一种复合吸水材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种复合吸水材料及其制备方法和应用，属于水利工程防渗堵漏技术领域。所述复合吸水材料包括以下重量份组分：高吸水树脂100份，填料200～400份，改性植物纤维300～500份；所述填料为膨润土、粘土、石灰石、粉煤灰、高岭土中至少一种；所述改性植物纤维的制备方法如下：将植物纤维置于质量浓度为15％～20％硅酸钠溶液中浸泡2～4h，然后取出晾干；所述硅酸钠溶液与所述植物纤维的质量比为(8～10):1。此外，本发明专利技术还提供了所述复合吸水材料及高吸水树脂的制备方法，通过本发明专利技术的方法制备的复合吸水材料具有优良的吸水性能和强度，采用该复合吸水材料制备的堵漏材料能够有效实现对堤坝渗漏的封堵。实现对堤坝渗漏的封堵。

【技术实现步骤摘要】
一种复合吸水材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于水利工程中堤坝防渗堵漏
，具体涉及一种复合吸水材料及其制备方法以及将该复合吸水材料用于制备堵漏材料的方法。

技术介绍

[0002]土石堤坝发生渗漏的原因，往往与其修建位置和填筑材料有关。堤坝多修建在冲淤平原及古河道上，构成材质为就地取材的含砂石土，如长江中下游堤基多为粉质壤土、砂壤土和粉细砂组成，部分堤身填筑土性状也较差，在汛期水位上涨后，坝身挡水时极易出现渗水、堤基则出现沉降变形与稳定问题，如果渗水面过大或出现渗漏破坏，就会随着流速加快而引发堤防裂缝、脱坡、管涌等种种险情，甚至产生溃坝风险，继而引发洪水、滑坡、泥石流等次生灾害。
[0003]随着防渗堵漏技术的不断革新，土石坝防渗材料逐渐由早期的普通混凝土向钢筋混凝土、塑性混凝土、粘土混凝土发展。然而刚性混凝土体积较大、自重较重、自身产生应力较大、弹性模量较大、变形协调能力差；而塑性混凝土虽然大大降低了弹性模量，能够弥补刚性混凝土变形协调能力差的缺陷，但是又存在强度较低、抗渗性下降、耐久性较差等问题。并且，混凝土材料存在水泥消耗量大、造价昂贵、养护周期长、环境污染严重等问题。例如，中国专利CN110952502B中公开了一种堤坝防渗处理方法，包括以下步骤：(1)在堤坝渗漏位置，钻取注浆孔；(2)向步骤(1)的注浆孔内喷射高压堵漏浆料；所述堵漏浆料，主要由以下质量百分比的原料组成：聚丙烯酰胺2
‑
6％、硅藻土2
‑
7％、纤维粉1
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4％、普鲁兰多糖0.5
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1.2％、水玻璃5
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9％、水泥20
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35％、机制砂25
‑
40％和余量水。该方法中使用的堵漏材料就采用了较大量的水泥，需要较长时间的养护。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，提高堤坝封堵施工效率，满足渗漏应急抢险的工程需求，本专利技术提供了一种复合吸水材料，并将其与砂石料一起制备成堵漏材料用于堤坝防渗堵漏。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种复合吸水材料，包括以下重量份的组分：高吸水树脂100份，填料200～400份，改性植物纤维300～500份；所述填料为膨润土、粘土、石灰石、粉煤灰、高岭土中至少一种；所述改性植物纤维的制备方法如下：将植物纤维置于质量浓度为15％～20％硅酸钠溶液中浸泡2～4h，然后取出晾干；所述硅酸钠溶液与所述植物纤维的质量比为(8～10):1。
[0006]将植物纤维用硅酸钠溶液浸泡后晾干，使植物纤维上充分吸附有硅酸钠，一方面可以增强吸水树脂与填料之间的粘结性能从而提高复合吸水材料的整体强度，另一方面植物纤维本身可以提高复合吸水材料的强度。本专利技术中所采用的植物纤维为棉纤维、麻纤维、竹纤维、木纤维中至少一种。
[0007]优选的，所述高吸水树脂包括以下重量份的组分：丙烯酸95～105份，2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸95～105份，交联剂7～9份，引发剂3.6～5份，聚乙二醇二丙烯酸酯19～
25.5份，丙氧基三羟甲基三丙烯酸酯3.5～9份。
[0008]优选的，所述交联剂为N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺。
[0009]优选的，所述引发剂包括氧化剂和还原剂，所述氧化剂和所述还原剂的质量比为1:1。
[0010]优选的，所述氧化剂为过硫酸盐。
[0011]进一步优选的，所述过硫酸盐为过硫酸铵。
[0012]优选的，所述还原剂为亚硫酸氢钠。
[0013]优选的，所述高吸水树脂的制备方法包括以下步骤：
[0014]S1
‑
1、将丙烯酸溶于水得到溶液A，将2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸溶于水得到溶液B，将交联剂溶于水得到溶液C；
[0015]S1
‑
