三乙醇胺对丙凝注浆材料凝结时间的影响分析

三乙醇胺对丙凝注浆材料凝结时间的影响分析

朱成刘稳郭伟男

朱成刘稳郭伟男

中国长江电力股份有限公司葛洲坝电厂湖北宜昌443002

摘要：中国目前是国际洁净能源的巨头，拥有世界上装机最大、年度发电量最多的水电站。早在2010年，中国的水力发电已达世界水力发电总额的20.1%。然而，水电站大坝的渗漏问题却一直让人头痛，也是直接影响水电站的使用寿命的重要因素。近年来，各种环氧堵漏材料、聚氨酯堵漏材料层出不穷，效果也都不错。但不得不提，针对细小缝隙（0.3mm以下）的堵漏效果，以上材料都因其高分子、稠度大的特性而不尽人意。丙凝，这种高聚物分子改性基高分子防水防腐系统，让防渗漏材料的发展有了新的突破。尤其是针对贯穿裂缝（极其细小）或是正在发展的细微裂缝，丙凝材料的凝结时间的可控性总能保证其渗透到缝隙底部，最后交联凝固，达到从缝隙根部直接堵漏的问题。本文结合实际生产需要，以已有的丙凝配方为基础，通过控制变量法试验将三乙醇胺（丙凝组分）对丙凝浆液凝结时间的影响进行定量分析，对三乙醇胺组分进行丙凝凝结时间的相关性验证，为现场施工提供一种丙凝配制思路。

关键词：丙凝凝结时间三乙醇胺PH

一、丙凝材料简介

丙凝浆液，是丙烯酰胺浆液的简称，又名MG-646浆液，是一种环保无毒型防水防腐注浆材料。因其较小的粘度和可控制的凝结时间而广泛适用于泵房、水坝、水池、隧道、岩基等工程堵水、补漏、防渗。

丙凝注浆补强补漏材料系以丙烯酰胺为主剂，添加交联剂、还原剂、氧化剂，按一定的配合比加水配制而成。丙凝产品分甲乙两种溶液，施工时，分别用两种等量容器、等压、等质量混合，合成丙凝浆液，注入补漏部位，经引发、聚合、交联反应后，形成富有弹性但不溶于水及一般溶剂的高分子硬性凝胶。

丙凝材料具有如下优点：

（1）浆液粘度低（几乎与水相同），渗透性好，能入0.1mm以下的细裂缝中，可在水压和十分潮湿的环境下凝聚；

（2）浆液凝结时间可随配比准确的控制在数秒钟或几小时内，可在水速大、水量多的情况下迅速凝结；

（3）凝胶抗渗性好。丙凝胶的抗渗系数为3*10-10cm/s，几乎不透水，凝胶形成后，在水中稍有膨胀（膨胀率为5%~8%），干缩后遇水还可膨胀，能长期确保良好的堵水性能；

（4）丙凝胶不溶于水、煤油、汽油等有机溶剂，能耐酸、碱、细菌侵蚀，亦不受大气条件的影响；

（5）丙凝胶具有一定的强度和较好的弹性及可变性。

二、丙凝注浆材料配制

丙凝浆液原材料主要包括水、丙烯酰胺、甲撑基双丙烯酰胺、三乙醇胺、过硫酸铵。

必备用品：温度计、电子计量秤、搅拌容器、温水、PH试纸、原材料。

原材料：丙烯酰胺（0.47kg），双丙烯酰胺（0.03kg），三乙醇胺（变量），过硫酸铵（0.02kg），水（4.4kg）。

甲组份配制：先把水（2.2kg）倒入反应釜中，接着把甲撑基双丙烯酰胺（0.3kg）溶于水，搅拌，过滤，加入丙烯酰胺（0.47kg），最后加入三乙醇胺（变量），搅拌溶解混合均匀即得甲组份。

乙组份配制：先加入配方量水（2.2kg），再加入过硫酸铵（0.02kg），搅拌配合均匀，即得乙组份。

丙凝配制：将甲组份与乙组份按照1:1（质量比）进行混合，搅拌均匀，既得丙凝浆液。在一定的三乙醇胺用量下，该浆液会在一定的时间内内凝结成胶状（类似透明玻璃胶）。

三、三乙醇胺的影响分析

三乙醇胺的用量对丙凝浆液的凝结时间影响较大，在实际配制使用中，三乙醇胺的使用对凝结时间起到至关重要的作用。本文利用控制变量法，以10%的丙凝溶液为标准浓度（标准溶液的百分比浓度是指以丙烯酰胺的质量百分数+甲亚基双丙烯酰胺的质量百分数+水的质量百分数=100%为准，即其他各成分含量都以此为基数调整。在配制丙凝甲乙组份时，粗略计算为甲乙组份总量的10%为丙烯酰胺和甲亚基双丙烯酰胺。）进行分析。

