CN111718699A - 钙质胶结地质区钻孔成桩护壁泥浆及其制备方法 - Google Patents

钙质胶结地质区钻孔成桩护壁泥浆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

钙质胶结地质区钻孔成桩护壁泥浆及其制备方法，该泥浆由以下质量份的组分制备而成：水100份、膨润土8‑11份、碳酸钠0.05‑0.2份、聚丙烯酰胺0.001‑0.004份、羧甲基羟丙基纤维素（羧甲基纤维素）0.01‑0.04份、重晶石粉8‑11份。设计出16组正交实验配比方案进行试验，根据钙质胶结地质区工程地质特点，获得泥浆最优配比方案；水100份、膨润土9份、碳酸钠0.05份、聚丙烯酰胺0.004份、羧甲基羟丙基纤维素0.02份、重晶石粉10份。本申请优化配比后的泥浆具有比重低、粘度好、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高等特点适合钙质胶结地质区土颗粒多孔隙、形状不规则、低强度、易破碎及颗粒易胶结的特征，避免钻孔成桩施工易产生的坍孔现象。

Description

钙质胶结地质区钻孔成桩护壁泥浆及其制备方法
技术领域：
本发明属于建筑材料领域，涉及钻孔成桩护壁泥浆材料。
背景技术：
据目前中国科学院武汉岩土力学研究所以及中国科学院力学研究所的研究成果，我们可以了解到钙质胶结地质具有以下特点：钙质胶结地质土表现着不同于常规胶结土或结构性土的岩土工程特性，经研究发现其多为生物碎屑沉积，富含大量的碳酸钙及其难容的碳酸盐类物质，胶结作用是沉积物形成岩、土过程中的一种物理、化学变化，土颗粒具有多孔隙、形状不规则、低强度、易破碎及颗粒易胶结的特征，在钙质胶结地质下进行钻孔成桩施工易产生坍孔现象。
钻孔灌注桩施工由于适用于各类地质条件，施工简单易操作，有助于提高地基稳定性等特点，因此在桩基础工程当中得以广泛的应用。大量工程实例表明，钻孔时为防止坍孔，确保钻孔灌注桩孔壁的稳定性，在砂土中应注入制备的泥浆钻进，合理的应用泥浆护壁技术，既能保证钻孔灌注桩的承载力和成孔质量，也能大幅提升施工效率，增加施工的安全系数。
钻孔成桩泥浆护壁，是将配置好的优质泥浆灌注到钻孔完成的灌注桩孔洞内部，在灌注工作完成后，泥浆则会在钻孔桩内部形成泥皮，这层泥皮透水性低，而且泥皮会对整个孔壁产生一定的静水压力，以此能够对孔壁内部产生较强的侧向土压力和水压力，保持整个灌注桩孔洞孔壁稳定，不会在后期出现坍孔的现象。此外，泥浆还具有排渣作用，拥有较高粘稠性和包裹性的泥浆，利用泥浆循环排出钻屑下的土屑，钻至要求的深度后清孔以排出沉在孔低的土屑，减少桩的沉降量。
我国钻孔成桩泥浆护壁技术已相对成熟，但针对不同地质和现场状况，应制备不同的泥浆应用到不同地质条件下钻孔灌注桩施工当中，以保证钻孔桩的成孔质量，所以要不断提高我国不同地质条件下所适用泥浆的研究。
发明内容：
发明目的：
本发明在于提供一种钙质胶结地质区钻孔成桩护壁泥浆制备方法，其目的是解决在钙质胶结地质下进行钻孔施工所存在的问题。
技术方案：
钙质胶结地质区钻孔成桩护壁泥浆，该泥浆由以下质量份的组分制备而成：水100份、膨润土8-11份、碳酸钠0.05-0.2份、聚丙烯酰胺0.001-0.004份、羧甲基羟丙基纤维素(羧甲基纤维素)0.01-0.04份、重晶石粉8-11份。设计出16组正交实验配比方案进行试验，根据钙质胶结地质区工程地质特点，获得泥浆最优配比方案；
水100份、膨润土9份、碳酸钠0.05份、聚丙烯酰胺0.004份、羧甲基羟丙基纤维素0.02份、重晶石粉10份。
