专利名称：使喷射灌浆操作产生的泥浆混合物脱水的方法与其中使用的含水悬浮液的制作方法
技术领域：
本发明涉及喷射灌浆，还涉及用于喷射灌浆的化学组合物。
喷射灌浆是一种广泛用于许多民用工程用途的土壤固结技术。例如，它可以用于提供待竖起结构的基础，加固现有结构，形成低渗透性阻挡层，形成保持或支撑结构，加强土体，以及补充其它的土工技术结构。喷射灌浆法在于土壤或弱岩石解聚集，其土壤或弱岩石与胶结剂，通常地水泥基薄浆混合，与用其胶结剂部分取代；根据使用的系统，采用高能喷射可以是水或浆本身的流体达到这种解聚集作用。
首先，通常在土壤中钻直径90-150mm的钻孔，其钻孔达到土壤待固结的深度。达到适当深度时，钻杆原地旋转，并且通过在钻杆端的喷嘴注入高压流体(水或胶结薄浆本身)。这样的作用是切去现有的土壤，并且用会固化的土壤-薄浆混合物代替土壤。在通过旋转钻杆连续注射的同时，其钻杆逐渐地退出。其结果是固结土壤圆柱，其柱会固化形成固结土壤元件。在这种操作期间，可以操纵该钻杆移动形成不同几何形状的土体，例如柱和板。
固结而使用大量土壤时会带走大量的泥浆，这种泥浆是土壤、水泥和水的混合物。远离喷射灌浆操作现场时通常泵送这种泥浆，因此，如果这种泥浆是使用通常的水压泵还不能泵送的流体，则一般还要另外添加水。其结果是泥浆含有非常高比例的水，经常过量80％。泥浆的典型含量是以重量计60-85％水和水泥和土壤各5-25％(后者一般是粘土或粉砂)。但是，人们并不知道具有这些范围之外组成的泥浆。此外，这样一些泥浆可以包括其它的组分，例如增塑剂、超级增塑剂、促凝剂和缓凝剂，加入这些组分以改进薄浆的性能。
产生泥浆的量随处理土壤类型而改变。在喷射灌浆操作通常慢得多的粘质土的情况下，产生泥浆的量可以高达每m3处理土壤5m3。这样一些泥浆有时例如可以用于回填时，大量的泥浆通常都以填埋方式处置，这种处置对于喷射灌浆承包商是很费钱的。
现在已发现，采用简单有效的处理有可能使这样一种泥浆混合物脱水。本发明提供一种使喷射灌浆操作产生的泥浆脱水的方法，该方法包括以使其均匀分布在其中的这样方式往这种混合物添加高MW聚环氧乙烷聚合物。
聚环氧乙烷是工业的普通材料，并且有许多加工品种。″高MW″系指重均MW至少1 000 000。在Union Carbide Corporation的″Polyox″(登记商标)范围内可以找到合适材料的典型实例，它们有一系列的MW1000 000至8 000 000的高分子量聚环氧乙烷。
聚环氧乙烷聚合物能以使其均匀分布在其中的这样方式加到呈溶液、悬浮液或固体形式的泥浆中。″均匀分布″系指聚环氧乙烷在这种泥浆中没有任何聚集体或浓缩物。这一般意味着，以容易允许这样的形式添加最好是例如以溶液或悬浮液形式添加。采用固体形式时，聚环氧乙烷与泥浆接触时可能容易发生不希望的聚集作用，这种聚集作用会导致效率降低和出现操作问题。因此，应该在搅拌下逐渐地加入聚环氧乙烷，以避免这样的聚集作用。这些问题随其分子量而增加，并且使用更高分子量材料时应该特别谨慎实施。
在悬浮液的情况下，悬浮液的性质将完全取决于预料达到的储存期限。例如，如果这种悬浮液就地制备并立刻使用，则明显地不太关心长期稳定性。但是，如果像常常在大量生产的情况下，则运输和储存就要求长的储存期限(约数月)，应该采取措施保证这个储存期限。这时遇到的两个问题是胶凝和沉降。