当按照上述配比进行实验时（丙烯酰胺（0.47kg）+甲撑基双丙烯酰胺（0.03kg）+水（4.4kg）=4.9kg），配制环境温度为室温，水温为室温时，保持其它组分含量不变，当三乙醇胺（kg）=4.9kg*1.6%=0.078（kg）≈0.08kg时，丙凝浆液在5秒钟内开始凝结，几乎没有停顿时间；

配制环境温度为室温，水温为室温时，保持其它组分含量不变，当三乙醇胺（kg）=4.9kg*1.4%=0.0686（kg）≈0.07kg时，丙凝浆液在5分钟内开始凝结；

配制环境温度为室温，水温为室温时，保持其它组分含量不变，当三乙醇胺（kg）=4.9kg*1.2%=0.0588（kg）≈0.06kg时，丙凝浆液在10~15分钟内开始凝结；

配制环境温度为室温，水温为室温时，保持其它组分含量不变，当三乙醇胺（kg）=4.9kg*1.05%=0.0515（kg）≈0.05kg时，丙凝浆液15小时内不凝结，可以总结其不会凝结；

即，丙凝浆液在上述配方时，其凝结速度与三乙醇胺用量关系如下表：

表1：丙凝实际配制实验表

注：1、配制环境温度为25度，水温为28度，丙凝凝结温度为45度，各组分按重量比例计算；

2、根据其它研究表明，溶解用水和渗透水的PH值对胶凝时间影响较大，PH＜7时，胶凝随着酸度的增加而延缓；PH值为7-8时，有明显突变；但PH＞8时，影响则趋于平缓。因此，若使用酸性水灌浆时，应先加水玻璃、氨水等碱性化学药剂，将PH值调至中性。本实验取水的PH为中性，以避免PH变化对丙凝凝结时间产生影响。实际施工中，酸碱性对丙凝凝结额时间有重要影响，本试验不做具体讨论，现场要根据渗漏水和缝隙表面介质的酸碱性利用氨水适当中和或调整。

3、溶液浓度在5%以下时，其胶凝时间变化不大。要提高强度必须增加溶液的浓度，故丙烯酰胺用量选10%。

即三乙醇胺对丙凝凝结速度的影响可以从下列图表进行总结：

表2：三乙醇胺用量与丙凝凝结时间关系

将三乙醇胺的用量进行百分比（该百分比是按每次甲乙组分按相同用水量配制后三乙醇胺占所有甲乙溶液总重量的百分比）分析可得下表：

表3：三乙醇胺用量百分比与丙凝凝结时间关系

四、本实验结论

（一）在丙凝配制按照本试验10%浓度配制、配制环境温度为25度、水温为28度的情况下，从表2中可以看出，丙凝材料与三乙醇胺的用量呈正相关，即三乙醇胺用量越多，丙凝凝结速度越快；

（二）在表1中配制浓度及温度控制下，从表3可以分析，当三乙醇胺用量达到1.6%（总配制溶液量）或者更高时，丙凝材料在甲乙组份混合后立刻凝结，几乎没有停顿。该情况适用于要求立刻堵漏的施工现场，但这时往往使用其它韧性和黏度更大的环氧材料或者聚氨酯材料；

（三）在表1中配制浓度及温度控制下，从表3可以分析得出，当三乙醇胺的用量低于1.2%（总配制溶液量）时，丙凝材料的凝结时间将会大大延长，即1.2%的比例是丙凝材料凝结时间的分界线，当三乙醇胺用量为1.2%~1.6%时，三乙醇胺用量越大，丙凝材料凝结越快，当三乙醇胺用量小于1.2%时，三乙醇胺用量越小，丙凝凝结速度大大降低；

（四）根据图表分析，利用差值法可以知道，（三乙醇胺用量）在1.0%~1.1%中的存在某个值X（百分比），当三乙醇胺用量大于X时，丙凝材料能够凝结，当三乙醇胺用量小于X时，不管配制环境如何改变，丙凝材料始终不能凝结；

本实验研究对环境因素进行了固定，采取了控制变量法，丙凝主材料的生产厂家和技术要求信息如下：

表4：丙烯酰胺、甲撑基双丙烯酰胺技术要求

注：丙烯酰胺生产厂家为浙江鑫甬生物化工有限公司；亚甲基双丙烯酰胺生产厂家为淄博信业化工有限公司。

在实际配制中，要根据工程的渗漏情况、施工环境条件等因素，选择适宜配方，调整三乙醇胺用量，并在室内进行充分配制试验调整后，方可确定配合比。

参考文献：

[1]任克昌.丙凝化灌的若干问题[M].岩土工程学报，1981年02期

[2]葛家良，陆士良.注浆技术的现状与发展趋向综述[A].全国首届岩石锚固与注浆学术会议论文集[C]，1995年

[3]郑玉辉.裂隙岩体注浆浆液与注浆控制方法的研究[D].吉林大学,2005年