CN109180090A - 一种环保护壁泥浆及其制备方法 - Google Patents

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张桂芳
史志新
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Abstract

本发明涉及一种环保护壁泥浆及其制备方法，属于环保技术领域。本发明利用焚烧底灰和黏土颗粒之间相互咬合，摩擦过程中增强了摩阻力，同时焚烧底灰与植物胶和淀粉逐步发生聚合和黏稠化反应，高分子物质之间形成相互交联的网格状聚合物链包裹联结黏土颗粒并填充颗粒空隙直到整个黏土系凝固成为凝胶并固化，从而可增强焚烧底灰与基体间的物理锚锭作用，提高复合材料界面层的载荷传递效率，增大护壁泥浆表面与基体间的有效接触面积，增强了护壁泥浆的黏聚力，有效解决传统泥浆匀质性差、深桩基稳壁时间短、施工成本高、循环利用率低和环境污染的问题。

Description

一种环保护壁泥浆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种环保护壁泥浆及其制备方法，属于环保技术领域。
背景技术
随着我国铁路、公路和城市轨道交通等事业的发展，泥水盾构及地下连续墙等施工工艺具有施工安全性好、环境影响小和施工质量高等技术优势，而被广泛应用于实际施工。盾构及地下连续墙用泥浆产品的使用量也大大增加，市场常用盾构及地下连续墙用泥浆由膨润土或是黏土与增粘剂、纯碱和水按一定比例混合而成，传统泥浆以膨润土为主要成分，因其具有取材方便、制备工艺简单、技术指标要求低和护壁效果较好等优势，而广泛用于地下连续墙、盾构及旋挖钻孔的护壁施工，但工程应用中逐步凸显出泥浆匀质性差、携砂量大、施工成本高、循环利用率低和污染环境严重等弊端，无法满足高质量、低风险、环境友好和文明施工的需求。
目前，为克服传统护壁泥浆存在的诸多不足，广大科技及工程施工专业技术人员通过不断的技术创新，寻求良好的解决方法及措施。CN105154043A中国专利公开了适于深层饱和砂土地层桥梁钻孔桩的成孔护壁泥浆，以钠土、粘土、植物胶和聚丙烯酰胺为主要组成成分制备出适用于砂土层的“聚合物-膨润土”复合型护壁泥浆，提升了泥浆匀质性和携砂能力，但未提及泥浆循环利用率；CN103755318A中国专利公开了红砂岩卵石层中的地下连续墙成槽护壁泥浆及方法，其依然尝试应用传统泥浆制备材料，达到降低制浆成本、增加泥浆稳定性和延长泥浆护壁稳壁时间的目的；CN103102886A中国专利公开了一种保证盾构机顺利掘进的渣土改良剂，其主要成分为钠基膨润土浆液、泡沫溶液和盾构制浆剂，达到使盾构机顺利掘进、降低刀盘和刀具的磨损、减少刀具的更换、降低钻进成本和缩短了工期的目的。以上发明主要为解决泥浆匀质性差、成本高和稳壁时间短等不足，多注重单一性能改善，尚未全面触及匀质性差、携砂量大、施工成本高、循环利用率低和环境污染严重等问题的解决方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对传统泥浆匀质性差、深桩基稳壁时间短、施工成本高、循环利用率低和环境污染的问题，提供了一种环保护壁泥浆及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种环保护壁泥浆，包括下述重量份原料组成：
400～500份钠基膨润土，100～150份硅酸镁锂，200～300份预处理焚烧底灰，16～20份植物胶，20～30份聚丙烯酸钠，10～15份淀粉，40000～50000份去离子水。
所述预处理焚烧底灰为对甲苯磺酸、正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、无水乙醇中搅拌加热反应20～30min，再加入硅烷偶联剂KH-550、细化焚烧底灰，搅拌均匀后静置过滤干燥制得。
所述物料重量份为0.2～0.4份对甲苯磺酸，15～30份正硅酸乙酯，5～10份甲基三乙氧基硅烷，400～800份无水乙醇，15～30份硅烷偶联剂KH-550，200～300份细化焚烧底灰。
所述细化焚烧底灰为经研磨过100目筛的城市生活垃圾焚烧底灰。
所述植物胶为田菁胶、瓜尔胶、胡麻胶、香豆胶中的一种或多种。
一种环保护壁泥浆的制备方法，具体步骤为：
（1）取城市生活垃圾焚烧底灰研磨过100目筛，得细化焚烧底灰；
（2）取对甲苯磺酸、正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、无水乙醇中搅拌加热至40～50℃反应20～30min，再加入硅烷偶联剂KH-550、细化焚烧底灰，搅拌均匀后静置过滤干燥，得预处理焚烧底灰。
