CN102093029A - 一种稳定材料及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稳定材料。本发明的稳定材料由下述重量份数配比的原料组成：硫铝酸盐水泥：70-85、普通硅酸盐水泥：5-15、生石灰：5-10、核心料：5-10，其中核心料由2-5重量份的煅烧磷石膏粉、0-2重量份的减水剂和2-8重量份的多孔载体混合而成。本发明还涉及稳定材料的制备方法及其用于处理钻井废弃物、制造路基材料和制造混凝土路面砖的用途。

Description

一种稳定材料及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种稳定材料及其制备方法和用途。

背景技术

钻井废弃物是石油勘探开发钻井过程中遗留下来的最大量的废弃污染物，主要为由粘土、加重材料、各种化学处理剂、污水、污油及钻屑等组成的多相稳态胶体悬浮体系，危害环境的主要成分是烃类、盐类、各种聚合物、磺酸盐、某些金属离子(汞、铜、砷、铬、锌及铅)和重晶石中的杂质，这些因素使得钻井废弃物成分复杂，各项污染指标严重超标。如果不对这些污染物进行有效的处理，将导致对土壤、地表和地下水的污染，对环境造成严重的影响和破坏，直接或间接对动物、植物及人类健康产生危害。

自上世纪70年代以来，美国、前苏联、加拿大和中国的一些研究部门围绕着如何处理钻井废弃物进行了大量的研究工作，找到了一些处理钻井废弃物的方法，诸如固液分离法、环空或地层注入法、土地分散耕施法、干燥焚烧法、化学固化法、生物降解法、转化为其它用途等，但是这些方法都存在成本高、应用性差以及处理量小的不足。

因此，需要一种处理大量钻井废弃物的低成本方法。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种稳定材料。

本发明的第二个目的是提供一种稳定材料的制备方法。

本发明的第三个目的是提供稳定材料用于处理钻井废弃物的用途。

本发明的第四个目的是提供稳定材料用于制造路基材料的用途。

本发明的第五个目的是提供稳定材料用于制造混凝土路面砖的用途。

本发明的第六个目的是提供使用稳定材料来处理钻井废弃物的方法。

本发明的稳定材料由下述重量份数配比的原料组成：硫铝酸盐水泥：70-85、普通硅酸盐水泥：5-15、生石灰：5-10、核心料：5-10，其中核心料由2-5重量份的煅烧磷石膏粉、0-2重量份的减水剂和2-8重量份的多孔载体混合而成。

本发明中的硫铝酸盐水泥可以选用42.5强度等级的快硬型硫铝酸盐水泥。

本发明中的普通硅酸盐水泥可以选用42.5强度等级普通硅酸盐水泥。

本发明中的减水剂可以选择本领域中常用的减水剂，如可以选择萘系减水剂和聚羧酸减水剂中的一种或两种。

本发明中的多孔载体是本领域中常用的多孔载体，如可以采用粉煤灰或沸石粉。

本发明的稳定材料的制备方法包括下述步骤：先将所述重量份数的煅烧磷石膏粉、减水剂和多孔载体混合制成核心料；接着，将所述重量份数的硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥混合均匀；以及再与所述重量份数的生石灰和核心料的混合物一起混合，即得。

本发明的使用稳定材料来处理钻井废弃物的方法包括：取8wt％-30wt％的本发明制得的稳定材料加入要固化的油田钻井废弃物中充分混合后，搅拌3-10分钟直至废弃物失去流动性，然后放置并养护3-7天。

本发明的使用稳定材料来制造路基材料的方法：取本发明制得的稳定材料8-20％、粉煤灰0-50％与含水量为30％-50％的钻井废弃物30-70％混合均匀，经碾压制得路基材料。

本发明的使用稳定材料来制造混凝土路面砖的方法：取本发明制得的稳定材料200-400kg/m³，并以10-20％的钻井废弃物替代砂或石子进行混凝土的制备，并注意控制混合料的含水量，采用压实或者振动成型的方法成型路面砖。

本发明提供的稳定材料在用于处理钻井废弃物时适应性强，适用于不同的水基泥浆、油基泥浆，可根据不同需求选择与优化稳定材料在钻井废弃物中的掺入比例，加入量一般为待处理的钻井废弃物的8wt％-30wt％。向钻井废弃物中加入本发明的稳定材料，搅拌后，钻井废弃物便在很短时间失去流动性，形成稳定的、具有一定强度的抗水体，从而限制有害化学成分的挥发、扩散，实现了钻井废弃物的无害化处理，从而达到保护环境的目的。

