CN109502936A - 一种吹填淤泥固化土泵送剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种吹填淤泥固化土泵送剂及其制备方法。提供的泵送剂由木质素磺酸盐、磺化栲胶、葡萄糖酸钠、聚乙烯蜡、聚丙烯酰胺、滑石粉和碳酸钠复配而成，各组分重量份为：木质素磺酸盐30~35份、磺化栲胶25~35份、葡萄糖酸钠2~4份、聚乙烯蜡3~4份、聚丙烯酰胺1~2份、滑石粉30~35份和碳酸钠0.5~1份。本发明提供的吹填淤泥固化土泵送剂具有添加掺量低、添加工艺简单和环保性好等优点，泵送剂的添加可显著改善新拌淤泥固化土的流动性、润滑性和稳定性，使低含水率新拌淤泥固化土（含水率100%～150%）在2h内可保持良好的流动性，保证了固化土后期强度的同时，延长了淤泥固化土可泵送时间，有助于提升淤泥固化土吹填施工效率和质量，技术、经济和环保优势显著。

Description

一种吹填淤泥固化土泵送剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种吹填淤泥固化土泵送施工用材料，具体是一种吹填淤泥固化土泵送剂及其制备方法。
背景技术
固化土作为新型环保的软基和堤坝加固材料，近年来被陆续应用于海堤堤心、河堤围埝和围海造地等工程施工。为保证施工质量和效率，泵送吹填已成为淤泥固化土施工首选工艺。为使新拌淤泥固化土达到泵送吹填的要求，施工时主要采用加大含水率的方式提升淤泥固化土流动性，然而，此措施虽然解决了淤泥固化土的泵送难题，但因淤泥固化土含水率过高(通常需要新拌淤泥固化土含水率达200％以上)，硬化后的固化土后期强度低、抗扰动性差，在一定程度上制约了吹填淤泥固化土的推广应用。因此，如何使新拌淤泥固化土在较低含水率情况下具备良好的流动性且流动性可保持较长的时间，是泵送吹填的关键技术难题。解决好该技术难题将降低淤泥固化土泵送吹填施工难度，同时有助于提升淤泥固化土强度，扩大淤泥固化土泵送吹填施工应用范围。截止目前，专利和期刊文献中尚未发现对淤泥固化土用泵送剂的公开报道，也未提及如何提升新拌淤泥固化土的流动性。本发明在借鉴水基钻井液降粘技术基础上，提供一种适用于吹填淤泥固化土的泵送剂及其制备方法，通过降低新拌淤泥固化土浆体体系粘度、延缓固化剂早期水化反应、增加体系稳定性和润滑性，使新拌淤泥固化土在较低含水率情况下具备良好的流动性和流动保持性，保证低含水淤泥固化土具备良好泵送性能的同时具备较高的硬化强度和抗扰动性。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种吹填淤泥固化土泵送剂及其制备方法，本发明改善新拌淤泥固化土流动性和稳定性，降低新拌淤泥固化土吹填施工对含水率的要求，同时提升淤泥固化土后期强度，尤其适合用于海堤、河堤和围海造地工程淤泥固化土的吹填施工。
本发明的目的在于提供一种吹填淤泥固化土泵送剂及其制备方法。本发明提供的吹填淤泥固化土泵送剂具有添加掺量低、添加工艺简单和环保性好等优点，泵送剂的添加可显著改善新拌淤泥固化土的流动性、润滑性和稳定性，使低含水率新拌淤泥固化土(含水率100％～150％)在2h内可保持良好的流动性，保证了固化土后期强度的同时，延长了淤泥固化土可泵送时间，有助于提升淤泥固化土吹填施工效率和质量，技术、经济和环保优势显著。
本发明提供如下技术方案：
