[发明专利]一种地下工程水玻璃类防塌孔固壁型泥浆及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及地下岩土工程施工领域，具体涉及一种地下工程水玻璃类防塌孔固壁型泥浆及其制备方法。

背景技术

近年来，随着科技进步和经济发展，我国城市高层建筑、地下空间工程蓬勃发展，致使钻孔工程应用非常普遍，特别是大直径钻孔灌注桩工程(桩径φ400～2000mm，桩长几十米到数百米不等)使用量每年达数十亿根。在桩基工程及各类地下工程钻孔(或挖槽)施工中，经常遇到软弱、风化、松散、破碎、节理裂隙发育、遇水膨胀(水敏性)等复杂岩土地层，该类岩土层孔壁极不稳定，容易发生坍塌、漏失、掉块、卡钻、埋钻等钻孔事故。如何确保复杂地层孔壁的稳定性是需要解决的主要技术难题之一。实践证明，选用防塌孔固壁性能好的泥浆材料是确保复杂地层孔壁稳定性、提高钻孔工程质量、提高生产效率、降低生产成本的最有效途径。

目前，现有地下工程钻孔护壁泥浆主要是细分散泥浆、不分散聚丙烯酰胺泥浆、水玻璃类无固相泥浆。1)细分散泥浆组分主要有膨润土、纯碱、钠羧甲基纤维素(Na-CMC)。钠羧甲基纤维素在细分散泥浆组分中起防塌作用，但防塌效果差。细分散泥浆固相汗量高，粘土高度分散，泥浆粘度大，泥皮厚而疏松，失水量大，护壁性能差，钻渣土又严重分散在泥浆中，进一步增大了泥浆比重，造成泵送阻力及功率消耗大，泥浆在地面净化困难，泥浆重复使用效率低。2)不分散聚丙烯酰胺泥浆组分主要有膨润土、纯碱、部分水解聚丙烯酰胺(PHP)、水解聚丙烯晴(HPAN)或钠羧甲基纤维素(Na-CMC)。水解聚丙烯晴(HPAN)或钠羧甲基纤维素(Na-CMC)起防塌作用，但对砂性土地层防塌效果不是很好。不分散聚丙烯酰胺泥浆防塌孔固壁性能比细分散泥浆有所增强，但泥浆成本较高。3)水玻璃类无固相泥浆组分主要有水玻璃、部分水解聚丙烯酰胺。该类泥浆中不加入膨润土，水玻璃起到防塌作用，但因在孔壁泥皮形成慢且泥皮过薄，防塌效果较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、无环境污染、固相含量低、且防塌孔固壁能力强的地下工程钻孔护壁用水玻璃类防塌孔固壁型泥浆及其制备方法。实现本发明目的的技术方案如下：

地下工程水玻璃类防塌孔固壁型泥浆具有下述重量份的组分：黏土10份～20份、纯碱2份～4份、絮凝剂0.5份～1.5份、连接剂0.1份～0.3份、水玻璃防塌剂8份～24份、水951.2份～979.4份。其中的纯碱组分分两次加入：黏土预浸泡碱化处理时加入1份～2份(占纯碱总用量的1/2左右)，余量的纯碱(占纯碱总用量的1/2左右)在絮凝剂常温下预溶解时加入。

所述地下工程水玻璃类防塌孔固壁型泥浆的黏土为造浆用的膨润土，含有65％～90％的蒙脱石；絮凝剂为部分水解聚丙烯酰胺，其分子量500万～3000万，水解度27％～33％；连接剂为无水硫酸铝；防塌剂为水玻璃(xNa₂O.nSiO₂)，其模数2.6～3.3，比重1.3～1.4。

本发明的另一目的在于提供上述地下工程水玻璃类防塌孔固壁型泥浆的制备方法按以下步骤实施：

①按配制1m³泥浆材料计算，量取纯碱1kg～2kg(占纯碱总加量的1/2左右)，放入一定量水中常温下进行溶解；然后量取黏土10kg～20kg加入纯碱溶液中，搅拌均匀后得到经过碱化的黏土浆液(黏土浓度不超过50％)，静置浸泡12h以上待用。

②按配制1m³泥浆材料计算，量取纯碱1kg～2kg(占纯碱总加量的1/2左右)，放入一定量水中常温下进行溶解；然后量取絮凝剂0.5kg～1.5kg加入纯碱溶液中，搅拌均匀后得到絮凝剂溶液(溶解浓度不超过5％)，静置6h待用。

③按配制1m³泥浆材料计算，量取连接剂0.1kg～0.3kg,溶解于常温下的水中，搅拌均匀后得到连接剂溶液(溶解浓度不超过20％)，静置5min待用。

④按配制1m³泥浆材料计算，量取防塌剂8kg～24kg，加适量水(加水量为防塌剂量的1～2倍)进行稀释。

⑤按配制1m³泥浆材料计算，将步骤①碱化后的黏土浆液倒入装有余量水(总用水量为951.2kg～979.4kg)的容器中，搅拌均匀后，向容器中加入步骤②配置的絮凝剂溶液，继续搅拌至均匀，加入步骤③配置的连接剂溶液，搅拌均匀后，加入步骤④的防塌剂溶液，继续搅拌均匀后即得到所要求的地下工程水玻璃类防塌孔固壁型泥浆。