一种黄土管沟防水用化学泥浆及其制备方法
阅读说明：本技术 一种黄土管沟防水用化学泥浆及其制备方法 (A kind of loess pipe trench waterproof chemical slurry and preparation method thereof ) 是由 李亮亮 谭东杰 吴张中 卢启春 荆宏远 徐震 欧新伟 王禹钦 张巍 张晏博 石俊 于 2018-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种黄土管沟防水用化学泥浆及其制备方法,属于油气管道管沟的防水施工领域。该化学泥浆通过以下重量百分比的组分制备得到：黄土65～70％,熟石灰10～15％,水玻璃与氯化钙混合液3.5～5％,腐殖酸纳2.5～4％,和余量的水；其中,水玻璃与氯化钙的质量配比为4:1～5:1。本发明实施例通过上述组分之间的协同复配制备得到的化学泥浆,渗透率低、硬化快,所采用的原料成本低,且易于购得和运输,能够减小施工人员的工作量,降低成本。采用该化学泥浆修建防水坑,可降低黄土管沟土层的渗透性,有效防治黄土地区油气管道管沟的水土流失,且不会腐蚀管道防腐层。(The invention discloses a kind of loess pipe trench waterproof chemical slurries and preparation method thereof, belong to the waterproof construction field of oil-gas pipeline pipe trench.The chemical slurry is prepared by following components in percentage by weight: loess 65~70%, white lime 10~15%, waterglass and calcium chloride mixed liquor 3.5~5%, and humic acid receives the water of 2.5~4% and surplus；Wherein, the quality proportioning of waterglass and calcium chloride is 4:1~5:1.The chemical slurry that the embodiment of the present invention is prepared by the collaboration compounding between said components, permeability is low, hardening is fast, and used cost of material is low, and is easy to buy and transport, and can reduce the workload of construction personnel, reduce cost.Waterproof pit is built using the chemical slurry, the permeability of loess pipe trench soil layer can be reduced, effectively prevents the soil erosion of Canal in Loess Area oil-gas pipeline pipe trench, and will not corrosion pipeline erosion resistant coating.)
技术领域
本发明涉及油气管道管沟的防水施工领域，特别涉及一种黄土管沟防水用化学泥浆及其制备方法。
背景技术