（3）取钠基膨润土、硅酸镁锂、预处理焚烧底灰、植物胶、聚丙烯酸钠、淀粉，加入去离子水中混合搅拌20～30min后出料，得环保护壁泥浆。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明利用城市生活垃圾焚烧底灰表面疏松多孔，含有一定量的活性SiO2和Al2O3成分，具有骨料性能、吸水性和火山灰活性，且表面比较粗糙，棱角较多，并将—C—O键引入其表面，从而使其表面含氧活性基团的数量明显增加，增加提高了表面活性，再利用两性的无机硅酸镁锂盐，在水和过程中会形成带电的片状层薄片，这些片状层的端面带正电荷，层面带负电荷，由于正负电荷吸引作用，使得在水和过程中片层逐渐形成卡屋结构，在水中硅酸锂镁盐片层剥离分散形成无色透明的凝胶液，在其表面形成一层散布有颗粒物的包覆层，通过硅酸根离子渗入混凝土内部与混凝土中钙离子反应生成稳定物质硅酸钙，填补了孔隙，提高了混凝土结构致密性，并通过Si-OH结构单元与混凝土表面的钙镁离子发生反应，形成了稳定的络合物，使混凝土表面惰性化；
（2）本发明利用焚烧底灰和黏土颗粒之间相互咬合，摩擦过程中增强了摩阻力，同时焚烧底灰与植物胶和淀粉逐步发生聚合和黏稠化反应，高分子物质之间形成相互交联的网格状聚合物链包裹联结黏土颗粒并填充颗粒空隙直到整个黏土系凝固成为凝胶并固化，从而可增强焚烧底灰与基体间的物理锚锭作用，提高复合材料界面层的载荷传递效率，增大护壁泥浆表面与基体间的有效接触面积，增强了护壁泥浆的黏聚力，有效解决传统泥浆匀质性差、深桩基稳壁时间短、施工成本高、循环利用率低和环境污染的问题。
具体实施方式
取城市生活垃圾焚烧底灰置于研磨机中研磨1～2h，过100目筛，得细化焚烧底灰，取0.2～0.4g对甲苯磺酸，15～30g正硅酸乙酯，5～10g甲基三乙氧基硅烷，加入400～800g无水乙醇中，以300～400r/min搅拌加热至40～50℃，保温反应20～30min，再加入15～30g硅烷偶联剂KH-550，200～300g细化焚烧底灰，继续搅拌1～2h，静置过滤后在100～105℃干燥至恒重，得预处理焚烧底灰，取400～500g钠基膨润土，100～150g硅酸镁锂，200～300g预处理焚烧底灰，16～20g植物胶，20～30g聚丙烯酸钠，10～15g淀粉，加入40～50L去离子水中，以300～400r/min混合搅拌20～30min后出料，得环保护壁泥浆。
实例1
取城市生活垃圾焚烧底灰置于研磨机中研磨1h，过100目筛，得细化焚烧底灰，取0.2g对甲苯磺酸，15g正硅酸乙酯，5g甲基三乙氧基硅烷，加入400g无水乙醇中，以300r/min搅拌加热至40℃，保温反应20min，再加入15g硅烷偶联剂KH-550，200g细化焚烧底灰，继续搅拌1h，静置过滤后在100℃干燥至恒重，得预处理焚烧底灰，取400g钠基膨润土，100g硅酸镁锂，200g预处理焚烧底灰，16g植物胶，20g聚丙烯酸钠，10g淀粉，加入40L去离子水中，以3000r/min混合搅拌20min后出料，得环保护壁泥浆。
实例2
取城市生活垃圾焚烧底灰置于研磨机中研磨1.5h，过100目筛，得细化焚烧底灰，取0.3g对甲苯磺酸，22g正硅酸乙酯，7g甲基三乙氧基硅烷，加入600g无水乙醇中，以350r/min搅拌加热至45℃，保温反应25min，再加入22g硅烷偶联剂KH-550，250g细化焚烧底灰，继续搅拌1.5h，静置过滤后在103℃干燥至恒重，得预处理焚烧底灰，取450g钠基膨润土，125g硅酸镁锂，250g预处理焚烧底灰，18g植物胶，25g聚丙烯酸钠，13g淀粉，加入45L去离子水中，以350r/min混合搅拌25min后出料，得环保护壁泥浆。
实例3
取城市生活垃圾焚烧底灰置于研磨机中研磨2h，过100目筛，得细化焚烧底灰，取0.4g对甲苯磺酸，30g正硅酸乙酯，10g甲基三乙氧基硅烷，加入800g无水乙醇中，以400r/min搅拌加热至50℃，保温反应30min，再加入30g硅烷偶联剂KH-550，300g细化焚烧底灰，继续搅拌2h，静置过滤后在105℃干燥至恒重，得预处理焚烧底灰，取500g钠基膨润土，150g硅酸镁锂，300g预处理焚烧底灰，20g植物胶，30g聚丙烯酸钠，15g淀粉，加入50L去离子水中，以400r/min混合搅拌30min后出料，得环保护壁泥浆。
将本发明制备的环保护壁泥浆及传统泥浆在湖北某客运专线摩擦工程桩施工，施工工艺为旋挖钻孔，桩长约65米，桩径1米，地质条件是20米以下为粉细砂层条件下进行测试，检测结果如下表所示。
表1环保护壁泥浆性能表征
由表1可知本发明制备的环保护壁泥浆，匀质性好，滤失量低，稳壁时长，循环利用率高，具有广阔的市场价值和应用前景。