制备上述的钙质胶结地区钻孔成桩护壁泥浆的方法：
步骤一、按试验方案分别取水、钠基膨润土、碳酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基羟丙基纤维素、重晶石粉按比例称量放置于阴凉通风处；
步骤二、将水加热到50℃～60°，然后将称量好的钠基膨润土、重晶石粉倒入70％-80％质量份的水中(水总量的70％-80％)，边加入边使用搅动棒手动均匀搅拌，加入后再使用搅拌机搅拌30分钟(使颗粒充分发散，水化，搅拌至均匀溶液无沉淀)，得到混合泥浆溶液记为：混合溶液A；
步骤三、将称量后的碳酸钠、甲基羟丙基纤维素、聚丙烯酰胺依次加入剩余水中，边加入边使用搅动棒手动均匀搅拌，加入后再使用搅拌机搅拌30分钟(使颗粒充分发散，水化，搅拌至均匀溶液无沉淀。)，得到混合泥浆溶液，记为：混合溶液B；
步骤四、将混合溶液A、混合溶液B混合倒入泥浆搅拌器中，将泥浆搅拌机搅拌速率调为为30r/min-50r/min搅拌40分～1小时，使混合溶液搅拌均匀；搅拌之后得到的混合溶液，记为：混合溶液C。
步骤五、将混合溶液C在室温(25℃±5℃)条件下静置18-24小时，得到所需泥浆。
步骤五之后进入步骤六：使用相应测量仪器对泥浆的比重、粘度、滤失量、酸碱值、滤失量、泥皮厚度分别进行测量并记录测量数据。
上述材料中的膨润土为产地四川仁寿的钠基膨润土，其特征较于钙基膨润土虽然吸水速度慢，但有吸水率和膨胀倍数大、阳离子交换量高、在水介质中分散性好、胶质价高的优点，它的胶体悬浮液触变性、粘度、润滑性好，PH值高；有较高的可塑性和较强的粘结性；碳酸钠，其特征在于调剂泥浆溶液的酸碱度，调节PH值至8-10呈弱碱性，从而增加水化膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水量；聚丙烯酰胺，其特征在于增加泥浆粘度，提高泥浆的携渣能力；羧甲基羟丙基纤维素，其特征在于使泥浆有较好的增稠性、保水性、薄膜成型性，防护壁剥落；重晶石粉，其特征在于增加泥浆的比重，影响钻孔进度，增加泥浆的护壁效果。
优点效果：
本文发明具有以下优点：
1、流动性强，粘度好，有较高的可塑性和较强的粘结性，有润滑的作用，减小钻进阻力，同时有较好的冷却的作用，能有效降低钻具的温度。
2、所选材料为大量生产的市售产品，材料成本低廉，原材料易得。
3、泥浆制备是钻孔成桩泥浆护壁施工最重要的一环，相对于其他优质的钻孔成桩护壁泥浆，本发明的制备更适宜施工单位在钙质胶结地质下进行钻孔成桩施工，孔壁稳定性更强，安全系数更高。
综上，本申请优化配比后的泥浆具有比重低、粘度好、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高等特点适合钙质胶结地质区土颗粒多孔隙、形状不规则、低强度、易破碎及颗粒易胶结的特征，避免钻孔成桩施工易产生的坍孔现象。
具体实施方式：
以下结合试验对本发明的技术方案做进一步描述。所有泥浆搅拌步骤均采用泥浆搅拌机，泥浆粘度测量均采用漏斗粘度计(NC1006)，泥浆视粘度测量均采用六速旋转粘度计(ZNND6B)，泥浆比重测量均采用直读式电子密度计(MH-300G)，泥浆滤失量与泥皮厚度均分别采用中压失水仪(ZNS-2)与游标卡尺，泥浆PH测量均采用PH试纸。
试验例1，泥浆原料及其质量组分：水100份、膨润土8份、碳酸钠0.05-0.2份、聚丙烯酰胺0.001-0.004份、羧甲基羟丙基纤维素0.01-0.04份、重晶石粉8-11份。
