专利名称:用于制造水下填筑泥浆的方法和设备的制作方法
本发明是介绍一种制造泥浆的方法和设备，例如，制造灰粉泥浆、砂浆、灰浆和混凝土泥浆，这些泥浆是为了供水下填筑用的，例如，为了达到在海中和湖泊中进行开拓土地的目的而进行的填筑。
在1982年2月13日提出申请的，专利号为57-21836的日本专利中，作为共同发明人的一个发明人，提出了一种在水下灌浇灰粉浆的方法。在这篇现有技术所述的方法中，利用混料器将灰粉和水进行混合，然后用搅拌器进行搅拌，以产生灰粉泥浆，而后借助于泵将该泥浆输送到灌浇管里，灌浇管的出料端放置在接近海底或湖底的地方。泥浆是从出料端中排出来的，而出料端则一直处在被灌浇的泥浆里。
然而，以上这种方法是存在着缺点的，即由于在灰粉中包含有诸如煤胞那样的轻微颗粒，所以在水下填筑的过程中，泥浆中的一部分灰粉作为水中的悬悬浮固体而分散到水中去。灰粉在水中具有高的pH值，因此使得接近灌浇灰粉泥浆的水的pH值增加，并且增大了悬浮体的浓度，由此造成水的污染。发明人已注意到这一现象是由于在生产灰粉泥浆的过程中，特别是在用搅拌器搅拌灰粉的过程中，在泥浆中形成许多细微气泡所造成的。发明人还注意到，在将泥浆泵到水下填筑场地期间，这些气泡聚集起来，在这里小气泡逐渐形成大气泡，于是一部分泥浆散布到水中，结果，扩散水中的泥浆中的大量灰粉就悬浮在水中。这种现象在填筑砂浆、灰浆以及填筑水泥时，也同样存在。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于制造水下填筑泥浆的方法和设备，这种方法和设备能防止由于泥浆里的气泡而使泥浆散布到水中的现象产生，并防止水的pH值和水中悬浮固体浓度值的增加。
根据上述目的及其他目的，本发明的一个特点是提出一种制造水下填筑泥浆的方法，在这种方法中，利用混料器制备泥浆，然后将混合好的泥浆用搅拌器进行搅拌。在水下填筑泥浆之前，使泥浆中的气泡减少了。
发明的另一特点是提出一种制造水下填筑泥浆的设备。该设备包括一个按预定比例供给水硬材料和水的供料装置;一个用于制造泥浆，将由供料装置供给的水硬材料和水进行混合的混料装置;一个接受来自混料器装置的泥浆，并对该泥浆进行搅拌的搅拌装置;和一个接受来自搅拌装置搅拌过的泥浆，并对其进行脱气的去气装置。
附图的说明如下，在附图中图1本发明中介绍的制造灰粉泥浆的设备工艺流程图图2图1中的搅拌器和去气装置的纵剖面放大图图3图2中Ⅲ-Ⅲ剖面视图图4图2中去气装置的改型结构图图5本发明的实际应用中的灌浇泥浆的浮式平台纵剖面图图6图5中浮式平台的平面图下面介绍本发明的最佳实施例。参照图1，序号10为本发明的生产灰粉泥浆的设备。此设备放置在海岸上，它包括有将灰粉和水进行混合而制造一级泥浆的一级螺旋混料器12，如果需要，可以在一级泥浆里加入少量石膏和水泥。一级混料器12连通灰粉定量罐14、水硬化材料定量罐16和一级水定量罐18。一级水定量罐18经过阀20连接到水箱22中，水箱22里的水是借助于管子24和水泵26，由填筑场地附近的海水或湖水来供应的。水硬化材料定量罐16由普通水泥和石膏供料源分别供料(在图中未画出供料源)。一级混料器12经过转换阀将混料器12的出口29连通到二级螺旋混料器30的入口31上，二级混料器30是用来将一级混料后的泥浆加入水再进行混合，以便制造出二级泥浆。经过阀28，也可将一级混料器12连到输送管27上，以便将一级泥浆或湿润灰粉供给地面使用。从二级水定量罐32中将补充水加到二级混料器30，而水罐32则经过阀34由水箱22中供给补充用水。二级混料器30的出口33连接一个对二级泥浆进行搅拌的搅拌器36。