本技术领域的人们熟知，往水中加入某些碱和盐可以使聚环氧乙烷悬浮液适当稳定而不胶凝。它们在适当浓度时会使聚环氧乙烷变成不溶的并生成悬浮液。可以使用的典型材料包括氢氧化钠、氯化钠、氢氧化钠/氯化钠混合物、氢氧化铵、硫酸镁、硫酸钠、磷酸钠、亚硫酸钠和磷酸二氢钠。实施本发明时，曾发现使用某些盐特别好。这些盐是甲酸钠、甲酸钾、醋酸钠、醋酸钾、碳酸钾和氯化钠/碳酸钾混合物。因此，本发明还提供一种本文前面描述的方法，其中聚环氧乙烷呈含水悬浮液形式，该悬浮液还含有稳定量的盐，其盐选自甲酸钠、甲酸钾、醋酸钠、醋酸钾、碳酸钾和碳酸钾/氯化钠混合物。本发明还提供稳定的聚环氧乙烷含水悬浮液作为材料组合物，往其悬浮液已添加稳定量的盐，其盐选自甲酸钠、甲酸钾、醋酸钠、醋酸钾、碳酸钾和碳酸钾/氯化钠混合物。
需要稳定任何特定聚环氧乙烷悬浮液的盐或碱量应根据MW、存在聚环氧乙烷的浓度和需要保存期限长短而改变。通过常规实验可以容易确定这样一些参数，而在下表中列出了一些代表性量(以在盐+水中盐的重量百分数表示)代表性浓度 优选浓度甲酸钠20-32.928-32醋酸钠25-饱和28-32甲酸钾25-饱和28-35醋酸钾25-饱和28-35碳酸钾30-饱和35-40在碳酸钾/氯化钠混合物的情况下，碳酸钾是主要材料，因为对于本发明来讲只是氯化钠还不能达到适当的稳定性，在较高的温度下尤其如此。然而，曾发现碳酸钾与氯化钠结合可克服这个问题。两者的比例可以变化很大。因此，可以在达到碳酸钾饱和水平之前往氯化钠饱和溶液添加相当多的碳酸钾。在相反的极端情况下，可以在达到氯化钠饱和水平之前往碳酸钾饱和溶液添加相对低比例的氯化钠。这些水平会随温度而改变，但典型地在室温下，饱和氯化钠溶液含有约25重量％氯化钠。可以往这种溶液添加碳酸钾直至达到饱和的量是总溶液(水+NaCl+K2CO3)的约20％。在相反的情况下，饱和碳酸钾(约51％)在其饱和之前，氯化钠可以加到直至水+NaCl+K2CO3的约2.4％。如果不采用饱和水平，则应自然地改变这些比例，但本技术领域的技术人员通过简单实验应能很容易确定任何特定情况的合适比例。
使用上述盐制成的悬浮液具有抗胶凝的稳定性，但若让其长时间放置(数小时或数天)，可能出现沉降。在添加这种盐之前通过往水中添加流变调节剂可以防止这种沉降。为此已发现有效的流变调节剂是黄原胶；大量生产的材料实例是Pkelco的KELZAN(登记商标)。曾发现在实验室里含有0.05-0.5％，优选地0.1-0.25％黄原胶的悬浮液可稳定长达三个月以上。
关于聚环氧乙烷本身，下表列出一些商品级聚环氧乙烷的典型剂量率
商品名 M.W. 典型剂量率优选剂量率(以泥浆重量百分数计)POLYOX WSRN-12K1M 0.065-0.0950.075-0.085POLYOX WSRN-60K2M 0.045-0.0750.055-0.065POLYOX WSR301 4M 0.025-0.0450.030-0.040POLYOX WSR308 8M 0.020-0.0400.025-0.035在上面列出的剂量率，可以将清水与泥浆分离，使原泥浆的体积降低50％以上，并且泥浆稠度改变到乾硬性砂浆的稠度。因此，因为喷射灌浆的性质，所以能大大地改变泥浆组成，于是脱水聚合物的严格剂量率也应随之有些改变，而上面给出的剂量率值只是代表性的值，除上面这些剂量率值之外的其它剂量率能是同样有效的。关于简单的实验，本技术领域的技术人员可以很容易确定一定泥浆所需要的多少聚合物。
在本发明的方法中，在搅拌下加入聚环氧乙烷。其作用在于将水从土壤-水泥泥浆中分离出来，还将泥浆由流体稠度改变到乾硬性砂浆样的稠度。进行充分搅拌时，这种分离通常花不到10分钟，并且分离的水可以简单地排掉，或施加一些压力将水压出。排出的水通常是清水，在经适当中和后可以直接地排到下水道系统中，或允许其水进入开放的环境中。结果，上述泥浆填埋处理成本应显著降低，因为由于脱水而泥浆体积较小，并且与流体材料相反，干材料的处理成本也较低。
