膨润土基速凝型复合堵漏剂的制备研究

吴 睿

（广西科技经济开发中心，广西 南宁 530022）

膨润土基速凝型复合堵漏剂的制备研究

吴 睿

（广西科技经济开发中心，广西 南宁 530022）

膨润土由于具有较强的亲水性与膨胀性；分散性和悬浮性；粘结性和触变性，被广泛用于建筑、冶金、钻井等行业中，文章研究了利用膨润土为基体，以石棉纤维、粉煤灰等为辅料，考察了膨润土基速凝型复合堵漏剂的制备工艺。

膨润土；速凝；堵漏剂；制备应用

1 前言

随着城市化进程的不断加快，人口、住房、交通等一系列问题进一步加剧，城市土地资源的利用遭遇了巨大的挑战，积极开发地下空间、充分利用地下资源及开展地下工程成迫在眉睫，另一方面，随经济发展，加大了社会对石油、天然气等资源的需求，促进了钻井行业的蓬勃发展。

然而，在建筑工程、隧道、炭钻探和油井钻探过程等工程中，混凝土结构常因为自身的收缩、温差变形以及设计缺陷或施工等原因而产生较大裂缝，使混凝土结构产生渗漏；或者由于设计不周、冻融、冻胀、腐蚀等自然因素和外界环境破坏等因素的作用，使大量的水工工程出现裂缝渗透，甚至发生坍塌、井漏等事故；因而对于地下工程、水工工程等设施及勘探钻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据不同的作用机理和功能可分为惰性桥接类堵漏材料、化学类堵漏材料、无机胶凝类堵漏材料、复合型堵漏材料等。

惰性桥接堵漏材料，包括单一的惰性桥接堵漏材料和以各种惰性桥接材料、添加剂复配而生成的复合堵漏剂等。其中膨润土类防水堵漏材料以其优异的性能引起了人们的格外地亲睐，被广泛地用于各类地下工程 （如地下室、地铁）防水、垃圾填埋场衬垫和封盖、景观水系以及水利工程、钻井工程等方面。膨润土（Benionite）是一种分布广泛的非金属矿产，主要成分为蒙脱石，其晶体结构单元是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成，这种独特矿物组成与结构特征使使它具有很强的亲水性与膨胀性；粘结性和触变性等。能够有效地填补搭接缝、钉孔及混凝土的孔隙，形成致密、连续的胶凝体防水层。惰性桥接堵漏材料虽然粘性、弹性、韧性都挺好，然而刚性不强，抗压强度较小。

无机凝胶类防水堵漏剂，无机凝胶材料以水泥为主，包括各种水泥浆、混合水泥浆等或者掺入一定比例的其他成份复合使用。水泥由于具有来源广、无毒、使用方便、固结强度高、灌注中流动性、凝结时间可调等特点，是钻探作业中主要堵漏方法之一。然而，水泥堵漏在封堵裂缝漏层前常发生相分离，甚至其中比重较大的水泥颗粒倾向于从水中分离出来，发生脱水现象，此外，由于水泥浆在地层中的驻留性欠佳，往往没有封堵漏层就已漏入底层深处，且水泥收缩大，周边常常漏水，水泥类堵漏剂由于快速凝结弹性不好抗折强度较低，也不适宜一些动缝的堵漏。因此为解决水泥堵漏的问题需将吸水材料掺入其中用于堵漏施工。

化学堵漏材料主要是指以聚合物和聚合物—无机胶凝物质为基础的堵漏处理剂。化学堵漏材料利用高聚物在界面上的静力、界面分子间作用力、化学键力，使聚合物在界面处形成粘接，并控制化学反应时间，在漏层处形成所需的堵漏材料。具体又可分为凝胶、树脂和膨胀聚合物三大类。例如聚氨酯类堵漏材料丙烯类聚合物堵漏剂等，这些堵漏材料的应用,有效地解决了渗透性及微裂缝地层的漏失问题,但工艺复杂，成本高，且不能较好地解决天然裂缝、孔洞或洞穴地层的严重漏失问题。

复合堵漏材料，是将不同类别的堵漏材料复配而成的复合材料，主要用于处理复杂漏失，尤其是水层漏失、气层漏失和长段裸眼井漏失及大裂缝、大溶洞漏失。对严重井漏，单一材料的堵漏达不到较好的堵漏效果，采用复合堵漏材料大大提高了堵漏成功率。

本文以膨润土为基料，以粉煤灰、石棉纤维等为辅料，开发了一种高效速凝型膨润土复合防水堵漏剂，提高了堵漏剂的防水堵漏效果，适合于建筑屋面、隧道等地下工程、水工工程的防水、防渗，大面积渗漏抢修以及钻井工程中大漏失量、溶洞性地层漏失的堵漏。本文实验所用原料来源丰富，用到的主要成份为无机惰性材料剂、无机凝胶类堵漏材料，无化学反应发生，不会对环境造成污染，同时促进了石棉纤维、粉煤灰等固废的高值化利用，有较好的环境效益。