如在图2中所介绍的那样，搅拌器36包括一个在底部具有一个卸料开孔62的槽60和放置在槽60里面的，安装于垂直转轴上的搅拌叶片64。在搅拌槽60中，为了将排料开孔62关闭，在槽底部装有一个可以滑动的封闭板68，通过电磁线圈可将可滑动的封闭板68沿水平方向产生移动。电磁线圈未在图中显示。
为了去除二级泥浆S中的微小气泡，或者至少是为了减少气泡，在搅拌器36的底下设置有一个去气装置38。去气装置38包括有一个漏斗形罐40和安装在漏斗罐40的凸缘壁面44上的四个振动装置42。每个振动装置上都有一个混凝土振动器46和一个振动杆48，杆48的一端安装在振动器46上，并沿着漏斗形罐40的底部朝向罐40的轴线方向延伸。每个振动杆48上都带有4对相隔预定间距的竖直的上分支杆50和下分支杆52。四个振动环54，54;56，56;58，58;和59，59整体连到相应的支杆50和52的顶端，与漏斗形罐40的轴线同心。振动杆48，支杆50和52以及振动环54，56，58和59都由不锈钢材料制成，它们的作用就是使振动能从振动器46有效地传递到泥浆S上。每个振动杆48都穿过支承柱47，并由支柱47支承，支柱47垂直地安装在罐40的漏斗形部分43的内面。支柱47的作用也是将振动从振动器传递到粘度相当高的泥浆S上、这部分泥浆是在罐40的出口附近、并且不容易通过出口45排出。去气装置38通过驱动振动器46而有效地降低了罐40中泥浆S的泡沫量。去气装置38可以设置在二级混料器30的下游出口，当去气装置38正好安排在搅拌器36的后面时，由于搅拌器36附近的泥浆粘度相当低，所以可以得到去除泥浆S中泡沫的最佳效果。
在去气装置38的排料口45，经过一个阀而与泵39相连，阀元件在图中未表示，灌浇管41从泵延伸到水中，到达准备开拓的场地。
本发明中采用的灰粉，包括由燃煤电力工厂产生的和其他燃煤工厂产生的煤灰，其种类和性质不受限制。将从供应源来的灰粉，通过灰粉定量罐14进行计量，然后以预定的数量输送到一级混料器12中。水从水定量罐18中以预定的数量加到一级混料器12中，以制造一级泥浆。在某特定的灰粉中，其最适宜的水量约为其最佳含水量的±10%，亦即从最佳含水量-10%到最佳含水量±10%，最好按照ASTM D 698-78压实试验中的最佳适宜水量来进行，即按照“采用每平方吋为5.5磅的撞锤和12吋的落差进行土壤和土壤-填料混合物的湿度-密度关系的标准试验方法”进行。虽然含水量要根据灰粉的种类来确定，但通常适宜的含水量按重量计是在大约15%到30%的范围内，含水量由水的重量与灰粉重量之比乘以100%来确定。在本发明中，可以使用海水、湖水和雨水作为泥浆中的水分，而不采用清洁的水，例如自来水和井水。
为制造高密度、低粘度的泥浆，可以将表面活性剂加到水中，例如加入木质素磺酸盐和羟酸盐表面活性剂。这样，能够使大量的灰粉在给定的泥浆容积内进行混合。在每100份重量的灰粉中，可以加入重量约0.05-0.3份的表面活性剂，最好加入重量约0.1-0.2份的表面活性剂。
有一种灰粉，它的自硬性很差，用这种灰粉制备的泥浆在固化时不具备足够的压缩强度。为了增加开拓场地的压缩强度，可以在这种灰粉中加进水硬材料例如普特兰水泥(Portland Cement)和硬化添加剂例如石膏。为了使硬化后的泥浆具有足够高的强度，可以在重量为100份的灰粉中加入重量约为5份的水泥。钙硬化材料、如氧化钙和粒化渣也和水泥一样具有提高强度的作用。
