用于土石坝防渗的水下修复封堵材料的制备方法

本发明属于防渗封堵材料制备，具体涉及用于土石坝防渗的水下修复封堵材料的制备方法。

背景技术：

1、在土石坝发生渗漏时，需要高效快速对渗漏部位进行封堵，同时土石坝年久失修，坝体呈现疏松结构，渗漏对土石坝的刚性结构产生严重破坏，极易引发溃坝现象，因此封堵的同时如何对土石坝进行加固成为亟需解决的问题。现有封堵材料如聚氨酯、黏土砂浆、水泥、石蜡、丙烯酰胺等具有一定的堵漏能力，但是存在以下问题：1)堵漏材料凝固时间过快，未完全填堵漏水部位即可固化，降低堵漏效率的同时易造成应力集中，影响土石坝的力学性能；2)堵漏材料并无吸水保水特性，虽然短时间内可堵漏，然而由于堵漏机制是机械封堵，与土石坝体并未化学结合，因此在水下封堵中稳定性极差；3)堵漏材料自身力学强度低，水下输送过程中易溃散；4)堵漏材料固化后存在体积收缩，导致与坝体结合处存在界面，在渗漏点渗透压较大的环境下易脱落，造成再次渗漏的隐患。

2、因此，基于土石坝特殊的渗漏环境，研发一种凝胶化行为(如凝胶时间、吸水膨胀率、凝胶强度等)可控的水下修复封堵材料，通过化学封堵和机械封堵协同作用实现渗漏通道的高效封堵，并通过水下粘接渗漏部位土石体及预应力强化土石体疏松结构共同实现土石坝的长效加固成为本领域的难题。

3、中国专利(申请号：cn202311601717.7，公开日：2024.03.01，公开号：cn117623691a)公开了一种高粘度膏体状凝胶体封堵材料及制备方法，该方法制备的封堵材料前期流动性、扩散性好，后期粘附性强，热稳定性好，初始注入时能够迅速渗透和填充目标区域，到达目标环境对温度及ph变化做出响应，以实现更精确的控制，并确保凝固后材料与岩石牢固粘附，热稳定性高。但是该方法制备的封堵材料凝固时间较长，且无防水性，在水下修复封堵材料领域的应用受到了限制。

4、中国专利(申请号：cn202310655807.8，公开日：2023.11.03，公开号：cn116987479a，)公开了一种建筑缝隙用封堵材料及其制备方法，该方法中添加的改性有机硅聚合物、改性纳米氧化硅和改性纳米碳具有协同作用，能够提高封堵材料的封堵性能、强度和耐久性能，延长使用寿命。但该方法制备的封堵材料为聚氨酯基，在水下作业时，吸水后的强度大大下降，不利于其与湿润的土石形成高强度的结合，无法形成加固层，存在堵漏失败的风险。

5、中国专利(申请号：cn202310583302.5，公开日：2023.08.22，公开号：cn116621530a)公开了一种温控型复合树脂和树脂水泥封堵材料及其制备方法和在碳封存中的应用，该方法中制备的复合树脂材料本身及其树脂水泥混配物具有出色的化学耐腐蚀性能，密度和黏度较低，能够有效地封堵井筒，并提供卓越的力学性能和封堵效果。但将该法制备的封堵材料所形成的结石体在干燥条件下易风化崩解；同时在长期有水的情况下，由于硅酸盐的水溶性易溶出，稳定性较差。中国专利(申请号：202410038117.2，公开日：2024.01.11，公开号：cn117551231a)公开了一种增油堵水油水井封堵材料及其制备方法，该方法在丙烯酸-丙烯酰胺凝胶加入n-乙烯基咪唑进行聚合反应，以n原子为离子交联位点，引入甲基丙烯酸锌发生离子交联，双键改性的纳米二氧化硅颗粒在聚合物中相容性提高，能够明显改善封堵材料在溶胀后的力学性能，提高封堵性能。但该法制备的封堵材料仅是通过填塞和涨塞来防渗封堵，与基体之间并未发生化学键和，长期处于水下工作，存在崩塌的风险。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供用于土石坝防渗的水下修复封堵材料的制备方法，解决了现有水下修复封堵材料封堵效果差且稳定性低的问题。

