CN110026122B - 一种界面活性剂的改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种界面活性剂的改性方法，属于水泥土搅拌桩施工技术领域，制备方法主要包括：打开并调节1号管道增压泵、2号管道增压泵，使界面活性剂与纯净水在混合仓中配合成指定浓度的界面活性剂混合液，对指定浓度的界面活性剂混合液进行二次处理，形成微小气泡形式的界面活性剂，将二次处理后的微小气泡形式的界面活性剂通过4号管道增压泵泵送至高压气体处理仓，在高压气体处理仓内采用高压气体对界面活性剂进行充分切割，使界面活性剂形成稳定极微小气泡，最后，泵送至钻机或其他设备进行降阻作业。

Description

一种界面活性剂的改性方法
技术领域
本发明涉及地基处理领域中水泥土搅拌桩施工技术领域，特别涉及到一种界面活性剂的改性方法。
背景技术
我国地域广大，有各种成因的软土层，其分布范围广，土层厚度大。这类软土的特点是含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高、渗透性差、沉降稳定时间长。近年来，随着工程建设的快速发展，经常需要在软土地基上进行建设施工，由于软土地基不良的建筑性能，因此需要进行人工加固处理，软土地基的处治方法很多，如我们常见的挖除非适应土进行换填，水泥或石灰稳定土处治、抛片石挤淤、土工织物处治、砂垫层和碎石垫层处治、碎石桩处治等。而水泥搅拌桩法处理软土地基以其加固效果显著、成本低、污染小、工期短、地基条件要求低等优点而在工程上广泛应用。
目前，水泥土搅拌桩混合的均匀程度是一个很关键的因素，工程中的质量问题主要是由于搅拌混合的不均匀引起的。水泥土搅拌技术仍存在如下技术难题：第一，水泥与原位土搅拌需要均匀，因此，搅拌次数越多越好，但搅拌次数多，施工时间长，工作效率低；第二，搅拌过程中搅拌设备阻力过大，钻头及搅拌叶片损坏严重，易出现卡钻现象。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种界面活性剂的改性方法，克服了现有技术的不足。通过对施工过程中加入界面活性剂，达到降低搅拌阻力的目的，且界面活性剂最终以稳定微小气泡的方式产生，气泡不易破裂，持续降阻作用时间长，使同等扭矩条件下，对周围土体搅拌更加剧烈，保证了水泥浆和土的混合均匀性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种界面活性剂的改性方法，其特征在于，将界面活性剂和纯净水分别放置在储料箱和水箱中，再采用如下步骤将界面活性剂制备成稳定极微小气泡：
步骤1：将所有设备及管路连接、调试就位；
步骤2：打开并调节1号管道增压泵、2号管道增压泵，使界面活性剂与纯净水在混合仓中配合成指定浓度的界面活性剂混合液；
步骤3：对指定浓度的界面活性剂混合液进行二次处理，形成微小气泡形式的界面活性剂；
步骤4：将二次处理后的微小气泡形式的界面活性剂通过4号管道增压泵泵送至高压气体处理仓；
步骤5：在高压气体处理仓内采用高压气体对界面活性剂进行充分切割，使界面活性剂形成稳定极微小气泡；
步骤6：将以稳定极微小气泡形式的界面活性剂泵送至钻机或其他前端设备进行降阻施工作业；
步骤7：界面活性剂改性结束，并对界面活性剂的性能进行分析、评价。
所述二次处理主要包括如下步骤：
步骤1：将混合仓中配合成的指定浓度的界面活性剂混合液泵送至水平搅拌桶中；
步骤2：在水平搅拌桶中将界面活性剂混合液实现高速搅拌，形成大量气泡；
步骤3：采用3号管道增压泵将以气泡形式的界面活性剂泵送至柱塞泵；
步骤4：采用柱塞泵对界面活性剂进行往复压缩，使界面活性剂形成致密气泡，并泵送至G型螺杆泵；
步骤5：采用G型螺杆泵对界面活性剂进行挤压、推进，形成微小气泡形式的界面活性剂；
所述水平搅拌桶中叶片旋喷速度范围为200-1000转/min。
所述将储料箱、1号管道增压泵连接，将水箱、2号管道增压泵连接，然后将1号管道增压泵出口管线、2号管道增压泵出口管线分别与混合仓入口连接，使界面活性剂与纯净水在混合仓中混合并配合成指定浓度的界面活性剂混合液。
