[发明专利]一种桥梁建筑用泥浆及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种泥浆，属于桥梁建筑用化学材料领域。

背景技术

泥浆是桥梁建筑领域钻孔中常用的材料之一，如果泥浆的理化性能不符合施工要求，容易出现泥浆失效导致被钻的孔洞塌方、卡钻等问题，严重影响施工进度。

随着国内桥梁建筑的不断发展，各种新工艺新技术不断出现，桥梁基础桩基直径也随着设计理念的变化不断变化。随着桩基直径的增加，桩基施工难度也逐渐增大。

目前本领域已有的泥浆通常只能满足超长超大直径桩基钻孔中泥浆成孔过程和清孔后短时间内的护壁功能。在很多施工情况下，超大直径桩基成孔后需要10-15天才能浇注混凝土，这种施工特点对此类条件下的钻孔泥浆护壁性能和长时间无沉淀性能提出更高要求，钻孔泥浆的配制必须满足15天以上保护孔壁不出现坍孔现象，且满足孔底无明显沉淀的要求。已有的泥浆在满足此要求方面尚存在难以克服的缺陷，市场上已有的常规钻孔泥浆均做不到15天内保护孔壁不坍孔、无沉淀的要求，使得其应用范围受到很大限制。

发明内容

针对现有技术的不足，申请人通过大量实验和工程实践研究发明了一种用在桥梁建筑施工中的泥浆，所发明的泥浆尤其可以适用于超大直径桩基钻孔施工，能够达到钻孔泥浆长时间保护孔壁不出现坍孔现象和长时间孔底无沉淀的目的。

为实现上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：

一种桥梁建筑用泥浆，包括下述成分：膨润土、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、纯碱。

在上述成分中，膨润土是一种以蒙脱石为主的黏土，由于其独特的矿物结构和结晶化学性质，膨润土在水中的膨胀性、分散性、润滑性、流变性等十分优良，是一种优异的钻孔造浆材料，在泥浆中膨润土水化、分散在水中以增加黏度和静切力，与纤维素、聚丙烯酰胺等处理剂相吸附，形成致密泥皮，保护孔壁作用；羧甲基纤维素是纤维素的羧甲基团取代产物，具有黏合增稠剂、悬浮、稳定等特点，水解后可提高泥浆黏度，降低失水率，具有增稠泥浆作用；聚丙烯酰胺为水溶性高分子聚合物，具有絮凝、黏合、降阻、增稠等特点，水解后具有清除劣质钻屑，保存膨润土颗粒的功能，对钻屑具有选择絮凝功能，具有提高泥浆胶体能力和稳定性的作用；纯碱能够提高泥浆pH值，促使膨润土水化、分散成黏土小颗粒，增加水化膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水量，具有泥浆增黏作用。

本发明的泥浆，充分利用了泥浆中各组成成分的理化性能，通过配比使得各成分产生了显著的协同效果，从而使得泥浆具有高黏度、低固相、不分散、长时间无沉淀的性能，在工程实践中应用具有良好效果。

在本发明的进一步详述和具体实施中，申请人公开了泥浆所用各种成分的优选类型以及泥浆的理化参数，以便更好、更清楚的描述本发明，然而这种详细描述并不构成对本发明的特别限制，不依靠这些特定的类型，而是采用其他通用成分，同样属于本发明的保护范围。

在本发明中，申请人以大量实验得到各成分最优的含量为，以质量计：膨润土掺入量8～10%，羧甲基纤维素掺入量0.1～0.2%，聚丙烯酰胺掺入量0.05～0.2%，纯碱掺入量0.1～0.5%，余量为水。

在本发明中，所用的膨润土由于蒙脱石层间水和层间可交换阳离子存在，按蒙脱石所含可交换阳离子种类、含量和结晶化学性质等，可将膨润土划分为钠基膨润土(碱性土)、钙基膨润土(碱性土)和天然漂白土(酸性土)三种，在工业上所用的膨润土具有多种规格，其密度通常在2-3g/cm³。综合实用性及成本因素，优选成本相对低廉的钙基膨润土，更优选密度为2.5g/cm³的钙基膨润土。

在本发明中，所述聚丙烯酰胺（PAM），是一种白色粉末或半透明珠粒和薄片，密度为1.30-1.32g/cm³(23℃)，广泛用作沉淀絮凝剂、油田注水增稠剂、钻井泥浆处理剂、土壤改良剂、粘合剂、分散剂等，根据其离子类型划分为阳离子型，阴离子型，非离子型，考虑到安全性、成本、助凝能力的综合需要，本发明所用的聚丙烯酰胺为阴离子型聚丙烯酰胺，分子量为600万-2500万之间。

在本发明中，泥浆在浆液状态下的酸碱性会对其中所用各成分的性能产生影响，申请人通过大量实验确定了本发明的泥浆在浆液状态下最佳pH为8-10。

相应的，在上述基础上，本发明公开了所述泥浆的制备方法，包括下述步骤：

（1）在清水中根据用量加入纯碱搅拌均匀呈溶液为碱性溶液；

（2）在步骤（1）的碱性溶液中加入膨润土搅拌均匀，然后加入羧甲基纤维素搅拌均匀；

（3）加入聚丙烯酰胺充分搅拌制得泥浆。