一种吹填淤泥固化土泵送剂，包括木质素磺酸盐、磺化栲胶、葡萄糖酸钠、聚乙烯蜡、聚丙烯酰胺、滑石粉、碳酸钠；各组分的重量份数为：木质素磺酸盐30～35份、磺化栲胶25～35份、葡萄糖酸钠2～4份、聚乙烯蜡3～4份、聚丙烯酰胺1～2份、滑石粉30～35份、碳酸钠0.5～1份。
作为优选的，所述的木质素磺酸盐为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的一种或两种。
作为优选的，所述的木质素磺酸钙有效含量不低于60％，木质素磺酸钠有效含量不低于45％。
作为优选的，所述的磺化栲胶表观粘度(24±3℃)不大于8mPa·s。
作为优选的，所述的葡萄糖酸钠有效含量不低于96％。
作为优选的，所述的聚乙烯蜡平均分子量为3000～5000。
作为优选的，所述的聚丙烯酰胺为阴离子型或非离子型，分子量不大于400万。本发明优选低分子量的聚丙烯酰胺，较好的规避其增稠和絮凝作用，很好地利用了聚丙烯酰胺的润滑特性，同时结合超细滑石粉的微滚珠效应，极大的降低了低含水率高固相浓度淤泥固化土泥浆与泵及管道的摩擦阻力，提升了低含水率新拌淤泥固化土的可泵性。
作为优选的，所述的滑石粉细度不低于1250目，不含石棉或石棉状纤维。
作为优选的，所述的碳酸钠总碱量大于96％。
本发明还提供了吹填淤泥固化土泵送剂的制备方法，制备步骤如下：(1)将滑石粉、聚乙烯蜡和碳酸钠计量后投入强制型搅拌釜，控制转速为600±50rpm，搅拌200s；(2)向步骤(1)的混合料中加入准确计量的葡萄糖酸钠和聚丙烯酰胺，控制转速为400±50rpm，搅拌100s；(3)向步骤(2)的混合料中加入准确计量木质素磺酸盐和磺化栲胶，控制转速为300±50rpm，搅拌200s，完成泵送剂制备。
技术原理：
木质素磺酸盐与粘土八面体侧边上暴露的Al离子形成复合体，吸附于粘土颗粒上，而磺化栲胶通过邻位双酚羟基以配位键或电价键吸附在粘土粒子断键边缘的Al离子处，形成五元环的螯合物，粘土侧边上的电荷便由正电荷转为负电荷，同时水化基团—COO-和—CH2SO3 -给粘土颗粒边缘带来吸附溶剂化水，提高电位，斥力增大，从而阻止粘土颗粒的“边——面”和“边——边”联结，在泥浆体系中发挥分散粘土颗粒的作用，形成泌水通道，从而释放被粘土颗粒包裹的自由水，使新拌淤泥固化土泥浆在较低的含水率时具有较好的流动性。
葡萄糖酸钠在固化土体系中主要作用为延缓固化剂的水化，避免因固化剂水化而造成的体系增稠效应。
本发明选用低分子量聚丙烯酰胺作为泵送剂的润滑组分之一，是因低分子量情况下聚丙烯酰胺的溶解性好、絮凝和增稠作用弱，其快速溶解于水中，可使体系润滑性增强；同时滑石粉均匀分散于固化土泥浆体系中，发挥微滚珠效应，增大体系的流动性，减小浆体同泵体和管道的摩擦阻力，增大新拌淤泥固化土的可泵性。
聚乙烯蜡在常温状态下，以微晶的状态分散于泥浆体系中，发挥着触变剂的作用，从而保证了固化土体系的稳定性和均匀性，减小堵泵情况的发生。
碳酸钠作用为三个方面，一方面是提高泥浆体系的pH值，提升聚丙烯酰胺等聚合物的溶解性；另一方面是碳酸根离子和新拌浆体体系溶液中Ca2+和Mg2+等离子生产沉淀，降低Ca2+和Mg2+等离子对其它有效组分的影响；最后是碳酸钠作为早强组分，可减弱葡萄糖酸钠后期的缓凝效应，保证固化土体的强度增长。