所述将混合仓、水平搅拌桶、3号管道增压泵、柱塞泵、G型螺杆泵、4号管道增压泵、高压气处理仓、钻机或其他前端设备按顺序依次通过管线连接，所述管线与高压气处理仓连接时，连接点为2号入口。
所述将空气压缩机与高压气处理仓的1号入口连接，高压气处理仓底部设有液体排出管道，液体排出管道与高压气处理仓的3号入口连接，实现循环作业。
所述储料箱内放置的界面活性剂和水箱内放置纯净水为实现降阻的主体材料，其主要特征为：
（1）界面活性剂和纯净水的温度范围在10℃-60℃；
（2）储料箱中界面活性剂为液体，其浓度范围为20%-80%；
（3）界面活性剂与纯净水配合成的界面活性剂混合液浓度范围为1%-10%。
所述界面活性剂通过1号管道增压泵、3号管道增压泵、4号管道增压泵、柱塞泵、G型螺杆泵的流量范围为0-20m3/h，纯净水通过2号管道增压泵的流量范围为0-20m3/h。
所述柱塞泵、G型螺杆泵的工作压力保持一致，其范围为0.8-1.0Mpa，所述空气压缩机的工作压力为0.2-2MPa，并且高压气体以脉冲形式射出，脉冲频率为0.5Hz-100Hz。
所述界面活性剂通过高压气处理仓外部螺旋通道传输至高压气体处理仓中部入口并进入仓体内，比重较小的界面活性剂在高压气体作用下经过高压气处理仓内部螺旋通道呈螺旋式气流从上部出口输送至钻机或其他前端设备进行降阻施工作业；比重较大的界面活性剂经过高压气处理仓底部的液体排出管道排出至高压气处理仓的3号入口进行二次处理。
所述空气压缩机的工作压力、气体的脉冲频率随搅拌深度的变化而变化，其主要特征为：
（1）当搅拌深度在0-10m时，空气压缩机的工作压力范围为0.2-0.5MPa，脉冲频率为0.5-5Hz；
（2）当搅拌深度在10-30m时，空气压缩机的工作压力范围为0.5-1MPa，脉冲频率为5-20Hz；
（3）当搅拌深度在30-60m时，空气压缩机的工作压力范围为1-1.5MPa，脉冲频率为20-50Hz；
（4）当搅拌深度大于60m时，空气压缩机的工作压力范围为1.5-2MPa，脉冲频率为50-100Hz。
本发明所带来的有益技术效果：
（1）本发明通过设置混合仓，能够将界面活性剂与纯净水充分混合，并且存储备用；（2）通过设置多级搅拌切削装置，使得界面活性剂由液态转化为稳定微小泡沫状态，极大的提高了泡沫的半衰期；（3）通过设置柱塞泵、G型螺杆泵，加大对界面活性剂的搅拌力度，为制备稳定微小气泡提供基础条件；（4）通过核心设备高压气体处理仓，将界面活性剂处理到预期效果，并且其内部的螺旋形结构能够将比重较小的界面活性剂在高压气体作用下经过高压气处理仓内部螺旋通道呈螺旋式气流从上部出口输送至钻机或其他前端设备进行降阻施工作业；比重较大的界面活性剂经过高压气处理仓底部的液体排出管道排出至高压气处理仓3号入口进行二次处理。（5）针对不同搅拌深度，对空气压缩机的工作压力设置为不同等级，确保界面活性剂气泡能够顺利到达指定部位，保证了搅拌过程中阻力的降低，使水泥浆和土得混合更加均匀。
附图说明
图1为本发明界面活性剂的改性方法的整体结构图。
图2为本发明界面活性剂的改性方法中高压气体处理仓的细部结构图。
图3为本发明界面活性剂的改性方法的施工流程图。
其中，1-储料箱；2-1号管道增压泵；3-水箱；4-2号管道增压泵；5-混合仓；6-水平搅拌桶；7-3号管道增压泵；8-柱塞泵；9-G型螺杆泵；10-4号管道增压泵；11-高压气体处理仓；12-钻机；13-空气压缩机；14-1号入口；15-2号入口；16-3号入口。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1：
对界面活性剂的性能进行半衰期试验，界面活性剂泡沫的制备过程如下：
如图1~3所示，一种界面活性剂的改性方法，其特征在于，将界面活性剂和纯净水分别放置在储料箱1和水箱3中，再采用如下改性方法将界面活性剂制备成稳定极微小气泡：
步骤1：将所有设备及管路连接、调试就位；
步骤2：打开并调节1号管道增压泵2、2号管道增压泵4，使界面活性剂与纯净水在混合仓5中配合成指定浓度的界面活性剂混合液；
步骤3：对指定浓度的界面活性剂混合液进行二次处理，形成微小气泡形式的界面活性剂；