Claims (6)

1.一种环保护壁泥浆，其特征在于，包括下述重量份原料组成：
400～500份钠基膨润土，100～150份硅酸镁锂，200～300份预处理焚烧底灰，16～20份植物胶，20～30份聚丙烯酸钠，10～15份淀粉，40000～50000份去离子水。
2.如权利要求1所述的一种环保护壁泥浆，其特征在于，所述预处理焚烧底灰为对甲苯磺酸、正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、无水乙醇中搅拌加热反应20～30min，再加入硅烷偶联剂KH-550、细化焚烧底灰，搅拌均匀后静置过滤干燥制得。
3.如权利要求2所述的一种环保护壁泥浆，其特征在于，所述物料重量份为0.2～0.4份对甲苯磺酸，15～30份正硅酸乙酯，5～10份甲基三乙氧基硅烷，400～800份无水乙醇，15～30份硅烷偶联剂KH-550，200～300份细化焚烧底灰。
4.如权利要求2或3所述的一种环保护壁泥浆，其特征在于，所述细化焚烧底灰为经研磨过100目筛的城市生活垃圾焚烧底灰。
5.如权利要求1所述的一种环保护壁泥浆，其特征在于，所述植物胶为田菁胶、瓜尔胶、胡麻胶、香豆胶中的一种或多种。
6.如权利要求1～5任意一项所述的一种环保护壁泥浆的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）取城市生活垃圾焚烧底灰研磨过100目筛，得细化焚烧底灰；
（2）取对甲苯磺酸、正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、无水乙醇中搅拌加热至40～50℃反应20～30min，再加入硅烷偶联剂KH-550、细化焚烧底灰，搅拌均匀后静置过滤干燥，得预处理焚烧底灰；
（3）取钠基膨润土、硅酸镁锂、预处理焚烧底灰、植物胶、聚丙烯酸钠、淀粉，加入去离子水中混合搅拌20～30min后出料，得环保护壁泥浆。
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