[发明专利]淤泥质粘土中长水平冻结钻孔用低比重高性能护壁泥浆材料及制备方法

权利要求书

1.一种用于淤泥质粘土中长水平冻结钻孔用低比重高性能护壁泥浆材料，其特征在于，由基础组分和外掺组分组成，泥浆材料的优选控制指标为：泥浆的失水量＜10mL，泥浆比重为1.03～1.05，泥浆粘度25s～40s；所述基础组分为钠基膨润土和水形成的膨润土浆液，以水为参照，钠基膨润土的掺加量为水的质量的2％～5％，向膨润土浆液加入纯碱使得膨润土浆液的pH值为9.0～10.0；所述外掺组分由聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素组成，所述聚丙烯酰胺的加入量为水质量的0.15‰～0.25‰，所述羧甲基纤维素的加入量为水质量的0.3‰～0.5‰。

2.如权利要求1所述的一种用于淤泥质粘土中长水平冻结钻孔用低比重高性能护壁泥浆材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)确定控制指标：从试验研究的角度分析，形成适用于长水平冻结钻孔高效护壁泥饼的测试指标，把失水量控制值作为主要控制指标，泥浆比重和泥浆粘度作为次要控制指标；

(2)基础配方筛选：在基础组分的基础上，从外掺组分的分子结构出发，筛选合适的外掺组分；钠基膨润土的主要成分是蒙脱石，具有片层结构，羧甲基纤维素和聚丙烯酰胺都是线性水溶高分子，在溶于水的情况下，可与钠基膨润土混合；然后进行初步筛选，确定外掺组分的种类；

(3)试验检测：采用泥浆的粘度指标作为基础组分掺量和外掺组分掺量的控制指标；

(4)正交试验：根据步骤(3)中确定的基础组分掺量和外掺组分掺量，设计正交试验方案，进行正交试验；

(5)试验检验：利用自制试验平台，进行长水平冻结孔穿越障碍物试验，测定泥浆护壁效果；做钠基膨润土、聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素三个因素，三个水平的正交试验组数为9组；

所述自制试验平台由14节平台单元连接组成；每节所述平台单元长度为3m、高为1.5m、宽为1.5m，每节所述平台单元均由底板、左侧板和右侧板组成，所述底板、所述左侧板和所述右侧板均为5mm厚钢板，所述左侧板和所述右侧板的底部边沿与所述底板焊接，相邻所述平台单元的连接处左右两侧分别固定安装有左侧槽钢和右侧槽钢，所述左侧槽钢和所述右侧槽钢分别通过螺栓固定在所述平台单元上，并且所述左侧槽钢与所述右侧槽钢之间通过钢筋固定连接；所述自制试验平台的两端浇注混凝土进行端头封堵；

所述长水平冻结孔穿越障碍物试验步骤如下：

A、在自制试验平台内预置障碍物，然后再装入淤泥质粘土并进行夯实，每层0.5m厚、分三层进行夯实形成模拟实验地层：第一层夯实后形成第一夯实层，对第一夯实层浸水，使得第一夯实层含水率与待施工地层相同；然后再装入淤泥质粘土，进行第二层夯实，第二层夯实后形成第二夯实层，对第二夯实层浸水，使得第二夯实层含水率与待施工地层相同；最后装入淤泥质粘土，进行第三层夯实，第三层夯实后形成第三夯实层，对第三夯实层浸水，使得第三夯实层含水率与待施工地层相同；

B、从自制试验平台的一端钻进长水平冻结孔，钻至自制试验平台的另一端；

C、拔出钻具后，下放冻结管，测定护壁泥浆材料的护壁效果(6)确定基础组分和外掺组分的配比：根据步骤(4)和步骤(5)的试验结果，最终确定基础组分的配方、外掺组分的成分和配比；

最终确定基础组分的配方和外掺组分的成分和配比如下：以水的质量为参照，膨润土掺入2％～5％，聚丙烯酰胺掺入0.15‰～0.25‰，羧甲基纤维素掺入0.3‰～0.5‰，形成的泥饼薄且有韧性，致密性较好。