泵送剂中木质素磺酸盐和磺化栲胶的稀释减水剂效用、聚丙烯酰胺和滑石粉的润滑效用、聚乙烯蜡的体系稳定性效用以及碳酸钠和葡萄糖酸钠的协调效用共同发挥，赋予新拌淤泥固化土在较低含水率情况下良好的流动性，从而可进行泵送吹填作业。
本发明具有如下优点：
(1)本发明将木质素磺酸盐和磺化栲胶作为泵送剂的稀释减水组分，使淤泥固化土在较低的含水率情况下即可具有良好的流动性，较低的含水率有助于提升淤泥固化土的后期强度。本发明基于木质素磺酸盐和磺化栲胶易于和粘土颗粒发生吸附作用，且两种物质均带有的带负电荷的水化基团，将粘土颗粒侧边上的电荷便由正电荷转为负电荷，同时为粘土颗粒边缘带来吸附溶剂化水，将各粘土颗粒单一分散于泥浆体系中，形成泌水通道，释放被粘土颗粒包裹的自由水，使新拌淤泥固化土浆体在较低的含水率时具有较好的流动性，达到降低淤泥固化土含水率的目的。
(2)本发明充分利用聚乙烯蜡的常温微晶效应，将其作为淤泥固化土泥浆触变剂，保证浆体剪切流动性的同时，有助于维持体系稳定，减少泥水分离的趋势，从而减少堵泵情况的发生。
(3)本发明将葡萄糖酸钠作为固化剂的主要缓凝组分，有效的延缓了固化剂的前期水化，使新拌淤泥固化土2h内保持良好的流动性，延长了新拌淤泥固化土可泵送施工时间，降低了淤泥固化土吹填施工难度；同时采用碳酸钠作为早期组分，可减弱葡萄糖酸钠后期的缓凝效应，保证固化土的强度增长。
(4)本发明提供的吹填淤泥固化土泵送剂具有添加掺量低、添加工艺简单和环保性好等优点，泵送剂的添加可显著改善新拌淤泥固化土的流动性、润滑性和稳定性，使低含水率新拌淤泥固化土(含水率100％～150％)在2h内可保持良好的流动性，保证了固化土后期强度的同时，延长了淤泥固化土可泵送时间，有助于提升淤泥固化土吹填施工效率和质量，技术、经济和环保优势显著。
(5)润滑和稳定组分的引入，增大了新拌淤泥固化土的可泵性，减少了堵管现象的发生，起到了提能增效的作用。
(6)泵送剂采用的原材料无污染，环保性好，契合了文明施工的要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
以下实施例和对比例所述泵送剂均采用本发明专利提供的配方组分。
一种吹填淤泥固化土泵送剂，包括木质素磺酸盐、磺化栲胶、葡萄糖酸钠、聚乙烯蜡、聚丙烯酰胺、滑石粉、碳酸钠；各组分的重量份数为：木质素磺酸盐30～35份、磺化栲胶25～35份、葡萄糖酸钠2～4份、聚乙烯蜡3～4份、聚丙烯酰胺1～2份、滑石粉30～35份、碳酸钠0.5～1份。
其中，木质素磺酸盐为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的一种或两种。
其中，木质素磺酸钙有效含量不低于60％，木质素磺酸钠有效含量不低于45％。
其中，磺化栲胶表观粘度(24±3℃)不大于8mPa·s。
其中，葡萄糖酸钠有效含量不低于96％。
其中，聚乙烯蜡平均分子量为3000～5000。
其中，聚丙烯酰胺为阴离子型或非离子型，分子量不大于400万。
其中，滑石粉细度不低于1250目，不含石棉或石棉状纤维。
其中，碳酸钠总碱量大于96％。
以下实施例和对比例所述泵送剂均采用本发明专利提供的方法进行制备，具体步骤为：(1)将滑石粉、聚乙烯蜡和碳酸钠计量后投入强制型搅拌釜，控制转速为600±50rpm，搅拌200s；(2)向步骤(1)的混合料中加入准确计量的葡萄糖酸钠和聚丙烯酰胺，控制转速为400±50rpm，搅拌100s；(3)向步骤(2)的混合料中加入准确计量木质素磺酸盐和磺化栲胶，控制转速为300±50rpm，搅拌200s，完成泵送剂制备。