石膏、包括无水石膏、半水石膏和二水石膏，其加入量在每100份重量的灰粉中，约加50份，但最好加2-10份。水泥和石膏二者结合共同提供最优的效果。当水泥和石膏的比例约为1∶2时，可使硬化后的二级泥浆的强度大大增加。
可以将填料，如砂料，砾石和底灰加到泥浆里，而不会破坏泥浆的流动性，这种填料会使硬化后的泥浆强度稍微降低一些。
这样制备的一级泥浆经过转换阀28输导到二级混料器30中，在混料器30里，一级泥浆和来自水定量罐32中的补充水进行混合而产生二级泥浆。按照本发明，加入的补充水重量为5-25%左右。由这种补充水制备出来的二级泥浆，具有适宜于水下灌浇的高流动性。
然后，将二级泥浆输送到搅拌器36中，使其保持预定的粘度，而后将泥浆引入去气装置38中，二级泥浆在38中进行脱气，从而适当地减少泥浆中微小气泡的含量。把脱气的泥浆用泵39经灌浇管41运送到填筑场地P上，在此处泥浆沉积在海底或湖底上。
在不连续地进行填筑时，以及当需要为地面使用供给一级泥浆或湿润灰粉时，可以开动转换阀28，将一级泥浆输送到传递管27中，湿灰粉由管27来供料。为了达到在填筑二级泥浆的过程中供给湿润灰粉的目的，转换阀28可由一个通用的液流控制阀代替，这个控制阀控制在传递管27中的和在入口31中的一级泥浆的流动速率。
本发明的脱气工艺过程可应用到含有水硬材料的泥浆中，这些水硬材料如水下用的灰浆、砂浆和水泥。
图2和图3中的去气装置的改型结构在图4中表示出，图4中的序数所指的零件和图2和图3中的实施例中相同序数所指的零件一致，这里就不再解释了。改型的去气装置70和图2和图3中的去气装置38明显不同，其中四个副振动器72(图中只表示两个)密封地安装在去气装置70的漏斗部分43上，而振动杆74是水平地向漏斗轴线延伸的，其搅拌器安置在去气装置70的罐40中，搅拌器转轴66沿去气装置70的罐40的轴线延伸，因此搅拌叶片64布置在主振动器46的振动杆48和副振动器72的振动杆74之间。
副振动器72是用来改善二级泥浆S的脱气效果，以及增加二级泥浆S的流动性的，因此泥浆很容易从去气装置70的排料口45中排出。每个副振动器72在其振动杆74上都设有三对垂直支杆76和78，而在支杆上都安装有相应的同轴振动环80，如同在主振动器46上的情况一样。
搅拌器63的作用是便于使二级泥浆S脱气，并且由于在振动器46和72之间安置了搅动叶片64，还可达到均匀混合的目的。
在填筑二级泥浆以前，为了去除或至少是减少二级泥浆中的细微气泡，也可采用下述的惯用工艺，而不采用上述的工艺。
(1)将泥浆加压，使气泡溶解在泥浆里，(2)将泥浆加热，从而除掉气泡，和(3)将泥浆放在减压的状态下而去除气泡。
不用两个连续的混料器，例如螺旋混料器12和30，采用单组混料器来代替也是可行的，如可用倾斜式的鼓轮混料器和盘形混料器，在这种情况下，尽管可以一次加水，但如同上述的实施例中一样，在灰粉中可加两次水。
图5和图6表示一个将来自泵39的二级泥浆灌浇到海洋或湖泊里的浮式平台90。平台90做成扁平直线围成的箱式形状，它由钢材制成并在其外壳表面上涂以通用的抗腐蚀油漆。在平台90的中间部位有两个垂直通孔92和94，通孔92的直径大于94。灌浇管41水平延伸，一端经过挠性管和输送管(这两个管在图中未表示)连到泵39上。灌浇管41的另一端垂直向下弯曲，正好弯曲到大直径孔92上，并穿过孔92。平台90上竖立着一对支承件96和96，灌浇管41的水平部分穿过支承件96和96。小径孔94是用来通过它人工地去除水上和水中的悬浮固体的，主要是去除煤胞的。