步骤4：将二次处理后的微小气泡形式的界面活性剂通过4号管道增压泵10泵送至高压气体处理仓11；
步骤5：在高压气体处理仓11内采用高压气体对界面活性剂进行充分切割，使界面活性剂形成稳定极微小气泡；
步骤6：将以稳定极微小气泡形式的界面活性剂泵送至钻机12或其他前端设备进行降阻施工作业；
步骤7：界面活性剂改性结束，并对界面活性剂的性能进行分析、评价。
所述二次处理主要包括如下步骤：
步骤1：将混合仓5中配合成的指定浓度的界面活性剂混合液泵送至水平搅拌桶6中；
步骤2：在水平搅拌桶6中将界面活性剂混合液实现高速搅拌，形成大量气泡；
步骤3：采用3号管道增压泵7将以气泡形式的界面活性剂泵送至柱塞泵8；
步骤4：采用柱塞泵8对界面活性剂进行往复压缩，使界面活性剂形成致密气泡，并泵送至G型螺杆泵9；
步骤5：采用G型螺杆泵9对界面活性剂进行挤压、推进，形成微小气泡形式的界面活性剂；
所述水平搅拌桶6中叶片旋喷速度为500转/min。
优选地，将储料箱1、1号管道增压泵2连接，将水箱3、2号管道增压泵4连接，然后将1号管道增压泵2出口管线、2号管道增压泵4出口管线分别与混合仓5入口连接，使界面活性剂与纯净水在混合仓5中混合并配合成指定浓度的界面活性剂混合液。
优选地，将混合仓5、水平搅拌桶6、3号管道增压泵7、柱塞泵8、G型螺杆泵9、4号管道增压泵10、高压气处理仓11、钻机12或其他前端设备按顺序依次通过管线连接，所述管线与高压气处理仓11连接时，连接点为2号入口15。
优选地，将空气压缩机13与高压气处理仓11的1号入口14连接，高压气处理仓11底部设有液体排出管道，液体排出管道与高压气处理仓11的3号入口16连接，实现循环作业。
所述储料箱1内放置的界面活性剂和水箱3内放置纯净水为实现降阻的主体材料，其主要特征为：
（1）界面活性剂和纯净水的温度范围在25℃±5℃；
（2）储料箱1中界面活性剂为液体，其浓度为40%；
（3）界面活性剂与纯净水配合成的界面活性剂混合液浓度为2%。
所述界面活性剂通过1号管道增压泵2、3号管道增压泵7、4号管道增压泵10、柱塞泵8、G型螺杆泵9的流量范围为0-20m3/h，纯净水通过2号管道增压泵4的流量范围为0-20m3/h。
所述柱塞泵8、G型螺杆泵9的工作压力保持一致，为0.9MPa，所述空气压缩机13的工作压力为1MPa，并且高压气体以脉冲形式射出，脉冲频率为15Hz。
所述界面活性剂通过高压气处理仓11外部螺旋通道传输至高压气体处理仓11中部入口并进入仓体内，比重较小的界面活性剂在高压气体作用下经过高压气处理仓11内部螺旋通道呈螺旋式气流从上部出口输送至钻机12或其他前端设备进行降阻施工作业；比重较大的界面活性剂经过高压气处理仓11底部的液体排出管道排出至高压气处理仓11的3号入口16进行二次处理。
将制备好的界面活性剂气泡，取出100ml进行室内试验，将取出的100ml稳定微小的界面活性剂气泡放入容量为150ml的量筒内，放入保温箱，调整保温箱的温度为25℃，每隔30s记录量筒内界面的高度，当280s的时刻，量筒内界面高度为81ml，当界面达到75ml的刻度线处时，秒表记录的时间为311s。充分说明该种方法制备的界面活性剂泡沫的半衰期在6min以上，长于目前市场上一般界面活性剂的半衰期时间，能够确保持续降阻的效果。
实施例2：
在某施工场地进行试桩试验，试验桩采用本发明制备的界面活性剂进行降阻，设计规定成桩深度为13m，桩径为1m，采用水泥土搅拌法施工，其中，场地的土层为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
具体技术如下：
如图1~3所示，一种界面活性剂的改性方法，其特征在于，将界面活性剂和纯净水分别放置在储料箱1和水箱3中，再采用如下改性方法将界面活性剂制备成稳定极微小气泡：
步骤1：将所有设备及管路连接、调试就位；
步骤2：打开并调节1号管道增压泵2、2号管道增压泵4，使界面活性剂与纯净水在混合仓5中配合成指定浓度的界面活性剂混合液；
步骤3：对指定浓度的界面活性剂混合液进行二次处理，形成微小气泡形式的界面活性剂；