步骤一、按试验方案分别取水、钠基膨润土、碳酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基羟丙基纤维素、重晶石粉按比例称量放置于阴凉通风处；
步骤二、将水加热到50℃，然后将称量好的钠基膨润土、重晶石粉倒入70％-80％质量份的水中，边加入边使用搅动棒手动均匀搅拌，加入后再使用搅拌机搅拌30分钟，得到混合泥浆溶液A；
步骤三、将称量后的碳酸钠、甲基羟丙基纤维素、聚丙烯酰胺依次加入剩余水中，边加入边使用搅动棒手动均匀搅拌，加入后再使用搅拌机搅拌30分钟，得到混合泥浆溶液B；
步骤四、将混合溶液A、混合溶液B混合倒入泥浆搅拌器中，将泥浆搅拌机搅拌速率调为30r/min-50r/min搅拌1小时，使混合溶液搅拌均匀。搅拌之后得到的混合溶液C；
步骤五、将混合溶液C在室温条件下静置18-24小时，得到的本专利所需研究的泥浆；
步骤六、使用各测量仪器对泥浆的比重、粘度、滤失量、酸碱值、滤失量、泥皮厚度分别进行测量并记录测量数据，得出下表：
Figure BDA0002491615320000061
上表中的四组质量分(横向一行为一组)实验过程中依次对应步骤二中的水的质量分分别为70％、75％、75％和80％。
优化配比后的泥浆具有比重低、粘度好、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高等特点适合钙质胶结地质区土颗粒多孔隙、形状不规则、低强度、易破碎及颗粒易胶结的特征，避免钻孔成桩施工易产生的坍孔现象
试验例2:
泥浆原料及其质量组分：水100份、膨润土9份、碳酸钠0.05-0.2份、聚丙烯酰胺0.001-0.004份、羧甲基羟丙基纤维素0.01-0.04份、重晶石粉8-11份。
步骤一、按试验方案分别取水、钠基膨润土、碳酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基羟丙基纤维素、重晶石粉按比例称量放置于阴凉通风处；
步骤二、将水加热到50℃，然后将称量好的钠基膨润土、重晶石粉倒入70％-80％质量份的水中，边加入边使用搅动棒手动均匀搅拌，加入后再使用搅拌机搅拌30分钟，得到混合泥浆溶液A；
步骤三、将称量后的碳酸钠、甲基羟丙基纤维素、聚丙烯酰胺依次加入剩余水中，边加入边使用搅动棒手动均匀搅拌，加入后再使用搅拌机搅拌30分钟，得到混合泥浆溶液B；
步骤四、将混合溶液A、混合溶液B混合倒入泥浆搅拌器中，将泥浆搅拌机搅拌速率调为为30r/min-50r/min搅拌1小时，使混合溶液搅拌均匀。搅拌之后得到的混合溶液C；
步骤五、将混合溶液C在室温条件下静置18-24小时，得到的本专利所需研究的泥浆；
步骤六、使用各测量仪器对泥浆的比重、粘度、滤失量、酸碱值、滤失量、泥皮厚度分别进行测量并记录测量数据，得出下表：
Figure BDA0002491615320000071
Figure BDA0002491615320000081
上表中的四组质量分(横向一行为一组)实验过程中依次对应步骤二中的水的质量分分别为70％、75％、75％和80％。
优化配比后的泥浆具有比重低、粘度好、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高等特点适合钙质胶结地质区土颗粒多孔隙、形状不规则、低强度、易破碎及颗粒易胶结的特征，避免钻孔成桩施工易产生的坍孔现象。
试验例3：