对于最佳实施本发明的方法，待处理泥浆以重量计的固体含量通常应该是在105℃烘箱中干燥样品所测量最高的40％，优选地最高的35％。这些含量数据是以该泥浆中粒度相对均匀分布的粘土、粉土、水泥等为基的。但是，这样一种泥浆含有较低比例的较大粒度材料时，例如砂和粘土块(实际中可能发生的)，特定样品的测量固体含量可以相当高些。在这样一种情况下，就不影响本发明方法的实施，并且对于本发明来说，可以认为这样一种泥浆落在前面给出的固体含量范围内。
根据下面非限制性实施例进一步描述本发明。
实施例1制备一种类似于喷射灌浆泥浆并具有下述组成的泥浆组合物70％水、15％水泥、15％Bodmer粘土(干的固体)。这种泥浆具有流体稠度，也是稳定的。往200g这种泥浆添加6g 2重量％POLYOXWSRN-60K聚环氧乙烷溶液。搅拌这种混合物，使该聚合物混入泥浆中。继续轻轻地搅拌，并且出现固体絮凝，再将清水与固体分离。从泥浆分离出90g水。余下的固体是乾硬性砂浆。
实施例2制备一种类似于喷射灌浆泥浆并具有下述组成的泥浆组合物70％水、15％水泥、15％Bodmer粘土(干的固体)，所有都以重量计。这种泥浆具有流体稠度，也是稳定的。往200g这种泥浆添加6.6g 1重量％POLYOX WSR301聚环氧乙烷悬浮液，轻微搅拌这种混合物，使该聚合物混入溶液中。继续轻轻地搅拌，并且水与固体分离。从泥浆分离出92g清水，余下的固体是乾硬性砂浆。
实施例3如下制备稳定的高分子量聚环氧乙烷悬浮液在搅拌下，缓慢地把0.5g黄原胶(Kelzan，从PKELCO获得)加到544.5g水中。继续搅拌直到黄原胶完全溶解。添加255g甲酸钠(从Fluka获得)，再继续搅拌直到所有钠盐完全溶解。最后，添加200gPOLYOX WSR301(从Union Carbide获得)，再继续搅拌几分钟。最后的悬浮液在20℃下抗胶凝和沉降的稳定性达45天以上。
实施例4制备一种类似于喷射灌浆泥浆并具有下述组成的泥浆组合物70％水、15％水泥、15％London粘土(干的固体)，所有都以重量计。这种泥浆具有流体稠度，也是稳定的。往200g这种泥浆添加0.32g 20重量％实施例3制备的POLYOX WSR301悬浮液，该混合物轻微搅拌。在等待约2分钟让这种聚合物溶解后，再搅拌这种混合物。在继续轻轻搅拌下，将清水与固体分离。从泥浆中分离出92g清水，而余下固体是乾硬性砂浆。
权利要求
1.一种使由喷射灌浆操作产生的泥浆混合物脱水的方法，该方法包括以使聚环氧乙烷均匀分布在所述混合物中的方式往这种混合物中添加高MW聚环氧乙烷聚合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中聚环氧乙烷是以含水悬浮液的形式加入的，该悬浮液由于存在至少一种碱或盐而稳定。
3.一种稳定的聚环氧乙烷含水悬浮液，其中已加入了稳定量的盐，该盐选自甲酸钠、甲酸钾、醋酸钠、醋酸钾、碳酸钾和碳酸钾/氯化钠混合物。
全文摘要
一种使由喷射灌浆操作产生的泥浆混合物脱水的方法，该方法包括以使其均匀分布在其中的这样方式往这种混合物添加高MW聚环氧乙烷聚合物。这种泥浆的固体是呈容于便宜处理的形式。
文档编号C08K5/00GK1756875SQ200480005574
公开日2006年4月5日 申请日期2004年2月27日 优先权日2003年3月6日
发明者Q·冯 申请人:建筑研究及技术有限责任公司