在平台90的四周边缘装设具有裙形的封围栅100，它排在平台上，平台上表面安设5个小孔，这是为了系扎锚索或绳索来拖引平台用的。封围栅可用布、合成纤维板，细网等等做成，只要它能收集悬浮固体而又能使水通过。封围栅100具有一加强元件104，它固定在围栅的下边缘的内表面上，加强元件104呈方环形状。104上有许多锚件106与之相连，以防止由于水的流动和水波而使封围栅100产生的变形。通过把加强元件与小孔102连接的绳索，可调节封围栅100下端的标高位置。在封围栅100的下端标高处，灌浇管41上有一个潜入水中的马达泵108。泵108上有排放管110，它由泵通过大直径孔92向上延伸到海岸。在有水流的情况下，为了有效地收集水中悬浮固体，通过调节浮式平台90的位置，最好把泵108安置在灌浇管41的下游一侧。
在灌浇水下泥浆过程中，根据填筑场地P的深度和水流的流动速率来调整封围栅100的长度或深度。当微小气泡从沉积的泥浆中喷射出来时，加杂物如未燃烧的碳、细小颗粒等等被带到水中作为悬浮体，这种情况造成了环境的污染。大部分悬浮体和水将收集在一起，通过泵108及排放管110而抽汲到海岸上，运送到水箱22中。在封围栅100里的悬浮体可以通过小直径孔94采用人工方法用料斗收集。在我们的实验中，使用一个试验罐，采用直径为2.4cm的灌浇管，不用浮式平台90和潜入水中的泵108。从实验里观察到当填筑场地的水流速度为零时，由于沉积泥浆的气泡而产生的60%以上的悬浮体，在直径相当于灌浇管10倍左右那么大的范围里被收集起来。这样可以设想，提供具有这么大直径的封围栅装置，就能大大地防止由于悬浮体而造成的环境污染现象。
实例1-3是按下表中列出的成分制备煤灰泥浆，对于每个实例都采用图1到图3中所示的设备，但是不应用一级和二级混料器12和30，而用单动力驱动叶片混料器。所使用的煤灰物理性能在表中已列出。如同在最佳实施例中介绍的那样，在每个实例中加水两次。按照这样制备的每种泥浆，都在具有直径为2.8cm的振动杆48的去气装置38中进行脱气。在泥浆灌浇期间，去气装置在工作。在泥浆中采用的振动频率和振幅分别为240Hz和1mm。将脱气后的各种泥浆放在水深为30cm、容积为0.28M3的水箱里，或放在水深为100cm、容积为7.0M3的水箱里，并测定漂浮在水表面上的煤胞总量。测定结果以灌浇灰粉中的煤胞重量百分数表示列于表中。
在比较试验中，除了不使用任何去气装置以外，采用与上述实例1-3中所采用的相同方法制备比较试验的泥浆。漂浮在水面上的煤胞量是在水深30cm，容积为0.23M3的试验箱里，采用与实例1-3中所采用的相同方法测定。其结果也以灌浇灰粉中的煤胞重量百分数表示列在表中。在物理性能上以及煤胞含量上，用于实例3中的灰粉和比较试验中的灰粉略有不同，但是可以相信，这些差别不会对结果产生任何实质性的影响。
权利要求
1.一种在制造水下填筑用的泥浆的方法，根据该方法泥浆用混料装置制备，然后混合后的泥浆用一个搅拌器进行搅拌，改进之处包括在水下填筑泥浆以前，设有减少泥浆中气泡的工序。
2.按照权利要求
1中所述的方法，其特征在于泥浆包括有灰粉泥浆，减少气泡的工序在灰粉泥浆搅拌以后和在灰粉泥浆为水下填筑而泵送以前进行。