本发明提供的稳定材料在处理钻井废弃物时使用方便，操作简单，固化时间和强度可控。

本发明提供的稳定材料所用原材料为市售产品，制备工艺简单，只需按照设计配比将不同原材料混合、搅拌均匀即可。

本发明提供的稳定材料不仅解决油田工业钻井废弃物的处置问题，减少和避免对环境造成污染，而且以该稳定材料为基础开发出的一系列新型绿色建筑材料，如路基材料和路面砖可以有效地改善环境、保护资源和节约能源，从而实现了资源化利用。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例来进一步阐释本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中使用的钻井废弃物取自江汉油田，该钻井废弃物的含水量为35-50％；硫铝酸盐水泥为42.5强度等级快硬型硫铝酸盐水泥；普通硅酸盐水泥为42.5强度等级普通硅酸盐水泥；生石灰由石灰石煅烧制得而成，其有效钙、镁含量大于80％；煅烧磷石膏粉为磷化工废弃物磷石膏在850℃下煅烧1小时而成，其余物质均为市售。

实施例1：

先将2公斤的煅烧磷石膏粉和3公斤的粉煤灰混合制成核心料。接着将70公斤的硫铝酸盐水泥和15公斤的普通硅酸盐水泥混合均匀，然后再与10公斤的生石灰和上述制得的5公斤的核心料一起加入球磨机中混合，即得稳定材料。

性能评价：将8wt％的上述稳定材料加入要固化的钻井废弃物中充分混合后，搅拌废弃物失去流动性后，放置并养护7天，其胶结强度为0.8Mpa。

实施例2：

先将5公斤的煅烧磷石膏粉、1公斤的萘系减水剂和4公斤的粉煤灰混合制成核心料。接着将70公斤的硫铝酸盐水泥和10公斤的普通硅酸盐水泥混合均匀，然后再与5公斤的生石灰和上述制得的10公斤的核心料一起加入球磨机中混合，即得稳定材料。

性能评价：将15wt％的稳定材料加入要固化的钻井废弃物中充分混合后，搅拌废弃物失去流动性后，放置并养护7天，其胶结强度为1.5Mpa。

实施例3：

先将5公斤的煅烧磷石膏粉、1公斤的萘系减水剂和4公斤的粉煤灰混合制成核心料。接着将75公斤的硫铝酸盐水泥和5公斤的普通硅酸盐水泥混合均匀，然后再与10公斤的生石灰和上述制得的10公斤的核心料一起加入球磨机中混合，即得稳定材料。

性能评价：将20wt％的稳定材料加入要固化的钻井废弃物中充分混合后，搅拌废弃物失去流动性后，放置并养护7天，其胶结强度为2.1Mpa。

实施例4：

先将5公斤的煅烧磷石膏粉、2公斤的萘系减水剂和3公斤的沸石粉混合制成核心料。接着将75公斤的硫铝酸盐水泥和10公斤的普通硅酸盐水泥混合均匀，然后再与5公斤的生石灰和上述制得的10公斤的核心料一起加入球磨机中混合，即得稳定材料。

性能评价：将30wt％的稳定材料加入要固化的钻井废弃物中充分混合后，搅拌废弃物失去流动性后，放置并养护7天，其胶结强度为3.6Mpa。

通过稳定材料中各组分的匹配及稳定材料掺量的控制实现固化时间和强度可控。

本发明的稳定材料还可以用于其他用途。

一、利用本发明的稳定材料来制造路基材料

路基材料制造实施例：取20公斤的实施例3制得的稳定材料、10公斤的粉煤灰与70公斤的含水量为30％-50％的钻井废弃物混合均匀，经碾压制得路基材料。

路基材料的评价：

(1)力学性能

测试方法：采用液压式压力试验机测定试件的无侧限抗压强度，其中无侧限抗压强度按下式计算：

$f_{\mathrm{cu}}=\frac{P}{A}$

式中：f_cu---水泥土标准试件在试验龄期的无侧限抗压强度(MPa)；

P---水泥土标准试件的破坏荷载(N)；

A---水泥土标准试件的承压面积(mm²)；

测试结果：此制造实施例制得的路基材料的7天无侧限抗压强度为1.67MPa，符合7天无侧限抗压强度≥1.5MPa的要求。

(2)抗冻性

测试方法：将试件经恒温箱养生7天后，放入冰箱内，在-20±2℃条件下冻24小时，然后恒温恒湿养护箱解冻24小时，养护温度为20±2℃，养护湿度为90％，即为一次冻融循环。如此经过12次冻融循环后测定试件的无侧限抗压强度和质量损失率，以28天龄期经过12次冻融循环后的抗压强度与28天龄期饱水抗压强度的比值作为强度损失失稳系数K值，质量损失系数为经过12次冻融循环后质量的损失比率。