以下实施例和对比例所述吹填淤泥固化土制备方法为：向搅拌池中泵入淤泥泥浆，并详细计量泥浆体积，然后称取固化剂(固化剂掺量为：每1m3淤泥泥浆中添加150kg固化剂)和泵送剂(泵送剂掺量同样按淤泥体积计)加入淤泥泥浆中，持续搅拌直至体系均匀，即完成新拌淤泥固化土制备。
以下实施例和对比例，
为表征本发明提供的泵送剂可用于淤泥固化土泵送吹填施工，在以下实施例和对比例中采用5个指标对泵送剂的效果进行表征，分别为：(1)可泵情况下，新拌淤泥固化土的最低含水率；(2)以新拌淤泥固化土的初始扩展度表征泵送疏浚淤泥的流动性，测试方法参照《混凝土外加剂应用技术规范》(GB 50119-2013)中附录A；(3)新拌淤泥固化土流动性保持时间，即扩展度维持250cm以上的时长；(4)淤泥固化土28d龄期无侧限抗压强度；(5)泵送过程堵管情况。
实施例1
本实施例中吹填淤泥固化土泵送剂组成如表1，制备出的泵送剂用于浙江某海堤堤心淤泥固化土吹填施工，泵送剂的添加量为0.2kg/m3(淤泥泥浆体积计)，淤泥固化土相关性能指标见表11。
表1泵送剂组成(单位：份)
实施例2
本实施例中吹填淤泥固化土泵送剂组成如表2，制备出的泵送剂用于浙江某海堤堤心淤泥固化土吹填施工，泵送剂的添加量为0.2kg/m3(淤泥泥浆体积计)，淤泥固化土相关性能指标见表11。
表2泵送剂组成(单位：份)
实施例3
本实施例中吹填淤泥固化土泵送剂组成如表3，制备出的泵送剂用于浙江某海堤堤心淤泥固化土吹填施工，泵送剂的添加量为0.2kg/m3(淤泥泥浆体积计)，淤泥固化土相关性能指标见表11。
表3泵送剂组成(单位：份)
实施例4
本实施例中吹填淤泥固化土泵送剂组成如表4，制备出的泵送剂用于浙江某海堤堤心淤泥固化土吹填施工，泵送剂的添加量为0.2kg/m3(淤泥泥浆体积计)，淤泥固化土相关性能指标见表11。
表4泵送剂组成(单位：份)
实施例5
本实施例中吹填淤泥固化土泵送剂组成如表5，制备出的泵送剂用于浙江某海堤堤心淤泥固化土吹填施工，泵送剂的添加量为0.2kg/m3(淤泥泥浆体积计)，淤泥固化土相关性能指标见表11。
表5泵送剂组成(单位：份)
实施例6
本实施例中吹填淤泥固化土泵送剂组成如表6，制备出的泵送剂用于浙江某固化土充灌袋海堤工程，施工工艺为淤泥固化土吹填施工，泵送剂的添加量为0.3kg/m3(淤泥泥浆体积计)，淤泥固化土相关性能指标见表11。
表6泵送剂组成(单位：份)
实施例7
本实施例中吹填淤泥固化土泵送剂组成如表7，制备出的泵送剂用于浙江某固化土充灌袋海堤工程，施工工艺为淤泥固化土吹填施工，泵送剂的添加量为0.3kg/m3(淤泥泥浆体积计)，淤泥固化土相关性能指标见表11。
表7泵送剂组成(单位：份)
对比例1
对于浙江某海堤堤心吹填施工，淤泥固化土施工时未添加泵送剂，为达到泵送吹填要求，新拌淤泥固化土的含水率、扩展度和堵管等情况见表11。
对比例2
本对比例中泵送剂组成如表8，泵送剂中无木质素磺酸盐和磺化栲胶稀释减水剂组分，制备出的泵送剂用于浙江某海堤堤心吹填施工，泵送剂的添加量为0.2kg/m3淤泥固化土，淤泥固化土相关性能指标见表11。
表8泵送剂组成(单位：份)
对比例3
