fù)合堵漏材料，是將不同類別的堵漏材料復(fù)配而成的復(fù)合材料，主要用于處理復(fù)雜漏失，尤其是水層漏失、氣層漏失和長段裸眼井漏失及大裂縫、大溶洞漏失。對嚴(yán)重井漏，單一材料的堵漏達(dá)不到較好的堵漏效果，采用復(fù)合堵漏材料大大提高了堵漏成功率。

本文以膨潤土為基料，以粉煤灰、石棉纖維等為輔料，開發(fā)了一種高效速凝型膨潤土復(fù)合防水堵漏劑，提高了堵漏劑的防水堵漏效果，適合于建筑屋面、隧道等地下工程、水工工程的防水、防滲，大面積滲漏搶修以及鉆井工程中大漏失量、溶洞性地層漏失的堵漏。本文實(shí)驗(yàn)所用原料來源豐富，用到的主要成份為無機(jī)惰性材料劑、無機(jī)凝膠類堵漏材料，無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，不會對環(huán)境造成污染，同時促進(jìn)了石棉纖維、粉煤灰等固廢的高值化利用，有較好的環(huán)境效益。

2 膨潤土基速凝型堵漏劑生產(chǎn)設(shè)備及原料

2.1 實(shí)驗(yàn)所用原料

表1 課題研究所用到的原料

2.2 實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備

表 2 課題研究所用設(shè)備

3 實(shí)驗(yàn)方法及計(jì)算方法

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

按照所述重量比取鈉基膨潤土、粉煤灰、表面活性劑、促凝劑、增粘劑并磨碎至250～350目，然后加入長度為3～8mm纖維材料攪拌混合均勻，在常溫常壓、封閉條件下，加入礦物油攪拌、混合均勻，即得堵漏劑。

圖1 復(fù)合堵漏劑制備流程圖

3.2 計(jì)算方法

本文以封堵率為指標(biāo)考察產(chǎn)品的堵漏效果，其中封堵率的計(jì)算方法為：

封堵率=（堵前滲透率一堵后滲透率）/堵前滲透率

滲透率的檢測方法：環(huán)氧樹脂膠粘石英砂，制備人造巖芯進(jìn)行封堵實(shí)驗(yàn)。其中巖芯直徑為2.5cm，長度為8.0cm，先注入清水，測巖芯滲透率，然后注入可本課題的堵漏劑,在40℃溫度下養(yǎng)護(hù) 48小時，再用清水測巖芯滲透率。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

4.1 實(shí)驗(yàn)各組分因素水平的確立

本文以鈉基膨潤土、粉煤灰、纖維材料、促凝劑、表面活性劑、增粘劑為試驗(yàn)因素，以各因素在堵漏劑中的含量為水平，采用L32(46)正交試驗(yàn)表開展試驗(yàn)，確定該堵漏劑制備的最佳工藝，如表3所示，其中礦物油的含量確定為4%。

表3 堵漏劑配方試驗(yàn)因素水平表

4.2 正交試驗(yàn)及其結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果如表4所示：

表4 堵漏劑配方正交試驗(yàn)及結(jié)果討論

通過正交試驗(yàn)及其極差分析可以看出，各個組分對于堵漏劑的封堵率的影響主次順序?yàn)椋?/p>

鈉基膨潤土＞增粘劑＞促凝劑＞纖維材料＞表面活性劑＞粉煤灰；

從而優(yōu)化得到該高效速凝型膨潤土復(fù)合防水堵漏劑的最佳配比為：

鈉基膨潤土50%，粉煤灰20%，纖維材料4%，促凝劑為8%，增粘劑為5%，表面活性劑為3%，礦物油為10%。

4.3 產(chǎn)品使用方法

將漏水部位鑿成方槽或倒八字狀的洞，并清理干凈碴土或雜物。將此防水堵漏劑按水比為0.3∶1快速調(diào)和成濕硬料。待其有一定強(qiáng)度并手感微熱時，快封堵于孔洞中，并用涂抹工具按壓2～3分鐘至將表面鏟平，清理干凈。漏水量大時可先用插管引流法施工。

5 結(jié)論

本文研究了利用鈉基膨潤土為基料，以粉煤灰甘蔗渣及石棉纖維等為輔料，開發(fā)的一種適合于建筑屋面、隧道等地下工程、水工工程的防水、防滲，大面積滲漏搶修以及鉆井工程中大漏失量、溶洞性地層漏失的堵漏高效速凝型膨潤土復(fù)合防水堵漏劑，進(jìn)一步提高了堵漏劑的防水堵漏效果，通過對各組分開展正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，得到了一條最佳的配比工藝參數(shù)，及鈉基膨潤土50%，粉煤灰20%，纖維材料4%，促凝劑為8%，增粘劑為5%，表面活性劑為3%，礦物油為10%。以該系列原料制備的堵漏劑主要成份為無機(jī)惰性材料劑、無機(jī)凝膠類堵漏材料，無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，不會對環(huán)境造成污染，同時促進(jìn)了甘蔗、粉煤灰等固廢的高值化利用，有較好的環(huán)境效益。

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Preparation of bentonite-based quick-setting compound plugging agent

The bentonite were widely used in building, metallurgy, drilling and other industries for its strong hydrophilic, dilatability, suspension, dispersion and better cohesiveness and thixotropy. In this paper, using bentonite as matrix, asbestos fiber and fly ash as auxiliary materials, the preparation of bentonite-based quick-setting compound plugging agent were studied.

Bentonite; quick-setting; plugging agent; preparation

O64;TQ174

A

1008-1151(2016)07-0057-03

2016-06-06

吳睿（1982－）男，廣西科技經(jīng)濟(jì)開發(fā)中心工程師，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)化工、高分子材料。