泥浆原料及其质量组分：水100份、膨润土10份、碳酸钠0.05-0.2份、聚丙烯酰胺0.001-0.004份、羧甲基羟丙基纤维素0.01-0.04份、重晶石粉8-11份。
步骤一、按试验方案分别取水、钠基膨润土、碳酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基羟丙基纤维素、重晶石粉按比例称量放置于阴凉通风处；
步骤二、将水加热到50℃，然后将称量好的钠基膨润土、重晶石粉倒入70％-80％质量份的水中，边加入边使用搅动棒手动均匀搅拌，加入后再使用搅拌机搅拌30分钟，得到混合泥浆溶液A；
步骤三、将称量后的碳酸钠、甲基羟丙基纤维素、聚丙烯酰胺依次加入剩余水中，边加入边使用搅动棒手动均匀搅拌，加入后再使用搅拌机搅拌30分钟，得到混合泥浆溶液B；
步骤四、将混合溶液A、混合溶液B混合倒入泥浆搅拌器中，将泥浆搅拌机搅拌速率调为为30r/min-50r/min搅拌1小时，使混合溶液搅拌均匀。搅拌之后得到的混合溶液C；
步骤五、将混合溶液C在室温条件下静置18-24小时，得到的本专利所需研究的泥浆；
步骤六、使用各测量仪器对泥浆的比重、粘度、滤失量、酸碱值、滤失量、泥皮厚度分别进行测量并记录测量数据，得出下表：
Figure BDA0002491615320000091
上表中的四组质量分(横向一行为一组)实验过程中依次对应步骤二中的水的质量分分别为70％、75％、75％和80％。
优化配比后的泥浆具有比重低、粘度好、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高等特点适合钙质胶结地质区土颗粒多孔隙、形状不规则、低强度、易破碎及颗粒易胶结的特征，避免钻孔成桩施工易产生的坍孔现象。
试验例4：
泥浆原料及其质量组分：水100份、膨润土11份、碳酸钠0.05-0.2份、聚丙烯酰胺0.001-0.004份、羧甲基羟丙基纤维素0.01-0.04份、重晶石粉8-11份。
步骤一、按试验方案分别取水、钠基膨润土、碳酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基羟丙基纤维素、重晶石粉按比例称量放置于阴凉通风处；
步骤二、将水加热到50℃，然后将称量好的钠基膨润土、重晶石粉倒入70％-80％质量份的水中，边加入边使用搅动棒手动均匀搅拌，加入后再使用搅拌机搅拌30分钟，得到混合泥浆溶液A；
步骤三、将称量后的碳酸钠、甲基羟丙基纤维素、聚丙烯酰胺依次加入剩余水中，边加入边使用搅动棒手动均匀搅拌，加入后再使用搅拌机搅拌30分钟，得到混合泥浆溶液B；
步骤四、将混合溶液A、混合溶液B混合倒入泥浆搅拌器中，将泥浆搅拌机搅拌速率调为为30r/min-50r/min搅拌1小时，使混合溶液搅拌均匀。搅拌之后得到的混合溶液C；
步骤五、将混合溶液C在室温条件下静置18-24小时，得到的本专利所需研究的泥浆；
步骤六、使用各测量仪器对泥浆的比重、粘度、滤失量、酸碱值、滤失量、泥皮厚度分别进行测量并记录测量数据，得出下表：
Figure BDA0002491615320000101
Figure BDA0002491615320000111
上表中的四组质量分(横向一行为一组)实验过程中依次对应步骤二中的水的质量分分别为70％、75％、75％和80％。
本发明针对钙质胶结地质做特殊性研究，针对此地质的特性做模拟试验。针对钙质胶结地质做适用于这种地质的泥浆，以用来推广到钙质胶结地区钻孔成桩技术的应用上。本专利相对于普遍的泥浆配比具有更加良好的保护孔壁、排渣、清孔、冷却钻具、润滑的能力，并且节省了成本，使钻孔成桩技术在钙质胶结地区能够得到更加广泛的应用。
