CN109354472A - 一种遇水膨胀固化材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种遇水膨胀固化材料，包括固化材料、刚性包覆材料和膨胀材料，所述刚性包覆材料包覆在固化材料表面形成“壳核”结构。本发明通过刚性包覆材料包覆在固化材料表面形成“壳核”结构，有效的避免了膨胀与固化同时进行时的矛盾，遇水膨胀固化材料遇水时，膨胀组份吸水膨胀与孔洞发生挤压实现前期封堵，同时对“壳核”结构物造成挤压，当“壳”承受的压力超过上限时破裂，刚性包覆材料破碎后可以作为填料，水进一步与固化组分进行固化反应，在三者的共同作用下，更好的完成封堵防渗。

Description

一种遇水膨胀固化材料
技术领域
本发明属于渗漏封堵领域，特别涉及一种遇水膨胀固化材料。
技术背景
随着人们对环境保护意识的加强，垃圾填埋场等涉及到危险液体渗漏的场所均采取了多级防护措施，由于地质作用对这些防护措施的效果难以有效评估，因此往往会在其中添加防漏材料。遇水膨胀(如，吸水树脂)、遇水固化(如，水泥)是防漏材料中常见的两种，前者遇水后吸水膨胀，后者遇水后发生固化反应而固化，均能起到封堵孔洞的作用。
然而，这两类材料在工程应用中依然存在一些不足。
遇水膨胀材料通过基体多孔结构形成的毛细管力将水分子引入孔道，并与孔道表面的亲水官能团成键，在水分子氢键的相互排斥下，基体结构被撑开，实现材料的膨胀。渗透压是影响材料膨胀程度的重要因素，渗透压越大材料吸水越多膨胀越厉害，在材料达到自身的膨胀极限之前，膨胀材料会不断吸水膨胀实现对孔洞的挤压，这往往导致原本已经堵漏的孔洞在持续膨胀力的作用下缓慢变大或由点漏(个别小洞)引起线漏(小洞受挤压引起周边密封结构撕裂)甚至面漏(多处撕裂相互交织形成多面形)。
遇水固化材料在遇水后发生固化反应形成水化物，水化物相互搭接和联结形成固化结构，从而实现孔洞封堵。但是，渗漏往往发生在高压力差界面上，水泥固化需要一定的时间(早期强度小，彻底固化后强度大)，且固化过程需要相对静态的环境否则水化物的搭接与联结会受到影响，而在高压力差界面上一旦形成孔洞，水流便会源源不断涌出，扰乱水化物的搭接与联结，加上水泥早期强度弱，难以承受高压力差界面水流冲击，因此很难形成有效封堵。
发明内容
为了解决现有遇水膨胀、遇水固化材料存在的问题，本发明的目的在于提供一种遇水膨胀固化材料，在保留两者特性基础上，避免了膨胀与固化同时进行时的矛盾，有效的封堵防漏。
为了实现上述目的，本发明提供一种遇水膨胀固化材料，包括固化材料、刚性包覆材料和膨胀材料，所述刚性包覆材料包覆在固化材料表面形成“壳核”结构。
本发明通过刚性包覆材料包覆在固化材料表面形成“壳核”结构，有效的避免了膨胀与固化同时进行时的矛盾，遇水膨胀固化材料遇水时，膨胀组份吸水膨胀与孔洞发生挤压实现前期封堵，同时对“壳核”结构物造成挤压，当“壳”承受的压力超过上限时破裂，刚性包覆材料破碎后可以作为填料，水进一步与固化组分进行固化反应，在三者的共同作用下，更好的完成封堵防渗。
优选的，所述“壳核”结构中“壳”的厚度为0.05～1mm。
优选的，所述固化材料选自有机、无机固化材料中的至少一种，当两种或者两种以上同时使用时，相互之间不发生化学反应。
更优选的，所述有机固化材料选自磺化油类、环氧树脂类、改性水玻璃类中的至少一种；所述无机固化材料选自水泥、石灰、粉煤灰中的至少一种。
优选的，所述刚性包覆材料选自有机、无机刚性包覆材料中的至少一种，当两种或者两种以上同时使用时，相互之间不发生化学反应。
更优选的，所述有机刚性包覆材料选自石蜡、亚克力、聚氯乙烯中的至少一种；所述无机刚性包覆材料选自玻璃、陶瓷、石膏中的至少一种。
优选的，所述膨胀材料选自淀淀粉接枝丙烯酸类、纤维素接枝丙烯酸类、蛋白质接枝共聚物类中的至少一种，当两种或者两种以上同时使用时，相互之间不发生化学反应。
优选的，所述固化材料与膨胀材料的质量比为1:1～20。
本发明具有以下优势：
1、本发明充分保留了膨胀材料与固化材料原有特性，通过刚性包覆材料包覆在固化材料表面形成“壳核”结构，有效的避免了膨胀与固化同时进行时的矛盾，遇水膨胀固化材料遇水时，膨胀组份吸水膨胀与孔洞发生挤压实现前期封堵，同时对“壳核”结构物造成挤压，当“壳”承受的压力超过上限时破裂，刚性包覆材料破碎后可以作为填料，水进一步与固化组分进行固化反应，在三者的共同作用下，更好的完成封堵防渗。
2、本发明刚性包覆材料包覆在固化材料表面形成“壳核”结构中“壳”的强度可以根据需要延长的时间进行设计，时间长的“壳”强度大，时间短的“壳”强度小。
3、本发明的遇水膨胀固化材料膨胀之后再固化，在实现封堵的同时防止了点漏向线漏或者面漏的转变。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