2 膨润土基速凝型堵漏剂生产设备及原料

2.1 实验所用原料

表1 课题研究所用到的原料

2.2 实验所用设备

表 2 课题研究所用设备

3 实验方法及计算方法

3.1 实验方法

按照所述重量比取钠基膨润土、粉煤灰、表面活性剂、促凝剂、增粘剂并磨碎至250～350目，然后加入长度为3～8mm纤维材料搅拌混合均匀，在常温常压、封闭条件下，加入矿物油搅拌、混合均匀，即得堵漏剂。

图1 复合堵漏剂制备流程图

3.2 计算方法

本文以封堵率为指标考察产品的堵漏效果，其中封堵率的计算方法为：

封堵率=（堵前渗透率一堵后渗透率）/堵前渗透率

渗透率的检测方法：环氧树脂胶粘石英砂，制备人造岩芯进行封堵实验。其中岩芯直径为2.5cm，长度为8.0cm，先注入清水，测岩芯渗透率，然后注入可本课题的堵漏剂,在40℃温度下养护 48小时，再用清水测岩芯渗透率。

4 实验结果和讨论

4.1 实验各组分因素水平的确立

本文以钠基膨润土、粉煤灰、纤维材料、促凝剂、表面活性剂、增粘剂为试验因素，以各因素在堵漏剂中的含量为水平，采用L32(46)正交试验表开展试验，确定该堵漏剂制备的最佳工艺，如表3所示，其中矿物油的含量确定为4%。

表3 堵漏剂配方试验因素水平表

4.2 正交试验及其结果

正交试验结果如表4所示：

表4 堵漏剂配方正交试验及结果讨论

通过正交试验及其极差分析可以看出，各个组分对于堵漏剂的封堵率的影响主次顺序为：

钠基膨润土＞增粘剂＞促凝剂＞纤维材料＞表面活性剂＞粉煤灰；

从而优化得到该高效速凝型膨润土复合防水堵漏剂的最佳配比为：

钠基膨润土50%，粉煤灰20%，纤维材料4%，促凝剂为8%，增粘剂为5%，表面活性剂为3%，矿物油为10%。

4.3 产品使用方法

将漏水部位凿成方槽或倒八字状的洞，并清理干净碴土或杂物。将此防水堵漏剂按水比为0.3∶1快速调和成湿硬料。待其有一定强度并手感微热时，快封堵于孔洞中，并用涂抹工具按压2～3分钟至将表面铲平，清理干净。漏水量大时可先用插管引流法施工。

5 结论

本文研究了利用钠基膨润土为基料，以粉煤灰甘蔗渣及石棉纤维等为辅料，开发的一种适合于建筑屋面、隧道等地下工程、水工工程的防水、防渗，大面积渗漏抢修以及钻井工程中大漏失量、溶洞性地层漏失的堵漏高效速凝型膨润土复合防水堵漏剂，进一步提高了堵漏剂的防水堵漏效果，通过对各组分开展正交优化实验，得到了一条最佳的配比工艺参数，及钠基膨润土50%，粉煤灰20%，纤维材料4%，促凝剂为8%，增粘剂为5%，表面活性剂为3%，矿物油为10%。以该系列原料制备的堵漏剂主要成份为无机惰性材料剂、无机凝胶类堵漏材料，无化学反应发生，不会对环境造成污染，同时促进了甘蔗、粉煤灰等固废的高值化利用，有较好的环境效益。

[1] 袁勇,姜孝谟.我国隧道防水技术的现状[J].世界隧道,1999 (4):40-44.

[2] 贾丽莉,田陆飞,刘振.堵漏材料研究的进展[J].材料研究与应用,2011,5(1):14-15.

[3] 陈尔志.常用惰性堵漏材料堵漏效果及综合效应研究[D].成都:成都理工大学,2011:5-8.

[4] 苏冬梅,李丹.速凝型无机防水堵漏材料的研究[J].科技咨询,2008(27):13-16.

[5] 孙剑,崔茂荣,陈浩.新型复合堵漏材料的研制[J].西南石油大学学报,2006,29(11):133-134.

[6] GB23440-2009.无机防水堵漏材料[S].北京:中国标准出版社,2009.

[7] 李云雁,胡传荣.实验设计与数据处理[M].北京:化学工业出版社,2008:121-161.

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

吴睿（1982－）男，广西科技经济开发中心工程师，研究方向为化学化工、高分子材料。