试验例5：
泥浆原料及其质量组分：水100份、膨润土10份、碳酸钠0.05-0.2份、聚丙烯酰胺0.001-0.004份、羧甲基羟丙基纤维素0.01-0.04份、重晶石粉8-11份。
步骤一、按试验方案分别取水、钠基膨润土、碳酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基羟丙基纤维素、重晶石粉按比例称量放置于阴凉通风处；
步骤二、将水加热到60℃，然后将称量好的钠基膨润土、重晶石粉倒入80％质量份的水中，边加入边使用搅动棒手动均匀搅拌，加入后再使用搅拌机搅拌30分钟，得到混合泥浆溶液A；
步骤三、将称量后的碳酸钠、甲基羟丙基纤维素、聚丙烯酰胺依次加入剩余水中，边加入边使用搅动棒手动均匀搅拌，加入后再使用搅拌机搅拌30分钟，得到混合泥浆溶液B；
步骤四、将混合溶液A、混合溶液B混合倒入泥浆搅拌器中，将泥浆搅拌机搅拌速率调为为30r/min搅拌40分钟，使混合溶液搅拌均匀。搅拌之后得到的混合溶液C；
步骤五、将混合溶液C在室温条件下静置24小时，得到的本专利所需研究的泥浆；
步骤六、使用各测量仪器对泥浆的比重、粘度、滤失量、酸碱值、滤失量、泥皮厚度分别进行测量并记录测量数据，得出下表：
Figure BDA0002491615320000121
Figure BDA0002491615320000131
优化配比后的泥浆具有比重低、粘度好、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高等特点适合钙质胶结地质区土颗粒多孔隙、形状不规则、低强度、易破碎及颗粒易胶结的特征，避免钻孔成桩施工易产生的坍孔现象。

Claims (3)

1.钙质胶结地质区钻孔成桩护壁泥浆，其特征在于：该泥浆由以下质量份的组分制备而成：水100份、膨润土8-11份、碳酸钠0.05-0.2份、聚丙烯酰胺0.001-0.004份、羧甲基羟丙基纤维素0.01-0.04份、重晶石粉8-11份。
2.根据权利要求1所述的钙质胶结地质区钻孔成桩护壁泥浆，其特征在于水100份、膨润土9份、碳酸钠0.05份、聚丙烯酰胺0.004份、羧甲基羟丙基纤维素0.02份、重晶石粉10份。
3.制备权利要求1所述的钙质胶结地区钻孔成桩护壁泥浆的方法，其特征在于：
步骤一、按试验方案分别取水、钠基膨润土、碳酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基羟丙基纤维素、重晶石粉按比例称量放置于阴凉通风处；
步骤二、将水加热到50℃～60°，然后将称量好的钠基膨润土、重晶石粉倒入70％-80％质量份的水中，边加入边使用搅动棒手动均匀搅拌，加入后再使用搅拌机搅拌30分钟，得到混合泥浆溶液记为：混合溶液A；
步骤三、将称量后的碳酸钠、甲基羟丙基纤维素、聚丙烯酰胺加入剩余水中，边加入边使用搅动棒手动均匀搅拌，加入后再使用搅拌机搅拌30分钟，得到混合泥浆溶液，记为：混合溶液B；
步骤四、将混合溶液A、混合溶液B混合倒入泥浆搅拌器中，将泥浆搅拌机搅拌速率调为为30r/min-50r/min搅拌40分～1小时，使混合溶液搅拌均匀；搅拌之后得到的混合溶液，记为：混合溶液C。
步骤五、将混合溶液C在室温条件下静置18-24小时，得到所需泥浆。
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