2、持续搅拌状态下依次向反应容器中加入所述溶液A、所述溶液B、聚乙二醇二丙烯酸酯和丙氧基三羟甲基三丙烯酸酯，再加入所述溶液C和所述引发剂得到混合反应体系，在40～60℃下搅拌至形成凝胶D；所述混合反应体系中所述丙烯酸的质量分数为10％，所述2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸的质量分数为10％，所述交联剂的质量为单体总质量的4％，所述引发剂的质量为单体总质量的2％，所述聚乙二醇二丙烯酸酯占单体总质量的10～12％，所述丙氧基三羟甲基三丙烯酸酯占单体总质量的2～4％；
[0016]S1
‑
3、将所述凝胶D在95～105℃下烘干得到高吸水树脂。
[0017]在吸水树脂的制备过程中加入限定用量的聚乙二醇二丙烯酸酯和丙氧基三羟甲基三丙烯酸酯，可以提高高吸水树脂的强度，使得含有高吸水树脂的复合吸水材料的整体强度进一步提高。本专利技术中使用的高吸水树脂可以为普通的商业购买的高吸水树脂，也可以按照上述高吸水树脂的制备方法制备，然后将高吸水树脂与填料和改性植物纤维进行物理混合得到复合吸水材料。
[0018]本专利技术中的复合吸水材料还可以通过化学方法进行制备，具体包括以下步骤：
[0019]S2
‑
1、将丙烯酸溶于水得到溶液A，将2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸溶于水得到溶液B，将交联剂溶于水得到溶液C；
[0020]S2
‑
2、持续搅拌状态下依次向反应容器中加入所述溶液A、所述溶液B、聚乙二醇二丙烯酸酯和丙氧基三羟甲基三丙烯酸酯，再加入所述溶液C和所述填料，在40～60℃下搅拌至所述反应容器中无气泡溢出；
[0021]S2
‑
3、向所述反应容器中加入所述引发剂和所述改性植物纤维，在40～60℃下搅拌至形成凝胶E；所述丙烯酸、2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、交联剂、引发剂、填料、改性植物纤维的质量比为1:1:0.08:0.04:(2～4):(3～5)；
[0022]S2
‑
4、将所述凝胶E在95～105℃下烘干得到所述复合吸水材料。
[0023]用于制备复合吸水材料的反应容器为敞口容器或者可泄气容器，一方面是因为反应过程中加入填料后可能会产生气体，另一方面是方便分批加入反应原料。
[0024]本专利技术中还提供了上述复合吸水材料的应用，将其制备成一种堵漏材料用于水利工程中的堤坝防渗堵漏施工中。所述堵漏材料包括基准材料和上述任一项所述的复合吸水材料，所述复合吸水材料的颗粒大小为5～10目，所述基准材料为砂、石、土按照质量比2:2:1混合而成，所述基准材料的颗粒粒径≤20mm；所述复合吸水材料与所述基准材料的体积比为(10～15):100。
[0025]基准材料所用的砂、石、土一般为需要进行封堵的堤坝附近的普通砂子、石子和泥土。
[0026]优选的，所述复合吸水材料与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合吸水材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：高吸水树脂100份，填料200～400份，改性植物纤维300～500份；所述填料为膨润土、粘土、石灰石、粉煤灰、高岭土中至少一种；所述改性植物纤维的制备方法如下：将植物纤维置于质量浓度为15％～20％硅酸钠溶液中浸泡2～4h，然后取出晾干；所述硅酸钠溶液与所述植物纤维的质量比为(8～10):1。2.根据权利要求1所述的一种复合吸水材料，其特征在于，所述高吸水树脂包括以下重量份的组分：丙烯酸95～105份，2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸95～105份，交联剂7～9份，引发剂3.6～5份，聚乙二醇二丙烯酸酯19～25.5份，丙氧基三羟甲基三丙烯酸酯3.5～9份。3.根据权利要求2所述的一种复合吸水材料，其特征在于，所述交联剂为N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺。4.根据权利要求2所述的一种复合吸水材料，其特征在于，所述引发剂包括氧化剂和还原剂，所述氧化剂和所述还原剂的质量比为1:1。5.根据权利要求4所述的一种复合吸水材料，其特征在于，所述氧化剂为过硫酸盐。6.根据权利要求4所述的一种复合吸水材料，其特征在于，所述还原剂为亚硫酸氢钠。7.根据权利要求2～6任一项所述的复合吸水材料，其特征在于，所述高吸水树脂的制备方法包括以下步骤：S1
‑
1、将丙烯酸溶于水得到溶液A，将2
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丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸溶于水得到溶液B，将交联剂溶于水得到溶液C；S1
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2、持续搅拌状态下依次向反应容器中加入所述溶液A、所述溶液B、聚乙二醇二丙烯酸酯和丙氧基三羟甲基三丙烯酸酯，再加入所述溶液C和所述引发剂得到混合反应体系，在40～60℃下搅拌至形成凝胶D；所述混合反应体系中所述丙烯酸的质量分数为10％，所述2
‑
丙烯酰胺基

【专利技术属性】
技术研发人员：李家正，石妍，李明霞，李杨，刘恒，徐航，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：