强度损失冻稳系数

测试结果：此制造实施例制得的路基材料经12次冻融循环后，强度损失冻稳系数为0.86，符合强度损失冻稳系数大于0.6的要求。

(3)质量损失率

测试方法：用天平称量冻融前后试件的质量，并计算质量的损失比例。

测试结果：此制造实施例制得的路基材料的质量损失率为9.08％，符合质量损失率小于20％的要求。

二、利用本发明的稳定材料来制造混凝土路面砖

混凝土路面砖的制造实施例：取实施例4制得的稳定材料，并按下表中的配比进行混凝土的制备，并注意控制混合料的含水量，采用压实或者振动成型的方法成型路面砖。

混凝土路面砖的性能评价：

(1)抗压强度

测试方法：抗压强度按下式计算：

$R_c=\frac{P}{A}$

式中：Rc---抗压强度，MPa；

P---破坏荷载，N；

A---试件上垫压板面积，或试件受压面积mm²。

测试结果：以5块试件的抗压强度的平均值和单块最小值表示，计算精确至0.1MPa。

此制造实施例制得的混凝土路面砖的抗压强度为20-30MPa，符合混凝土路面砖JCT446-2000要求。

(2)抗冻性

测试方法：试件应进行外观检查，将缺损、裂纹处标记，并记录其缺陷情况。随后放入温度为20℃的水中浸泡24h。浸泡时水面应高出试件约20mm。从水中取出试件，用拧干的湿毛巾擦去表面附着水，即可放入预先降温至-15℃的冷冻箱内。待温度重新达到-15℃时计算冻结时间，每次从装完试件到温度达到-15℃所需时间不应大于2h。在-15℃下的冻结时间按试件厚度而定：厚度小于60mm的试件为不小于3h；厚度大于或等于60mm的试件为不小于4h。然后，取出试件立即放入20℃水中溶解2h。该过程为一次冻融循环。依此法经过25次冻融循环后测定试件的强度和质量损失率，以经过25次冻融循环后的抗压强度与饱水抗压强度的比值作为强度损失失稳系数K值，质量损失系数为经过25次冻融循环后质量的损失比率。

测试结果：此制造实施例制得的混凝土路面砖的25次冻融循环后强度损失≤20.0％，符合《混凝土路面砖》JCT446-2000要求。

(3)放射性

测试方法：采用FD-3007K-A型辐射仪进行测试，主要测试辐射剂量率和1个月辐射剂量。

测试结果：此制造实施例制得的混凝土路面砖的辐射剂量率为0.15，1个月辐射剂量为16，符合放射性≤GB6566-2000规定的标准值。

Claims (9)

1.一种稳定材料，其是由下述重量份数配比的原料组成：

硫铝酸盐水泥：70-85

普通硅酸盐水泥：5-15

生石灰：5-10

核心料：5-10

其中所述核心料由2-5重量份的煅烧磷石膏粉、0-2重量份的减水剂和2-8重量份的多孔载体混合而成。

2.根据权利要求1所述的稳定材料，其中所述硫铝酸盐水泥是42.5强度等级的快硬型硫铝酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的稳定材料，其中所述普通硅酸盐水泥是42.5强度等级普通硅酸盐水泥。

4.根据权利要求1所述的稳定材料，其中所述减水剂选自萘系减水剂和聚羧酸减水剂，且所述多孔载体是粉煤灰或沸石粉。

5.一种制备根据权利要求1所述的稳定材料的方法，其包括：

将所述重量份数的煅烧磷石膏粉、减水剂和多孔载体混合制成核心料；

接着，将所述重量份数的硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥混合均匀；以及

再与所述重量份数的所述生石灰和所述核心料的混合物一起混合，即得。

6.权利要求1所述的稳定材料用于处理钻井废弃物的用途。

7.权利要求1所述的稳定材料用于制造路基材料的用途。

8.权利要求1所述的稳定材料用于制造混凝土路面砖中的用途。

9.一种使用根据权利要求1所述的稳定材料来处理钻井废弃物的方法，其包括：

将8wt％-30wt％的所述稳定材料加入要固化的钻井废弃物中充分混合后，搅拌3-10分钟直至废弃物失去流动性，然后放置并养护3-7天。