我国现有的多条油气管道均穿越黄土地区，如西气东输一线、二线、马惠宁原油管道、涩宁兰输气管道、兰郑长成品油管道、陕京输气管道等，这些管道大多埋置于细颗粒的粉粒黄土中。而黄土区土壤固结性差，水稳性差，易发生沿管沟方向的水土流失，形成管沟塌陷和管周孔洞，致使管道埋深不足、露管或悬空，造成对管线的正常运营的威胁。
黄土较差的水稳性使黄土区的管沟水土流失变得异常容易，而管沟水的渗流则是形成水土流失的直接原因。现有技术中，为了阻隔管沟水的渗流，防止水土流失，通常采用修建截水墙的方法，即采用渗透性低的水泥混凝土沿垂直管沟的方向浇注成墙，来阻隔管沟水的渗流。
发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
水泥混凝土是由水泥、砂、石、外加剂和水拌和，经硬化而成的一种人造石材，在制备水泥混凝土的过程中，需要从外地运输大量的水泥、砂、石以备使用，这使得修建截水墙的工作量很大，且成本高、施工费用较高。
发明内容
本发明提供一种黄土管沟防水用化学泥浆及其制备方法，可解决上述技术问题。
具体而言，包括以下的技术方案：
一方面，提供了一种黄土管沟防水用化学泥浆，所述化学泥浆通过以下重量百分比的组分制备得到：
黄土65～70％，熟石灰10～15％，水玻璃与氯化钙混合液3.5～5％，腐殖酸纳2.5～4％，和余量的水；
水玻璃与氯化钙的质量配比为4:1～5:1。
在一种可能的设计中，所述化学泥浆通过以下重量百分比的组分制备得到：
黄土70％，熟石灰10％，水玻璃与氯化钙混合液4％，腐殖酸纳3％，和余量的水；其中，水玻璃与氯化钙的质量配比为4:1。
在一种可能的设计中，所述化学泥浆通过以下重量百分比的组分制备得到：
黄土68％，熟石灰15％，水玻璃与氯化钙混合液4％，腐殖酸纳3％，和余量的水；其中，水玻璃与氯化钙的质量配比为5:1。
另一方面，提供了一种黄土管沟防水用化学泥浆的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤a、将黄土加入搅拌机中，开启所述搅拌机；
步骤b、将水、水玻璃与氯化钙混合液、腐殖酸纳和熟石灰依次加入所述搅拌机中；
其中，各组分的重量百分比分别为：
黄土65～70％，熟石灰10～15％，水玻璃与氯化钙混合液3.5～5％，腐殖酸纳2.5～4％，和余量的水；
水玻璃与氯化钙的质量配比为4:1～5:1。
在一种可能的设计中，所述步骤b中，将水分多次加入搅拌机中。
在一种可能的设计中，所述步骤b中，将水玻璃与氯化钙混合液分多次加入搅拌机中。
在一种可能的设计中，所述步骤b中，将腐殖酸纳分多次加入搅拌机中。
在一种可能的设计中，所述步骤b中，将熟石灰分多次加入搅拌机中。
在一种可能的设计中，各组分的重量百分比分别为：黄土70％，熟石灰10％，水玻璃与氯化钙混合液4％，腐殖酸纳3％，和余量的水；
其中，水玻璃与氯化钙的质量配比为4:1。
在一种可能的设计中，各组分的重量百分比分别为：黄土68％，熟石灰15％，水玻璃与氯化钙混合液4％，腐殖酸纳3％，和余量的水；
其中，水玻璃与氯化钙的质量配比为5:1。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
本发明实施例通过上述组分之间的协同复配制备得到的化学泥浆，其渗透率低、硬化快，所采用的原料成本低，且易于购得和运输，能够减小施工人员的工作量，降低成本。采用该化学泥浆修建防水坑，可降低黄土管沟土层的渗透性，有效防治黄土地区油气管道管沟的水土流失，且不会腐蚀管道防腐层。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
第一方面，本发明实施例提供一种黄土管沟防水用化学泥浆，该化学泥浆通过以下重量百分比的组分制备得到：
黄土65～70％，熟石灰10～15％，水玻璃与氯化钙混合液3.5～5％，腐殖酸纳2.5～4％，和余量的水；
其中，水玻璃与氯化钙的质量配比为4:1～5:1。
可以理解的是，黄土可采用黄土区管沟附近的土，即可在制备现场取用；熟石灰化学式为Ca(OH)2，水玻璃为硅酸钠，化学式为Na2SiO3·9H2O，氯化钙化学式为Cacl，腐殖酸钠化学式为C9H8Na2O4，熟石灰、水玻璃、氯化钙和腐殖酸钠均可通过市场购得。
本发明实施例提供的黄土管沟防水用化学泥浆的工作原理为：
1)水玻璃与黄土中硫酸钙发生化学反应，形成硅酸凝胶，硅酸凝胶可填充黄土中的裂隙，为本发明形成的化学泥浆提供了低渗透的特性。
2)氯化钙可加速水玻璃(硅酸钠)的水解，促进硅酸凝胶迅速生成，同时水玻璃(硅酸钠)与氯化钙反应生成一定量氢氧化钙，可填充硅酸凝胶的脱水空隙，为本发明提供了较强的抗水和稳定特性，削弱湿陷性和渗透性。
3)腐植酸钠具有分散、凝聚、胶溶的作用，能够在制备过程中促进水玻璃与黄土之间的化学反应，且在使用过程中加快泥浆硬化。
4)熟石灰与黄土中硅酸盐矿物发生化学反应生成硅酸钙和硅酸铝，硅酸钙和硅酸铝是一种水稳性良好的胶结材料，具有水硬性胶凝材料性质，为本发明提供了较高的强度特性。
另外，熟石灰能够极大缩短泥浆的凝结时间，配比试验和现场开挖验证结果表明，缺少熟石灰这一组分的化学泥浆，从半流动状态至完全凝固状态历时不少于60天，而添加了熟石灰这一组分的化学泥浆，从半流动状态至完全凝固状态历时可短于7天。长时间未完全固化的泥浆极易因降雨和地表径流发生浆体失稳或流失，进而无法达到满意的化学泥浆防水效果。本发明实施例提供的化学组分中的熟石灰，在材料匮乏条件下可由普通硅酸盐水泥替代，同样可起到为化学泥浆提供强度特性和缩短固化时间的作用。
本发明实施例通过上述组分之间的协同复配制备得到的化学泥浆，渗透率低、硬化快，所采用的原料成本低，且易于购得和运输，能够减小施工人员的工作量，降低成本。采用该化学泥浆修建防水坑，可降低黄土管沟土层的渗透性，有效防治黄土地区油气管道管沟的水土流失，且不会腐蚀管道防腐层。
其中，以上各组分的重量百分比为：黄土可以为：65％、66％、67％、68％、69％、70％等；熟石灰可以为：10％、11％、12％、13％、14％、15％等；水玻璃与氯化钙混合液可以为：3.5％、4％、4.5％、5％等；腐殖酸钠可以为2.5％、3％、3.5％、4％等；水玻璃与氯化钙混合液质量配比为4:1或5:1。通过如上设置，以确保各个组分协同作用，确保上述效果的实现。
在上述的黄土管沟防水用化学泥浆中，可根据不同用户的使用需求来调节黄土和水的配比，以满足不同流动性的需要。
此外，现有技术中，还通常采用管沟回填土换填的方法来阻隔管沟水的渗流，防止水土流失，采用该方法需要管道全部开挖，以与低渗透性土置换，工程量较大。与此相比，采用本发明实施例提供的黄土管沟防水用化学泥浆修建防水坑，能大大减少施工人员的工作量。
第二方面，本发明实施例还提供了一种黄土管沟防水用化学泥浆的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤a、将黄土加入搅拌机中，开启所述搅拌机；
步骤b、将水、水玻璃与氯化钙混合液、腐殖酸纳和熟石灰依次加入所述搅拌机中；
其中，各组分的重量百分比分别为：
黄土65～70％，熟石灰10～15％，水玻璃与氯化钙混合液3.5～5％，腐殖酸纳2.5～4％，和余量的水；
其中，水玻璃与氯化钙的质量配比为4:1～5:1。
需要说明的是，为了达到更好的效果，上述组分的加入顺序最好不要改变。
本发明实施例提供的黄土管沟防水用化学泥浆的工作原理为：
1)水玻璃与黄土中硫酸钙发生化学反应，形成硅酸凝胶，硅酸凝胶可填充黄土中的裂隙，为本发明形成的化学泥浆提供了低渗透的特性。
2)氯化钙可加速水玻璃(硅酸钠)的水解，促进硅酸凝胶迅速生成，同时水玻璃(硅酸钠)与氯化钙反应生成一定量氢氧化钙，可填充硅酸凝胶的脱水空隙，为本发明提供了较强的抗水和稳定特性，削弱湿陷性和渗透性。
3)腐植酸钠具有分散、凝聚、胶溶的作用，能够在制备过程中促进水玻璃与黄土之间的化学反应，且在使用过程中加快泥浆硬化。
4)熟石灰与黄土中硅酸盐矿物发生化学反应生成硅酸钙和硅酸铝，硅酸钙和硅酸铝是一种水稳性良好的胶结材料，具有水硬性胶凝材料性质，为本发明提供了较高的强度特性。
另外，熟石灰能够极大缩短泥浆的凝结时间，配比试验和现场开挖验证结果表明，缺少熟石灰这一组分的化学泥浆，从半流动状态至完全凝固状态历时不少于60天，而添加了熟石灰这一组分的化学泥浆，从半流动状态至完全凝固状态历时可短于7天。长时间未完全固化的泥浆极易因降雨和地表径流发生浆体失稳或流失，进而无法达到满意的化学泥浆防水效果。本发明实施例提供的化学组分中的熟石灰，在材料匮乏条件下可由普通硅酸盐水泥替代，同样可起到为化学泥浆提供强度特性和缩短固化时间的作用。
本发明实施例提供的黄土管沟防水用化学泥浆的制备方法，工艺简单，便于实施和应用。且按上述配比制备得到的黄土管沟防水用化学泥浆渗透率低、硬化快，所采用的原料成本低，且易于购得和运输，能够减小施工人员的工作量，降低成本。采用该化学泥浆修建防水坑，可降低黄土管沟土层的渗透性，有效防治黄土地区油气管道管沟的水土流失，且不会腐蚀管道防腐层。
在上述的制备方法中，所用黄土需过筛，过筛后的黄土允许存在一定粗颗粒，但粉末状的黄土占比要达到90％以上。制备时，黄土可一次性放入，随后开启搅拌机；然后依次加入水、水玻璃与氯化钙混合液、腐殖酸纳和熟石灰，充分搅拌。
为了使上述组分混合均匀，示例地，可将水、水玻璃与氯化钙混合液、腐殖酸纳和熟石灰分别分多次放入。同时为了防止泥浆硬化，搅拌机所制备的泥浆在使用前不能停机。
以下通过具体实施例来进一步说明本发明：
实施例1
本实施例提供了一种黄土管沟防水用化学泥浆，该化学泥浆通过以下重量百分比的组分制备得到：
黄土70％，熟石灰10％，水玻璃与氯化钙混合液4％(水玻璃与氯化钙混合液质量配比为4:1)，腐殖酸纳3％，和余量的水。
实施例2
本实施例提供了一种黄土管沟防水用化学泥浆，该化学泥浆通过以下重量百分比的组分制备得到：
黄土68％，熟石灰15％，水玻璃与氯化钙混合液4％(水玻璃与氯化钙混合液质量配比为5:1)，腐殖酸纳3％，和余量的水。
应用实施例
本实施例利用实施例1-2提供的黄土管沟防水用化学泥浆分别修建防水坑，并对其性能进行测定。
将实施例1提供的黄土管沟防水用化学泥浆应用在陕西省潼关县兰郑长成品油管道某一管沟内，其中管沟长度20m，间隔5m开挖4道化学泥浆防水坑，每道防水坑长3.5m，底宽0.8m，深度1.5m。将实施例1提供的黄土管沟防水用化学泥浆倒入防水坑，待泥浆表面无水析出后夯填原黄土至地表。一月后，开挖取防水坑土样，进行室内土工试验(土常规试验、压缩试验和渗透试验)，并与实施场地旁原状黄土样进行对比，试验结果如表1所示。
将实施例2提供的黄土管沟防水用化学泥浆应用在陕西省潼关县兰郑长成品油管道某另一管沟内，其中管沟长度20m，间隔5m开挖4道化学泥浆防水坑，每道防水坑长3.5m，底宽0.8m，深度1.5m。将实施例2提供的黄土管沟防水用化学泥浆倒入防水坑，待泥浆表面无水析出后夯填原黄土至地表。一月后，开挖取防水坑土样，进行室内土工试验(土常规试验、压缩试验和渗透试验)，并与实施场地旁原状黄土样进行对比，试验结果如表1所示。
表1防水坑土样与原状黄土样的性能对比
由表1可明显看出，历时一个月，应用本发明实施例的制备得到的化学泥浆，其渗透性极差，较原状黄土有了非常明显的改善，能有效的防止管沟水土流失，达到保护管沟的使用功效。同时，还可以看到，应用本发明的化学泥浆的湿陷性系数也得到了显著的降低，提高了管沟的抗沉陷能力。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。