三峡工程丙烯酸盐灌浆材料研究.pdf

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1、绿色化学灌絮技雍三峡工程丙烯酸盐灌浆材料研究陈昊王坦(长江科学院湖北武汉430010)援娶本文介绍了专门为三峡工程帷幕灌浆研究的丙烯酸盐化学灌浆材料，测试了浆液胶凝性能。研究表明，丙烯酸盐浆液的胶凝性能受引发剂、促进剂和缓凝剂的浓度以及环境温度影响较大。凝胶体的渗透系数均极低(K<10。om／s)，可以认为属于不透水材料。凝胶体具有很强的抗挤出能力，能承受较高的水头压力，是一种防渗效果很好的灌浆材料。荚键镯丙烯酸盐；化学灌浆；三峡工程；材料研究1前言三峡大坝基础岩石裂隙细微，由于水泥是颗粒材料，可

2、灌性受粒径大小的限制，对于微细裂隙，如断层破碎带，水泥灌浆往往灌不进，达不到帷幕要求，因此提出并开展了化学灌浆材料的研究。20世纪60年代中期开始，丙烯酰胺类化学灌浆材料先后解决了丹江口、葛洲坝、陈村等许多水电工程中水泥灌浆不能解决的部位的帷幕问题。但是，丙烯酰胺是一种具有中等毒性的化合物，丙烯酰胺类化学灌浆材料的应用范围在许多国家受到限制，而代之以实际无毒的丙烯酸盐类化学灌浆材料。丙烯酸盐材料毒性较低，有的资料认为丙烯酸盐浆液的毒性只相当于丙烯酰胺浆液的l％。为了满足三峡工程坝基防渗工作的要求需

3、要，还研制出了实际无毒的丙烯酸盐化学灌浆材料。在化学灌浆设计与施工中，浆材的胶凝时间是一个很重要的因素。如果胶凝时间过短，浆液来不及渗透到必需的范围，出现漏灌部位，会影响施工质量，造成帷幕达不到要求的防渗效果；如果胶凝时间过长，浆液渗透到要求范围以外，会造成浆液的浪费和延长工期，影响施工进度和经济效益。通过研究各种因素对丙烯酸盐灌浆材料胶凝时间的影响、测试材料的渗透系数和抗挤出强度，证明丙烯酸盐作为帷幕防渗材料的可行性和优越性。2丙烯酸盐材料性能试验2．1丙烯酸盐浆液的基本组成和主要性质丙烯酸盐浆

4、液的基本组成如表1所示。表1丙烯酸盐浆液的基本组成作者简介：陈昊(1972一)，男，高级工程师，长江科学院岩基所环境岩石力学与工程技术研究室副主任，主要从事基础加固材料与工程技术研究。其中，丙烯酸盐通过一定配比的复合金属氧化物与丙烯酸在一定条件下反应合成。浆液的主要性质：外观为淡黄色溶液(与合成丙烯酸盐所用的原材料的纯度、颜色相关)，密度为I．05～I．129／cm3，粘度为12～30mPa·s，pH值为6-7。2．2丙烯酸盐浆材胶凝时间的研究配制一定配比的浆液，配好后在17℃温度下用旋转粘度计测

5、量浆液在不同时间的粘度，直到浆液完全胶凝固化。主要研究不同浓度的主剂、交联剂、引发剂、促进剂、缓凝剂以及环境温度对浆液胶凝时间的影响。结果如表2所示。表2不同配方丙烯酸盐浆液的胶凝时间试验主剂交联剂引发剂促进剂缓凝剂溶剂温度胶凝编号(％)(℃)时间l6I1O9117136s210Il1O871711083151l0821794s4lO0．51lO87．5171208510I．51lO86．517105s6lO21l08617101s7lOI1．51086．51775s8lO12l0861757s9

6、10I3l0851740s10Il1．5O86．51775s1110I12．5O85．51750s1210I’l3085174181310I1O．0l87177s1410I1l0．02871721s1510I10．04871759s16lOI1lO8713138s1710I1l0872095s18lOIl10872385s2．3丙烯酸盐凝胶体渗透系数的测试在烧杯中配好丙烯酸盐浆液，待完全胶凝后得到圆柱型凝胶体试件。用渗透变型测量仪测试试件的渗透系数。测试结果如表3所示。表3不同配方的丙烯酸盐凝胶体

7、的渗透系数主剂交联剂引发剂促进剂缓凝剂溶剂渗透系数配方编号(％)(m／s)1101l1O87<10—102151082<10一10续色化学灌杂技雍续表主剂交联剂引发剂促进剂缓凝剂溶剂渗透系数配方编号(％)(1n／s)36l1O9l

8、10。om／s)，可以认为属于不透水材料。2．4丙烯酸盐凝胶体抗挤出性能的测试材料的抗挤出强度不仅与材料本身的性能相关，还与材料所处的外界环境密切相关。由于材料在实际岩体中的直径、长度等均有很大差别，试验中采用简化模型进行测试。测试方法为：将丙烯酸盐浆液注入内径5．4mm、外径7．1mm、长66—67ram的玻璃管中，胶凝后，将玻璃管一端与活塞泵相连进行加压，从0．1MPa开始，每级压力持续半小时再提高一级(0．1MPa)，直到在玻璃管的另一端观察到有凝胶被挤出为止，此时的强度为极