1、将浆状的石膏在球形模具表面形成壳体，然后去除模具后在壳体内填充石灰形成“壳核”结构物，所述“壳核”结构中“壳”的厚度为0.5mm；
2、按照石灰与淀粉接枝丙烯酸类吸水树脂质量比1:1将上述“壳核”结构物与淀粉接枝丙烯酸类吸水树脂混合均匀，获得遇水膨胀固化材料；
3、遇水膨胀固化材料遇水时，淀粉接枝丙烯酸类吸水树脂首先吸水膨胀与孔洞发生挤压实现前期封堵，同时对“壳核”结构物造成挤压；
4、当石膏“壳”承受的压力超过上限时破裂，水与石灰接触，引发固化反应；
5、固化反应在淀粉接枝丙烯酸类吸水树脂形成的孔道结构内进行，完成固化过程(包括石灰的固化以及对淀粉接枝丙烯酸类吸水树脂的固化)，封堵完成。
实施例2
1、将熔融状态玻璃在球形模具表面形成壳体，然后去除模具后在壳体内填充水泥形成“壳核”结构物，所述“壳核”结构中“壳”的厚度为0.2mm；
2、按照玻璃与纤维素接枝丙烯酸类吸水树脂质量比1:10将上述“壳核”结构物与纤维素接枝丙烯酸类吸水树脂混合均匀，获得遇水膨胀固化材料；
3、遇水膨胀固化材料遇水时，纤维素接枝丙烯酸类吸水树脂首先吸水膨胀与孔洞发生挤压实现前期封堵，同时对“壳核”结构物造成挤压；
4、当玻璃“壳”承受的压力超过上限时破裂，水与水泥接触，引发固化反应；
5、固化反应在纤维素接枝丙烯酸类吸水树脂形成的孔道结构内进行，完成固化过程(包括水泥的固化以及对纤维素接枝丙烯酸类吸水树脂的固化)，封堵完成。
对比例1
仅采用固化材料和膨胀材料混合：
实施例2中水泥未经玻璃包覆，按照玻璃与纤维素接枝丙烯酸类吸水树脂质量比1:10直接混合，则在使用过程中，纤维素接枝丙烯酸类吸水树脂吸水膨胀，而一部分水泥则在孔洞截面压差作用下，顺着未完成封堵的孔隙外流；同时，未外流的水泥在吸水树脂膨胀时开始固化，造成固化与膨胀的相互影响，最终固化效果不能完成，而吸水树脂因受水泥固化作用影响导致膨胀效果较仅有吸水树脂时效果差。
对比例2
采用实施例2得到的材料、对比例1得到的材料和市面上现有的防渗封堵材料作为对比：
对比实验按如下方式进行：三个相同规格容器底部均开一直径为10mm的圆孔，将同等长度、直径的实施例2得到的材料、对比例1得到的材料和市面上现有的防渗封堵材料(装在可渗水且有一定膨胀性的网状编制袋内)装入孔中，通过控制水的添加速度始终保持容器水面高度为15cm，100h后以同等力度和幅度扰动完成封堵的容器30s，然后静置24h观察三个容器剩余水量。
结果显示，扰动后对比例1得到的材料封堵的容器出现严重漏水现象，剩余水量低于50％；市面上现有的防渗封堵材料封堵的容器出现轻微漏水现象，剩余水量89％；而本发明实施例2得到的材料封堵的容器则因达到一定强度而无漏水现象(剩余水量100％)，说明本发明的遇水膨胀固化材料封堵效果好，利于封堵完成后的抗扰动性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所述技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种遇水膨胀固化材料，其特征在于：包括固化材料、刚性包覆材料和膨胀材料，所述刚性包覆材料包覆在固化材料表面形成“壳核”结构。
2.根据权利要求1所述的一种遇水膨胀固化材料，其特征在于：所述“壳核”结构中“壳”的厚度为0.05～1mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种遇水膨胀固化材料，其特征在于：所述固化材料选自有机、无机固化材料中的至少一种，当两种或者两种以上同时使用时，相互之间不发生化学反应。
4.根据权利要求3所述的一种遇水膨胀固化材料，其特征在于：所述有机固化材料选自磺化油类、环氧树脂类、改性水玻璃类中的至少一种；所述无机固化材料选自水泥、石灰、粉煤灰中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的一种遇水膨胀固化材料，其特征在于：所述刚性包覆材料选自有机、无机刚性包覆材料中的至少一种，当两种或者两种以上同时使用时，相互之间不发生化学反应。
6.根据权利要求5所述的一种遇水膨胀固化材料，其特征在于：所述有机刚性包覆材料选自石蜡、亚克力、聚氯乙烯中的至少一种；所述无机刚性包覆材料选自玻璃、陶瓷、石膏中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的一种遇水膨胀固化材料，其特征在于：所述膨胀材料选自淀粉接枝丙烯酸类、纤维素接枝丙烯酸类、蛋白质接枝共聚物类中的至少一种，当两种或者两种以上同时使用时，相互之间不发生化学反应。
8.根据权利要求1或2所述的一种遇水膨胀固化材料，其特征在于：所述固化材料与膨胀材料的质量比为1:1～20。
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