步骤4：将二次处理后的微小气泡形式的界面活性剂通过4号管道增压泵10泵送至高压气体处理仓11；
步骤5：在高压气体处理仓11内采用高压气体对界面活性剂进行充分切割，使界面活性剂形成稳定极微小气泡；
步骤6：将以稳定极微小气泡形式的界面活性剂泵送至钻机12或其他前端设备进行降阻施工作业；
步骤7：界面活性剂改性结束，并对界面活性剂的性能进行分析、评价。
所述二次处理主要包括如下步骤：
步骤1：将混合仓5中配合成的指定浓度的界面活性剂混合液泵送至水平搅拌桶6中；
步骤2：在水平搅拌桶6中将界面活性剂混合液实现高速搅拌，形成大量气泡；
步骤3：采用3号管道增压泵7将以气泡形式的界面活性剂泵送至柱塞泵8；
步骤4：采用柱塞泵8对界面活性剂进行往复压缩，使界面活性剂形成致密气泡，并泵送至G型螺杆泵9；
步骤5：采用G型螺杆泵9对界面活性剂进行挤压、推进，形成微小气泡形式的界面活性剂；
所述水平搅拌桶6中叶片旋喷速度为500转/min。
优选地，将储料箱1、1号管道增压泵2连接，将水箱3、2号管道增压泵4连接，然后将1号管道增压泵2出口管线、2号管道增压泵4出口管线分别与混合仓5入口连接，使界面活性剂与纯净水在混合仓5中混合并配合成指定浓度的界面活性剂混合液。
优选地，将混合仓5、水平搅拌桶6、3号管道增压泵7、柱塞泵8、G型螺杆泵9、4号管道增压泵10、高压气处理仓11、钻机12或其他前端设备按顺序依次通过管线连接，所述管线与高压气处理仓11连接时，连接点为2号入口15。
优选地，将空气压缩机13与高压气处理仓11的1号入口14连接，高压气处理仓11底部设有液体排出管道，液体排出管道与高压气处理仓11的3号入口16连接，实现循环作业。
所述储料箱1内放置的界面活性剂和水箱3内放置纯净水为实现降阻的主体材料，其主要特征为：
（1）界面活性剂和纯净水的温度范围在25℃±5℃；
（2）储料箱1中界面活性剂为液体，其浓度为40%；
（3）界面活性剂与纯净水配合成的界面活性剂混合液浓度为2%。
所述界面活性剂通过1号管道增压泵2、3号管道增压泵7、4号管道增压泵10、柱塞泵8、G型螺杆泵9的流量范围为0-20m3/h，纯净水通过2号管道增压泵4的流量范围为0-20m3/h。
所述柱塞泵8、G型螺杆泵9的工作压力保持一致，为0.9MPa，所述空气压缩机13的工作压力为1MPa，并且高压气体以脉冲形式射出，脉冲频率为15Hz。
所述界面活性剂通过高压气处理仓11外部螺旋通道传输至高压气体处理仓11中部入口并进入仓体内，比重较小的界面活性剂在高压气体作用下经过高压气处理仓11内部螺旋通道呈螺旋式气流从上部出口输送至钻机12或其他前端设备进行降阻施工作业；比重较大的界面活性剂经过高压气处理仓11底部的液体排出管道排出至高压气处理仓11的3号入口16进行二次处理。
通过试验可知，未喷射界面活性剂的水泥土搅拌桩施工时，在下钻过程中，扭矩传感器的最大值达到4653kN，而下钻过程中喷射界面活性剂，扭矩传感器最大值仅为948kN，可知搅拌阻力基本下降到原来的20%，降阻效果明显。
本发明界面活性剂的改性方法，有效降低了搅拌桩施工时的摩擦阻力，使得钻进过程中的下钻力增大，保证了水泥浆与土的混合均匀性。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种界面活性剂的改性方法，其特征在于，将界面活性剂和纯净水分别放置在储料箱和水箱中，再采用如下步骤将界面活性剂制备成稳定极微小气泡：
步骤1：将所有设备及管路连接、调试就位；
步骤2：打开并调节1号管道增压泵、2号管道增压泵，使界面活性剂与纯净水在混合仓中配合成指定浓度的界面活性剂混合液；
步骤3：对指定浓度的界面活性剂混合液进行二次处理，形成微小气泡形式的界面活性剂；
步骤4：将二次处理后的微小气泡形式的界面活性剂通过4号管道增压泵泵送至高压气体处理仓；
步骤5：在高压气体处理仓内采用高压气体对界面活性剂进行充分切割，使界面活性剂形成稳定极微小气泡；
步骤6：将以稳定极微小气泡形式的界面活性剂泵送至钻机或其他前端设备进行降阻施工作业；
步骤7：界面活性剂改性结束，并对界面活性剂的性能进行分析、评价；
所述界面活性剂通过高压气体处理仓外部螺旋通道传输至高压气体处理仓中部入口并进入仓体内，比重较小的界面活性剂在高压气体作用下经过高压气体处理仓内部螺旋通道呈螺旋式气流从上部出口输送至钻机或其他前端设备进行降阻施工作业；比重较大的界面活性剂经过高压气体处理仓底部的液体排出管道排出至高压气体处理仓的3号入口进行二次处理；
所述步骤1中，将混合仓、水平搅拌桶、3号管道增压泵、柱塞泵、G型螺杆泵、4号管道增压泵、高压气体处理仓、钻机或其他前端设备按顺序依次通过管线连接，所述管线与高压气体处理仓连接时，连接点为2号入口；
所述步骤1中，将空气压缩机与高压气体处理仓的1号入口连接，高压气体处理仓底部设有液体排出管道，液体排出管道与高压气体处理仓的3号入口连接，实现循环作业。
2.根据权利要求1所述的一种界面活性剂的改性方法，其特征在于，所述二次处理主要包括如下步骤：
步骤3-1：将混合仓中配合成的指定浓度的界面活性剂混合液泵送至水平搅拌桶中；
步骤3-2：在水平搅拌桶中将界面活性剂混合液实现高速搅拌，形成大量气泡；
步骤3-3：采用3号管道增压泵将以气泡形式的界面活性剂泵送至柱塞泵；
步骤3-4：采用柱塞泵对界面活性剂进行往复压缩，使界面活性剂形成致密气泡，并泵送至G型螺杆泵；
步骤3-5：采用G型螺杆泵对界面活性剂进行挤压、推进，形成微小气泡形式的界面活性剂；
所述水平搅拌桶中叶片旋喷速度范围为200-1000转/min。
3.根据权利要求1所述的一种界面活性剂的改性方法，其特征在于，所述步骤1中，将储料箱、1号管道增压泵连接，将水箱、2号管道增压泵连接，然后将1号管道增压泵出口管线、2号管道增压泵出口管线分别与混合仓入口连接，使界面活性剂与纯净水在混合仓中混合并配合成指定浓度的界面活性剂混合液。
4.根据权利要求1所述的一种界面活性剂的改性方法，其特征在于，所述储料箱内放置的界面活性剂和水箱内放置纯净水为实现降阻的主体材料，其主要特征为：
(1)界面活性剂和纯净水的温度范围在10℃-60℃；
(2)储料箱中界面活性剂为液体，其浓度范围为20％-80％；
(3)界面活性剂与纯净水配合成的界面活性剂混合液浓度范围为1％-10％。
5.根据权利要求1或2所述的一种界面活性剂的改性方法，其特征在于，所述界面活性剂通过1号管道增压泵、3号管道增压泵、4号管道增压泵、柱塞泵、G型螺杆泵的流量范围为0-20m3/h，纯净水通过2号管道增压泵的流量范围为0-20m3/h。
6.根据权利要求1或2所述的一种界面活性剂的改性方法，其特征在于，所述柱塞泵、G型螺杆泵的工作压力保持一致，其范围为0.8-1.0Mpa，所述空气压缩机的工作压力为0.2-2MPa，并且高压气体以脉冲形式射出，脉冲频率为0.5Hz-100Hz。
7.根据权利要求6所述的一种界面活性剂的改性方法，其特征在于，所述空气压缩机的工作压力、气体的脉冲频率随搅拌深度的变化而变化，其主要特征为：
(1)当搅拌深度在0-10m时，空气压缩机的工作压力范围为0.2-0.5MPa，脉冲频率为0.5-5Hz；
(2)当搅拌深度在10-30m时，空气压缩机的工作压力范围为0.5-1MPa，脉冲频率为5-20Hz；
(3)当搅拌深度在30-60m时，空气压缩机的工作压力范围为1-1.5MPa，脉冲频率为20-50Hz；
(4)当搅拌深度大于60m时，空气压缩机的工作压力范围为1.5-2MPa，脉冲频率为50-100Hz。
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CN88101149A (zh) * 1987-03-06 1988-09-14 安塞斯工业有限公司 生产多孔混凝土和其中所用之泡沫浓缩物的方法和装置
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CN104631446A (zh) * 2015-01-14 2015-05-20 中交天津港湾工程研究院有限公司 利用压缩空气泡沫提高深层水泥土搅拌桩质量的技术方法

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