泥水盾构泥浆除砂的选择性絮凝剂应用研究

发布时间：2024-12-18 23:00

　　 结合化学原理对盾构返排泥浆进行除砂是解决大量泥浆循环再用问题的一项重要技术,是促进盾构隧道工程高效、环保的积极措施。文章通过对部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)分子结构特征的分析,揭示其电离基团与线性柔链可以选择性地捕捉、聚沉泥浆中的细微惰性岩屑,而保留泥浆中的造浆粘土。通过垂向容管压强测试等实验,验证了HPAM选择性絮凝的功效;并以分子量、水解度和添加浓度为3个主控因素对该类化学剂进行分析和遴选,为武汉地铁7号线过长江隧道盾构泥浆的使用提供了高效除砂的新方法。

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【部分图文】：

图1 HPAM分子链吸聚固相颗粒

作为选择性絮凝的一个重要条件，部分水解聚丙烯酰胺（简称HPAM）分子（图1）链上间隔有许多酰胺基（-CONH2）和羧钠基（-COONa）。酰胺基非亲水而具有与岩屑矿物（石英、方解石、长石、云母等）相互强吸附的能力；羧钠基则是吸引水分子群而使PAM可溶（分子展开）的水化基。因此，H....

图2 部分水解聚丙烯酰胺选择性絮凝原理

数据显示，静置后HPAM浆样上部的密度和粘度已恢复到基浆性能（仅造浆粘土仍悬浮存在），而其它浆样上部的密度和粘度升高后未下降（泥砂同时悬浮）。可见，HPAM具有独到的选择性絮凝功能（图2）。其原因初步推断是HPAM的酰胺基比其它材料的吸附基对石英砂、长石、方解石、伊利石等的吸附力....

图3 垂管压强测试沉砂效果的原理

作为选择性絮凝剂，HPAM的分子量应该控制在合适范围。如果分子量太小，吸附点少且捕捉岩屑的能力弱，不利于聚沉岩屑；反之，若分子量过大，溶液的粘度和切力会剧烈上升，所产生的高悬浮托力反而会造成岩屑不能聚结下沉。为验证这一论点，笔者自行设计了垂管压强测试法（图3），对含有12%岩屑的....

图4 部分水解聚丙烯酰胺HPAM反应式

水解度定义为PAM分子链上原有全部酰胺基被羧钠基置换了的百分率，由合成生产过程中加入NaOH的量予以基本控制，原理可用图4所示的化学反应式表述[1]。按图4所示的反应式推论，水解度确定了HPAM分子链上的吸附基（酰胺基）与水化基（羧钠基）的数量比例。如果二者比例太小（即吸附基太少....

本文编号：4017256