2、本发明所采用的技术方案是，用于土石坝防渗的水下修复封堵材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

3、步骤1，制备可吸水膨胀p(mma-aa)微球；

4、步骤2，将步骤1得到的可吸水膨胀p(mma-aa)微球和聚甲基丙烯酸甲酯混合均匀，即可得到水下修复封堵材料的固相；

5、步骤3，将亲水性聚阴离子电解质溶液加到疏水性聚阳离子电解质溶液中，采用酸或碱溶液调节其ph在5～9之间，通过静电络合反应发生复凝聚行为形成凝聚体，离心弃掉上层清液，即可得到两性离子水下粘合剂；

6、步骤4，将两性离子水下粘合剂与甲基丙烯酸甲酯、n,n-二甲基对甲苯胺以及对苯二酚混合均匀，得到水下修复封堵材料的液相；

7、步骤5，将步骤2中的固相和步骤4中的液相混合均匀，即制得用于土石坝防渗的凝胶行为可控的水下修复封堵材料。

8、本发明的特点还在于，

9、步骤1中，具体为：将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、分散剂、引发剂和交联剂混合，在氮气保护下进行冷凝回流反应，将得到的悬浮液进行抽滤和冷冻干燥处理，得到可吸水膨胀p(mma-aa)微球。

10、回流反应时：先在20～40℃的条件下保温反应1～2h，之后再升温至50～80℃保温反应2～5h；冷冻温度为-20～-40℃，时间为12～24h。

11、吸水膨胀p(mma-aa)微球，按质量百分比包括以下物质：甲基丙烯酸甲酯40％～60％，丙烯酸25％～45％，分散剂聚乙烯吡咯烷酮5％～10％，引发剂偶氮二异丁腈1％～3％，交联剂n,n-亚甲基双丙烯酰胺2％～6％，以上组分质量总和为100％。

12、步骤2中，可吸水膨胀p(mma-aa)微球和聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为1～3：5～8。

13、步骤3中，静电络合反应的温度为20～60℃，时间为2～8h。

14、步骤3中，亲水性聚阴离子电解质溶液与疏水性聚阳离子电解质溶液的体积比为1～5：1～5；亲水性聚阴离子电解质溶液的浓度为50～200mg/ml；疏水性聚阳离子电解质溶液的浓度为50～300mg/ml。

15、亲水性聚阴离子电解质溶液由亲水性聚阴离子电解质和二甲基亚砜混合而成；疏水性聚阳离子电解质溶液由疏水性聚阳离子电解质和二甲基亚砜混合而成；亲水性聚阴离子电解质为聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、木质素磺酸钠中的任意一种；疏水性聚阳离子电解质为聚乙烯亚胺、聚(二甲基氨基甲基丙烯酸甲酯)、聚酰胺-环氧氯丙烷中的任意一种。

16、步骤4中，水下修复封堵材料的液相，按质量百分比包括以下物质：两性离子水下粘合剂10％～30％，甲基丙烯酸甲酯60％～80％，n,n-二甲基对甲苯胺0.5％～2％，对苯二酚0.5％～2％，以上组分质量总和为100％。

17、步骤5中，固相与液相按照1～2g：0.5～2ml混合均匀。

18、本发明的有益效果是：本发明方法中，高强度吸水膨胀聚合物与高水下粘附强度的粘合剂的原位自组装使该封堵材料具有良好的界面浸润以及粘结能力，还具有足够的渗透能力、膨胀能力和凝胶强度，从而有效封堵渗漏通道；其次，通过对封堵材料的凝胶化行为(如凝胶时间、吸水膨胀率、凝胶强度等)的调控可满足不同工况下的操作需求，便于施工；此外，水下粘合剂中的粘附官能团(多酚基团或羧基基团)可抵抗水干扰的同时能与聚合物和土石块基体之间发生化学键合，以适应环境和被灌界面的变化，如环境的干湿循环、被灌体的收缩变形等；最后，通过水下粘接渗漏部位土石体及吸水膨胀预应力来强化土石体的疏松结构，共同实现土石坝的长效加固，提高稳定性和耐久能力。本发明通过对材料成分调控及作用机制调控，二者协同实现了水下长效封堵防渗加固，且生产成本低廉、对生产设备无特殊性要求，在防渗封堵材料领域具有良好的应用前景。