本对比例中泵送剂组成如表9，泵送剂中无聚乙烯蜡组分，制备出的泵送剂用于浙江某海堤堤心吹填施工，泵送剂的添加量为0.2kg/m3淤泥泥浆，泵送剂的添加量为0.2kg/m3淤泥固化土，淤泥固化土相关性能指标见表11。
表9泵送剂组成(单位：份)
对比例4
本对比例中泵送剂组成如表10，泵送剂中无聚丙烯酰胺组分，制备出的泵送剂用于浙江某固化土充灌袋海堤工程，泵送剂的添加量为0.3kg/m3淤泥固化土，泵送吹填过程出现堵管频次较高，淤泥固化土相关性能指标见表11。
表10泵送剂组成(单位：份)
表11淤泥固化土相关性能
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种吹填淤泥固化土泵送剂，其特征在于：包括木质素磺酸盐、磺化栲胶、葡萄糖酸钠、聚乙烯蜡、聚丙烯酰胺、滑石粉、碳酸钠；其中各组分的重量份数为：木质素磺酸盐30~35份、磺化栲胶25~35份、葡萄糖酸钠2~4份、聚乙烯蜡3~4份、聚丙烯酰胺1~2份、滑石粉30~35份、碳酸钠0.5~1份。
2.如权利要求1所述的一种吹填淤泥固化土泵送剂，其特征在于：所述的木质素磺酸盐为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的一种或两种。
3.如权利要求1所述的一种吹填淤泥固化土泵送剂，其特征在于：所述的木质素磺酸钙有效含量不低于60%，木质素磺酸钠有效含量不低于45%。
4.如权利要求1所述的一种吹填淤泥固化土泵送剂，其特征在于：所述的磺化栲胶表观粘度（24±3℃）不大于8mPa·s。
5.如权利要求1所述的一种吹填淤泥固化土泵送剂，其特征在于：所述的葡萄糖酸钠有效含量不低于96%。
6.如权利要求1或5所述的一种吹填淤泥固化土泵送剂，其特征在于：所述的聚乙烯蜡平均分子量为3000~5000。
7.如权利要求1所述的一种吹填淤泥固化土泵送剂，其特征在于：所述的聚丙烯酰胺为阴离子型或非离子型，分子量不大于400万。
8.如权利要求1所述的一种吹填淤泥固化土泵送剂，其特征在于：所述的滑石粉细度不低于1250目，不含石棉或石棉状纤维。
9.如权利要求1所述的一种吹填淤泥固化土泵送剂，其特征在于：所述的碳酸钠总碱量大于96%。
10.如权利要求1-9所述的任意一种吹填淤泥固化土泵送剂的制备方法，其特征在于：具体制备步骤为：（1）将滑石粉、聚乙烯蜡和碳酸钠计量后投入强制型搅拌釜，控制转速为600±50rpm，搅拌200s；（2）向步骤（1）的混合料中加入准确计量的葡萄糖酸钠和聚丙烯酰胺，控制转速为400±50rpm，搅拌100s；（3）向步骤（2）的混合料中加入准确计量木质素磺酸盐和磺化栲胶，控制转速为300±50rpm，搅拌200s，完成泵送剂制备。
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Inventor before: Wang Xiao

Inventor before: Chen Lei

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WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20190322

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