3.按照权利要求
2中所述的方法，其特征在于减少气泡的工序包括对灰粉泥浆采用机械振动，由此减少灰粉泥浆中的气泡。
4.按照权利要求
1中所述的方法，其特征在于泥浆是灰粉泥浆，减少气泡的工序进一步还包括有下列工序在用搅拌器搅拌之前，为减少混合后灰粉泥浆中的气泡而进行的一级减少气泡工序;在搅拌后的泥浆为水下填筑而泵送之前，为减少搅拌后泥浆中的气泡而进行的二级减少气泡工序。
5.按照权利要求
2或4中所述的方法，其特征在于灰粉泥浆的混合工序包括有下列步骤为将灰粉和水混合的一级泥浆混合，其中适宜的加水量大约为最佳含水量±10%，以制造一级灰粉泥浆，一级混合工序包括一级连续混料器以便进行一级泥浆的混合;将一级灰粉泥浆输送到二次连续混料器中，然后在输送的一级灰粉泥浆中加上重量含量约为5%-25%的补充水进行二级混合，以便生产二级灰粉泥浆。
6.按照权利要求
5中所述的方法，其特征在于一级混合工序包括为供给地面使用，至少排放出一部分一级灰粉泥浆。
7.按照权利要求
6中所述的方法，进一步还包括有下列工序将脱气后的泥浆灌浇到水下填筑场地;通过将水下填筑场地附近的水抽汲到海岸上的方法收集悬浮固体，并把水供给混料工序以便与灰粉进行混合，悬浮固体是在灌浇的泥浆中产生的。
8.为实现权利要求
1中所述的方法而用的设备，包括以预定的比例供给水硬材料和水的供给装置;将由供给装置供给的水硬材料和水进行混合以制备泥浆的混合装置;接受来自混合装置的泥浆并对其进行搅拌的搅拌装置;和为接受来自搅拌装置的搅拌后的泥浆并使搅拌过的泥浆脱气的一级去气装置。
9.按照权利要求
8中所述的设备，其特征在于去气装置包括用于接受来自搅拌装置的搅拌后泥浆的漏斗形罐，罐上具有一个入口，以便将搅拌后的泥浆输引到罐里和一个向下斜坡的漏斗部分，漏斗部分的底部有一出口，以便将脱气后的泥浆从罐中排出;一组将振动施加到输引的泥浆上的振动装置，振动装置围绕着罐的轴线以相等的角度间隔安装在罐上。
10.按照权利要求
9中所述的设备，其特征在于去气装置包括有许多振动环，每一个振动装置包括一个振动器和一个由振动器向罐的轴线延伸的振动杆，振动环安装在每一个振动装置的振动杆上，它们与罐轴线共心的。
11.按照权利要求
10中所述的设备，还包括有用于供给补充水的二级供给装置，其特征在于混合装置包括一个一级连续混料器;用于将来自供给装置的水硬材料和水进行混合，以制造一级泥浆，一次混料器具有排料装置至少排出一部分一级泥浆;和一个二次连续混料器，和一个与一级混料器相连接的二级连续混料器，它将一级泥浆和来自二级供给装置的补充水进行混合，以制造供给搅拌装置的二级泥浆。
专利摘要
一种用于制造水下填筑泥浆的方法和设备。泥浆用混料器制备，然后将混合后的泥浆用搅拌器搅拌。在水下填筑泥浆以前，清除泥浆中的气泡。设备包括一个以预定的比例供给水硬材料和水的供给装置；一个把来自供给装置的水硬材料和水进行混合，以便制造泥浆的混合装置；一个用于接受来自混料装置的泥浆，并对其进行搅拌的搅拌装置，以及一个用于接受搅拌装置的搅拌后的泥浆，并对搅拌后的泥浆进行脱气的去气装置。
文档编号E02D17/18GK86101155SQ86101155
公开日1986年9月3日 申请日期1986年2月27日
发明者堀内澄夫, 王置克之, 尾上笃生, 后藤茂, 河井徹 申请人:清水建设株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan