CN111574971A - 一种用于钻孔灌注的组合物及其制备方法和护壁泥浆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于钻孔灌注的组合物及其制备方法和护壁泥浆，涉及护壁材料技术领域。一种用于钻孔灌注的组合物包括护壁剂聚丙烯酸钾、增粘剂聚丙烯酰胺、速溶剂氯化钠、沉淀剂聚合氯化铝和稳定剂氢氧化钠；其与水相溶后具有护壁效果好且可改善成桩质量的优点。一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法为：将组合物中的各原料物质在密闭空间内搅拌均匀，即可制得组合物；其具有制备步骤简单、易于实施、便于批量制造和生产的优点。一种护壁泥浆，包括组合物和在使用时与组合物混合的水；其具有护壁效果好且可改善成桩质量的优点。

Description

一种用于钻孔灌注的组合物及其制备方法和护壁泥浆
技术领域
本发明涉及护壁材料技术领域，更具体地说，它涉及一种用于钻孔灌注的组合物及其制备方法和护壁泥浆。
背景技术
目前，在桥梁基础工程中，钻孔灌注桩基础已占据了重要地位。随着钻孔桩向大直径、高深度的发展，泥浆护壁材料已成为钻孔桩成孔技术的主要研究课题之一。泥浆护壁材料除形成泥皮保护孔壁外，还具有增加孔内液体密度、清除钻头土体、冷却钻头和提高钻进速度等作用。泥浆护壁材料目前主要有水基泥浆(WBM)、油基泥浆(OBM)和合成基泥浆(SMB)三大类。水基泥浆是目前钻孔桩施工最常用的护壁材料，是一种以膨润土为主、添加不同化学处理剂的护壁材料。
现有技术中的一种膨润土护壁泥浆包括膨润土、羧甲基纤维素、碱和水，但是，因膨润土护壁泥浆自身的原理特性，在护壁过程中可能会产生以下影响：膨润土泥浆循环利用时易出现分层等情况，影响其护壁效果，易导致塌孔的事故；膨润土泥浆因其悬浮泥砂的特性，容易在桩底产生沉渣，增大了水下灌注砼的阻力，使砼的流动半径缩小，出现钢筋笼外露的情况，影响桩身质量。现有技术中的膨润土护壁泥浆的护壁效果差，成桩质量差，因此亟待需要一种可改善成桩质量且护壁效果好的物质。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种用于钻孔灌注的组合物，其与水混合后得到的黏稠物质能快速渗透到孔壁内形成护壁层、且该护壁层不易分层且强度较高、从而具有良好的护壁效果；该黏稠物质的含的砂率低、可降低灌注难度从而可提高成桩质量。
本发明的第二个目的在于提供一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法，其具有制备方法简单、易于实施、便于批量制造和生产的优点。
本发明的第三个目的在于提供一种护壁泥浆，其在灌桩成孔施工时可在孔壁上形成稳定的护壁层，该护壁层可渗透到孔壁内且不易分层，从而具有良好的护壁效果；其与传统的护壁泥浆相比添加量少、含砂率低、可降低灌注难度从而可提高成桩质量。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于钻孔灌注的组合物，所述组合物由包含以下重量的原料制成：护壁剂聚丙烯酸钾2～15份、增粘剂聚丙烯酰胺20～65份、速溶剂氯化钠1～17份、沉淀剂聚合氯化铝2～23份
和稳定剂氢氧化钠7～20份。
进一步，所述组合物由包含以下重量的原料制成：护壁剂聚丙烯酸钾5～10份、增粘剂聚丙烯酰胺30～60份、速溶剂氯化钠2～15份、沉淀剂聚合氯化铝5～20份和稳定剂氢氧化钠10～15份。
通过采用上述技术方案，本发明中，护壁剂聚丙烯酸钾、增粘剂聚丙烯酰胺、速溶剂氯化钠、沉淀剂聚合氯化铝和稳定剂氢氧化钠相互配合，即可制得一种用于钻孔灌注的组合物，该组合物的与水按一定比例混合后，得到很黏稠的组合物，该组合物可渗透到孔壁中去，在孔壁上形成护壁层--“泥皮”，在循环利用时不会轻易出现分层等情况，从而在一定程度上可阻止孔壁坍塌，护壁效果好。
使用该组合物时，比起传统的护壁泥浆(膨润土、羧甲基纤维素、碱和水)，组合物不使用膨润土，用组合物和水混合形成的护壁泥浆的比重小、含砂率低，有利于降低灌注难度，提高成桩质量。组合物和水混合形成的护壁泥浆用于钻孔灌注时的添加量小于传统护壁泥浆的添加量，而且形成的护壁层的强度更好。本发明中，组合物的使用方便，不占大量的存放场地，方便存储和搬运，且使用组合物与水混合搅拌均匀即可使用，对施工场地的要求比较简单，一定程度上可节约钻孔施工的成本。
本发明中，组合物的主要有效成分护壁剂聚丙烯酸钾和增粘剂聚丙烯酰胺相互配合，可得到黏稠的聚合物，该聚合物能快速渗透到孔壁内，在孔壁上形成一层网状物质，从而具有良好的护壁效果。稳定剂氢氧化钠的设置有利于护壁剂聚丙烯酸钾和增粘剂聚丙烯酰胺的相互配合，有利于增强组合物的粘稠性，从而有利于强化护壁效果。
本发明中，组合物中的护壁剂聚丙烯酸钾为粉末物质；增粘剂聚丙烯酰胺为白色粉末或者小颗粒物质；速溶剂氯化钠为无色立方结晶或细小结晶粉末；沉淀剂聚合氯化铝为固态物质；稳定剂氢氧化钠为白色半透明片状或颗粒物质。组合物的原料中含有颗粒物质，所以速溶剂氯化钠的添加有利于将颗粒物质溶解在水中，减少颗粒物质溶解的时间，从而有利于提高钻孔灌注成桩的效率。
钻孔时，土层破碎后，绝大部分的较大土块沉淀在底部，部分较小土块成悬浮状态，沉淀剂聚合氯化铝的设置有利于悬浮的土块快速沉淀，从而有利于被挖旋钻斗打捞出孔内，从而可较好的控制孔内的含砂率，降低灌注难度，提高成桩质量。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
将组合物中的各原料按设定的比例混合，在密闭的空间内搅拌均匀，即可制得组合物。
进一步地，制备组合物时，将组合物中的各原料按设定的比例放入密封式混合搅拌罐中，搅拌2min～15min,搅拌均匀，即可制得组合物。
通过采用上述技术方案，将组合物的各原料在密闭空间内搅拌均匀，即可制得组合物，组合物的制备工艺简单，制备所需时间较短，便于批量制造和生产。在密封式混合搅拌罐内进行搅拌，可减少外界因素对各原料物质的干扰，便于组合物的制备。
为实现上述第三个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种护壁泥浆中，包括组合物和在使用时与组合物混合的水，所述组合物与水按重量比为(0.2～1)：1的比例混合，搅拌均匀，即可得到护壁泥浆；进一步地，所述组合物与水的重量比为(0.25～0.7)：1。
通过采用上述技术方案，将组合物与水按照特定比例混合均匀，即可得到聚合物化学类护壁泥浆，将护壁泥浆装机进行钻孔灌注，在灌桩成孔施工时护壁泥浆可在孔壁上形成稳定的护壁层，该护壁层可渗透到孔壁内且不易分层，从而具有良好的护壁效果。本发明的护壁泥浆与传统的护壁泥浆相比，含砂率低、可降低灌注难度从而可提高成桩质量。本发明混合时使用的水优选为干净的清水，有利于溶解组合物，一定程度成也能改善护壁泥浆的护壁效果。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
一、本发明中，采用新型聚合物化学类护壁泥浆，其具有高粘性和较强的渗透性，在孔壁上能形成强度较高的护壁层，从而可增强护壁能力、减少钻孔坍塌；
二、使用本发明制得的聚合物化学类护壁泥浆时，比起传统的膨润土护壁泥浆，物料的添加量少，其循环使用的过程中含砂率低，从而使得孔内钻屑可以快速沉淀，易于被旋挖钻斗打捞出孔内，所以可较好的控制孔内含砂率，降低灌注难度，提高成桩质量。
具体实施方式
实施例
实施例1
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将2kg护壁剂聚丙烯酸钾、20kg增粘剂聚丙烯酰胺、8kg速溶剂氯化钠、13kg沉淀剂聚合氯化铝和13kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌8min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例2
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将15kg护壁剂聚丙烯酸钾、65kg增粘剂聚丙烯酰胺、8kg速溶剂氯化钠、13kg沉淀剂聚合氯化铝和13kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌8min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例3
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将8kg护壁剂聚丙烯酸钾、45kg增粘剂聚丙烯酰胺、8kg速溶剂氯化钠、13kg沉淀剂聚合氯化铝和13kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌8min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例4
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将10kg护壁剂聚丙烯酸钾、30kg增粘剂聚丙烯酰胺、8kg速溶剂氯化钠、13kg沉淀剂聚合氯化铝和13kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌8min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例5
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将5kg护壁剂聚丙烯酸钾、60kg增粘剂聚丙烯酰胺、8kg速溶剂氯化钠、13kg沉淀剂聚合氯化铝和13kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌8min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例6
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将8kg护壁剂聚丙烯酸钾、45kg增粘剂聚丙烯酰胺、8kg速溶剂氯化钠、8kg沉淀剂聚合氯化铝和7kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌8min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例7
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将8kg护壁剂聚丙烯酸钾、45kg增粘剂聚丙烯酰胺、8kg速溶剂氯化钠、8kg沉淀剂聚合氯化铝和20kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌8min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例8
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将8kg护壁剂聚丙烯酸钾、45kg增粘剂聚丙烯酰胺、8kg速溶剂氯化钠、8kg沉淀剂聚合氯化铝和10kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌8min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例9
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将8kg护壁剂聚丙烯酸钾、45kg增粘剂聚丙烯酰胺、8kg速溶剂氯化钠、8kg沉淀剂聚合氯化铝和15kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌8min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例10
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将8kg护壁剂聚丙烯酸钾、45kg增粘剂聚丙烯酰胺、1kg速溶剂氯化钠、13kg沉淀剂聚合氯化铝和13kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌8min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例11
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将8kg护壁剂聚丙烯酸钾、45kg增粘剂聚丙烯酰胺、17kg速溶剂氯化钠、13kg沉淀剂聚合氯化铝和13kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌8min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例12
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将8kg护壁剂聚丙烯酸钾、45kg增粘剂聚丙烯酰胺、2kg速溶剂氯化钠、13kg沉淀剂聚合氯化铝和13kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌8min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例13
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将8kg护壁剂聚丙烯酸钾、45kg增粘剂聚丙烯酰胺、15kg速溶剂氯化钠、13kg沉淀剂聚合氯化铝和13kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌8min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例14
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将8kg护壁剂聚丙烯酸钾、45kg增粘剂聚丙烯酰胺、15kg速溶剂氯化钠、2kg沉淀剂聚合氯化铝和13kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌2min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例15
一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法包括如下步骤：
将8kg护壁剂聚丙烯酸钾、45kg增粘剂聚丙烯酰胺、15kg速溶剂氯化钠、23kg沉淀剂聚合氯化铝和13kg稳定剂氢氧化钠加入密封式混合搅拌罐中搅拌15min,搅拌均匀，即可制得组合物。
实施例16
一种护壁泥浆的制备包括如下步骤：
将组合物(实施例3中)与435kg水混合，搅拌均匀，即可制得护壁泥浆。
实施例17
一种护壁泥浆的制备包括如下步骤：
将组合物(实施例3中)与348kg水混合，搅拌均匀，即可制得护壁泥浆。
实施例18
一种护壁泥浆的制备包括如下步骤：
将组合物(实施例3中)与174kg水混合，搅拌均匀，即可制得护壁泥浆。
实施例19
一种护壁泥浆的制备包括如下步骤：
将组合物(实施例3中)与124kg水混合，搅拌均匀，即可制得护壁泥浆。
实施例20
一种护壁泥浆的制备包括如下步骤：
将组合物(实施例3中)与87kg水混合，搅拌均匀，即可制得护壁泥浆。
对比例对比例1
对比例1与实施3的区别在于对比例1中不加入护壁剂聚丙烯酸钾，其它均与实施例3保持一致。
对比例2
对比例2与实施3的区别在于对比例2中不加入增粘剂聚丙烯酰胺，其它均与实施例3保持一致。
对比例3
对比例3与实施3的区别在于对比例3中不加入稳定剂氢氧化钠，其它均与实施例3保持一致。
对比例4
对比例8中采用现有技术中的膨润土护壁泥浆，其中膨润土为20kg、羧甲基纤维素为2kg、氢氧化钠为8kg和水为970kg。
性能检测试验
将实施例1～15和对比例1～3中的组合物的各样品与水以重量比为0.5:1的比例混合，搅拌均匀，制得护壁泥浆；
取实施例16～20和对比例4的护壁泥浆；
在相同的工况和使用条件下，检测各实施例和对比例的护壁泥浆的性能，检测结果如下表1所示。
表1护壁泥浆的性能
Figure BDA0002476564870000071
从表1可以看出，使用本发明制得的聚合物化学类的组合物作为护壁泥浆，其具有高粘性和较强的渗透性，在孔壁上能形成强度较高的护壁层，从而可增强护壁能力、减少钻孔坍塌；使用本发明制得的聚合物化学类护壁泥浆时，比起传统的膨润土护壁泥浆，物料的添加量少，其循环使用的过程中含砂率低，从而使得孔内钻屑可以快速沉淀，易于被旋挖钻斗打捞出孔内，所以可较好的控制孔内含砂率，降低灌注难度，提高成桩质量。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种用于钻孔灌注的组合物，其特征在于：所述组合物由包含以下重量的原料制成：
护壁剂聚丙烯酸钾2～15份、增粘剂聚丙烯酰胺20～65份、速溶剂氯化钠1～17份、沉淀剂聚合氯化铝2～23份和稳定剂氢氧化钠7～20份。
2.根据权利要求1所述的一种用于钻孔灌注的组合物，其特征在于：所述组合物由包含以下重量的原料制成：
护壁剂聚丙烯酸钾5～10份、增粘剂聚丙烯酰胺30～60份、速溶剂氯化钠2～15份、沉淀剂聚合氯化铝5～20份和稳定剂氢氧化钠10～15份。
3.一种用于钻孔灌注的组合物的制备方法，其特征在于：将权利要求1～2任一项所述的组合物中的各原料按设定的比例混合，在密闭的空间内搅拌均匀，即可制得组合物。
4.一种护壁泥浆，其特征在于：包括权利要求1～3任一项所述的组合物和在使用时与组合物混合的水，所述组合物与水按重量比为（0.2～1）：1的比例混合，搅拌均匀，即可得到护壁泥浆。
5.根据权利要求4所述的一种护壁泥浆，其特征在于：所述组合物与清水的重量比为（0.25～0.7）：1。
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